Формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания

Авторы патента:

Шаронов Геннадий Иванович (RU)

Трясогузов Алексей Геннадьевич (RU)

Борисова Вероника Геннадьевна (RU)

F02P3 - Прочие системы

Полезная модель относится к области электрооборудования автомобилей, а именно к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания и в частности к формирователям импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания. Формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор с анодом диода, катод которого подсоединен ко второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Полезная модель отличается, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с входом электронного ключа и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и к одному из выводов второго резистора, второй вывод которого подсоединен к аноду диода, катод которого соединен с управляющим входом электронного ключа, выход которого подключен ко второму выводу первичной обмотки импульсного трансформатора. ФИ содержит независимых пунктов - 1, зависимых - 4, фиг.1 - фиг.9

Формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор с анодом диода, катод которого подсоединен ко второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Полезная модель отличается, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с входом электронного ключа и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и к одному из выводов второго резистора, второй вывод которого подсоединен к аноду диода, катод которого соединен с управляющим входом электронного ключа, выход которого подключен ко второму выводу первичной обмотки импульсного трансформатора.

Как вариант, в формирователе импульсов параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем катод стабилитрона соединен с первой обкладкой конденсатора.

Электронный ключ содержит тринистор, причем управляющий вход ключа соединен или через прямо включенный диод или через резистор с управляющим электродом тринистора, который подключен через параллельно соединенные резистор и обратно включенный диод к катоду тринистора и выходу ключа, вход которого подсоединен к аноду тринистора.

Возможно, что первый зажим формирователя импульсов подключен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с первым зажимом механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (общей шине).

Как вариант, первый зажим формирователя импульсов подключен к первому зажиму механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с отрицательным зажимом -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (общей шине).

Описание полезной модели

Полезная модель относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания и в частности к формирователям импульсов для управления тиристорами (тринисторами или симисторами) конденсаторно-тиристорного модуля зажигания.

Основным недостатком конденсаторных систем зажигания является их низкая помехоустойчивость из-за импульсных помех, всегда имеющихся в бортовой электросети автомобиля. Источниками этих помех могут быть индуктивные и коммутационные элементы, электродвигатели, вибрационные приборы, а также регулятор напряжения и генератор. От состояния этих приборов, а также от состояния аккумулятора, электропроводки и контактных соединений зависит амплитуда помех, которая может превышать 100 В. Длительность помех обычно не превышает долей миллисекунды. Импульсные помехи воздействуют на приборы электронных систем зажигания и могут вызывать нарушения их нормальной работы (сбои), например несвоевременное переключение триггеров, тиристоров и т.п., а также отказа элементов.

Известен формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор со вторым зажимом и с одним из выводов конденсатора, второй вывод которого подсоединен к первому выходному зажиму формирователя импульсов и через второй резистор со вторым выходным зажимом формирователя импульсов (Стабилизация напряжения преобразователя. Радио 10, стр.30).

Известен также аналогичный по принципу действия формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор со вторым зажимом и с одним из выводов конденсатора, второй вывод которого подсоединен к первому выходному зажиму формирователя импульсов и через второй резистор соединен с первым зажим, являющимся вторым выходным зажимом формирователя импульсов (Блок электронного зажигания Искра-5М).

Однако указанные формирователи импульсов не имеют гальванической развязки входных и выходных зажимов, а амплитуда и длительность выходных сигналов управления зависит от величины и изменения величины напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля, что существенно ограничивает использование их при синтезе оптимальных схемотехнических решений конденсаторно-тиристорных модулей зажигания.

Наиболее близким к полезной модели является формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, в котором исключена гальваническая связь входных и выходных зажимов, содержащий первый зажим, соединенный через резистор с одним из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и анодом диода, катод которого подсоединен ко второму выводу первичной обмотки импульсного трансформатора и второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов (Тиристорная система электронного зажигания. АС 1772403 F02P 3/06, от 30.10.92. Бюл. 40.).

Аналогичный по принципу действия и схемотехническому решению формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания описан в (А.Х.Синельников. Электроника в автомобиле. Москва «Радио и связь» 1986 г. Рис.21).

В этих формирователях импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, как и в первых не исключается формирование ложных импульсов при дребезге контактов механического датчика (прерывателя), а также существует зависимость токовременных параметров запускающих импульсов от значения напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля, величины и длительности протекания тока через первичную обмотку импульсного трансформатора и скорости изменения магнитного потока при размыкании механического датчика (прерывателя) или электронного датчика.

Устранить указанные недостатки позволяет формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания содержащий первый зажим, соединенный через резистор с анодом диода, катод которого подсоединен ко второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов. Полезная модель отличается, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с входом электронного ключа и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и к одному из выводов второго резистора, второй вывод которого подсоединен к аноду диода, катод которого соединен с управляющим входом электронного ключа, выход которого подключен ко второму выводу первичной обмотки импульсного трансформатора.

Введение стабилитрона подключенного, например, параллельно конденсатору позволяет стабилизировать величину заряда конденсатора и, соответственно, энергию, трансформируемую во вторичную обмотку импульсного трансформатора.

Использование тринистора в качестве электронного ключа позволяет сформировать одиночный импульс с оптимальными токовременными параметрами по амплитуде и длительности независимо от токовременных параметров электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием) или дребезга контактов при размыкании механического датчика (прерывателя).

Предложенные варианты подключения формирователя импульсов к зажимам источника энергии бортовой сети автомобиля и механическому датчику (прерывателю) или электронному датчику (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), позволяют выбрать наиболее оптимальный вариант в каждом конкретном случае.

На фиг.1-фиг.4 изображены формирователи импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, содержащие первый зажим 1, соединенный через резистор 3 с анодом диода 4, катод которого подсоединен ко второму зажиму 2 формирователя импульсов. Первый зажим 1 формирователя импульсов соединен также с входом 7-1 электронного ключа 7 и одной из обкладок конденсатора 6, вторая обкладка которого подключена к одному из выводов первичной обмотки 8 импульсного трансформатора 9 и к одному из выводов второго резистора 5, второй вывод которого подсоединен к аноду диода 4, катод которого соединен с управляющим входом 7-2 электронного ключа 7, выход 7-3 которого подключен ко второму выводу первичной обмотки 8 импульсного трансформатора 9. Первый 11 и второй 12 выводы вторичной обмотки 10 импульсного трансформатора 9 являются, соответственно, первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов.

В формирователе импульсов (фиг.2-фиг.4) параллельно конденсатору 6 подсоединен стабилитрон (фиг.3 - двуханодный стабилитрон) 13, причем катод стабилитрона 13 соединен с первой обкладкой конденсатора 6.

Электронный ключ 7 содержит тринистор, причем управляющий вход ключа 7-2 соединен или через прямо включенный диод 7-7 (фиг.5) или через резистор 7-8 (фиг.6) с управляющим электродом тринистора 7-5, который подключен через параллельно соединенные резистор 7-4 и обратно включенный диод 7-6 к катоду тринистора 7 и выходу электронного ключа 7-3, вход 7-1 которого подсоединен к аноду тринистора 7-5.

На фиг.3 показан также вариант, когда первый зажим 1 формирователя импульсов подключен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим 2 формирователя импульсов соединен с первым зажимом механического датчика (прерывателя) 14 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 14, второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (общей шине). Вход синхронизации датчика 14 с вращением коленчатого вала или распределительного вала показан стрелкой.

На фиг.4 приведен вариант, когда первый зажим 1 формирователя импульсов подключен к первому зажиму механического датчика (прерывателя) 14 или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) 14, второй зажим которого подсоединен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим 2 формирователя импульсов соединен с отрицательным зажимом -Е источника энергии бортовой сети автомобиля (обшей шиной). Вход синхронизации датчика 14 с вращением коленчатого вала или распределительного вала показан стрелкой.

На фиг.7-фиг.9 приведены временные диаграммы работы формирователя импульсов с механическим датчиком (прерывателем) изображенным на фиг.3.

На фиг.7 приведена временная диаграмма напряжения на зажимах механического датчика (прерывателя).

На фиг.8 приведена временная диаграмма напряжения на конденсаторе 6 относительно выхода 7-3 электронного ключа 7.

На фиг.9 приведена временная диаграмма напряжения на зажиме 12 относительно зажима 11 вторичной обмотки 10 импульсного трансформатора 9.

Работу рассмотрим на примере формирователя импульсов изображенного на фиг.3.

Исходное состояние: контакты механического датчик (прерывателя) замкнуты и по цепи протекает ток от источника энергии бортовой сети +Е, зажим 1, резистор 3, диод 4, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 14, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). А также, по следующей цепи протекает ток от источника энергии бортовой сети +Е, зажим 1, стабилитрон 13, резистор 5, диод 4, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 14, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина). Ток через резистор 3 и диод 4 формирует в основном необходимый и достаточный ток через контакты механического датчика (прерывателя) 14, что позволяет исключить образование окисной пленки на контактах прерывателя. Конденсатор 6 заряжается до напряжения стабилизации стабилитрона 13.

При реализации электронного ключа, по схеме, изображенной на фиг.6, ток заряда конденсатора осуществляется не только по цепи: источник энергии бортовой сети +Е, зажим 1, конденсатор 6, резистор 5, диод 4, зажим 2, механический датчик (прерыватель) 14 общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина), но и по цепи: источник энергии бортовой сети +Е, зажим 1, конденсатор 6, первичная обмотка 8 импульсного трансформатора 9, выход 7-3 ключа 7, диод 7-6, резистор 7-8 управляющий вход 7-2 ключа 7, зажим 2 формирователя импульсов, механический датчик (прерыватель) 14, общий зажим источника энергии бортовой сети автомобиля -Е (общая шина), а после заряда конденсатора ток протекает через стабилитрон 13. Т.е. необходимо учитывать величину сопротивления 7-8, определяющего ток управления тринистора 7-5, так чтобы скорректировать величину сопротивления 5 и обеспечить заряд конденсатора до заданного значения не менее чем за 2-2,5 мс. Ток, протекающий через диод 7-6, создает на нем падение напряжения, приложенное к переходу управляющий электрод - катод тринистора 7-5 в обратном направлении, что исключает запуск тринистора от помех бортовой цепи автомобиля при замкнутых контактах прерывателя 14.

В момент времени t0, t2, t4. (фиг.7-фиг.9). Контакты механического датчика (прерывателя) размыкаются, и напряжение с конденсатора 6 прикладывается к управляющему входу 7-2, относительно выхода 7-3 электронного ключа 7 по цепи: верхняя обкладка конденсатора 6, резистор 3, диод 4, управляющий вход 7-2 ключа 7. Ток через управляющий электрод тринистора 7-5, протекает по цепи: верхняя обкладка конденсатора 6 резистор 3, диод 4, диод 7-7, управляющий электрод тринистора 7-5, катод тринистора 7-5, первичная обмотка 8 импульсного трансформатора 9, нижняя обкладка конденсатора 6. Амплитуда напряжения положительного импульса на аноде диода 7-7 и на управляющем электроде тринистора 7-5 определяется напряжением срабатывания управляющего электрода тринистора 7-5. К первичной обмотке 8 импульсного трансформатора 9 прикладывается напряжение заряженного конденсатора 6 (фиг.8). Конденсатор 6 практически мгновенно (100-200 мкс.) разряжается на первичную обмотку 8 импульсного трансформатора 9 и на его вторичной обмотке 10 формируется импульс запуска (фиг.9) длительностью не менее 50 мкс. Амплитудное значение напряжения и тока запускающего импульса для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания зависит от емкости конденсатора 6, напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля или напряжения стабилизации стабилитрона 13 (при его наличии), коэффициента трансформации импульсного трансформатора 9 и сопротивления нагрузки (цепи запуска электронного ключа конденсаторно-тиристорного модуля зажигания). Дребезг механического датчика (прерывателя) 14 при размыкании контактов не влияет на форму, амплитуду и длительность запускающего импульса, т.к. первый же импульс при размыкании контактов прерывателя запускает тринистор 7-5 и в дальнейшем независимо от состояния контактов (дребезга) прерывателя 14 тринистор 7-5 остается открытым на все время разряда и перезаряда конденсатора 6, за счет остаточной энергии импульсного трансформатора 9. Если даже, продолжается дребезг контактов прерывателя после разряда конденсатора 6 и выключения тринистора 7-5, то повторного запуска тринистора 7-5 не произойдет, т.к. конденсатор 6 разряжен и остается разряженным до момента замыкания контактов (момент времени t1 или t3). При замыкании контактов прерывателя (момент времени t1, t3) формируется, из-за дребезга, поэтапный заряд конденсатора 6 (фиг.8) до заданного значения напряжения (напряжения источника энергии за вычетом падения напряжения на диоде 4 (фиг.1) или до напряжения стабилизации стабилитрона 13 (фиг.2, фиг.3 и фиг.4) и осуществляется не мене чем за 2 мс при максимальном значении напряжения источника энергии бортовой сети автомобиля (13.8-14.4 В). Формирователь импульсов не реагирует на дребезг контактов при замыкании, т.к. напряжение на конденсаторе в течение всей длительности дребезга недостаточно для запуска тринистора (фиг.8).

При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при замкнутых контактах прерывателя 14, запуск электронного ключа 7 не происходит, т.к. управляющий электроду тринистора 7-5 защищен диодом 7-7 от приложенного отрицательного (закрывающего) напряжения по величина равного падению напряжения на резисторе 5 и падению напряжения на диоде 4.

При возникновении импульсных помех в бортовой сети автомобиля при разомкнутых контактах прерывателя 14, запуск электронного ключа 7 не происходит, т.к. конденсатор 6 разряжен.

В заявляемом изобретении достигаются следующие технические результаты: гальваническая развязка первичной и вторичной цепей управления; нечувствительность к импульсным помехам возникающих в бортовой сети питания автомобиля; независимость от токовременных параметров электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС) или дребезга контактов механического датчика (прерывателя); формируется оптимизированный по величине амплитуды и длительности напряжения или тока запускающий импульс для управления тиристорами (тринисторами или симисторами) конденсаторно-тиристорного модуля зажигания.

1. Формирователь импульсов для конденсаторно-тиристорного модуля зажигания, содержащий первый зажим, соединенный через резистор с анодом диода, катод которого подсоединен ко второму зажиму формирователя импульсов, первый и второй выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются соответственно первым и вторым выходными зажимами формирователя импульсов, отличающийся тем, что введены второй резистор, конденсатор и электронный ключ, причем первый зажим формирователя импульсов соединен с входом электронного ключа и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого подключена к одному из выводов первичной обмотки импульсного трансформатора и к одному из выводов второго резистора, второй вывод которого подсоединен к аноду диода, катод которого соединен с управляющим входом электронного ключа, выход которого подключен ко второму выводу первичной обмотки импульсного трансформатора.

2. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что параллельно конденсатору подсоединен стабилитрон (двуханодный стабилитрон), причем катод стабилитрона соединен с первой обкладкой конденсатора.

3. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ содержит тринистор, причем управляющий вход ключа соединен или через прямо включенный диод, или через резистор с управляющим электродом тринистора, который подключен через параллельно соединенные резистор и обратно включенный диод к катоду тринистора и выходу ключа, вход которого подсоединен к аноду тринистора.

4. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что первый зажим подключен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с зажимом механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к отрицательному зажиму -Е источника энергии бортовой сети автомобиля.

5. Формирователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что первый зажим подключен к зажиму механического датчика (прерывателя) или электронного датчика (микропроцессорной системы управления зажиганием ДВС), второй зажим которого подсоединен к положительному зажиму +Е источника энергии бортовой сети автомобиля, а второй зажим формирователя импульсов соединен с отрицательным зажимом -Е источника энергии бортовой сети автомобиля.