RU1781447C - Универсальна тиристорна система зажигани - Google Patents

Abstract

Использование: в тиристорно-конден- саторных системах зажигани  с непрерывно-импульсным накоплением энергии дл  дви- , гателей внутреннего сгорани  на транспортных средствах и энергетических установках с любыми типами катушек зажигани  и датчиков момента зажигани . Сущность изобретени : включает блок согласовани , блок функций, пороговое устройство, релаксационный генератор, формирователь импульсов , преобразователь, конденсаторы, резистор, диод, ключи, катушку. Особенностью изобретени   вл етс  ведение второго накопительного конденсатора увеличенной емкости, от которого импульсно зар жаетс  через токоограничивающий резистор и второй электронный ключ первый накопительный конденсатор, а также двух диодов, двух резисторов и исполнение переключател  сдвоенным, что позвол ет повысить частоту многократного искрообразовани , увеличить длительность искрового разр да почти на все врем  рабочего хода поршн  и повысить энергию искрообразовани  во врем  запуска двигател . 3 з.п. ф-лы, 2 ил. со

Description

Устройство относитс  к тиристорно- конденсаторным системам зажигани  с не- прерывно-импульсным накоплением энергии дл  двигателей внутреннего сгорани  и может быть использовано на транспортных средствах и энергетических устройствах с любыми типами катушек зажигани  и датчиков момента зажигани .

Известна универсальна  тиристорна  система зажигани  с непрерывным накоплением энергии содержаща  блок согласовани , блок функций, формирователь импульсов, преобразователь посто нного напр жени , накопительный конденсатор и электронный ключ, котора  выбрана в качестве прототипа, как наиболее близка  по технической сущности предлагаемому устройству. Устройство - прототип совместно с любыми типами датчиков момента зажигани  и катушек зажигани , реализует функции октан-корректора с плавным изменением времени задержки момента зажигани , многократного искрообразовани  с коррекцией числа искр в зависимости от оборотов двигател , аварийного режима с непрерывным искрообразо- ванием, противоугонного устройства.

Недостатками прототипа  вл ютс  низка  частота многократного искрообразовани , мала  длительность искрового разр да и снижение энергии искрообразовани  при

00

  г

4 Јь Ч

запуске двигател  из-за снижени  напр жени  питани .

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  повышение частоты многократного искрообразовани , увеличение длительно- сти искрового разр да и повышение энергии искрообразовэни  во врем  запуска двигател .

Дл  этого а универсальную тиристор- ную систему зажигани , содержащую соединенные последовательно блок согласовани  со входами, предназначенными дл  подключени  к различным датчикам момента зажигани , блок функций, содержащий пороговое устройство, выполненное на последовательных логическом элементе 2И-НЕ и инверторе, релаксационный генератор , выполненный на двух последовательных двухвходовых логических элементах, первый вход первого из кото- рых св зан с выходом порогового устройства , и врем задающих резисторе и конденсаторе, формирователь импульсов, выход которого соединен с управл ющим входом электронного ключа, а также пере- ключатель и преобразователь посто нного напр жени , полох ительный выходной вывод которого св зан с минусом источника питани  через последовательные накопительный конденсатор и первичную обмотку катушки зажигани , и через электронный ключ, введены дополнительно второй накопительный конденсатор, подключенный к выходным выводам преобразовател  посто нного напр жени , токоограничива- ющий резистор, включенный между положительным выводом преобразовател  посто нного напр жени  и точкой соединени  первого накопительного конденсатора и электронного ключа, обратный диод, катод которого подключен к точке соединени  токоограничивающего резистора, первого накопительного конденсатора и электронного ключа, а диод - к минусу источника питани , а также второй электрон- ный ключ, соедин ющий минус источника питани  с отрицательным выходным выводом преобразовател  посто нного напр жени , вход управлени  которого соединен с выходом блока функций, а вход питани  - с положительным выходным выводом преобразовател  посто нного напр жени . Второй электронный ключ выполнен на первом транзисторе п-р-п, коллектор которого подключен к минусу ис- точника питани , эмиттер - к отрицательно- .му выходному выводу преобразовател  посто нного напр жени , а база соединена через первый резистор с выводом входа питани  ключа и с его эмиттером, через переход коллектор-эмиттер транзистора п-р-п оптронной разв зки, анод светодиода которой подключен через второй резистор к плюсу источника питани , а катод, через переход коллектор-эмиттер второго транзистора п-р-п, - с минусом источника питани  и, через последовательные переход коллектор - база второго транзистора и третий резистор, - с выводом входа управлени  ключа. Релаксационный генератор выполнен на двухв ходовых. логических элементах 2ИЛИ-НЕ, первый вход первого из которых соединен со входным выводом генератора и с выходом порогового устройства через четвертый резистор с выходом второго элемента, первый вход которого подсоединен к минусу источника питани , - через диод и с минусом источника . - через первую пару замыкающих контактов переключател , выполненного сдвоенным, а втора  пара размыкающих контактов подключена параллельно к п тому резистору, который включен последовательно с врем задающим резистором. Выходной вывод релаксационного генератора подключен ко второму выходу порогового устройства, образованному точкой соединени  выхода элемента 2И-ЙЕ и входа инвертора.

На фиг.1 приведена принципиальна  схема системы зажигани ; на фиг.2 - эпюры напр жений, по сн ющие работу системы, где:

а)сигнал на выходе порогового устройства;

б)сигнал на выходе релаксационного генератора;

в)сигнал на выходе формировател  импульсов;

г)сигнал на коллекторе второго транзистора;

д)ток светодиода оптронной разв зки;

е)напр жение на первом накопительном конденсаторе;

ж)напр жение на первичной обмотке катушки зажигани ;

з)ток искрового разр да.

Система зажигани  содержит соединенные последовательно блок 1 согласовани , блок 2 функций с пороговым устройством 3 и релаксационным генератором 4, формирователь импульсов 5, а также преобразователь посто нного напр жени  б, к выходным выводам которого подключен второй накопительный конденсатор 7. К положительному выходному выводу преобразовател  6 через токоограничивающий резистор 8 подключены котод обратного диода 9, один вывод первого электронного ключа 10, управл ющий вход которого соединен с выходом формировател  импульсов 5, и первый накопительный конденсатор 11, второй вывод которого соединен через первичную обмотку 12 катушки зажигани  с минусом источника питани , к которому также подключены второй вывод первого электронного ключа 10, анод диода 9 и, через второй электронный ключ 13, отрицательный выходной вывод преобразовател  6. Второй электронный ключ выполнен в виде транзистора 14 типа n-p-п, база которого через первый резистор 15 подключена к выводу входа питани  электронного ключа 14 и к его эмиттеру - через переход коллектор- эмиттер транзистора 16 оптронной разв зки , анод светодиода 17 который через второй резистор 18 подключен к плюсу источника питани , а катод, через переход коллектор-эмиттер второго транзистора 19 типа n-p-п, - к минусу База транзистора 19 через третий резистор 20 подключена к выходу входа управлени  ключа 13. Релаксационный генератор 4 выполнен на первом 21 и втором 22 элементах 2ИЛИ-НЕ, Первый вход элемента 21 соединен через четвертый резистор 23 с выходом порогового устройства 3. через диод 24 - с выходом элемента 22 и, через первую пару замыкающих контактов 25 сдвоенного переключател  - с минусом источника питани . Первый вход элемента 22 подключен к минусу источника питани . Втора  пара размыкающих контактов 26 подключена параллельно п тому резистору 27, который включен последовательно с врем за- дающим резистором 28 генератора 4. Второй вход элемента 21 соединен с выходом элемента 22 через врем задающий конденсатор 29. Пороговое устройство имеет второй выход, образованный точкой соединени  выхода элемента 30 2И-НЕГ и входа инвертора 31, подключенный к резистору 23.

Система зажигани  работает следующим образом.

После включени  питани  на втором выходе порогового устройства 3 устанавливаетс  сигнал высокого логического уровн , который через резистор 23 блокирует работу релаксационного генератора 4 по первому входу элемента 21 2ИЛИ-НЕ (контакты 25 разомкнуты), на выходе которого устанавливаетс  сигнал низкого логического уровн . Транзистор 19 заперт, через светодиод 17 ток не течет, транзистор 16 оптронной разв зки заперт, транзистор 14 электронного ключа 13 открыт базовым током, проход щим через резистор 15, а преобразователь 6 зар жает накопительные конденсаторы 7 и 11 до напр жени  400 В. После включени  стартера, и во врем  работы двигател  в момент начала искрообразовани , определ емый по вле- 5 нием сигнала низкого логического уровн  на втором выходе порогового устройства 3 (фиг.2,а) в блоке функций 2 начинает релаксационный генератор 4, на выходе которого , образованном выходом элемента

0 21 2ИЛИ-НЕ, по вл етс  последовательность сигналов пр моугольной формы со скважностью 0,5 (фиг.2,6). Передние фронты этих сигналов тактируют работу формировател  импульсов 5, сигнал на выходе

5 которого (фиг.2,в) отпирает электронный ключ 10. Одновременно с этим открываетс  транзистор 19 (фиг.2,г), рбеспечиваю- щий прохождение тока управлени  оптронной разв зки через светодиод 17

0 (фиг,2,д), после чего открываетс  транзистор 16, прерывающий поступление тока в базу транзистора 14, и запирающий электронный ключ 13. Поэтому работа преобразовател  посто нного напр жени  в

5 момент отпирани  ключа 10 не срываетс , т.к. в цепи разр да конденсатора 7 запираетс  один из последовательных ключей - 13. Конденсатор 11 разр жаетс  через ключ 10 и первичную обмотку 12 ка0 тушкк зажигани , начина  цикл искрообразовани . Под действием индуктивности катушки зажигани  конденсатор 11 перезар жаетс  через обратный диод 9 и вноьь начинает разр жатьс  через ключ 10, на

5 управл ющем входе которого сохран етс  отпирающий сигнал от формировател  импульсов 5, длительность которого (фиг.2,в) выбрана такой, чтобы захватить начало второго разр да конденсатора 11. Таким обра0 зом в процессе разр да и перезар да конденсатора 11 совершаетс  два затухающих колебани . Частота релаксационного генератора 4, определ ема  резистором 28 и конденсатором 29 (контакты 26 замкнуты)

5 выбрана такой, что сигнал высокого логического уровн  на его выходе прекращаетс  через два периода затухающих колебаний (фиг.2,6). К этому моменту ключ 10 запираетс . После по влени  на

0 выходе релаксационного генератора 4 сигнала низкого логического уровн  ток светодиода 17 прекращаетс  и ключ 13 открываетс . Поскольку емкость второго накопительного конденсатора 7 значительно

5 превышает емкость первого накопительного конденсатора 11, последний быстро доза- р жаетс  до напр жени  преобразовател  6 через токоограничивающий резистор 8 (фиг.2,е). Поскольку ток зар да конденсатора 11 протекает через первичную обмотку

12 катушки зажигани , то он имеет апериодическую и синусоидальную со- ставл ющие(фиг.2,з ), и поддерживает непрерывным искровой разр д в течение всего времени зар да. Сопротивление резистора 8 выбрано таким, чтобы ток искрового разр да не прерывалс  перед по влением очередного сигнала высокого логического уровн  на выходе релаксационного генератора 4 (фиг.2,б), после чего ключ 13 снова запираетс , а ключ 11 - открываетс . Процесс колебательного разр да конденсатора 11 и его апериодического дозар да повтор етс , как описано выше, а искровой разр д не прекращаетс . Такой процесс продолжаетс  в течение всего периода наличи  сигнала низкого логического уровн  на выходе порогового устройства 3 (фиг.2,а), т.е. практически во врем  всего рабочего хода поршн . Напр жение на первичной обмотке 12 катушки зажигани  (фиг.2,ж) имеет оптимальную форму с точки зрени  надежности и эффективности искрообразовани , а также КПД системы и мощности преобразовател  посто нного тока, т.к. характеризуетс  большими амплитудой и скоростью нарастани  начальных импульсов напр жени , обеспечивающих нечувствительность системы к шунтированию искрового промежутка, а также большой длительностью искрового разр да, который продолжаетс  не только во врем  колебательного разр да конденсатора 11, но и во врем  его дозар да от конденсатора 7, причем, энерги  от преобразовател  посто нного напр жени  потребл етс  не во все врем  искрового разр да, а в течение половцы этого времени . Эффективность искрообразовани  существенно возрастает благодар  высокой частоте повторени  импульсов переменного напр жени  с большой амплитудой и крутизной нарастани , котора  достигаетс  благодар  тому, что конденсатор 7 выполн ет роль буфера, непрерывно накапливающего энергию и циклически передающего ее часть во врем  отпирани  ключа 13 конденсатору 11. Поэтому в предлагаемом устройстве преобразователь б после первого такта искрообразова- ни  не прекращает работу, как это происходит в устройстве - прототипе, и врем  остановки преобразовател  и его запуска не входит в период повторени  импульсов многократного искрообразовани . Такой способ накоплени  энергии в предлагаемой тиристорно-конденсйтор- ной системе зажигани  можно назвать непрерывно-импульсным , т.к. энерги  в буферном конденсаторе 7 накапливаетс 

непрерывно, а перекачиваетс  в накопительный конденсатор 11 импульсно. Частота многократного искрообразовани  определ етс  сопротивлением резистора 8,

емкостью конденсатора 11 и индуктивностью первичной обмотки 12 катушки зажигани  и выбрана такой, что, как видно из фиг,2,ж,з, сквозные токи (возникающие в случае одновременного открывани  клю0 чей 10, 13) исключены благодар  такой синхронизации работы ключей 10, 13, когда ключ 13 отпираетс  после полного запирани  ключа 10 в результате естественной коммутации. Эта синхронизаци  жестко

5 выдерживаетс  в течение всего цикла многократного искрообразовани , но могла бы быть нарушена в конце цикла, если сигнал высокого логического уровн  по вл етс  на выходе порогового устройства 3

0 (фиг.2,д) тогда, когда ключ 10 еще не заперт (эта ситуаци  показана на фиг.2), если бы не резистор 23 и диод 24. Благодар  им после по влени  сигнала высокого логического уровн  на входе релаксационного генерато5 ра 4 элемент 21 не может переключитьс  сразу, а продолжает сохран ть на выходе сигнал высокого логического уровн , т.к. на его первом входе поддерживаетс  сигнал низкого логического уровн  за счет падени 

0 напр жени  на резисторе 23, вызываемого протеканием тока через диод 24 и выход элемент 22, а на втором - такой же сигнал задерживаетс  на врем  зар да конденсатора 27 через резистор 28 до высокого ло5 гического уровн , т.е. до нормального окончани  такта работы релаксационного генератора (фиг.2,б). После окончани  зар да конденсатора 29 элементы 21 и 22 переключаютс , диод 24 запираетс , кон0 денсатор 29 перезар жаетс , а релаксационный генератор переходит в исходное состо ние. Следовательно, в любом случае окончание цикла многократного искрообра- зовэни , определ емом, как и в устройстве

5 - прототипе, сигналом на выходе блока согласовани  1, релаксационный генератор 4 не прзрывает начатый такт, и ключ 13 открываетс  только после запирани  ключа 10. Скважность сигналов на выходе блока со0 гласовани  всегда несколько меньше 0,5. Поэтому цикл искрообразовани  продолжаетс  практически в течение всего рабочего хода поршн , но меньше 45° угла поворота ротора распределител , что пол5 ностыо исключает возможность возникновени  обратных ударов. Дл  перевода системы зажигани  в аварийный режим непрерывного искрообразовани  необхо- дигио переключить сдвоенный переключатель . При этом контакты 25 замыкаютс , а

контакты 26-размыкаютс . После соединени  первого входа элемента 21с минусом источника питани  генератор 4 начинает работать непрерывно. После размыкани  контактов 26 последовательно с резистором 28 РВОДИТСЯ резистор 27, благодар  чему частота многократного искрообра- зовани  снижаетс  до такого же уровн , как и в устройстве-прототипе, чтобы преобразователь 6 мог обеспечить достаточный уровень напр жени  на вторичной обмотке 12 катушки зажигани .

Если емкость конденсатора 7 выбрана достаточно большой, при уменьшении напр жени  источника питани  из-за включени  стартера во врем  запуска двигател  амплитуда импульсов напр жени  на первичной обмотке 12 катушки зажигани  сохран етс  максимальной в течение нескольких секунд, что, благодар  высокой частоте многократного искрообразовани , обеспечивает гарантированный запуск холодного двигател  при слабом аккумул торе . Необходимо только после включени  зажигани  подождать несколько секунд, пока преобразователь 6 полностью зар дит конденсатор 7, а затем включать стартер. Если аккумул тор в состо нии прокрутить двигатель, то он заводитс  сразу, т.к. снижение напр жени  при работе стартера от слабого аккумул тора на энергии искрообразовани  не отражаетс  в течение нескольких секунд,

За вл емое техническое решение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

1.Повышение частоты многократного искрообразовани  (частота затухающих колебаний до 10 кГц, а их повторение в течение цикла до 2 кГц) и увеличение длительности искрового разр да практически на все врем  рабочего хода поршн  обеспечивают снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов двигател .

2.Гарантированный запуск холодного двигател  в услови х низких температур и при слабом аккумул торе

Claims (4)

1. Универсальна  тиристорна  система зажигани , содержаща  соединенные последовательно блок согласовани , первый, второй и третий входы которого  вл ютс  входами дл  подключени  к различным датчикам момента зажигани , блок функций с пороговым устройством, который выполнен на соединенных последовательно логическом элементе 2И-НЕ и инверторе, релаксационный генератор, который выполнен на

двух соединенных последовательно двух- входовых логических элементах, первый вход первого из которых св зан с выходом порогового устройства блока функций, и

5 врем задающие резистор и конденсатор, формирователь импульсов, выход которого соединен с управл ющим входом электронного ключа, а также переключатель и преоб- разователь посто нного напр жени .

0 положительный выходной вывод которого св зан с минусом источника питани  через соединенные последовательно первый накопительный конденсатор и первичную обмотку катушки зажигани , а также через

5 электронный ключ, отличающа с  тем, что, с целью повышени  частоты многократного искрообразовани , увеличени  длительности искрового разр да и повышени  энергии искрообразовани  во врем  запу0 ска двигател , введены второй накопительный конденсатор, который соединен с выходным выводом преобразовател  посто нного напр жени , токоограничивающий резистор, который включен между положи5 тельным выводом преобразовател  посто нного напр жени  и точкой соединени  первого накопительного конденсатора и электронного ключа, обратный диод, катод которого подсоединен к этой же точке, а

0 анод - к минусу источника питани , а также второй электронный ключ, который включен между минусом источника питани  и отрицательным выводом преобразовател  посто нного напр жени , вход управлени 

5 которого соединен с выходом блока функций , а вход питани  - с положительным вы- ходным выводом преобразовател  посто нного напр жени .

2.Система зажигани  по п.1, о т л и ч а- 0 ю щ а   с   тем, -то второй электронный

ключ выполнен на первом n-p-п транзисторе , коллектор которого подключен к минусу источника питани , эмиттер - к отрицательному выходному выводу преобразовател 

5 посто нного напр жени , а база соединена через первый резистор с выводом входа питани  второго ключа и сего эмиттером через переход коллектор-эмиттер n-p-п - транзистора оптронной разв зки, анод светодио0 да которой соединен через второй резистор к плюсу источника питани , а катод через переход коллектор-эмиттер второго n-p-п - транзистора - с минусом источника питани  и через последовательные переход коллек

5 тор-база второго транзистора и третий ре зистор - с выводом входа управлени второго ключа.

3.Система зажигани  поп.1,отлича ю щ а   с   тем , что релаксационный гене ратор выполнен на элементах 21/ ЛИ-НЬ

первый вход первого из которых соединен с входным выводом генератора и с выходом порогового устройства через четвертый резистор, с выходом второго элемента 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого подсоединен к минусу источника питани  через диод и с минусом источника питани  - через первую пару замыкающих контактов переключател , который выполнен сдвоенным, а втора  пара размыкающих контактов подключена параллельно к п тому резистору, который включен последовательно с врем задающим резистором .

4. Система зажигани  по п. 1, о т л и ч аю щ а   с   тем, что входной вывод релаксационного генератора подключен к второму выходу порогового устройства, образованному точкой соединени  выхода элемента

2И-НЕ и входа инвертора.

Ч3, i

| -0x5/«cj )

.2