CS204126B1 - Zapojení universálního elektronického automatického regulátoru předstihu pro spalovací motory - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení universálního elektronického automatického regulátoru předstihu pro· spalovací motory, zejména automobilové a motocyklové.

Většina dosud známých používaných automatických regulátorů předstihu v závislosti na otáčkách a podtlaku v nasávacím potrubí jsou mechanické. Vyznačují se tím, že úhel odtrhu přerušovače a tím okamžik zážehu před horní úvratí pístu natáčením destičky s přerušovačem okolo vačky. Natočení této destičky je dáno jednak odstředivým snímačem otáček a jednak membránovým snímačem podtlaku, s nímž je mechanicky spojen. Tento způsob automatické regulace předstihu při sériové výrobě regulátorů nezaručuje s dostatečnou přesností požadovaný průběh regulační křivky. Průběh regulační křivky se mění s opotřebením regulátoru během provozu. Tyto regulátory také mají hysterezi, která se projevuje rozdílným průběhem regulační křivky při zvyšujících se otáčkách a při snižujících se otáčkách. Zmíněné automatické regulátory se pro svoji složitost nehodí a ani nepoužívají u motorů s menším výkonem, například u dvoutaktních motocyklových. Ty pak nejsou vybaveny žádným regulátorem předstihu. Předstih je u nich nastaven pevně a v závislosti na otáčkách a podtlaku v nasá2 vacím potrubí se nemění. Následkem toho je účinnost motoru největší jen v úzkém rozsahu jeho otáček.

Uvedené nedostatky odstraňuje předložený vynález, který spočívá v tom, že ke snímači nastaveného úhlu natočení klikové hřídele před horní úvratií pírtu je připojen vstup řízeného hlavního¹ monostabilního klopného obvodu. K jeho prvnímu výstupu je připojen pomocný monostabilní klopný obvod, jehož první výstup je připojen na první řídicí vstup hlavního monostabilního klopného obvodu. Druhý výstup pomocného monostabilního klopného obvodu je připojen přes řídicí zdroj na druhý řídicí vstup hlavního monostabilního klopného obvodu. Třetí výstup pomocného monostabilního klopného obvodu je připojen na vstup koncového stupně s výstupem. Vynálezem se řeší automatická regulace předstihu elektronickým regulátorem, založeným na zpožďování pulsů z mechanického nebo bezkontaktního snímače. Přesným dodržením požadovaného průběhu regulační křivky, to znamená závislosti předstihu na otáčkách a zatížení motoru, se dociluje dokonalejšího spalování v motoru. Tím se dosahuje zvýšení výkonu motoru při stejné nebo menší spotřebě paliva a snížení hladiny zdraví

0 412 6 škodlivých exhalací ve výfukových zplodinách.

Na připojených výkresech jsou znázorněny dva příklady zapojení elektronického regulátoru předstihu podle vynálezu, kde na obr. 1 je blokově znázorněn regulátor předstihu, u něhož je výstupní puls odvozen od začátku pulsu pomocného monostabilního klopného obvodu a na obr. 3 je jeho skutečné zapojení. Na obr, 2 je zjednodušené zapojení řízeného monostabilního klopného obvodu pro vysvětlení jeho činnosti. Na obr. 4 jsou průběhy napětí v jednotlivých hodech regulátoru příkladně nastaveného pro čtyřtaktní čtyřválcový motor při 500 ot./min., na obr. 5 při 400 ot./min., na obr. 6 při 2000 ot./min. a na obr. 7 jsou průběhy regulačních křivek, jež byly přepočteny z naměřeného zpoždění u zkušebního funkčního vzorku pro 5 různých nastavení řídicího zdroje. Na obr. 8 je uveden jiný příklad blokového zapojení regulátoru předstihu, u něhož je výstupní puls odvozen od konce pulsu hlavního monostabilního klopného obvodu.

Zapojení je v podstatě zpožďovací obvod sestavený z hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO řízeného napětím a proudem, pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO, řídicího zdroje RZ a koncoivého stupně KS. Hlavní monositabilní klopný obvod HMKO se spouští pulsy ze snímače P. Doba jeho překlopení je závislá jednak na frekvenci spouštěcích pulsů a tím na otáčkách motoru, jednak na době překlopení pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO a na výstupním signálu z řídicího zdroje ŘZ. Zpoždění regulátoru se rovná době překlopení hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO. 'Spouštění pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO je odvozeno od konce pulsu hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO. Doba překlopení pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO je buď konstantní v závislosti na otáčkách motoru, nebo může být proměnná podle požadovaného průběhu regulační křivky a nesmí být větší, než je doba mezi dvěma po sobě následujícími jiskrami při daných otáčkách motoru. Šířka pulsu hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO je řízeno výstupními pulsy z pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO jednak přímo· a jednak přes řídicí zdroj RZ. Dobu překlopení hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO a tím i průběh regulační křivky lze ovlivňovat i externě, bez ohledu na otáčky motoru, například signálem ze snímače podtlaku nebo jiného čidla. Signál se přivádí bud do pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO, kde ovlivňuje dobu jeho překlopení nebo do řídicího zdroje RZ, kde ovlivňuje jeho výstupní signál nebo do pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO a řídicího zdroje Rz současně vstupem 2 a vstupem 3. Výstupní puls je odvozen od konce pulsu hlavního monostabilního· klopného obvodu HMKO nebo od začátku pulsu pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO, což je ve stejném časovém okamžiku a koncovým stupněm KS vhodně přizpůsoben ke spuštění elektronického zapalování.

Universálnost takto zapojeného elektronického regulátoru spočívá v tom, že,ho lze použít pro· motory dvoutaktní i čtyřtaktní s libovolným počtem válců, případně i pro Wankel-motory, a že může pracovat v libovolném rozsahu otáček motoru a že průběh regulační křivky lze nastavit nepřímkově v širokých mezích.

V klidu je tranzistor T2 (obr. 2] otevřen proudem IC3. Tranzistor Tí je zavřen. Kondenzátor C se nabije na napětí UOC. Přlvede-li se na svorky 1—1 kladný puls, otevře se tranzistor TI a přes jeho kolektor a diodu Dl se připojí kondenzátor C kladným pólem k zemi. Tím se na bázi tranzistoru T2 objeví záporné napětí UOC, které ho zavře. Tranzistor TI je dále udržován v otevřeném stavu kladným napětím na kolektoru tranzistoru T2 přivedeným na bázi tranzistoru TI přes odpor RVI. Vlivem proudu IC3 se záporné napětí na bázi tranzistoru T2 zmenšuje, až ho tento proud otevře a celý obvod se překlopí do původního stavu. Doba přeUOC

LC3 klopení T . Obdobně pracuje hlavní monostabilní klopný obvod HMKO (obr. 3] realizovaný tranzistorem TI až T4, odpory R2 až Rll, diodou D2 a kondenzátorem C2. Rozdíl je v tom, že kondenzátor C2 se nabíjí konstantním proudem z kolektoru tranzistoru T4. Maximální napětí UC20, na které se kondenzátor C2 může nabít je dáno napěťovým děličem R8, R9 ovládaným tranzistorem T6. Je-li hlavní monostabilní klopný obvod HMKO znovu spuštěn pulsem ze snímače P dříve než se kondenzátor C2 stačí nabít na napětí UC20, nabije se potom na menší napětí UC2. Tím se zmenší doba překlopení hlavního monostabilního .klopného obvodu HMKO, neboť je přímo úměrná napětí UC2 v okamžiku jeho spuštění.

Pomocný monostabilní klopný obvod PMKO je tvořen tranzistory T5, TB, diodou D4, odpory R13 až R19 a kondenzátorem C4. Princip jeho činnosti je stejný jako u obvodu na obr. 2. Spouštěn je pulsy z kolektoru tranzistoru TI, derivovanými kondenzátorem C3 a odporem R12, vždy v okamžiku, kdy se hlavní monostabilní klopný obvod HMKO překlápí zpět do stabilního stavu. Šířka výstupních pulsů je u tohoto zapojení konstantní v závislosti na frekvenci spouštěcích pulsů a nastavuje se proměnným odporem R18. Pulsy z kolektoru tranzistoru TB je ovládáno nabíjení kondenzátem C2. Je-li pomocný monostabilní klopný obvod PMKO překlopen do nestabilního stavu, uzavře se tranzistor TB a tím i tranzistor T4. Kondenzátor C2 se začne nabíjet až po překlopení pomocného klopného obvodu PMKO zpět do stabilního stavu. Napětím z kolekto204126 ru tranzistoru T6 je přes odpor R23 ovládán i řídicí zdroj ŘZ. Ten je tvořen tranzistorem T7 a T8, odpory R20 až R25 a kondenzátorem C5. V době stabilního stavu pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO, kdy je tranzistor T6 otevřen, je tranzistor T8 uzavřen a kondenzátor C5 se nabíjí přes odpor R2S a R24. Jakmile se pomocný monostabilní klopný obvod PMKO překlopí do nestabilního stavu, otevře se tranzistor T8 a kondenzátor C5 se přes něj vybije. Průběh napětí ,na kondenzátoru C5, přiváděný přes oddělovací stupeň tvořený tranzistorem T7 na bázi tranzistoru T3, řídí proud IC3 a tím dobu překlopení hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO. Amplituda napětí na bázi tranzistoru T3 se nastavuje proměnným odporem R21. Proměnným odporem R24 se nastavuje nabíjecí časová konstanta. Pulsy z kolektoru tranzistoru T5 se derivují kapacitou C6 a zesilují tranzistorem T9 a přes odpor R28 přivádějí na výstup. Postup při nastavování regulátoru je předveden na příkladu. Regulátor má regulovat předstih ctyřtaktního čtyřválcového motoru v rozsahu od 500 do 6000 ot./min. Při 500 ot./ /min. má být předstih 3° a při 6000 ot./ /min. má být 36°. Pro jednoduchost se požaduje přímkový průběh regulační křivky podobný průběhu 1 (obr. 7). Nejprve nastavíme odtrh přerušovače na maximální požadovaný předstih, tj. 36° na klikové hřídeli před horní úvratí pístu. Požadované zpoždění při 500 ot./min. vypočte následovně. Od nastaveného úhlu snímače a se odečte požadovaný úhel předstihu φ.

a ~ φ = 36° — 3° = 33°

Zpoždění regulátoru se musí rovnat době otočení klikové hřídele o 33° při 500 ot./ /min., a to je (a — φ) . 160,6 n — 3.166,6 500 = 11 ms

Stejným způsobem lze vypočítat požadované zpoždění žádaného předstihu při libovolných otáčkách. Při 6000 ot./min. a 36° předstihu se požaduje zpoždění nulové.

- 36.166,6

Z těchto mezních hodnot se vyjde pro nastavení regulátoru. Šířku pulsu TPMKO pomocného moinostabilního klopného obvodu PMKO nastavíme na dobu mezi jednotlivými zážehy při maximálních otáčkách. Při 6000 ot./min. se šířka pulsu TPMKO pomocného monostabilního klopného obvodu PNKO rovná 5 ms. Velikost nabíjecího proudu z kolektoru tranzistoru T4 (obr. 3) se nastaví tak, aby se jím kondenzátor C2 nabil z počátečního napětí na napětí UC20 za dobu TNO, což je doba mezi jednotlivými zážehy T při 500 ot./min. zmenšená o šířku pulzu TPMKO pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO a požadované zpožděn; Z. TNO = T—TPMKO—Z = 60—5—11 = 44 ms

Velikost kolektorového proudu tranzistoru T3 (obr. 3) se nastaví tak, aby se jím kondenzátor C2 po překlopení hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO spouštěcím pulsem vybil z napětí UC20 na počáteční hodnotu za dobu TVO, rovnající se požadovanému zpoždění při 500 ot./min., tj. za 11 ms. V okamžiku, kdy napětí na kondenzátoru C2 dosáhne původní hodnoty, překlopí se hlavní monostabilní klopný obvod HMKO do původního stavu. Činnost regulátoru v intervalu od 500 ot./min. do 6000 ot./ /min. vyjadřuje odvozený matematický vztah

THMKO = TV =

TVO . (T - TPMKO] TVO + TNO

Z zpoždění

THMKO šířka pulsu hlavního monostabilního klopného obvodu HMKO

TV čas, za který se kondenzátor C2 vybije na počáteční hodnotu z napětí UC2

TVO čas, za který se kondenzátor C2 vybije na počáteční hodnotu z napětí UC20

T doba mezi jednotlivými zážehy — nepřímo úměrná otáčkám motoru

TPMKO šířka pulsu pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO

TNO doba, za kterou se kondenzátor C2 nabije z počáteční hodnoty na napětí UC20

Z uvedeného vztahu je patrno, že velikost zpoždění Z a tím i průběh regulační křivky lze ovlivňovat i nezávisle na době mezi jednotlivými zážehy T úměrné otáčkám motoru, také změnou času TVO, za který se kondenzátor C2 vybije na počáteční hodnotu z napětí UC20, změnou šířky pulsu TPMKO pomocného monostabilního klopného obvodu a PMKO změnou doby TNO, za kterou se kondenzátor C2 nabije z počáteční hodnoty na napětí UC20.

Je-li čas TVO, za který se kondenzátor C2 vybije na počáteční hodnotu z napětí UC20, šířka pulsu TPMKO pomocného monostabilního klopného obvodu PMKO a čas TNO, za který se kondenzátor C2 nabije z počáteční hodnoty na napětí UC20 v závislosti na otáčkách konstantní, je průběh regulační křivky přímkový. Průběhy napětí na snímači P, kolektorech tranzistorů TI, T2, T4, T5, T6, bázi tranzistoru T2, kondenzátoru C5 a vý204126 stupu (obr. 4, 5, 6), jsou znázorněny v časovém měřítku 1 cm = 5 ms a platí pro nastavení regulátoru podle výše uvedeného příkladu. Universální elektronický automatický regulátor předstihu byl realizován jako zkušební funkční vzorek a ověřen v laboratorních podmínkách. Schéma jeho zapojení bylo totožné se schématem na obr. 3, avšak snímač P byl simulován pulsním generátorem. Frekvence spouštěcích pulsů z generátoru odpovídala frekvenci pulsů na přerušovači čtyřtaktního čtyřválcového motoru při daných otáčkách. Šířka pulsu TPMKO pomocného monostabilního klopného obvodu byla nastavena na 4,8 ms, čas TNO, za který se kondenzátor C2 nabíjel z počáteční hodnoty na napětí UC20 na 44 ms a čas TVO, za který se kondenzátor C2 vybíjel na počáteční hodnotu z napětí UC20 na 11 ms. Bylo měřeno zpoždění výstupních pulsů za vstupními v závislosti na frekvenci vstupních pulsů (otáčkách motoru) při různém nastavení regulačních prvků R10, R21 a R24. z naměřeného zpoždění byl vypočten úhel předstihu φ podle vztahu:

Z. n φ — úhel předstihu a — úhel odtrhu přerušovače před horní úvratí pístu

Z — naměřené zpoždění n — otáčky motoru

Uhel nastavení snímače a byl uvažován 36°. Vypočtené hodnoty předstihu jsou vyneseny do grafu na obr. 7. Při měření průběhu 1 byly regulační prvky R10, R21 a R24 nastaveny tak, že řídící zdroj RŽ neovlivňoval proud kolektoru tranzistoru T3. Elektrické zapojení regulátoru bylo navrženo pro jmenovité napájecí napětí 12 V, avšak pracovalo již při napájecím napětí od 3 V do 20 V.

Claims (3)

1. předmEt

   1. Zapojení universálního elektronického automatického regulátoru předstihu pro spalovací motory, zejména automobilové a motocyklové, vyznačené tím, že ke snímači (P) nastaveného úhlu natočení klikové hřídele před horní úvrati pístu je připojen vstup řízeného hlavního monostabilního klopného obvodu (HMKOJ, k jehož prvnímu výstupu je připojen pomocný monostabilní klopný obvod (PMKO), jehož první výstup je připojen na první řídicí vstup hlavního monostabilního klopného, obvodu (HMKO), přičemž druhý výstup pomocného 'monostabilního klopného obvodu (PMKO) je připojen přes řídicí zdroj (ŘZ) na druhý řídicí ynAlezu vstup hlavního monostabilního klopného obvodu (HMKO) a třetí výstup pomocného monostabilního klopného obvodu (PMKO) je připojen na vstup koncového stupně (KS).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že vstup koncového stupně (KS) je připojen na druhý výstup hlavního monostabilního klopného obvodu (HMKO).
3. 3. Zapojení podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že na vstup (2) řídicího zdroje (ŘZ), případně i na vstup (3) pomocného monostabilního klopného obvodu (PMKO) je připojeno alespoň jedno čidlo předstihu, nezávislé na otáčkách spalovacího motoru.

   R listů výkresů