Электронный коммутатор системы зажигания

 

Изобретение относится к бесконтактным транзисторным системам зажигания высокой энергии с нормированием времени накопления энергии в катушке зажигания и может быть использовано в качестве коммутатора в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: коммутатор включает блок 1 питания, интерфейс 2, блоки 3, 7, 8, 14, t8, формирователь 4, диоды 5, б, выключатели 9, 10, конденсатор 11, резистор 12, генератор З, устройства t5, 16, каскад 17, обмотку 19. Особенностью изобретения является введение блока 7 временной задержки, блока 8 переключения диапазонов, релаксационного генератора 13, диодовб, б, выключателей 9, 10, конденсатора 11, резистора 12, а также то, что блок 4 формирования сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„S U,» 1774060 А1 (я)5 F 02 P 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР,з»»Ъ Э У

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

Ф» (21) 4896994/21 (22) 26.12.90 (46) 07,11.92. Бюл. М 41 (71) Советско-американско-английское совместное предприятие "САБ" (72) Е.В.Линник, Н.А,Томилин, В.Н, Кондратюк и Ю,Н.Караев (56) Опарин И.M. и др. Электронные системы зажигания, M.: Машиностроение, 1987, с. 114 — 125, (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ ;ОММУТАТОР СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ (57) Изобретение относится к бесконтактным транзисторным системам зажигания высокой энергии с нормированием времени накопления энергии в катушке зажигания и может быть использовано в качестве комму-. татора в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: коммутатор включает блок 1 питания, интерфейс?, блоки 3, 7, 8, 14, 18, формирователь 4, диоды 5, 6, выключатели 9, 10, конденсатор 11, резистор 12, генератор 33, устройства t5, 16, каскад 17, обмотку 19.

Особенностью изобретения является введение блока 7 временной задержки, блока 8 переключения диапазонов, релаксационного генератора 13, диодов 5, 6, выключателей

9, 10, конденсатора 11, резистора 12, а также то, что блок 4 формирования сигналов

1774060

15

25

35

45 постоянной .скважности выполнен в виде компарэтора, а блок 3 регулирования времени накопления содержит формирователь пилообразного напряжения, устройство вы. борки-хранения, вычитатель, компаратор и два потенциометра, упрощение блоков регулирования времени накопления и форми- . рователя сигналов постоянной скважности, повышение энергии искрообразования при

Предлагаемое техническое решение относится к бесконтактным. транзисторным системам зажигания высокой энергии с нормированием времени накопления энергии в катушке зажигания и может быть использо- 5 вано в качестве коммутатора в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Известен коммутатор 36,3734, содержащий блок ограничения напряжения питания, блок времени накопления:, выходной каскад с элементом ИЛИ-НЕ и силовым транзисторным ключом, блок безыскровой отсечки и блок ограничения тока (см, Опарин И.М, и др, Электронные системы эажигания. М.: Машиностроение, 1987, с, 114, рис. 55).

Недостатками известного устройства являются ограниченная область примене-ния из-за необходимости использования датчика момента зажигания, формирующего сигналы прямоугольной формы строго onределенной скважинности (датчик Холла); низкая надежность из-за перегрева силовоro транзистора выходного ключа на малых оборотах двигателя при увеличении времени его работы в активном режиме; уменьшение энергии искрообразования при резком наборе скорости вращения двигателя из-за сокращения времени накопления, ограниченныее функционал ьн ые возможности изза отсутствия функций октан-корректора, многократного искрообразования, аварийного зажигания.

Первый иэ этих недостатков устранен в коммутаторе 55,3734, который выбран в качестве прототипа и содержит блок питания, интерфейс, блок регулирования времени накопления, блок формирования сигнала постоянной скважности, блок беэыскровой отсечки, блок ограничения амплитуды вы ходного тока, устройство ограничения амплитуды импульсов выходного напряжения, устройство защиты катушки зажигания при изменении полярности источника питания, выходной каскад с элементом ИЛИ-HF u силовым транзисторным ключом. резком увеличении оборотов двигателя, повышение надежности устройства путем устранения перегрева силового транзистора выходного каскада на малых оборо ах, расширение функциональных воэможностей за счет реализации функций октан-корректора, многократного искрообразования и аварийного зажигания. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Недостатками прототипа являются низкая надежность из-за перегрева силового транзистора выходного каскада на малых оборотах двигателя при увеличении времени его работы B активном режиме; уменьше, ние энергии искрообразования при резком наборе скорости вращения двигателя из-за сокращения времени накопления; ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия функций октан-корректора, многократного искрообразования, аварийного зажигания; сложность блоков регулирования времени накопления и формирования сигнала постоянной скважности, которые реализованы на семи операционных усилителях.

Целью изобретения является упрощение блоков регулирования времени накопления и формирование сигнала постоянной скважности, повышение надежности устройства путем устранения перегрева силового транзистора выходного каскада на малых оборотах, повышение энергии искрообраэования при резком увеличении скорости вращения двигателя, расширение функциональных возможностей эа счет реализации функций октан-корректора, многократного искрообраэования и аварийного зажигания, Цель достигается тем, что в электронный коммутатор системы зажигания, содержащий блок питания с двумя выходами, интерфейс с двумя входами и одним выходом, блок регулирования времени накопления с четырьмя входами и одним выходом. блок формирования сигнала постоянной скважности с двумя входами и одним выходом, блок безыскровой отсечки с двумя входами и одним выходом, блок ограничения амплитуды выходного тока с тремя входами и одним выходом, устройство ограничения амплитуды импульсов выходного напряжения, устройство защиты катушки зажигания при изменении полярности напряжения питания, выходной каскад с транзисторным . ключом с пятью входами и двумя выходами, 1774060 причем входы блока питания подключены к первой и второй шинам питания, его первый выход стабилизированногоо напряжения соединен с первыми входами интерфейса,, блока регулирования времени накопления, содержащего первый компаратор, блока формирования сигнала постоянной скважности, содержащего второй компаратор, блока безыскровой отсечки и блока ограничения амплитуды выходного тока, его вто- 1О рой выход опорного напряжения соединен; с вторыми входами блоков регулирования времени накопления и ограничения амплитуды выходного тока, третий вход блока регулирования времени накопления и второй 15 вход выходного каскада подключены к первой шине питания, второй вход интерфейса подключен к выходу датчика момента зажигания, à его выход — к второму входу блока безыскровой отсечки, выход которого под-,2О ключен к четвертому входу выходного каскада, к первым входу и выходу которого подключена первичная обмотка катушки зажигания соответственно через устройство ограничения амплитуды импульсов выход- 25 ного напряжения и устройство защиты катушки зажигания. второй выход выходного каскада соединен с его пятым входом через блок ограничения амплитуды выходного тока, согласно изобретению введены блок временной задержки с двумя входами и одним выходом, блок переключения диапазонов с четырьмя входами и одним выходом, релаксационный генератор с пятью входами и одним выходом, пеРвый и втоРой дио- 5 ды, первый и второй выключатели, первый конденсатор и первый резистор, причем выход интерфейса соединен с четвертым входом блока регулирования времени накопления, первый выход которого, образованный выходом первого компаратора, соединен через первый диод с вторым входом блока временной задержки, первый вход которого подключен к первому выходу блока питания, и с катодом второго диода, 4 второй и третий выходы блока регулирования времени накопления соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами второго компаратора блока формирования сигнала постоянной скважности, выход которого соединен с анодом второго диода и четвертым входом блока переключения диапазонов, первый вход которого соединен с первым выходом блока питания, второй — c выходом блока временной задержки, третий — с четвертым выходом блока регулирования времени накопления, а выход через параллельные первые выключатель и конденсатор — с четвертым входом релаксационного генератора, соединенным также с второй шиной питания через первый резистор, его первый вход соединен с первым выходом блока питания непосредственно, второй — через второй выключатель, третий — с первой шиной питания и пятый — с первичной обмоткой катушки зажигания, а выход — с третьим входом выходного каскада, Блок регулирования времени накопления содержит формирователь пилообразного напряжения, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом блока питания и первой шиной питания, третий вход образует четвертый вход блока, первый и второй выходы — соответственно с управляющим и сигнальным входами устройства выборкихранения, первый вход которого соединен с первым выходом блока питания, а выход — с входом уменьшаемого аналогового вычитателя, соединенным также через параллельные первый и второй потенциометры с второй шиной питания, вход вычитаемого аналогового вычитателя соединен с вторым выходом блока питания, первый вход — c первым выходом блока питания, а выход вычитателя — с инвертирующим входом первого компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выходом формирователя пилообразного напряжения, образующим второй выход блока, третий выход которого образован движком второго лотенциометра, а четвертый — первого.

Блок переключения диапазонов содержит два электронных ключа и два инвертора, причем второй и четвертый входы блока соединены соответственно с. его выходом через первый и второй ключи, а третий вход блока через первый инвертор — с управляющим входом первого ключа и входом второго инвертора, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа.

Формирователь пилообразного напряжения содержит источник тока, вход которого образует второй вход формирователя, а выход — второй выход формирователя, подключенный к второй шине питания через второй конденсатор и через третий диод к выходу третьего инвертора. вход которого соединен через третий резистор с второй шиной питания и через третий конденсатор с входом четвертого инвертора, выход которого образует первый выход формирователя, и с выходом пятого инвертора, вход которого соединен через четвертый резистор с второй шиной питания, а через четвертый конденсатор с третьим входом формирователя.

Блок временной задержки содержит соединенные последовательно и".ðâûé логи1774060 ческий элемент 2И-НЕ и шестой инвертор, выход которого образует выход блока и связан через четвертый диод с первым входом элемента 2И-НЕ, который соединен также через пятый конденсатор с второй шиной питания, через последовательные пятый резистор и пятый диод с первым входом блока, связанным также с вторым входом элемента

2И-НЕ, через последовательные шестой диод и регулируемый резистор с его первым входом и через параллельные шестой конденсатор и седьмой резистор с второй шиной питания, Релаксационный генератор содержит элемента ЗИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен через восьмой резистор с третьим входом генератора, через седьмой конденсатор с второй шиной питания, через седьмой диод с выходом элемента ЗИЛИ-НЕ, соединенным также с входом седьмого инвертора, выход которого образует выход генератора, и через восьмой конденсатор с первым входом второго элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с третьим входом элемента ЗИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен через восьмой диод с первым входом генератора, связанным также через девятый резистор с первым входом элемента

2И-НЕ, через десятый резистор с втарай шиной питания и через последовательные одиннадцатый резистор и включенный в прямом направлении стабилитрон с пятым входом генератора, а второй вход элемента

2И-НЕ соединен с вторым входом генератора и через двенадцатый резистор с его четвертым входом.

Соответствие данного технического решения критерию "существенные отличия" подтверждается тем, что новые существенные отличительные признаки (новые блоки временной задержки, переключения диапазонов, релаксационный генератор, новые элементы: два диода, деэ выключателя, конденсатор и резистор, новое исполнение блоков регулирования времени накопления и формирования сигналов постоянной скважности, новые связи между старыми и новыми блоками и элементами) во взаимодействии обеспечивают получение нового положительного эффекта: создание коммутатора системы зажигания с упрощенными блоками регулирования времени накопления и формирования сигнала постоянной скважности, в котором силовой транзистор выходного каскада не перегревается е любых режимах, повышена энергия искрообразования при резком увеличении оборотов и реализованы функции октан-корректора, многократного искроабрэзования и аварийного зажигания. фейс 2, блок 3 регулирования времени накопления, формирователь 4 сигнала постоянной скважнасти, первый 5 и второй 6

40 диоды, блок 7 временной задержки, блок 8 переключения диапазонов, первый 9 и второй 10 выключатели, первый конденсатор

11, первый резистор 12, релаксацианный генератор 13, блок 14 безыскровой отсечки тока, устройство 15 ограничения амплитуды импульсов выходного напряжения, устройство 16 защиты катушки зажигания от изменения полярности источника питания, выходной каскад 17 и блок 18 ограничения амплитуды выходного тока, Первичная обмотка катушки 19 зажигания включена между первой шиной источника питания и входами устройств 15, 16. Входы блока 1 питания подключены к первой и второй шинам питания. Его первый выход стабилизированного напряжения соединен с первыми входами интерфейса 2, блока 3, формирователь 4, блоков 7, 8, генератора 13, блока 14, устройств 15, 16 и блока 18, а второй выход опорного напряжения соединен с вторыми

Нэ фиг. 1 изображена функциональная схема коммутатора; на фиг, 2 — принципиальная схема Формирователя пилообразного напряжения; на фиг. 3 — принципиальная . схема блока временной задержки; на фиг. 4 — принципиальная схема релаксэционного генератора; на фиг. 5 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства, где а — сигнал на выходе интерфейса; б — сигнал на выходе пятого инеертора; в — сигнал на первом выходе формирователя пилообразного напряжения; г — сигнал на выходе третьего инвертора; д — напряжение нэ втором выходе формирователя пилообразного напряжения; е .— сигнал на первом выходе блока регулирования времени накопления; ж— сигнал на выходе блока формирование сигнала постоянной скважности; з — напряжение на пятом конденсаторе; и — сигнал на выходе блока временной задержки; к — сигнал на выходе второго элемента 2И-НЕ; л— сигнал на выходе элемента ЗИЛИ-НЕ; м— напряжение на седьмом конденсаторе; н— напряжение на первичной обмотке катушки зажигания; о — сигнал на втором входе элемента ЗИЛИ-НЕ; и — напряжение на четвертом входе релаксэционного генератора при разомкнутых контактах первого выключателя, т.е. в режиме однократного искрообразования; р —. сигнал на выходе второго элемента 2И-НЕ в режиме однократного искраабразования; с — сигнал нэ выходе элемента ЗИЛИ-НЕ в режиме однократного искрообразавания.

Электронный коммутатор системы зажигания содержит блок 1 питания, интер1774060

10 входами блоков 3 и 18. Первая шина питания подключена к третьим входам блока 3 и генератора 13 и к второму входу выходного каскада 17. На второй вход интерфейса 1, подается сигнал от датчика момента зажи- 5 гания, а его выход соединен с четвертым входом блока 3 и вторым входом блока 14, выход которого подключен к четвертому входу выходного каскада 17. Первый выход блока 3 подключен через диод 5 к второму 10 входу блока 7, его второй и третий выходы— соответственно к инвертирующему и неинвертирую цему входам формирователя 4, выход ксторого соединен с четвертым входом блока 8 и через диод 6 с вторым входом 15 блока 7, его четвертый выход — с третьим входом блока 8, второй вход которого соединен с выходом блока 7. Выход блока 8 соединен через параллельные выключатель

9 и конденсатор 11 с четвертым входом ге- 20 нератора 13, подключенным также к второй шине питания через резистор 12. Второй вход генератора 13 соединен с первым выходом блока 1 питания через выключатель

10, а пятый вход генератора 13 — с первич- 25 ной обмоткой катушки зажигания, соединенной также с входами устройств 15, 16.

Выход генератора 13 подключен к третьему входу выходного каскада 17, первый и пятый входы которого соединены соответственно 30 с выходами устройства 15 и блока 18, третий вход которого подключен к второму выходу выходного каскада 17, Выход устройства 16 соединен с первым выходом каскда 17.

Блок 3 содержит устройство 20 выборки-хранения, вычитатель 21, первый 22 и второй 23 потенциометры, первый коммутатор 24 и формирователь 25 пилообразного напряжения, Первые входы формирователя 40

25, устройства 20, вычитателя 21 и компаратора 24 соединены с первым входом блока

3, Второй вход формирователя 25 образует третий вход блока 3, четвертый вход которого соединен с третьим входом формировате- 45 ля 25. Вход вычитэемого вычитателя 21 образует второй вход блока 3, Первый и второй выходы формирователя 25 соединены соответственно с управляющим и сигнальным входами устройства 20, выход 50 которого подключен к входу уменьшаемого вычитателя 21 и через параллельные потенциометры 22, 23, движки которых образуют соответственно четвертый и третий выходы блока 3, к второй шине питания. Выход вы- 55 читателя 21 подключен к инвертирующему входу компаратора 24, неинвертирующий вход которого связан с вторым выходом формирователя 25, образующим также второй выход блока 3.

Второй и четвертый входы блока 8 сое динены с его выходом через первый 26 и второй 26 электронные ключи. Гретий вход блока 8 соединен через первый инвертор 27 с управляющим входом ключа 26 и входом второго инвертора 28, выход которого подключен к входу ключа 26, Формирователь 25 содержит источник

29 тока, вход которого образует второй вход формирователя 25, а выход — второй выход формирователя 25, подключенный к второй шине питания через второй конденсатор 30 и через третий диод 31 к выходу третьего инвертора 32, вход которого соединен через третий резистор 33 с второй шиной питания и через третий конденсатор 34 с входом четвертого инвертора 35, выход которого образует первый выход формирователя 25, и с выходом пятого инвертора 36, вход которого соединен через четвертый резистор 37 с второй шиной питания, а через четвертый конденсатор 38 с третьим входом формирователя 25.

Блок 7 временной задержки содержит соединенные последовательно первый логический элемент 2И-НЕ 39 и шестой инвертор 40, выход которого образует выход блока 7 и связан через четвертый диод 41 с первым входом элемента 2И-НЕ 39, который соединен через пятый конденсатор 42 с второй шиной питания, через последовательные пятый резистор 43 и пятый диод 44 с первым входом блока 7, связанным также с вторым входом элемента 2И-НЕ, через последовательные шестой диод 45 и регулируемый резистор 46 с его первым входом и через параллельные шестой конденсатор 47 и седьмой резистор 48 с второй шиной питания.

Релаксационный генератор 13 содержит элемент ЗИЛИ-НЕ 49, первый вход которого соединен через восьмой резистор 50 с третьим входом генератора 13, через седьмой конденсатор 51 с второй шиной питания, через седьмой диод 52 с выходом элемента ЗИЛИ-HE 49, соединенным также с входом седьмого инвертора 53, выход которого образует выход генератора 13, и через восьмой конденсатор 54 с первым входом второго элемента 2И-НЕ 55, выход которого соединен с третьим входом элемента ЗИЛИ-НЕ 49, второй вход которого связан через восьмой диод 56 с первым входом генератора 13, связанным также через девятый резистор 57 с парящем входом элемента 2И-НЕ 55, через десятый резистор 58 с второй шиной питания и через последовательные одиннэдцэть и рея,:. р .9 и включенный в прямом напрлп ен и с ° пбнлитрон

60 с пятым входом е . р,;: э второй

1774060 вход элемента 2И-НЕ 55 соединен с вторым входом генератора 13 и через двенадцатый резистор 61 с его четвертым входом, Коммутатор работает следующим образом.

Интерфейс 2 формирует сигналы прямоугольной формы произвольной скважности, нарастающий фронт которых соответствует по времени управляющему фронту сигнала датчика момента зажигания (фиг. 5а). 8 качестве интерфейса может быть использован блок согласования, описанный в заявке %

4696812/21 от 11,04,89, который формирует управляющие сигналы переменной скважности и обеспечивает сопряжение системы зажигания с любыми датчиками момента зажигания, Эти сигналы дифференцируются цепочкой РЗ7СЗ8 (фиг. 2) и подаются на вход инвертора 36, на выходе которого формируются короткие импульсы низкого логического уровня ("ноль") (фиг. 5б), которые инвертируются инвертором 35 и поступают на вход управления устройства 20 выборкихранения (см. Титце У., Шнек К. Полупроводниковая схемотехника; Справочное

"руководство. M.: Мир, 1982, с, 490, рис, 26,21) в виде коротких импульсов высокого логического уровня ("единица") (фиг. 4в). Нарастающий фронт сигналов на выходе инвертора 36 дифференцируется цепочкой

КЗЗС34, и полученный сигнал преобразуется с помощью инвертора 32 в короткий импульс "ноль" (фиг. 5г), обеспечивающий разряд конденсатора ЗО через диод 31. Конденсатор 30 заряжается линейно от источника 29 тока и импульсно разряжается через диод 31 и выход инаертора 32, благодаря чему на выходе формирователя 25 формируется пилообразное напряжение с линейным нарастающим фронтом и крутым спадающим(фиг. 5д). Импульсы с выхода инвертора

35 (фиг. 5e) переводят устройство 20 в режим выборки, и оно фиксирует амплитудное значение пилообразного напряжения, которое представлено на его выходе в режиме хранения в виде постоянного напряжения .(верхняя сплошная линия 1 на фиг. 5д), Сразу по окончании режима выборки конденсатор 30 разряжается и подготавливается к разрядке в течение следующего такта, Из постоянного напряжения на выход устройства 20, которое обратно пропорционально частоте следования импульсов от датчика момента зажигания, с помощью аналогового вычитателя 21 (см, Титце У., Шенк К, Полупроводниковая схемотехника, Справочное руководство. M. Мир, 1982, с, 138, рис. 11.3) вычитается часть постоянного напряжения, в качестве которого используется ot",oðíoå напряжение, а на выходе вычитателя 21 получается постоянное напряжение, которое меньше напряжения на выходе устройства 20 на величину опорного . на всех оборотах двигателя (фиг, 5д, линия

5 2), В компараторе 24 сравниваются пилообразное напряжение на выходе формирователя 25 и постоянное напряжение на выходе вычитателя 21. В то время, когда пилообразное напряжение превышает постоянное

10 (фиг. 5д), на выходе компаратора 24 формируются импульсы прямоугольной формы постоянной длительности (фиг. 5е), передний фронт которых опережает момент зажигания на постоянную для данного диапазона

15 регулирования оборотов величину и определяет момент начала накопления энергии в катушке 19 зажигания. В формирователе 4 сравниваются пилообразное напряжение на выходе формирователя 25 и часть посто20 янного напряжения на выходе устройства

20, снимаемого с движка потенциометра 23 (фиг. 5д, пунктирная линия 3), В то время, когда пилообразное напряжение меньше постоянного, на выходе формирователя 4

25 формируются импульсы прямоугольной формы постоянной скважности (фиг, 5ж), которые используются в тахометрической части блока 7 и определяют количество искр в каждом такте в режиме многократного иск30 рообразования, задаваемом в генераторе

13, Движок потенциометра 23 устанавливается в такое положение, чтобы скважность импульсов на выходе формирователя 4 была несколько. меньше 0,5. При этом обеспечи35 вается оптимальная работа тахометрической части блока 7, а количество искр. устанавливается максимальное, но угол появления последней искры не превышает 45 угла поворота ротора распределителя, что

40 исключает "обратные удары". Поскольку время накопления энергии, за которым следует формирование искрового разряда в свече, при неизменном напряжении питания коммутатора есть величина постоянная, 45 задержка начала накопления энергии с помощью блока 7 в каждом также позволяет реализовать функцию октан-корректора. На вход блока 7 через диоды 5 и 6 подаются сигналы компаратора 24 и формирователя 4.

50 По скольку пауза между этими сигналами, определяемая временем разряда конденсатора 30 (фиг. 2), заполняется с помощью конденсатора 47 (фиг. 3), входной сигнал блока 7 имеет передний фронт, совпадаю55 щий с передним фронтом сигнала компаратора 24, а задний, совпадающий с задним фронтом сигнала формирователя 4. Задержка переднего фронта входного сигнала в блоке 7 (фиг. 3) осуществляется с помощью интегрирующего звена R46C42. величина

1774060 задержки определяется сопротивлением регулируемого резистора 46. а интенсивность убирания задержки при увеличении оборотов двигателя — интегрирующим зве-, ном R43C42 (сопротивление резистора 48 много меньше сопротивления резистора

43). Напряжение на конденсаторе 42 и сигнал на выходе блока 7 показаны соответственно на фиг. 5 з, и, Как видно из фиг. 5д, амплитуда пилообразного напряжения не может увеличиваться бесконечно. Поэтому на самых малых оборотах двигателя (например, при его прокуручивании вручную) амплитуда ограничивается и время накопления энергии 1 начинает резко возрастать, как и в устройстве-прототипе, Чтобы предотвратить перегрев силового транзистора выходного каскада 17 в этом режиме, применяется блок 8 переключения диапазонов. На фход 2 инвертора 27 (фиг. 1), используемого в качестве порогового элемента, подается постоянное напряжение с движка потенциометра

22, Положение этого движка выбирается таким образом, чтобы напряжение на входе 2 инвертора 27 на оборотах двигателя, когда нет ограничителя амплитуды пилообразного напряжения, соответствовало низкому логическому уровню. При этом на выходе инвертора 27 присутствует сигнал "едини- 3 ца", на выходе инвертора 28 — "ноль", ключ

26 замкнут, а ключ 26 разомкнут. Отсчет времени накопления энергии в генераторе

13 начинается по переднему фронту сигнала на выходе компаратора 24 (фиг. 5е). Когда 3 обороты снижаются и перед тем, как наступит ограничение амплитуды пилообразного напряжения, сигнал на входе инвертора 27 должен превышать порог его переключения, Поэтому на низких оборотах на выходе 4 инвертора 27 присутствует сигнал "ноль", на выходе инвертора 28 — "единица", ключ

26 разомкнут, ключ 26 замкнут. На вход генератора 13 поступают сигналы с выхода формирователя 4. Накопление энергии на- 4 чинается на несколько миллисекунд позже сигнала датчика момента зажигания, соответственно запаздывает и искра. Однако такое запаздывание на запуске двигателя не отражается, в в режиме многократного иск- 50 рообразования даже облегчает его, поскольку величина запаздывания в угловых величинах невелика и не выходит, например, за пределы естественного разброса прерывателя (при времени накопления 4 мс 55 и 120 об/мин запаздывание составляет

1,44О).

Время накопления энергии и частоту многократного искрообразования задает релаксационныи генератор 13 (фиг. 4). В исходном состоянии на его етвертом входе и на втором входе элемента 2И-НЕ 55 np«cvrствует "ноль", на выходе элемента 2И-HF 55 — "единица", на выходе элемента ЗИЛИ-НЕ.

5 49 — "ноль", Конденсатор 51 разряжен через диод 52 и выход элемента ЗИЛИ-НЕ 49. На выходе инвертора 53 — "единица", силовой транзистор выходного каскада 17 заперт, ток через первичную обмотку катушки 19

10 зажигания не протекает. В момент начала отсчета времени накопления энергии на втором входе элемента 2И-НЕ 55 появляется "единица" (фиг. 5и), на его выходе "ноль" (фиг, 5к). На всех входах элемента ЗИЛИ-НЕ

5 49устанавливаются сигналы "ноль", а на его выходе — "единица" (фиг, 5л). Транзистор выходного каскада 17 отпирается, начинает протекать ток через катушку 19 и одновременно начинает заряжаться через резистор

0 50 конденсатор 51 (фиг. 5 м). Постоянная времени R50C51 выбрана так, что напряжен«е на конденсаторе 51 достигает уровня переключения элемента ЗИЛИ-НЕ 49 в момент достижения током в катушке 19 необ5 ходимой с точки зрения накопления электромагнитной энергии величины. На выходе элемечта ЗИЛИ-НЕ 49 появляется

"ноль" (фиг. 5 л), на выходе элемента 2И-НЕ

55 — сигнал "единица" (фиг. 5 к), длитель0 ность которого определяется постоянной времени цепочки R57C54 и должна перекрывать время запаздывания появления импульса (фиг, 5 н) на обмотке катушки 19 после появления "нуля" на выходе элемента

5 ЗИЛИ-НЕ 49, Под действием импульса напряжения на обмотке катушки 19 стабилитрон 60 открывается и остается открытым, тока в свече горит дуга, поскольку его напряжение пробоя (фиг. 5 н, пунктирная линия)

0 выбрано промежуточным между максимальным напряжением источника питания и минимальным напряжением на первичной обмотке катушки 19 зажигания при горении дуги между электродами свечи (около 25 В).

5 Пока стабилитрон 60 открыт, на втором входе присутствует сигнал "единица" (фиг, 5 о), ограничиваемый по амплитуде с помощью резистора 59 и диода 56, поддерживающий сигнал "ноль" на выходе элемента ЗИЛИ-НЕ

49 и, следовательно, зап«рающ«й транзистор выходного каскада 17 После прекращения горения дуги между электродами свечи стабилитрон 60 запирается. на внходе элемента ЗИЛИ-НЕ 49 появпяетсц с..гнал "удиница", конденсатор 51 снег» начинает заряжаться через резистор 5:1 ..-3ëåå процесс накопления энергии «,;ск.:, бразования продолжается. как o(l«<,":. <л I нне. пока на выходе блока 8 прису :ri ..,пп "единица". Обратная свяэ ti ;.; «г: рения

16

10

20 бом" аккумуляторе.

50 дуги позволяет оптимизировать частоты многократного искооообразования, когда время действия искры в каждом такте получается максимальным. Если контакты выключателя 9 разомкнуты, на четвертый вход генератора 13 с выхода блока 8 поступает дифференцированный импульс (фиг. 5 и), поэтому длительность сигнала "ноль" на выходе элемента 2И-НЕ 55 (фиг, 5 р) получается ограниченной таким образом, чтобы произошло однократное накопление энергии (фиг. 5 с) и искрообразование, т,е. при разомкнутых контактах выключателя 9 коммутатор переходит в режим однократного искрообразования, При замыкании контактов выключателя 10 на втором входе элемента 2И-Н Е 55 сигнал "единица" поддерживается непрерывно, соответственно непрерывно осуществляется процесс многократного искпообразования, и коммутатор переходит в режим аварийного зажигания, когда искрообразование тактируется только генератором 13 и не зависит от датчика момента искрообразования, а раздача импульсов осуществляется непосредственно ротором распределителя зажигания.

Благодаря тому, что источник 29 тока заряда конденсатора 30 формирователя 25 в блоке 3 и цепь заряда конденсатора 51 в генераторе 13 питаются непосредственно от первой шины источника питания, в коммутаторе осуществляется автоматическая коррекция времени накопления энергии в функции напряжения питания, Например, при увеличении напряжения питания возрастает крутизна пилообразного напряжения на конденсаторах 30 и 51. Время накопления сокращается, а момент искрообразования, заданный с помощью блока 7, не изменяется.

Заявляемое техническое решение по сравнению " прототипом имеет следующие преимущества.

В устройстве-прототипе блок регулирования времени накопления и формирователь сигнала постоянной скважности содержит семь операционных усилителей, один транзистор, пять диодов, десять конденсаторов, двадцать четыре резистора. В предлагаемом коммутаторе эти же блоки содержат четыре операционных усилителя, два транзистора, один диод, три логических инвертора, четыре конденсатора и двадцать резисторов. Следовательно, эти блоки в предлагаемом устройстве, реализующие те же функции, содержат меньше элементов, т.е, они проще, что обеспечивает повышение надежности и снижение стоимости предлагаемого коммутатора.

В устройстве-прототипе при снижении частоты вращения коленчатого вала после ограничения напряжения интеграторов время накопления резко увеличивается (см.

Опарин И.M„c. 128), что может привести к выходу из строя силового транзистора, т,е. устройство имеет низкую надежность. В предлагаемом коммутаторе время накопления задается в релаксационном генераторе, и на его величину не влияет эффект ограничения пилообразного напряжения в блоке регулирования времени накопления, который задает момент начала накопления энергии. Чтобы исключить увеличение опережения зажигания на нихких оборотах, используется блок переключения диапазонов, который перед наступлением ограничения пилообразного напряжения переводит коммутатор в режим с уменьшенным опережением зажигания, что облегчает запуск двигателя, Следовательно, предлагаемый коммутатор обладает большей надежностью и облегчает запуск двигателя при "слаВ устройстве-прототипе при резком увеличении оборотов двигателя наблюдается эффект сокращения времени накопления и соответствующего уменьшения энергии искры. Это связано с тем, что информация о моменте начала накопления в данном такте получается на основании дискретной информации о частоте вращения в предыдущем такте, которая хранится в течение данного такта неизменной и перестает быть достоверной к моменту начала накопления, т.к, реальная частота увеличивается непрерывно, Кроме того, при резком увеличении частоты в случае использования топлива с низким октановым числом могут возникать детонационные явления, разрушаюбщие двигатель, В предлагаемом коммутаторе время накопления, не считая коррекции на изменение напряжения питания, и энергия искры величины постоянные, задаваемые релаксационным генератором. Поскольку и здесь момент начала накопления определяется на основании дискретной информации о частоте вращения в предыдущем такте, при резком увеличении частоты вращения происходит некоторое отставание момента начала накопления и соответственно момента зажигания, т,е. автоматически реализуется функция октан-корректора.

Следовательно, в предлагаемом коммутаторе в динамике при резком наборе оборотов двигателя энергия искрообразования по сравнению с прототипом увеличивается и при этом предотвращаются детонационные явления, т.е. увеличивается срок службы двигателя, 1774050

30

40

50

Предлагаемый коммутатор обладает расширенными функциональными возможностями, т,к. реализует функцию октан-корректора, благодаря чему существенно увеличивается срок службы двигателя, реализует функцию многократного искрообразования, благодаря чему существенно облегчается запуск холодного двигателя, особенно при низких температурах, реализует функцию аварийного зажигания, благодаря чему повышается надежность системы зажигания.

Формула изобретения

1. Электронный коммутатор системы зажигания, содержащий блок питания с двумя выходами, интерфейс с двумя входами и одним выходом, блок регулирования времени накопления с четырьмя входами и одном выходом, блок формирования сигнала постоянной скважности с двумя входами и одним выходом, блок безыскровой отсечки тока с двумя входами и одним выходом, блок ограничения амплитуды выходного тока с тремя входами и одним выходом, устройство ограничения амплитуды тока импульсов выходного напряжения, устройство защиты катушки зажигания при изменении полярности напряжения пи,ания, выходной каскад с транзисторным ключом с пятью входами и двумя выходами, причем входы блока питания подключены к первой и второй шинам питания, его первый выход стабилизированного напряжения соединен с первыми входами интерфейса, блока регулировэния времени накопления, содержащего первый компаратор, блока формирования сигналов постоянной сквэжности, содержащего второй компаратор, блока безыскровой отсечки тока и блока orраничения амплитуды выходного тока, его второй выход опорного напряжения соединен с вторыми входами блоков регулирования времени накопления и ограничения амплитуды выходного тока, третий вход блока регулирования времени накопления и второй вход выходного каскада подключены к первой шине питания, второй вход интерфейса подключается к датчику момента зажигания, а его выход — к второму входу блока безыскровой отсечки тока, выход которого поДключен к четвертому входу выходного каскада, к первым входу и выходу которого подключена первичная обмотка катушки зажигания соответственно через устройство ограничения амплитуды тока импульсов выходного напряжения и устройство защиты катушки зажигания, второй выход выходного каскада соединен с его пятым входом через блок ограничения амплитуды выходного тока, о 1 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и энергии искрообразования, а также расширения функциональных возможностей, в него введены блок временной задержки с двумя входами и одним выходом, блок переключения диапазонов с четырьмя входами и одним выходом, релаксационный генератор с пятью входами и одним выходом, первый и второй диоды, первый и второй выключатели, первый конденсатор и первый резистор, причем выход интерфейса соединен с четвертым входом блока регулирования времени накопления, первый выход которого, образованный выходом первого компаратора, соединен через первый диод с вторым входом блока временной задержки, первый вход которого подключен к первому выходу блока питания, и с катодом второго диода, второй и третий выходы блока регулирования времени накопления соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами второго компаратора, выход которого соединен с анодом второго диода и четвертым входом блока переключения диапазонов, первый вход которого соединен с первым выходом блока питания, второй — с выходом блока временной задержки, третий — с четвертым выходом блока регулирования времени накопления, а выход через параллельные первые выключатель и конденсатор — с четвертым входом релаксационного генератора, соединенным также с второй шиной питания через первый резистор, его первый вход соединен с первым выходом блока питания непосредственно, а второй — через второй выключатель, третий — с первой шиной питания и пятый — с первичной обмот- кой катушки зажигания, а выход — с третьим входом выходного каскада, 2. Коммутатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения, блок регулирования времени накопления содержит формирователь пилообразного напряжения, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом блока питания и первой шиной питания, третий вход его образует четвертый вход блока регулирования времени накопления, первый и второй выходы соединены соответственно с управляющим и сигнальным входами устройства выборки-хранения. первый вход которого соединен с первым выходом блока питания. а выход с входом уменьшаемого аналогового вь.«итателя, и через параллельные первый и второй потенциометры — с второй шинои питания, вход вычитаемого аналогового вычитзтеля — с вторым входом блока и T t ; .лв вый вход — с первым выходом бла :,1,:и "л ;«1. а выход

1774060

20 вычитателя — с инвертирующим входом первого кампаратора, неинвертирующий вход которого — с вторым выходом формирователя пилообразного напряжения, образующим второй выход блока регулирования времени накопления, третий выход которого образован движком второго потенциометра, а четвертый — первого, 3, Коммутатор по пп. 1и 2, отл и ч а юшийся тем, что блок переключения диапазонов содержит два электронных ключа и два инвертора, причем второй и четвертый входы блока соединены соответственно с его выходом через первый и второй ключи, а третий вход блока через первый инвертор — с управляющим входам первого ключа и входом второго инвертора, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа.

4, Коммутатор па пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, чта формирователь пилообразного напряжения содержит источник тока, вход которого образует второй вход формирователя пилообразного напряжения, а выход — второй выход формирователя пилообразного напряжения, который подключен к второй шине питания через второй конденсатор и через третий диод — к выходу третьего инвертора, вход которого соединен через третий резистор с второй шиной питания и через третий конденсатор — с входом четвертого инвертора, выход которого образует первый выход формирователя пилообразного напряжения, и с выходом пятого инвертора, вход которого соединен через четвертый резистор с второй шиной питания, а через четвертый конденсатор — с третьим входом формирователя пилообразного напряжения.

5, Коммутатор по пп. 1-4, а т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок временной задержки содержит

40 соединенные последовательно первый элемент 2И-НЕ и шестой инвертар, выход которого образует выход блока временной задержки и связан через четвертый диод с первым входом первого элемента 2И-НЕ, который соединен через пятый конденсатор с второй шиной питания и через последовательно соединенные пятый резистор и пятый диод — с первым входом блока временной задержки, который соединен с вторым входом первого элемента 2И-Н Е, через последовательно соединенные шестой диод и регулируемый резистор — с его первым входом и через параллельно соединенные шестой конденсатор и седьмой резистор — с второй шиной питания.

6, Коммутатор по пп, 1 — 5, о т л и ч а ю.щ и й» с я тем, что релаксационный генератор содержит элемент ЗИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен чяерез восьмой резистор с третьим входом релаксационного генератора, через седьмой конденсатор — с второй шиной питания, через седьмой диод — с выходом элемента ЗИЛИ-НЕ, соединенным также с входом седьмого инвертора, выход которого образует выход релаксационного генератора, и через восьмой конденсатор — с первым входом второго элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с третьим входом элемента

3ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен через восьмой диод с первым входом релаксационнаго генератора, связанным также через девятый резистор с первым входом второго элемента 2И-НЕ, через десятый резистор — с второй шиной питания и через последовательные одиннадцатый резистор . и включенный в прямом направлении стабилитрон — с пятым входом релаксационного генератора, а второй вход второго элемента

2И-НЕ соединен с вторым входом релаксационного генератора и через двенадцатый резистор — с его четвертым входом.

1774060

Cv vs

f-v A . был.

1 1

I

I !

I I р 3.

Составитель Е.Линник

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор А.Ворович

Редактор Т.ОрловЯ

Производственно изла ельскии комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 39й Тираж Подписное

8НИИПИ Государсгвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5