RU2364745C1 - Method for modernisation of capacitor discharge ignition with continuous energy accumulation - Google Patents
Method for modernisation of capacitor discharge ignition with continuous energy accumulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2364745C1 RU2364745C1 RU2008108321/06A RU2008108321A RU2364745C1 RU 2364745 C1 RU2364745 C1 RU 2364745C1 RU 2008108321/06 A RU2008108321/06 A RU 2008108321/06A RU 2008108321 A RU2008108321 A RU 2008108321A RU 2364745 C1 RU2364745 C1 RU 2364745C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spark
- voltage
- capacitor
- circuit
- power
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию конденсаторных систем многоискрового зажигания с непрерывным накоплением энергии и может быть использовано при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС).The present invention relates to electrical equipment of capacitor systems of multi-spark ignition with continuous energy storage and can be used in the operation of internal combustion engines (ICE).
Искрообразование в этих системах сопровождается значительным изменением потребляемой мощности от холостого хода до максимальной, обусловленной периодическим короткозамкнутым или близким ему состоянием нагрузки, которое является дестабилизирующим фактором экстремального характера (далее «экстремальная нагрузка»), как и сопутствующие этому состоянию физические процессы, вследствие которых прерывается работа двухтактных (двухзвенных) автогенераторных (с самовозбуждением) преобразователей постоянного напряжения (далее ППН), что существенно ограничивает возможности энергообеспечения процесса искрообразования, особенно на больших оборотах ДВС.Sparking in these systems is accompanied by a significant change in power consumption from idle to maximum, caused by a periodic short-circuited or close load condition, which is a destabilizing factor of an extreme nature (hereinafter referred to as "extreme load"), as well as the physical processes associated with this condition, as a result of which the operation is interrupted push-pull (two-link) self-generating (self-excited) DC-DC converters (hereinafter referred to as PPN), which is essentially significantly limits the power supply of the sparking process, especially at high engine speeds.
Это связано с тем, что экстремально возрастающий с током вторичной обмотки силового трансформатора ее магнитный поток размагничивает магнитный поток первичной обмотки, что автоматически сопровождается исчезновением импульсных напряжений управления (возбуждения) силовых транзисторных ключей, их закрытием и прерыванием процесса генерации до момента полного снятия экстремальной нагрузки. Двухтактные (двухзвенные) преобразователи постоянного напряжения с внешним (независимым) возбуждением не имеют такой возможности самозащиты. Экстремальная нагрузка у них ведет к опасному для силового контура росту намагничивающего тока первичной обмотки силового трансформатора, ограничение которого требует применения принудительного закрытия силовых транзисторных ключей путем снятия их внешнего управления или других более сложных мер защиты. Это делает проблематичным их применение в упомянутых устройствах конденсаторного зажигания несмотря на существенные преимущества перед автогенераторными как по более высокой частоте преобразования и связанного с этим уменьшения габаритов, так и по эффективной стабилизации выходных напряжений во всем диапазоне нагрузок. Исключение составляют системы многотрансформаторных ППН (см. опубликованные сведения по заявке №2006108967/06 от 21.03.2006 г. этих же авторов, дата публикации 27.09.2007 г.) с внешним (независимым) возбуждением, но они предназначены для обеспечения двух и более экстремальных нагрузок и существенно отличаются от классических систем.This is due to the fact that its magnetic flux that is extremely increasing with the secondary winding current of the power transformer demagnetizes the magnetic flux of the primary winding, which is automatically accompanied by the disappearance of the control voltage (excitation) of the power transistor switches, their closing and interruption of the generation process until the extreme load is completely removed. Push-pull (two-link) DC / DC converters with external (independent) excitation do not have such a possibility of self-protection. Their extreme load leads to an increase in the magnetizing current of the primary winding of the power transformer, which is dangerous for the power circuit, the limitation of which requires the forced closing of power transistor switches by removing their external control or other more complex protection measures. This makes it difficult to use them in the aforementioned capacitor ignition devices, despite significant advantages over self-oscillating ones, both in terms of a higher conversion frequency and the associated reduction in size, as well as in effective stabilization of output voltages over the entire load range. The exception is multi-transformer PPN systems (see published information on application No. 2006108967/06 of March 21, 2006 by the same authors, publication date September 27, 2007) with external (independent) excitation, but they are designed to provide two or more extreme loads and are significantly different from classical systems.
Задачей предлагаемого способа является расширение арсенала технических средств систем конденсаторного зажигания с непрерывным накоплением энергии, позволяющего:The objective of the proposed method is to expand the arsenal of technical means of condenser ignition systems with continuous energy storage, allowing:
1. Исключить появление экстремальных нагрузок двухтактных (двухзвенных) ППН в процессе искрообразования.1. To exclude the appearance of extreme loads of push-pull (two-link) PPN in the process of sparking.
2. Использовать для энергопитания упомянутых конденсаторных систем наряду с двухтактными автогенераторными такие же ППН с внешним возбуждением.2. To use for power supply of the mentioned capacitor systems along with push-pull autogenerator the same PPN with external excitation.
3. Обеспечить генерацию регулируемого по энергетической мощности (по амплитуде разрядного тока) искрового разряда с помощью дозарядов накопительного конденсатора, компенсирующих потери:3. To ensure the generation of a spark discharge controlled by energy power (by the amplitude of the discharge current) with the help of additional charges of the storage capacitor, compensating for the losses:
а) на утечке тока в его силовой цепи в период между циклами генерации;a) on the leakage of current in its power circuit in the period between generation cycles;
б) отбора энергии на трансформирование высоковольтных импульсов искрового разряда, ограничиваемого по длительности в функции оборотов ДВС.b) the selection of energy for the transformation of high-voltage pulses of a spark discharge, limited in duration as a function of the engine speed.
4. Обеспечить энергообеспечение от одного двухтактного ППН с самовозбуждением или с внешним возбуждением нескольких источников регулируемого искрового разряда для многоканального искрообразования (например, для многокатушечных систем).4. To provide energy supply from one push-pull PPS with self-excitation or with external excitation of several sources of adjustable spark discharge for multi-channel sparking (for example, for multi-coil systems).
Аналогами предлагаемого способа являются существующие многоискровые конденсаторные системы ОН-427 (Справочник по устройству и ремонту электронных приборов автомобилей. Электронные системы зажигания. Авторы А.Г.Ходасевич, Т.И.Ходасевич. Москва, Антелком, 2001, стр.8), а также аналогичное и равноценное по технологическим возможностям устройство П.Гацанюка - «Усовершенствованная электронная система зажигания» - опубликованное на стр.52-62 сборника «В помощь радиолюбителю» №101, Москва, ДОСААФ, 1988 (далее источник Л1), которое принято в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) из-за простоты схемных решений и конструкции, весьма важных для надежности подобных систем.Analogues of the proposed method are the existing multi-spark capacitor systems OH-427 (a Guide to the installation and repair of electronic devices of automobiles. Electronic ignition systems. Authors A.G. Khodasevich, T.I. Khodasevich. Moscow, Antelkom, 2001, p. 8), and P. Gatsanyuk’s similar and technological equivalent device - “Advanced Electronic Ignition System” - published on pages 52-62 of the collection “To Help the Radio Amateur” No. 101, Moscow, DOSAAF, 1988 (hereinafter referred to as L1), which is accepted as naib Lee closest analog (prototype) of the simplicity of circuit design and construction, is very important for the reliability of such systems.
Прототипу также присущи все упомянутые выше недостатки: при открытии тринистора VSI (рис.1 стр.54 Л1) закорачивается на корпус нагрузка ППН, прерывающая генерацию на время ее экстремального состояния, составляющего 1,3 мсек (рис.5 Л1), что в сумме со временем полного восстановления прерванной генерации составляет около 2 мсек (а у других аналогов и более того). На больших оборотах ДВС, когда искровые разряды следуют с соизмеримым по времени периодом, такие потери ведут к значительному снижению напряжения заряда накопительного конденсатора С4 и параметров искрового разряда. Увеличить энергоотдачу ППН в таком режиме повышением частоты преобразования и выходного напряжения не представляется возможным, т.к. частота для этого типа ППН уже является предельной (800 Гц, стр.53 Л1), а отсутствие эффективной системы стабилизации выходного напряжения для подобных ППН вело бы к недопустимым перенапряжениям на малых и средних оборотах ДВС. Применение в таком устройстве ППН с внешним возбуждением решало бы эти проблемы, но, в свою очередь, ставило не менее сложную задачу по защите их от перегрузки при включении тринистора VSI. Предлагаемый способ модернизации конденсаторных систем зажигания, позволяющий решить упомянутые проблемы, входящие в объем поставленной ранее более обширной технической задачи, заключается в нижеследующем.The prototype also has all the disadvantages mentioned above: when the VSI trinistor is opened (Fig. 1 p. 54 L1), the load of the PPN is shorted to the case, interrupting the generation for the time of its extreme state of 1.3 ms (Fig. 5 L1), which in total with the time of complete restoration of the interrupted generation, it is about 2 ms (and for other analogs, and even more). At high engine speeds, when spark discharges follow with a period commensurate with time, such losses lead to a significant decrease in the charge voltage of the storage capacitor C4 and the parameters of the spark discharge. It is not possible to increase the energy efficiency of PPN in this mode by increasing the conversion frequency and the output voltage, because the frequency for this type of arrester is already limiting (800 Hz, page 53 L1), and the absence of an effective output voltage stabilization system for such arrester would lead to unacceptable overvoltages at low and medium engine speeds. The use of an external excitation PPN in such a device would solve these problems, but, in turn, posed an equally difficult task to protect them from overload when the VSI trinistor is turned on. The proposed method for the modernization of capacitor ignition systems, which allows to solve the aforementioned problems, which are included in the scope of the previously set more extensive technical task, is as follows.
Двухтактный (двухзвенный) автогенераторный или с внешним возбуждением ППН нагружается на дополнительно введенный аккумулирующий конденсатор, превосходящий на порядок и более по электрической емкости накопительный конденсатор (с оптимальной емкостью 1,0 мкФ), который в процессе пуска ДВС (соответствующего началу всего цикла искрообразования) однократно заряжается через токоограничивающий резистор напряжением аккумулирующего конденсатора. Далее сигналом генерации искрового разряда (импульсом контактного или бесконтактного прерывателя) включается ведущий силовой электронный ключ, создающий электрическую цепь разряда накопительного конденсатора на первичную обмотку катушки зажигания, совместно образующих параллельный колебательный контур, в котором инициируются колебания переменного тока, трансформируемые вторичной обмоткой этой катушки в высоковольтные разнополярные импульсы искрового разряда. При этом в моменты времени, соответствующие перезаряду накопительного конденсатора в исходной полярности (с положительным потенциалом на аноде ведущего силового электронного ключа) электродвижущей силой самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания и совпадающие с переходом через нулевое значение переменного тока этой обмотки, включается ведомый силовой электронный ключ (также дополнительно введенный), создающий цепь дозаряда накопительного конденсатора напряжением аккумулирующего. Короткий по времени импульс, включающий ведомый силовой электронный ключ, формируется на трансформаторе тока, включенного в цепь первичной обмотки катушки зажигания и выдающего разнополярные импульсные сигналы с экстремумом в моменты перехода ее тока через нулевое значение. (Таким же, но более коротким по времени сигналом этого трансформатора вначале первого периода колебаний тока каждого цикла генерации искрового разряда производится дозаряд накопительного конденсатора, компенсирующий утечки тока в силовой цепи этого конденсатора в период между циклами генерации, см. далее.) Одновременно таким же сигналом с аналогичного трансформатора тока вновь (но уже не от прерывателя) включается ведущий силовой электронный ключ, создающий цепь разряда накопительного конденсатора на первичную обмотку катушки зажигания с генерацией следующего периода колебаний с восполненной дозарядом энергией и т.д. При этом естественно возникает необходимость ограничения длительности искрового разряда в обратной зависимости от числа оборотов (в функции оборотов) ДВС. Это ограничение осуществляется соответствующей схемой контроля длительности (см. ниже), блокирующей очередной сигнал включения ведущего силового электронного ключа с его трансформатора тока. При этом ведомый силовой электронный ключ включается аналогичным импульсным сигналом своего трансформатора тока и дозаряжает накопительный конденсатор до уровня напряжения аккумулирующего, подготавливая схему к выработке следующего искрового разряда по очередному сигналу его генерации (с контактного или бесконтактного прерывателя).A push-pull (two-link) autogenerator or with external excitation PPN is loaded on an additionally introduced storage capacitor that exceeds the storage capacitor by an order of magnitude or more in electrical capacitance (with an optimal capacity of 1.0 μF), which is once during the start-up of the internal combustion engine (corresponding to the beginning of the entire sparking cycle) charged through a current-limiting resistor by the voltage of the storage capacitor. Next, a spark power generation signal (pulse of a contact or non-contact interrupter) turns on the leading power electronic switch, which creates an electric circuit for the discharge of the storage capacitor to the primary winding of the ignition coil, which together form a parallel oscillatory circuit, in which alternating current oscillations are transformed by the secondary winding of this coil into high-voltage bipolar spark pulses. At the same time, at the moments of time corresponding to the overcharge of the storage capacitor in the initial polarity (with a positive potential on the anode of the leading power electronic key), the electromotive force of self-induction of the primary winding of the ignition coil and coinciding with the transition through the zero value of the alternating current of this winding, the slave power electronic key is turned on (also additionally introduced), which creates a charge circuit of the storage capacitor by the storage voltage. A short time pulse, including a driven power electronic key, is generated on a current transformer connected to the primary circuit of the ignition coil and issuing bipolar pulsed signals with an extremum at the moments when its current passes through a zero value. (The same, but shorter time signal of this transformer at the beginning of the first period of current fluctuations of each spark generation cycle produces an additional charge of the storage capacitor, which compensates for leakage of current in the power circuit of this capacitor in the period between generation cycles, see below.) Simultaneously with the same signal from a similar current transformer again (but not from the interrupter), the leading power electronic switch is turned on, creating a discharge capacitor discharge circuit to the primary winding of the ignition coil Ia with the generation of the next oscillation period then charged to the completion of energy etc. This naturally necessitates limiting the duration of the spark discharge inversely with the number of revolutions (as a function of revolutions) of the internal combustion engine. This restriction is carried out by the corresponding duration control circuit (see below), which blocks the next signal to turn on the leading power electronic key from its current transformer. In this case, the slave power electronic switch is turned on by a similar pulse signal of its current transformer and recharges the storage capacitor to the accumulating voltage level, preparing the circuit for generating the next spark discharge by the next signal of its generation (from a contact or proximity switch).
В описании и реализации предлагаемого способа использован признак «дозаряда накопительного конденсатора», по своей физической сущности напоминающий ранее раскрытый признак «поддержание энергии колебаний переменного тока первичной обмотки катушки зажигания» (см. заявку этих же авторов рег. №2005127310 от 30.08.2005 г. и патента к ней, дата регистрации 10.12.2007 г., бюллетень 34). Различие этих признаков заключается в следующем: в предлагаемом способе заряд и дозаряды накопительного конденсатора производятся из одного источника, не имеющего нагрузки экстремального характера, а в упомянутой заявке от разных - там заряд накопительного конденсатора осуществляется от источника (ППН), работающего на экстремальную нагрузку, а дозаряд (т.е. поддержание энергии колебаний) от вспомогательного (см. эл./схему фиг.4 этой заявки, соответственно источники 5 и 20). Кроме того, в этой схеме компенсация потерь напряжения накопительного конденсатора из-за токов утечки в период между циклами генерации искровых разрядов осуществляется одновременно с зарядом этого конденсатора от источника с экстремальной нагрузкой. Для реализации электросхемы этой заявки необходимы два двухтактных (двухзвенных) ППН классического типа, один из которых (5 с выпрямителем 4) должен быть только автогенераторным (с самовозбуждением), а другой может быть с внешним (независимым) возбуждением или оба замещены одним многотрансформаторным ППН (см. выше). Также в этой заявке не раскрыто влияние упомянутого признака на заявляемый в предлагаемом способе технический результат по устранению экстремального состояния нагрузки ППН, имеющему важные технологические последствия.In the description and implementation of the proposed method, the attribute “recharge of the storage capacitor” was used, which in its physical essence resembles the previously disclosed attribute “maintaining the oscillation energy of the alternating current of the primary winding of the ignition coil” (see the application of the same authors, reg. No. 2005127310 of August 30, 2005 and a patent thereto, registration date 10.12.2007, bulletin 34). The difference between these signs is as follows: in the proposed method, the charge and additional charges of the storage capacitor are produced from one source that does not have an extreme load, and in the mentioned application from different sources, the storage capacitor is charged from a source (PPS) operating at an extreme load, and recharge (i.e. maintaining vibrational energy) from the auxiliary (see electronic / diagram of figure 4 of this application, respectively,
На электрической схеме фиг.1 представлен вариант реализации способа с использованием классического двухтактного двухзвенного симметричного ППН с внешним возбуждением.On the electrical diagram of figure 1 presents an implementation of the method using the classic push-pull two-link symmetric PPN with external excitation.
На ждущих мультивибраторах 1а, 1б, включенных по кольцевой схеме, и выходного усилителя на транзисторах 2, 3, коллекторной нагрузкой которых является выходной трансформатор 4, образован задающий генератор внешнего возбуждения ППН. Его парафазные сигналы со вторичных обмоток трансформатора 4 подаются на база-эмиттерные переходы силовых транзисторных ключей 5, 6, попеременное открытие которых создает в первичной обмотке выходного силового трансформатора 7 импульсный ток переменного направления, преобразуемого его вторичной обмоткой и выпрямителем 8 в повышенное постоянное напряжение заряда аккумулирующего конденсатора повышенной емкости 9. Схема управления ППН питается с интегрального стабилизатора 10 пониженным напряжением 5 В. На компараторе 11 выполнена стабилизация выходного напряжения ППН. На его вход А подается уставка опорного напряжения, на вход В - масштабный аналог стабилизируемого напряжения с резисторного делителя 12, 13. При достижении им уровня напряжения уставки на входе А на выходе С появляется сигнал низкого уровня, останавливающий работу мультивибраторов 1a, 1б и, наоборот, осуществляя стабилизацию выходного вторичного напряжения ППН широтно-импульсным модулированием колебаний первичного.On the waiting multivibrators 1a, 1b, connected in a ring circuit, and an output amplifier on
Работа эл/схемы по генерации искрового разряда заключается в нижеследующем. При включении пускового реле стартера ДВС параллельно включается реле 14 на короткое время, определяемое постоянной времени зарядной цепи конденсатора 15, и своим замыкающим контактом 16 через токоограничивающий резистор 17 заряжает накопительный конденсатор 18 до уровня напряжения аккумулирующего конденсатора 9. При этом при провороте коленвала ДВС замыкается контакт 19 механического прерывателя, включающий в процесс генерации схему ограничения длительности искрового разряда, состоящую из транзисторов 20, 21, конденсатора 22 и компаратора 23. При этом транзистор 20 запирается, конденсатор 22 заряжается до напряжения на входе В компаратора 23, превышающего уставку на его входе А, устанавливаемую резистором 25, на выходе С появляется сигнал низкого уровня, запирающий транзистор 21, который снимает шунтирование управляющего электрода ведущего силового электронного ключа 26 на его катод. При разрыве контакта 19 прерывателя вырабатывается импульсный сигнал запуска цикла генерации искрового разряда (копия прототипа), который через конденсатор 27 и диод 28 открывает ведущий силовой электронный ключ 26, который создает классическую цепь разряда накопительного конденсатора 18 на первичную обмотку катушки зажигания 29 с формированием первого периода колебаний ее тока (фиг.2 график 2), проходящего и по первичным обмоткам трансформаторов тока 30 и 31, включенных последовательно в эту цепь. Эти трансформаторы выдают на своих вторичных обмотках импульсные сигналы, получаемые дифференцирированием по скорости изменения проходящего по их первичным обмоткам тока и имеющие экстремумы при переходе этого тока через нулевое значение, которое совпадает с окончанием перезаряда ЭДС самоиндукции катушки зажигания 29 (см. диаграммы фиг.2) накопительного конденсатора 18 в полярности, противоположной исходной в моменты времени t1, t3, t5 и т.д. (соответственно импульсы a2, a4, a6 и в2, в4, в6 и т.д.), и совпадающей с исходной - в моменты времени t2, t4, t6 (соответственно импульсы а3, а5, а7, в3, в5, в7 и т.д.) В начале каждого искрового разряда передним фронтом первого полупериода тока первичной обмотки (время его действия от t0 до t1) на этих трансформаторах выделяются импульсы а1 и в1, но более короткие по времени (т.к. в их формировании не участвует задний фронт отрицательного предшествующего полупериода, которого просто нет). Их значение и использование пояснено ниже.The operation of the electrical circuit for generating a spark discharge is as follows. When you turn on the start relay of the ICE starter, the
Трансформатор тока 31 служит для управления ведущего силового электронного ключа 26, а такой же трансформатор 30 - для управления ведомого силового электронного ключа 32 (соответственно диаграммы их сигналов 3 и 4 фиг.2). Резисторы в нагрузке их вторичных обмоток служат для корректировки амплитуды импульсов, а шунтирующие диоды - для закорачивания отрицательных (импульсов а и в с четными номерами), не используемых в процессе генерации искрового разряда, в начале каждого из которых на управляющий электрод ведущего силового электронного ключа (уже открытого по сигналу прерывателя) подается дополнительный импульс а1 с трансформатора тока 31, лишь подтверждающий его открытое состояние. Импульс же в1 имеет более важное значение: на малых оборотах, например 300 об/мин, четырехцилиндрового ДВС период следования искровых разрядов tразр составляет 0,1 сек (без вычета малой длительности самого искрового разряда). При этом при сопротивлении изоляции силовых цепей накопительного конденсатора, например, 250 кОм (что вполне удовлетворительно для устройства зажигания, работающего в условиях повышенной влажности и температуры) постоянная времени разряда этого конденсатора емкостью 1,0 мкФ (см. выше) составит 0,2 5 сек, а его напряжение к началу цикла генерации следующего искрового разряда из-за потерь на утечки составит:The
, где where
Uкон - конечное напряжение заряда конденсатора;U con - the final voltage of the charge of the capacitor;
Uнач - начальное напряжение заряда;U nach - the initial voltage of the charge;
е=2,718 - основание натурального логарифма;e = 2.718 - the base of the natural logarithm;
tраз - период следования искровых разрядов, сек;t times - the period following spark discharges, sec;
τ - постоянная времени разряда, сек.τ is the discharge time constant, sec.
Тогда Then
Совершенно очевидно - потери напряжения значительны, приблизительно такие же, как при отборе энергии колебаний на генерацию первого периода искрового разряда у прототипа - около 1/3 (рис.5 Л1), а при сопротивлении изоляции 100 кОм они увеличиваются до 2/3 начального напряжения.It is absolutely obvious that the voltage losses are significant, approximately the same as when selecting the oscillation energy to generate the first period of the spark discharge from the prototype — about 1/3 (Fig. 5 L1), and with an insulation resistance of 100 kOhm they increase to 2/3 of the initial voltage .
Поэтому наличие импульса в1 (фиг.2) в начале генерации каждого искрового разряда в данной схеме имеет важное значение, позволяющее компенсировать неизбежные потери заряда накопительного конденсатора 18 из-за утечек в период между искровыми разрядами восстановлением (дозарядом) его напряжения, ведущего к возрастанию амплитуды первого периода тока катушки зажигания (но не в полной мере, т.к. из-за более короткого по времени импульса в1 эта амплитуда всегда несколько меньше амплитуды следующего второго периода, см. диаграмму 1 фиг.2). Естественно с повышением сопротивления изоляции и увеличением оборотов ДВС величина и негативное влияние утечек значительно снижаются. Например, при 1200 об/мин и том же сопротивлении изоляции (250 кОм) потери напряжения составляют менее 10%.Therefore, the presence of pulse B1 (Fig. 2) at the beginning of the generation of each spark discharge in this circuit is important to compensate for the inevitable loss of charge of the
Таким образом, при подготовке исходного состояния накопительного конденсатора 18 к циклу генерации очередного искрового разряда он дозаряжается напряжением аккумулирующего конденсатора 9 дважды - по моменту окончания предыдущего искрового разряда (см. ниже) и по моменту начала очередного, а в течение процесса генерации - в каждом полупериоде, соответствующем перезаряду накопительного конденсатора 18 в исходной полярности.Thus, when preparing the initial state of the
При этом у прототипа постепенный (мягкий) заряд накопительного конденсатора 4 осуществляется по цепи корпус - мостовой выпрямитель - накопительный конденсатор - катушка зажигания - корпус.Moreover, the prototype has a gradual (soft) charge of the
В предлагаемом способе дозаряд накопительного конденсатора 18 имеет импульсный и кратковременный характер и осуществление его по такой же цепи вызывало бы генерацию катушкой зажигания внеочередного высоковольтного импульса разрядного тока, не совпадающего с тактами рабочего цикла ДВС. Поэтому дозаряд осуществляется непосредственно с аккумулирующего конденсатора 9 на накопительный 18, что к тому же ускоряет этот процесс и снижает потери энергии.In the proposed method, the charging of the
При этом цепь перезаряда накопительного конденсатора 4 ЭДС самоиндукции катушки зажигания в исходной полярности у прототипа через цепь мостовых выпрямителей VD3÷VD10 (рис.1 Л1) заменена в способе одним силовым диодом 33, встречно-параллельно шунтирующим ведущий силовой электронный ключ 26. При этом (см. выше) в момент времени t1 (диагр.1 фиг.2) заканчивается перезаряд накопительного конденсатора 18 ЭДС самоиндукции катушки зажигания в полярности, противоположной исходной, и начинается генерация второго полупериода тока первичной обмотки катушки зажигания во временном интервале от t1 до t2 (диагр.2 фиг.2), по моменту окончания которого (время t2) заканчивается перезаряд накопительного конденсатора 18 по цепи корпус - анод силового диода 33 - накопительный конденсатор - трансформаторы тока 30 и 31 - катушка зажигания - корпус, а также выдаются трансформаторами тока совпадающие по времени импульсные сигналы a3 и в3. Последний из них, в3, поступает на базоэмиттерный переход силового транзисторного ключа 32, открывает его, дозаряжая накопительный конденсатор 18 и уравнивая его напряжение, уменьшившиеся приблизительно на 1/3 от своего начального в результате отбора мощности на первый период искрового разряда (аналогично, как у прототипа, рис.5 Л1) с напряжением аккумулирующего конденсатора, подготавливая генерацию следующего регулируемого по мощности периода колебаний тока первичной обмотки катушки зажигания и соответственно тока искрового разряда. В это же время импульсный сигнал в3 поступает на управляющий электрод ведущего электронного ключа 26 (блокирующий транзистор 21 при этом закрыт, см. выше), открывает его. Начинается генерация следующих периодов тока первичной обмотки катушки зажигания и соответствующих им периодов искрового разряда с приведенной выше последовательностью физических процессов до срабатывания схемы ограничения длительности разряда, которая работает следующим образом: при разрыве электрической цепи прерывателем 19 начинается цикл генерации искрового разряда (см. выше) и открывается транзистор 20, замыкающий на корпус цепь разряда конденсатора 22 через переменный резистор 24, которым устанавливается постоянная времени τ этого разряда. При снижении напряжения на входе В компаратора 23 до уровня уставки на входе А на его выходе С появляется сигнал высокого уровня, открывающий транзистор 21, который замыкает на корпус управляющий электрод ведущего силового электронного ключа 26, блокируя его открытие последним импульсом в искровом разряде, например импульсом а7 (диаграмма 3, фиг.2). При этом его аналог импульс в7 открывает ведомый силовой электронный ключ 32, который дозаряжает накопительный конденсатор 18, подготовив его к генерации следующего искрового разряда по сигналу с прерывателя 19. С изменением оборотов ДВС меняется время и уровень заряда конденсатора 22 и соответственно время его разряда, от которого зависит продолжительность закрытого состояния транзистора 21 и соответственно длительность искрового разряда, которая настраивается переменным резистором 24 (по постоянной времени заряда-разряда) и корректируется таким же резистором 25 по уровню (уставке) напряжения срабатывания схемы ограничения длительности разряда.In this case, the recharge circuit of the
На фиг.3 представлены параметры регулируемого искрового разряда устройства зажигания, выполненного по предлагаемому способу. На диаграмме 1 фиг.3 проиллюстрирован характер изменения тока искрового разряда из десяти периодов (на частоте генерации 10÷12 Гц или 300÷360 об/мин ДВС), измеренный на нагрузочном резисторе сопротивлением 14 Ом по методике прототипа (рис.7, стр.60, Л1). Длительность этого разряда, регулируемая схемой его ограничения, ступенчато меняется с изменением оборотов ДВС в соответствии с кривой второго порядка «f» (диагр.2, фиг.3), отдаленно соответствующей кривой разряда конденсатора 22 фиг.1. При этом амплитуды разрядного тока оставшихся периодов остаются неизменными. Например, искровой разряд из шести колебаний разрядного тока наступит при частоте его генерации 62 Гц и будет сохраняться до 82 Гц (диагр.2, фиг.3). В этом диапазоне потребляемый ППН ток нагрузки изменится от 7,5 А до 9,5 А. (линия I диагр.2, фиг.3). На частоте генерации искровых разрядов около 180 Гц останется только 2 периода колебаний (1 и 2 диагр.1, фиг.3), которые будут сохраняться до частоты 240 Гц с изменением тока нагрузки ППН в этом диапазоне частот от 8 А до 10,5 А. Первый период (№1, диагр.1 фиг.3) сохраняется без изменения амплитуды от 240 Гц до 600 Гц (и даже до 800 Гц при перестройке схемы ограничения длительности) с значительным ростом потребляемого тока. Возврат к искровому разряду, например, из 6 периодов произойдет на частоте этих разрядов около 82 Гц и будет сохраняться до частоты 62 Гц с изменением тока нагрузки ППН от 9,5 А до 7,5 А и т.д. Во всем диапазоне нагрузок напряжение аккумулирующего и накопительного конденсаторов остается практически неизменным - уменьшение не более 2% в области пиковых нагрузок при трех или четырех колебаниях в искровом разряде, достигающих тока нагрузки 11,5 А (диагр.2, фиг.3), в режиме холостого хода ППН (без искрообразования) не превышающего 0,25 А. Аналогичные параметры прототипа существенно скромнее. Недостатком способа является необходимость поддержания высокого сопротивления изоляции силовых цепей накопительного конденсатора, на которое значительное влияние оказывают утечки ведущего силового электронного ключа. Приведенные на диаграммах фиг.3 параметры не являются предельными и могут быть изменены, в том числе в сторону их усиления, для чего достаточно применить более мощный ППН.Figure 3 presents the parameters of the adjustable spark discharge of the ignition device, made by the proposed method. Diagram 1 of Fig. 3 illustrates the nature of the change in spark current from ten periods (at a generation frequency of 10 ÷ 12 Hz or 300 ÷ 360 rpm of internal combustion engine), measured on a load resistor with a resistance of 14 Ohms according to the prototype method (Fig. 7, p. 60, L1). The duration of this discharge, regulated by the circuit of its limitation, varies stepwise with a change in the speed of the internal combustion engine in accordance with the second-order curve “f” (Fig. 2, Fig. 3), remotely corresponding to the discharge curve of the
Таким образом, предлагаемый способ позволяет:Thus, the proposed method allows you to:
1. Исключить появление экстремальных нагрузок в процессе генерации искровых разрядов, что делает возможным применение для его реализации наряду с двухтактными (двухконтурными) автогенераторными таких же ППН с внешним (независимым) возбуждением.1. To exclude the appearance of extreme loads in the process of generating spark discharges, which makes it possible to use the same PPN with external (independent) excitation along with push-pull (double-circuit) self-generating oscillators.
2. Обеспечить генерацию регулируемого по длительности в функции оборотов ДВС и по энергетической мощности (амплитуде разрядного тока) искрового разряда с помощью дозарядов накопительного конденсатора, компенсирующих потери его напряжения:2. To ensure the generation of a spark discharge controlled by the duration as a function of the speed of the internal combustion engine and by the energy capacity (amplitude of the discharge current) with the help of additional charges of the storage capacitor, compensating for the loss of its voltage:
а) из-за утечек его силовой цепи в период между циклами генерации искровых разрядов;a) due to leaks of its power circuit in the period between cycles of generation of spark discharges;
б) вследствие отбора энергии на трансформирование импульсов искрового разряда.b) due to the selection of energy for the transformation of spark pulses.
3. Надежно обеспечить генерацию искровых разрядов на запредельных, недосягаемых для прототипа и всех аналогов частотах, например для сверхвысокооборотных ДВС.3. It is reliable to ensure the generation of spark discharges at transcendental frequencies unattainable for the prototype and all analogues, for example, for ultrahigh-speed ICEs.
4. Обеспечить надежное энергообеспечение от одного двухтактного (двухконтурного) ППН (автогенераторного или с внешним возбуждением) нескольких источников регулируемого искрового разряда для многоканального искрообразования.4. Provide reliable energy supply from one push-pull (double-circuit) PPS (self-generated or with external excitation) of several sources of controlled spark discharge for multichannel spark formation.
Вариант такой реализации способа для четырех каналов искрообразования поясняет электросхема фиг.4. Она состоит из четырех каналов, идентичных по построению и функционированию одноканальной схеме фиг.1. Исключение составляет общий для всех каналов силовой трансформатор 7 с четырьмя вторичными нагрузками 9 (1÷4), аналогами аккумулирующего конденсатора 9 фиг.1, гальванически связанных по положительному потенциалу на коллекторе также общего для всех ведомого силового электронного ключа 32, поочередно управляемого каждым из генерирующих искровой разряд каналов импульсами своего трансформатора тока 30 (1÷4). При этом дозаряд накопительных конденсаторов 18 (1÷4) со своих аккумулирующих 9 (1÷4) осуществляется одновременно по всем каналам через развязывающие диоды 36 (1÷4), наиболее интенсивный по каналу, где идет генерация искрового разряда, по остальным только компенсация токов утечек. Ограничение длительности искровых разрядов, аналогичное одноканальной схеме фиг.1, за исключением необходимости инвертирования выходного сигнала транзистора 21, для чего достаточно поменять местами входы А и Б компаратора 23.An embodiment of such an implementation of the method for four sparking channels is illustrated in the electrical diagram of FIG. 4. It consists of four channels, identical in construction and operation of the single-channel scheme of figure 1. An exception is the
Первичная обмотка трансформатора 7 и схема управления ППН не показаны, так как преобразователи могут быть как автогенераторными, так и с внешним возбуждением. Их выбор для конкретной конструкции зависит от:The primary winding of the
1. стоимости,1. value
2. сложности конструкции,2. design complexity
3. надежности обеспечения требуемых технологических параметров искрового разряда.3. reliability of ensuring the required technological parameters of the spark discharge.
Наиболее просты и дешевы конструкции с двухтактными автогенераторными ППН, но они значительно уступают по габаритам и параметрам искрового разряда преобразователям с внешним возбуждением.The simplest and cheapest constructions with push-pull self-oscillating PPN are, but they are significantly inferior in size and parameters of the spark discharge to transducers with external excitation.
В описании представлен вариант схемы ограничения длительности искрового разряда в функции оборотов ДВС по кривой разряда конденсатора 22 фиг.1. Эта зависимость может быть выполнена также прямолинейной с использованием генераторов, линейно-изменяющихся во времени напряжений или по более сложному варианту с применением цифровых и аналоговых микросхем для реализации заданной оптимальной конфигурации искрообразования, точно соответствующей требуемым параметрам конкретного технологического процесса.The description shows a variant of the scheme for limiting the duration of a spark discharge as a function of the engine speed according to the discharge curve of the
Для реализации способа пригодны радиодетали широкого применения. Исключение составляет ведомый силовой электронный ключ, который при перезаряде накопительного конденсатора в полярности, противоположной исходной, находится под воздействием суммарного напряжения аккумулирующего и накопительного конденсаторов, поэтому должен быть не только мощным, но и высоковольтным.For the implementation of the method suitable radio parts of widespread use. An exception is the slave power electronic key, which, when the storage capacitor is recharged in the opposite polarity, is affected by the total voltage of the storage and storage capacitors, therefore it must be not only powerful, but also high-voltage.
Перечень графического материалаList of graphic material
Фиг.1 - электросхема варианта реализации способа (одноканальное исполнение).Figure 1 - electrical diagram of a variant of the method (single-channel execution).
Фиг.2 - диаграммы привязки по времени напряжений накопительного конденсатора, тока первичной обмотки катушки зажигания и импульсных сигналов трансформаторов тока.Figure 2 - diagrams of the timing of the voltage of the storage capacitor, the current of the primary winding of the ignition coil and the pulse signals of the current transformers.
Фиг.3 - диаграммы параметров искрового разряда конкретного устройства реализации способа.Figure 3 - diagrams of the parameters of the spark discharge of a particular device implementing the method.
Фиг.4 - электросхема варианта реализации способа для четырехканального искрообразования (многокатушечная система).4 is a wiring diagram of an embodiment of a method for four-channel sparking (multi-coil system).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108321/06A RU2364745C1 (en) | 2008-03-03 | 2008-03-03 | Method for modernisation of capacitor discharge ignition with continuous energy accumulation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108321/06A RU2364745C1 (en) | 2008-03-03 | 2008-03-03 | Method for modernisation of capacitor discharge ignition with continuous energy accumulation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2364745C1 true RU2364745C1 (en) | 2009-08-20 |
Family
ID=41151268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008108321/06A RU2364745C1 (en) | 2008-03-03 | 2008-03-03 | Method for modernisation of capacitor discharge ignition with continuous energy accumulation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2364745C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2551419C2 (en) * | 2014-04-10 | 2015-05-27 | Виктор Фёдорович Бойченко | Programming control method of high voltage of spark discharges of capacitor discharge ignition |
-
2008
- 2008-03-03 RU RU2008108321/06A patent/RU2364745C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
(56)Гацанюк П.Н. В помощь радиолюбителю, вып. №101. - М.: ДОСААФ, 1988, с.52-62. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2551419C2 (en) * | 2014-04-10 | 2015-05-27 | Виктор Фёдорович Бойченко | Programming control method of high voltage of spark discharges of capacitor discharge ignition |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6017046B2 (en) | Ignition device for internal combustion engine | |
US4922396A (en) | DC-DC converter | |
US9371814B2 (en) | Ignition device for an internal combustion engine and method for operating an ignition device for an internal combustion engine | |
CN108350849B (en) | Multi-charging ignition system and control method thereof | |
JP2015529775A (en) | Ignition device for internal combustion engine | |
CN108350851B (en) | Method and device for controlling an ignition system | |
JPH05223049A (en) | Ignition device for internal combustion engine | |
JP5448804B2 (en) | Method and apparatus for increasing spark energy in a condenser ignition system | |
RU2364745C1 (en) | Method for modernisation of capacitor discharge ignition with continuous energy accumulation | |
JP3161232B2 (en) | Power supply for internal combustion engine | |
JPH0344228B2 (en) | ||
RU2447571C1 (en) | Converter | |
RU2312248C2 (en) | Method of forming spark discharge in capacitor-type ignition system | |
JP3303532B2 (en) | Power supply for internal combustion engine | |
CN107532560A (en) | Internal combustion engine load drive device and internal combustion engine ignition device | |
US3961617A (en) | Ignition device for an internal combustion engine | |
KR910000036B1 (en) | Condenser discharge type ignitor for engine | |
US11560869B2 (en) | Electronic circuit and capacitor discharge system comprising electronic circuit | |
RU2812962C1 (en) | Bipolar dc voltage regulator | |
RU2339838C2 (en) | Method of multi-transformer conversion of capacitor discharge ignition system dc voltage | |
RU2284628C2 (en) | Power circuit for reluctance inductor motor phase winding | |
EP0500830B1 (en) | Electronic ignition for internal-combustion engines | |
RU2017308C1 (en) | Generator of voltage pulses | |
SU154328A1 (en) | ||
CA2195793C (en) | Ignition system for internal combustion engines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160304 |