Бесконтактная система зажигания

 

Использование: изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания, а более конкретно- к системам зажигания с регулированием выходного тока по параметрам работы двигателя. Сущность изобретения: бесконтактная система зажигания содержит блок синхронизации, блок временной обработки, блок выходного ключа, блок динамической блокировки, блок блокировки тока, блок токоограничения. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания, а более конкретно к системам зажигания с регулированием выходного тока по параметрам работы двигателя.

Известны системы зажигания, содержащие последовательно-параллельно соединенные блоки синхронизации, генератор, входную и выходную клеммы [1] Такое устройство позволяет менять угол опережения зажигания относительно начального угла.

Известны также бесконтактные системы зажигания, содержащие последовательно-параллельно соединенные блок блокировки тока и блок токоограничения, выходной ключ, входную и выходную клеммы [2] Недостатком известных устройств является невозможность исключения температурного влияния на параметры системы, неустойчивость работы системы на малых оборотах двигателя.

Бесконтактная система зажигания, включающая последовательно-параллельно соединенные блок блокировки тока, блок токоограничения, блок выходного ключа, входную и выходную клеммы, содержит дополнительно блок синхронизации, блок временной обработки и блок динамической блокировки, при этом входная клемма соединена с входом блока синхронизации, первый выход блока синхронизации соединен с первым входом блока динамической блокировки, второй выход блока синхронизации соединен с вторым входом блока временной обработки и вторым входом блока динамической блокировки, третий выход блока синхронизации соединен с третьим входом блока временной обработки, четвертый выход блока синхронизации соединен с четвертым входом блока временной обработки, третьим входом блока динамической блокировки и первым входом блока блокировки тока, выход блока динамической блокировки соединен с первым входом блока временной обработки, первый выход блока временной обработки соединен с первым входом блока выходного ключа и четвертым входом блока динамической блокировки, второй выход блока временной обработки соединен с вторым входом блока блокировки тока, выход блока блокировки тока соединен с вторым входом блока выходного ключа, выход блока токоограничения соединен с третьим входом блока выходного ключа, первый выход которого соединен с третьим входом блока выходного ключа, первый выход которого соединен с выходной клеммой, а второй выход соединен с входом блока токоограничения.

На фиг. 1 представлена блок-схема бесконтактной системы зажигания; на фиг. 2 5 временные диаграммы системы зажигания; на фиг.6 принципиальная электрическая схема реализации бесконтактной системы зажигания.

Система зажигания содержит блок синхронизации, блок 2 временной обработки, блок 3 выходного ключа, блок 4 динамической блокировки, блок 5 блокировки тока, блок 6 токоограничения, 7(а) входная клемма и вход блока синхронизации, а (б): второй выход блока синхронизации, второй вход блока временной обработки и второй вход блока динамической блокировки, 9 (г): третий выход блока синхронизации и третий вход блока временной обработки, 10 (д): четвертый выход блока синхронизации, четвертый вход блока временной обработки, третий вход блока динамической блокировки и первый вход блока блокировки тока, 11 (в): первый выход блока синхронизации и первый вход блока динамической блокировки, 12 (г): выход блока динамической блокировки и первый вход блока временной обработки, 13 (л): первый выход блока временной обработки, первый вход блока выходного ключа и четвертый вход блока динамической блокировки, 14 (к): второй выход блока временной обработки и второй вход блока блокировки тока, 15 (и): выход блока блокировки тока и второй вход блока выходного ключа, 16 выход блока токоограничения и третий вход блока выходного ключа, 17 второй выход блока выходного ключа и вход блока токоограничения, 18 первый выход блока выходного ключа и выходная клемма.

Блоки соединены в точках, отображенных на фиг.1 и 6, при этом к входной клемме 7 системы зажигания подключается датчик положения коленвала, а к выходной клемме 18 подключается катушка зажигания.

Блоки и их соединения обеспечивают стабильность искрообразования во всех диапазонах питающих напряжений, внешних температур и оборотов коленвала, блокировку тока через катушку зажигания через определенное время после остановки двигателя при включенном зажигании и ограничение тока через катушку зажигания достаточной для искрообразования величиной на малых оборотах коленвала; кроме того, применение раздельных выходов блока 2 временной обработки для управления блоком 3 выходного ключа (связь 13) и для управления блоком 5 блокировки тока (связь 14) повышает надежность системы в целом, так как при работающем двигателе блок 5 блокировки тока не влияет на работу блока 3 выходного ключа и неисправность блока 5 блокировки тока не приводит к прекращению искрообразования.

Блок синхронизации содержит термостабильный тактовый генератор с делителем частоты. Частота f подается на блок 2 временной обработки и блок 4 динамической блокировки (связь 8 (б) на фиг.2). Частота f/2 подается на блок 4 динамической блокировки (связь 11(в) на фиг.2). С блока 1 синхронизации на блок 2 временной обработки поступает инвертированный сигнал с датчика положения коленвала (связь 9 (г) на фиг.2), который управляет работой блока 2 временной обработки. При единичном уровне сигнала (поз.9 (г) на фиг.2) блок временной обработки включается на суммирование импульсов с частотой f_o, поступающих с блока 1 синхронизации. При нулевом уровне сигнала (поз.9 (г) на фиг. 2) блок 2 временной обработки переключается на вычитание импульсов, поступающих с блока 4 динамической блокировки. Частота импульсов вычитания (по. 12 (с) на фиг.5) равна f или f/2 в зависимости от состояния блока динамической блокировки.

По отрицательному перепаду сигнала с датчика положения коленвала (связь 7 (а) на фиг.2) блок синхронизации формирует импульс длительностью (связь 10 (д) на фиг.2), который запрещает на время сложение импульсов в блоке 2 временной обработки и сбрасывает в исходное состояние блок 5 блокировки тока. Блок 2 временной обработки формирует импульс накопления длительностью 2, который поступает на вход блока 3 выходного ключа и вход блока 4 динамической блокировки. Блок 3 выходного ключа подключает на время 2 , катушку зажигания к источнику питания для накопления энергии, а по окончании импульса накопления отключает катушку зажигания от источника питания, вызывая тем самым искрообразование. Блок 4 динамической блокировки сравнивает длительность импульса накопления с минимально заданной. Во время резких положительных угловых ускорений коленвала длительность импульса накопления становится меньше, чем 2, и меньше минимально заданной из-за набегания отрицательного перепада сигнала датчика (фиг.5, эпюра точки а). Тогда блок 4 динамической блокировки подключает к своему выходу частоту f вместо f/2 и вычитание в блоке временной обработки производится удвоенной частотой (фиг.5, эпюра точки с), при этом длительность импульса накопления увеличивается (фиг. 5, эпюра точки л) и благодаря этому искрообразование не прекращается. Через заданное количество циклов искрообразования блок 4 динамической блокировки возвращается в исходное состояние, так как за это время действие положительных угловых ускорений прекращается. Вычитание в блоке 2 временной обработки снова выполняется с частотой f/2, и длительность импульсов накопления снова становится равной 2 (фиг.5, эпюры точек л, р, с).

При остановке двигателя с включенным зажиганием, когда сигнал с датчика положения коленвала имеет единичное значение (связь 7 (а) на фиг.4), формирование импульсов длительностью прекращается (связь 10 (д) на фиг.4), а блок 2 временной обработки продолжает выполнять вычитание импульсов (связь 12 (с) на фиг.5). При этом на второй вход блока 5 блокировки тока поступают импульсы переполнения с блока 2 временной обработки (связь 14 (к) на фиг.4). Через заданное количество импульсов блок 5 блокировки тока плавно выключает блок 3 выходного ключа (связь 15 (н) на фиг.4).

Блок синхронизации содержит тактовый генератор, делитель частоты, одновибратор, счетчик и RS-триггер, при этом вход одновибратора соединен с входом блока синхронизации и R-входом триггера, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты, выход делителя частоты соединен с первым выходом блока синхронизации и тактовым входом счетчика, выход триггера соединен с четвертым выходом блока синхронизации, вход блока синхронизации через инвертор в составе одновибратора соединен с третьим выходом блока синхронизации, выход одновибратора соединен с R-входом счетчика.

Блок временной обработки содержит реверсивный счетчик, три элемента И-НЕ, два инвертора и триггер, причем вход первого инвертора и первый вход первого элемента И-НЕ соединены с третьим входом блока временной обработки, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с вторым входом блока временной обработки, выход первого инвертора соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и первым входом третьего элемента И-НЕ, второй вход второго элемента И-НЕ соединен с входом сложения реверсивного счетчика, выход второго элемента И-НЕ соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, вход R реверсивного счетчика соединен с четвертым входом блока временной обработки и входом R триггера, выход переноса реверсивного счетчика соединен с вторым входом третьего элемента И-НЕ, выход третьего элемента И-НЕ через инвертор соединен с входом S триггера и вторым выходом блока временной обработки, а выход триггера соединен с первым выходом блока временной обработки.

Блок блокировки тока содержит счетчик, триггер, два транзисторных ключа, конденсатор и резистор, при этом тактовый вход счетчика соединен с вторым входом блока блокировки тока, входы R счетчика и триггера соединены с первым входом блока блокировки тока, выход первого транзисторного ключа соединен с выходом блока блокировки тока, выход счетчика соединен с входом S триггера, выход триггера соединен с входом второго транзисторного ключа, выход второго транзисторного ключа соединен с входом первого транзисторного ключа, резистором и конденсатором, второй выход резистора и второй выход конденсатора подключены к разным полюсам источника напряжения.

Блок динамической блокировки содержит два счетчика, D-триггер, RS-триггер, три элемента И-НЕ, один элемент И-НЕ с запретом, выход которого соединен с С-входом первого счетчика, выход которого соединен с D-входом D-триггера, С-вход которого соединен с четвертым входом блока динамической блокировки, С-входом второго счетчика и входом запрета элемента И-НЕ с запретом, инверсный выход D-триггера соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, R-вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с вторым входом блока динамической блокировки, третий вход которого соединен с R-входом первого счетчика, а первый вход с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера, выходы первого и второго элементов И-НЕ соединены с первым и вторым входами третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с выходом блока динамической блокировки.

Блок токоограничения содержит цепочку отрицательной обратной связи по току, которая при увеличении тока через катушку зажигания сверх заданной величины воздействует на вход блока выходного ключа и препятствует дальнейшему увеличению тока через катушку зажигания.

Система может быть реализована на базе специализированной ИМС с внешними элементами для обеспечения необходимых режимов работы ИМС и параметров системы (фиг.6).

Блок динамической блокировки выполнен на элементах ИМС D1-D7, D15-D17, VT1, C4, C5 и внешних резисторах R4 и R5. Блок содержит тактовый генератор, выполненный на элементах D15-D17, VT1, R4 и R5. Включение внешнего R5 позволяет получить стабильную частоту тактового генератора, не зависящую от параметров транзистора VT1, которые по технологическим причинам могут отличаться на разных кристаллах. Делитель частоты выполнен на Т-триггере D17. Цепочка D1-D5 формирует по отрицательному перепаду сигнала с датчика положения коленвала короткий импульс строб (фиг.2, эпюра точки с), который обнуляет счетчик D6 и устанавливает в единицу триггер D7. Через время счетчик D6 заполняется, и на его выходе появляется сигнал переноса (фиг.2, эпюра точки ж), который сбрасывает триггер D7 в ноль. Таким образом, по отрицательному перепаду сигнала с датчика положения коленвала на выходе триггера D7 формируется положительный импульс длительностью . При снижении напряжения питания U_ст частота тактового генератора также уменьшается, при этом длительность импульса увеличивается.

На больших оборотах двигателя, когда длительность отрицательной части сигнала с датчика положения коленвала становится меньше, чем , счетчик D6 не успевает заполниться, поэтому триггер D7 сбрасывается сигналом с датчика положения коленвала (фиг.3, эпюры точек а, с, ж, д). При этом сигнал на выходе системы повторяет по форме сигнал с датчика положения коленвала. Элемент D1 инвертирует сигнал с датчика положения коленвала для использования в блоке временной обработки.

Блок временной обработки содержит схему управления счетчиком (элементы D8 D10), реверсивный счетчик D11, триггер D27 и схему управления триггером D12, D13. В зависимости от состояния датчика положения коленвала на реверсивный счетчик D11 поступают импульсы сложения (эпюра з на фиг.2) или вычитания (эпюра и на фиг. 2). Так как в начале сложения на входе R счетчика присутствует импульс запрета длительностью , количество импульсов, накопленных счетчиком во время сложения, будет равно N f (t_o-), (1) где f частота тактового генератора; t_o- длительность отрицательной части сигнала с датчика положения коленвала; - длительность импульса запрета счета.

С приходом с датчика положения коленвала единичного уровня импульсы частотой f перестают поступать на вход сложения счетчика D11, а на вход вычитания того же счетчика поступают импульсы вычитания с частотой f/n, где n коэффициент деления тактовой частоты (в нашем случае n=2). После вычитания N импульсов счетчик обнулится, и на его выходе появится импульс переноса (эпюра точки к на фиг.2), который установит выход триггера D14 в нулевое состояние. С приходом следующего отрицательного перепада с датчика положения коленвала триггер D14 вновь установится в единичное состояние. Таким образом формируется импульс накопления, длительность которого t_н составит t_н t₁-Nn/f (2) где t₁ длительность положительной части сигнала с датчика положения коленвала; N количество импульсов, подсчитанных счетчиком во время сложения; f частота тактового генератора; n коэффициент деления делителя частоты тактового генератора.

Подставив в (2) значение N из (1), получим t_н t₁-n t_o+ n . (3)
Если выбрать коэффициент деления делителя частоты тактового генератора равным отношению длительностью t₁ и t_o, то есть n=t₁/t_o, то
t_н n, (4)
то есть длительность импульса накопления не зависит от частоты тактового генератора и частоты сигнала с датчика положения коленвала, а однозначно задается длительностью импульса .

Для бесконтактных систем зажигания скважность импульсов с датчика положения коленвала нормирована. Например, для двигателей ВАЗ-2108, ВАЗ-2109 она равна 1,5, то есть
Q=T/t₁=(t₁+t₀)/t₁=1,5, (5)
откуда
n t₁/t₀ 2,0 (6)
Поэтому для указанных двигателей коэффициент деления делителя тактовой частоты выбирается равным 2.

Во время действия положительных угловых ускорений скважность импульсов с датчика положения коленвала уменьшается и становится верным неравенство
t₁<n . (7)
При этом уменьшается длительность импульсов накопления:
t_н < n. (8)
Для исключения перебоев в искрообразовании из-за уменьшения длительности импульсов накопления служит блок динамической блокировки, собранный на элементах D18-D25. Синхронно с каждым импульсом накопления t_н счетчик D19 формирует импульс заданной длительности t_зад, минимально необходимой для бесперебойного искрообразования. Так как длительность t_зад задается емкостью счетчика D19 и частотой тактового генератора, имеющего обратную связь по напряжению питания, с понижением напряжения питания длительность t_зад увеличивается, как и длительность . Это обеспечивает правильную работу блока динамической блокировки во всем диапазоне питающих напряжений.

На триггере D20 сравниваются длительности t_н и t_зад, и, если t_н<t, то триггер D20 своим выходом переключает триггер D21 в единичное состояние. При этом на вход вычитания счетчика D11 в блоке временной обработки поступают импульсы непосредственно с генератора с частотой f и длительность импульса накопления становится равной
t_н=t₁-f(t₀-)/f=
t₁-t₀+=nt_o-t_o+=
t_o(n-1)+ (9) то есть при n=2 длительность импульса накопления t_н увеличится на
t_н t_o + -2 t_o - (10)
Время действия этого приращения определяется емкостью счетчика D25. Через заданное количество циклов искрообразования счетчик D25 заполняется и своим выходом возвращает триггер D21 в исходное состояние, при этом на вход вычитания счетчика D11 в блоке временной обработки снова поступают импульсы с делителя частоты D17. Работа блока динамической блокировки поясняется временными диаграммами на фиг.5.

Блок блокировки тока выполнен на элементах D26, D27, VT3, VT4, R6, С6. При обстановке двигателя, когда датчик углового положения коленвала находится в единичном состоянии, при вычитании счетчик D11 блока временной обработки проходит через состояние переполнения несколько раз. Импульсы переполнения от счетчика D11 поступают на счетчик D26 блока блокировки тока. Через заданное количество циклов счетчик D26 переполняется и переключает триггер D27, который закрывает транзистор VT4. Конденсатор С6 заряжается через резистор R6 и плавно открывает транзистор VT3, при этом плавно закрываются транзисторы блока выходного ключа и ток через катушку зажигания прекращается без искрообразования.

Работа блока блокировки тока поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.4.

Блок токоограничения выполнен на резисторах R9, R10 и транзисторе VT7. При увеличении тока через катушку зажигания больше заданной величины падение напряжения на резисторе R10 увеличивается настолько, что транзистор VT7 приоткрывается и шунтирует базу транзистора VT5 блока выходного ключа, вызывая тем самым призакрывание транзисторов VT5 и VT6 блока выходного ключа и ограничивая ток через катушку зажигания.

Дополнительные элементы схемы установлены для стабилизации питающих напряжений элементов схемы, бескон- тактного датчика и подавления помех.

Формула изобретения

1. БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ, содержащая последовательно - параллельно соединенные блок блокировки тока и блок токоограничения, блок выходного ключа, входную и выходную клеммы, отличающаяся тем, что устройство дополнительно содержит блок синхронизации, блок временной обработки и блок динамической блокировки, выход блока динамической блокировки соединен с первым входом блока временной обработки входная клемма соединена с входом блока синхронизации, первый выход блока синхронизации соединен с первым входом блока динамической блокировки, второй выход блока синхронизации соединен с вторым входом блока временной обработки и вторым входом блока динамической блокировки, третий выход блока синхронизации соединен с третьим входом блока временной обработки, четвертый выход блока синхронизации соединен с четвертым входом блока временной обработки, третьим входом блока динамической блокировки и первым входом блока блокировки тока, выход блока динамической блокировки соединен с первым входом блока временной обработки, первый выход блока временной обработки соединен с первым входом блока выходного ключа и четвертым входом блока динамической блокировки, второй выход блока временной обработки соединен со вторым входом блока блокировки тока, выход блока блокировки тока соединен со вторым входом блока выходного ключа, выход блока токоограничения соединен с третьим входом блока выходного ключа, первый выход которого соединен с выходной клеммой, второй выход с входом блока токоограничения.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок синхронизации содержит тактовый генератор, делитель частоты, одновибратор, счетчик и RS триггер, при этом вход одновибратора соединен с входом блока синхронизации и R- входом триггера, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты, выход делителя частоты соединен с первым выходом блока синхронизации и тактовым входом счетчика, выход триггера соединен с четвертым выходом блока синхронизации, вход блока синхронизации через инвертор в составе одновибратора соединен с третьим входом блока синхронизации, выход одновибратора соединен с R входом счетчика.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок временной обработки содержит реверсивный счетчик, три элемента И-НЕ, два инвертора и триггер, причем вход первого инвертора и первый вход первого элемента И-НЕ соединены с третьим входом блока временной обработки, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с вторым входом временной обработки, выход первого инвертора соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и первым входом третьего элемента И-НЕ, второй вход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом блока временной обработки, выход первого элемента И-НЕ соединен с входом сложения реверсивного счетчика, выход второго элемента И-НЕ соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, R-вход реверсивного счетчика соединен с четвертым входом блока временной обработки и R-входом триггера, выход переноса реверсивного счетчика соединен со вторым входом третьего элемента И-НЕ, выход третьего элемента И-НЕ через инвертор соединен с S-входом триггера и вторым выходом блока временной обработки, а выход триггера соединен с первым выходом блока временной обработки.

4. Система по п.п.1, отличающаяся тем, что блок блокировки тока содержит счетчик, триггер, два транзисторных ключа, конденсатор и резистор, при этом тактовый вход счетчика соединен со вторым входом блока блокировки тока, R-входы счетчика и триггера соединены с первым входом блока блокировки тока, выход первого транзисторного ключа соединен с выходом блока блокировки тока, выход счетчика соединен с S-входом триггера, выход триггера соединен с входом второго транзисторного ключа, выход второго транзисторного ключа соединен с входом первого транзисторного ключа, резистором и конденсатором, второй выход резистора и второй выход конденсатора подключены к разным полюсам источника напряжения.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок динамической блокировки содержит два счетчика, D-триггер, RS-триггер, три элемента И-НЕ, один элемент с запретом, выход которого соединен с C-входом первого счетчика, выход которого соединен с D-входом D-триггера, C-вход которого соединен с четвертым входом блока динамической блокировки, C-входом второго счетчика и входом запрета элемента И-НЕ с запретом, инверсный выход D-триггера соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, R-вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с вторым входом блока динамической блокировки, третий вход которого соединен с R-входом первого счетчика, а первый вход с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера, выходы первого и второго элементов И-НЕ соединены с первым и вторым входами третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с выходом блока динамической блокировки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6