CS266539B1 - Zapojeni pro stabilizaci a zrychlení nárůstu proudu v obvodech indukčních zapalovacích systémů - Google Patents

Abstract

Využití zapojení je v oblasti pulsně napájených elektrických obvodů s indukční zátěži. V zapalovacích soustavách indukčního typu pro spalovací motory má velikost energie magnetického pole cívky zásadní význam pro minimalizaci škodlivin ve výfukových plynech. Účelem řešení je zrychlení fáze narůstání proudu a tím rychlejšího vybuzení magnetického pole v cívce. To umožňuje zvýšit kmitočet napájecích pulsů při konstantní energii magnetického pole. Použitá zapalovací cívka má přídavný sériový rezistor, jímž se doplňuje činný odpor cívky na hodnotu, odpovídající jmenovitému proudu a napětí. Na začátku každého cyklu je rezistor zkratován spínacím tranzistorem, takže nezpůsobuje úbytek napětí a nárůst proudu je rychlý. Tranzistor je řízen proudovým čidlem, sestávajícím z měřícího rezistoru a řídicího tranzistoru. Jakmile proud dostoupí na jmenovitou velikost, spínací tranzistor se rozepne, rezistor se zapojí do obvodu a limituje proud. Energie magnetického pole cívky tak zůstává konstantní v širokém rozsahu otáček motoru. Proti dosud známým zapojením, jež používají tranzistorové regulátory proudu cívky, je výhoda zapojení v tom, že tranzistor pracuje ve spínacím režimu. V důsledku toho je jeho oteplení ztrátovým výkonem minimální a spolehlivost systému značně vysoká. Zapojeni lze také využít ke zvýšení maximálních otáček pulsně napájených krokových motorů, ke zrychlení přítahu relé apod.

Description

Vynález se týká zapojení pro stabilizaci a zrychlení nárůstu proudu v obvodech indukčních zapalovacích systémů.

Současné zapalovací systémy zpravidla řeší nové způsoby řízení spouštění zapalovacího nařízení s cílem nahradit údržbu vyžadující mechanický kontakt přerušovače s vačkou, některým druhem bezkontaktního elektronického spínače. Ten často umožňuje připojení obvodů, schopných regulovat předstih V Závislosti na okamžitých podmínkách práce motoru, např. otáčkách, podtlaku, teplotě atd. Další snahy o zlepšení funkce zapalovacích soustav se týkají energie, potřebné pro hoření jiskrového výboje v zapalovací svíčce. Požadavkem je, aby tato energie byla stálá v co největším rozsahu otáček motoru, i při kolísání napájecího napětí. Doba hoření výboje musí být dostatečně dlouhá, aby směs ve válci motoru řádně prohořela. Klasický bateriový systém pracuje na indukčním principu a používá indukční cívku, konstruovanou na jmenovité napětí palubní sítě. Energie magnetického pole cívky je přímo úměrná indukčnosti cívky a druhé mocnině proudu, který cívkou protéká. Proud s časem narůstá a jeho průběh je určen velikostí činného odporu a indukčnosti, v obvodu zapojených. Prakticky za 3 časové konstanty dosáhne proud své největší hodnoty, která je dána napětím a činným odporem a kdy je také energie magnetického pole v cívce největší. U klasického bateriového systému tento stav odpovídá cca 2 000 ot.min'^ pro čtyřválcový, čtyřtaktní motor. Při zvyšování otáček se dosažený proud a tím i energie zmenšují. Zlepšení tohoto systému spočívá v tom, že se používá zapalovací· cívka s větším převodem, tedy s menší indukčnosti a menším činným odporem primárního vinutí, přičemž proud se omezuje na vhodnou velikost přídavným sériovým rezistorem. Menší indukčnost způsobuje zpočátku rychlejší nárůst proudu, s jeho zvětšováním se však současně zvětšuje i úbytek napětí na sériovém rezistoru a proto se napětí na svorkách cívky neustále zmenšuje. V důsledku toho se další nárůst proudu zpomaluje, takže výsledný efekt je nevelký. Tento způsob však umožňuje dosáhnout větší energii jiskry, když společný vývod rezistoru a cívky je přiveden do zvláštního spínače, ovládaného společně se spouštěčem. Při zapnutí spouštěče je pak rezistor zkratován, takže proud z akumulátoru přichází na indukční cívku přímo. Výhodou je snadnější spouštění motoru, nevýhodou je potřeba zvláštního spínače. Požadavek stálosti energie v širším rozsahu otáček není splněn. Dokonalejší zapalovací systémy zajišťují konstantní energii tak, že při použití indukční cívky s větším převodem reguluje přítok proudu do ní regulační prvek, obvykle tranzistor, který současně plní funkci přerušovače okruhu. Nevýhodou toho je, že tranzistor přibírá ještě funkci sériového rezistoru, takže je zatěžován značným výkonem, který se mění v teplo na jeho polovodivém přechodu. Vzhledem k tomu, že teploty uvnitř motorového prostoru mohou za extrémních podmínek překročit i 80 °C, může mit takové oteplení negativní vliv na spolehlivost zařízení. Mimořádně stálou energii mohou zajištovat zapalovací systémy, kde energie se shromaž8uje v kondenzátoru, který se potom vhodným spínačem - obvykle tyristorem - připojí k zapalovací cívce a předá jí energii, potřebnou pro zapálení jiskrového výboje. Doba jeho hoření je u tohoto typu zapalování asi 4x kratší, než u zapalování s induktivním principem, což způsobuje nedokonalé opalování směsi a tím i větší podíl škodlivých složek ve výfukových plynech.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení dle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k první svorce rezistoru je připojen blok indukční cívky, který je svým výstupem připojen ke vstupu bloku proudového čidla, jehož první výstup je připojen ke vstupu bloku spínače, který je paralelně připojen k rezistoru, přičemž pulsní zdroj je připojen mezi druhou svorku rezistoru a druhý výstup bloku proudového čidla. Aby bylo dosaženo konstantní energie magnetického pole cívky v co nejširším rozsahu budicího kmitočtu, je nutno dosáhnout toho, aby proud v okruhu narostl co nejrychleji na požadovanou velikost a dále se již neměnil. Zapojení podle vynálezu řeší tento požadavek tak, že při použití indukční cívky se sériovým rezistorem zkratuje spínacím tranzistorem rezistor v době narůstání proudu při každém cyklu, takže nárůst proudu není rezistorem omezován a může proběhnout v nejkratším čase. Jakmile proud dosáhne potřebné Velikosti, spínací tranzistor se rozpojí a rezistor se zapojí do okruhu, čímž limituje proud, takže již dále neroste. Při každém přerušení a obnovení proudu v okruhu tranzistor znovu sepne a celý děj se opakuje. Tranzistorový spínač s rezistorem tak tvoří dvoustavový regulátor proudu.

I

Zapojení podle vynálezu umožňuje rychlejší nárůst proudu v elektrických obvodech s indukční zátěží ci tím dosažení, vyššího pracovního kmitočtu. Při použití, v bateriových indukčních zapalovacích systémech spalovacích motorů zajišťuje rychlejší vybuzení, magnetické energie v zapalovací cívce - přibližní 2:.: proti obvodu s trvale zapojeným reziutorem - a tedy konstantní energii do asi dvojnásobku otáček motoru jak je vidět na obr. 2. To umožňuje optimální spalování směsi a snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech při otáčkách nad 2 500 za min. V oblasti 4 001 až 5 000 ot.min je energie v cívce asi o 50 % vetší, než při trvale zapojeném rezistoru. Zapojení také stabilizuje proud cívky při kolísání napětí v palutuí cítí např. při startování motoru bez použití, přídavného spínače u spouštěče. Přerušování a spínání proudu v obvodu zapalovací cívky je zajištěno dvoustupňovým tranzistorovým spínačům dle obr. 3 s optickou indikací pro kontrolu a nastavení zákl, předstihu. Pro spouštění zapalovacího zařízení lze použít libovolný způsob. Připojení elektronických řídicích obvodů je snadné, v případě použití mechanického kontaktu s vačkou se výrazně prodlužuje jeho životnost a snižuje nutnost jeho údržby. Důležitou výhodou použitého způsobu regulace je, Ir tranzistor.pracuje jen v krajních bodech své charakteristiky a jeho výkonové zatížení je tudíž minimální. Věcéina ztrátového výkonu se rozptýlí v sériovém rezistoru. Jednoduché obvodové řešení a zejména nízké nároky na chlazení zaručují vysokou funkční spolehlivost, umožňují jednoduchou konstrukci a snadnou montáž do automobilů. Všechny součástky jsou tuzemslé výroby, bez speciálních nároků. Zapalovací cívkčt s přídavným rezistorem se běžně používá u některých typů vozů, jako Moskvič, Škoda atd.

Na obr. 1 je blokové; schéma zapojení dle vynálezu. Na obr. 2 je graf průběhu narůstání proudu v obvodu bnterlevého indukčního zapalování se spínaným rezistorem - křivka 1 - a s řeži:torem zapojeným vrvalc· - křivka 2 Dílky grafu vyznačují časové úseky 2ms, v závorce jsou uvedeny odpovídající otáčky motoru. Motor je čtyřválcový, čtyřdobý, poměr časů sepnuto: : rozepnuto je 2: ¹ . orný odpo^r je ,>.< než odpor rezistoru, napěji jo 15 V. Na obr, < ρ schonc ‘ ^nkrét.r fhc. převedení zapojení obvodu indukčního zapalování dle vynálezu ve spojení s Jvciuťtupnovzn. zesilovačem přerušovače proudu. Zapojení je navrženo tak, že záporný pól zdroje je pl í.aojen ne. kostru vozu.

Jeik jo vvzuachv· o . obr . 1 je a první svorce rezistoru 21 připojen blok 2 indukční . í\k_z, k tecý je svý;-¹. ’'ýstupem připojen ke vstupu bleku 2 proudového čidla, jehož první výstup? jo piapojtin kc vstupu bloku spínače, ktorý je paralelné připojen k rezistoru 2_l , přičemž pulsní zdroj Pii je připojen mezi čh nhou svorku rezistoru 2 ] ’ a druhý výstup bloku 3 .

proudového č lála.

Po zo.yojerií. c·.! . pr oudu do ok ruhu je blok 1 spínače sepnut- takže rezistor 21 je zkratován. Když proud dosanno stanovenou velikost, blok _3 proudového čidla vydá povel bloku _! spínače, který se rozpojí a tím se zapojí rezistor 21 do proudového okruhu. V důsledku toho se zastaví další růst proudu a ten zůstává konstantní až do přerušení toku proudu a dalšího cyklu.

Konkrétní obvod indukčního systému zapalování, na obr. 3 je zapojen tak, že na bázi tranzistoru jo připojen rezistor _1 a katoda světelné diody 2, jejíž anoda je připojena n.- vstupní svorku indukční cívky 22, společně s katodou diody JJ), rezistorem 18 a rezistorem 3, johož druhý konec je připojen na emitor tranzistoru _4. Jeho kolektor je přes rezistor 11 připojen na bázi tranzistoru 23 ♦ Do stejného bodu je připojen rezistor 1_3, katoda diody M a anodu diody 15.. Na emitor tranzistoru 23 je připojena anoda diody .14., rezistory 13 a 24 a emitor tranzistoru 12. Rezistor 24 je druhým koncem připojen na kostru zařízení, kam je. připojen 1 záporný pól zdroje. Báze tranzistoru 1_2 je přes rezistor 7 připojena na anodu diody 5, sériově spojené s diodou jý, katoda diody' 6. je připojena na záporný pól.

Na anodu diody ý je také připojen rezistor 8, jehož druhý konec je připojen na kladný pól zdroje. Kolektor tranzistoru 12 je přes rezistor 10 připojen na bázi tranzistoru 20, jehož emitor je připojen na kladný pól zdroje, stejně tak rezistor 2/ jehož druhý konec je spojen s bází tranzistoru 20. Kolektor tohoto tranzistoru je připojen na vstupní svorku indukční cívky ^2, stejně jako katoda diody 19 a k ní paralelně připojený rezistor 18. Anoda diody 19 jo připojena ke kondenzátoru 17, jeho druhý konec je připojen na druhý vývod primárního

CS 266 539 Bl vinutí cívky 22_· Do stejného bodu je připojen kolektor tranzistoru 23 a katoda diody _16 , jejíž anoda je připojena na katodu diody 15.

Při připojení rezistoru 1_ na záporný pól zdroje, např. kontaktem, protéká proud rezistorem 1. a světelnou diodou Jb která kromě toho, že indikuje protékání proudu, tvoří s tranzistorem £ a rezistorem 3. zdroj konstantního proudu. Tím se budí tranzistor 2 3, který se zcela otevře. Budicí proud je značně nezávislý na okamžité velikosti napětí zdroje, proto může být tranzistor 4_ zapojen až za sériovým rezistorem 21. Po část pracovního cyklu tedy pracuje se sníženým napětím, což zmenšuje jeho oteplení. Primárním okruhem cívky 22_ začne narůstat elektrický proud s časovou konstantou, určenou zejména parametry této cívky. Jeho velikost není omezována rezistorem _21, neboř, ten je v této fázi zkratován otevřeným tranzistorem 20. Budicí proud z báze tohoto tranzistoru teče přes vezistor l_0, otevřený tranzistor 12 a rezistor 24_ na záporný pól zdroje. Báze tranzistoru 12 je polarizována v propustném směru napětím, získaným průtokem proudu křemíkovými diodami 5 a 6, jeho emitor je připojen k měrnému rezistoru 24_. Tento rezistor spolu s tranzistorem 1_2 tvoří proudové čidlo, které zjištuje velikost protékajícího proudu. Jakmile napětí na něm dostoupí úrovně cca 0,7 V, tranzistor 12 přestane vést a tím se přestane budit, i tranzistor 2_0, který se uzavře. Proud cívky 22 pak teče přes rezistor 2J._, který zamezí jeho dalšímu narůstání. V obvodu proudového čidla je provedena teplotní kompenzace·' tepelným spojením diod 5, 6 a tranzistoru J_2. Přerušením toku proudu do báze tranzistoru 4 např. rozpojením kontaktu, přestane vést i tranzistor 23, Zánikem magnetického pole v cívce 22_ se naindukuje- v sekundárním vinutí vysoké napětí, jímž se zapálí elektrický oblouk mezi elektrodami svíčky 25. Hoření oblouku trvá tak dlouho.- dokud energie v cívce 22 je dostatečná pro jeho udržení. Napořová špička, která vznikne na primárním vinutí v okamžiku přerušení toku proudu se omezí diodami a 16 na bezpečnou vcj. ikost. Současně je tím omezeno maximální napětí na sekundárním vinutí při odpojc-né svíčce 25. obvod s orvky Γ7* JJL· 1-1 připojený paralelné k primárnímu vinutí má z' tub i. ucychlení zániku magnetLckého pole a zmenšeni namáhání tranzistoru 23_ napětovými špi-. ' omi, k-...j mohou vzniknout při. nedokonalém sepnutí při použití mechanické ho konta k tu.

Zapojení podle, vysála--^,! (o využit v zařízeních, kde záleží na rychlém vybuzení magnetického pole v cívce při pt.'.- 'j napájení. 'Například při. napájení krokových motorů lze tímto způsobem výiaznc zvýšit jejich maximální otáčky.

Claims (1)

1. Zapojení, pro stabilizaci, a zrychleni nárůstu proudu v obvodech indukční cli zapalovacích systémů, vyznačující se tím, že k první svorce rez i shorn (21) je připojen blok (2) indukční cívky, který je svým výstupem připojen ke vstupu bloku (3) proudového čidla, jehož první výstup jo připojen ke vstuou bloku (1) spínače, který jo paralelně připojen, k rezistoru (21), přičemž pul sní zdvoj (t’Z) je připojen mezi druhou svorku rezistoru (21) a druhy výstup bloku (3) proudového čidla.