Система электронного зажигания двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: на транспортных средствах. Сущность изобретения: после накопления энергии в катушке зажигания стабилизируют среднее значение тока через первичную обмотку путем периодического размыкания цепи ее питания. При этом обеспечивают "резонансную зарядку" катушки зажигания путем подключения ее первичной обмотки к предварительно заряженному накопительному конденсатору, а во время стабилизации отключают накопительный конденсатор от первичной обмотки первым ключом, оставляя дополнительный второй ключ, через который к первичной обмотке подключен элемент с односторонней проводимостью, замкнутым. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на транспортных средствах.

В классической системе зажигания при замыкании прерывателя ток через первичную обмотку катушки зажигания возрастает по экспоненциальному закону. В момент размыкания прерывателя во вторичной обмотке генерируется высокое напряжение, величина которого пропорциональна количеству энергии, запасенному в катушке зажигания за время протекания тока.

Одним из недостатков классической системы является то, что с увеличением частоты вращения двигателя количество энергии, запасенное в катушке зажигания, уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения двигателя уменьшается время замкнутого состояния контактов прерывателя, и, соответственно, уменьшается ток через первичную обмотку катушки зажигания в момент размыкания контактов. Кроме того, величина тока через первичную обмотку катушки зажигания в момент размыкания контактов прерывателя (ток разрыва) зависит от напряжения источника питания, что приводит к снижению мощности искровых разрядов при пуске двигателя, когда источником питания является аккумуляторная батарея. В большинстве серийно выпускаемых в настоящее время электронных систем зажигания реализован такой же, как и в классической системе, способ формирования тока через первичную обмотку катушки зажигания, т. е. этим системам присущи те же недостатки.

Известны электронные системы зажигания, в которых ток разрыва стабилизируется на требуемом уровне путем перевода прерывающего транзисторного ключа, включенного в цепь питания первичной обмотки катушки зажигания, в активное состояние (патент США N 4949697, кл. F 02 P 3/05, 1990).

Основной недостаток таких систем заключается в том, что в процессе стабилизации в прерывающем ключе выделяется большая мощность, что в свою очередь приводит к уменьшению коэффициента полезного действия системы и снижению ее надежности.

За прототип принята система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, в цепь питания которой включен прерывающий ключ, источник сигналов зажигания, выход которого соединен с входом управления прерывающего ключа, схему импульсной стабилизации, вход которой подключен к датчику тока в первичной обмотке катушки зажигания, а выход к входу управления прерывающего ключа, и элемент м односторонней проводимостью, шунтирующий первичную обмотку (заявка Великобритании N 2163213, кл. F 02 P 3/05, 1986). В данной системе зажигания элемент с односторонней проводимостью выполнен управляемым. В виде тиристора, который в процессе стабилизации периодически открывается, предотвращая резкое уменьшение тока через первичную обмотку и возникновение искры.

К недостаткам такого технического решения можно отнести то, что при открытии тиристора в процессе стабилизации имеет место достаточно длительный переходный процесс, а следовательно на первичной и вторичной обмотках возникают большие выбросы напряжения. Это может послужить причиной выхода из строя элементов схемы и снижает ее электробезопасность. Кроме того, для запирания тиристора, так же как и для его отпирания требуется некоторое время. Если при поступлении сигнала зажигания тиристор будет открыт (что вполне вероятно, так как время открытого состояния тиристора в процессе стабилизации примерно равно времени его закрытого состояния) это приведет к уменьшению скорости спада тока в первичной обмотке, а следовательно к снижению вторичного напряжения. В выбранной за прототип системе зажигания, как и в классической, первичная обмотка катушки зажигания подключена непосредственно к аккумуляторной батарее, и ток в ней нарастает по экспоненциальному закону, т. е. для нормального функционирования системы в ней должен быть использован сильноточный источник питания. Причем, из-за наличия паразитных индуктивностей в низковольтной цепи такая система не позволяет обеспечить крутые фронты при переключении прерывающего ключа, что приводит к снижению ее коэффициента полезного действия.

Изобретение позволяет устранить указанные недостатки и обеспечить стабильное искрообразование на всех режимах работы двигателя. Предлагаемая система зажигания является простой, экономичной, экологичной и надежной в работе.

Указанный результат достигается тем, что система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, в цепь питания которой включен первый ключ, соединенный с источником сигналов зажигания, схему сравнения, первый вход которой подключен к датчику тока в первичной обмотке катушки зажигания, а второй вход подключен к элементу опорного напряжения, выход схемы сравнения подключен к входу схемы коммутации, выход которой подключен к входу управления первого ключа, и элемент с односторонней проводимостью, шунтирующий первичную обмотку, снабжена элементом "резонансной зарядки" и стабилизации тока в катушке зажигания, выполненным в виде накопительного конденсатора, и дополнительным вторым ключом, включенным последовательно с элементом с односторонней проводимостью в цепь шунтирования первичной обмотки, причем источник сигналов зажигания через схему коммутации подключен к входу управления второго ключа. Элемент с односторонней проводимостью может быть выполнен в виде диода, а датчик тока в виде измерительного сопротивления, включенного в цепь шунтирования первичной обмотки.

Под "резонансной зарядкой" и стабилизацией тока в катушке зажигания подразумеваются нестационарные процессы, возникающие в LC-контуре, образованном первичной обмоткой и накопительным конденсатором (элементом "резонансной зарядки"), которые ведут к увеличению энергии в катушке зажигания.

В предлагаемой системе зажигания обеспечивают "резонансную зарядку" катушки зажигания путем подключения ее первичной обмотки к цепи питания, состоящей из предварительно заряженного накопительного конденсатора, включенного параллельно катушке зажигания, и аккумуляторной батареи, а во время стабилизации отключают цепь питания от первичной обмотки первым ключом, оставляя второй ключ, через который к первичной обмотке катушки зажигания подключен элемент с односторонней проводимостью, замкнутым. Амплитуда пульсации тока в первичной обмотке катушки зажигания в процессе стабилизации может быть задана либо путем фиксации времени закрытого состояния первого ключа, либо путем фиксации значения тока, при котором данный ключ открывают. В последнем случае, для уменьшения частоты срабатывания первого ключа, измерительное сопротивление включают в цепь шунтирования первичной обмотки. Использование нестационарных процессов, при формировании тока в катушке зажигания, возникающих в LC-контуре, образованном первичной обмоткой и накопительным конденсатором, позволяет значительно уменьшить потребляемый системой зажигания ток и запасать в катушке требуемое количество энергии даже при наиболее тяжелых режимах работы системы, в частности при пуске от разряженного аккумулятора в условиях отрицательных температур. Для обеспечения предлагаемого формирования тока в катушке зажигания емкость накопительного конденсатора выбирают из условия образования с катушкой зажигания LC-контура, в котором должны возникать затухающие электрические колебания. Включение в цепь шунтирования первичной обмотки дополнительного второго ключа обеспечивает возможность выполнения элемента с односторонней проводимостью в виде высокочастотного диода.

Изобретение может быть реализовано в системе с несколькими катушками зажигания, при этом один первый ключ может работать на несколько катушек, цепь шунтирования каждой из которых в момент искрообразования размыкается с помощью отдельного второго ключа.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы зажигания; на фиг. 2 график изменения тока в первичной обмотке катушки зажигания.

Система содержит катушку зажигания 8, схему коммутации 4, представляющую собой транзисторный каскад, через который питается цепь базы первого ключа 7, схему сравнения 3, элемент "резонансной зарядки", выполненный в виде конденсатора 10, дополнительный второй ключ 9, подключенный к второму выходу схемы коммутации 4, источник питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи 1, датчик тока, выполненный в виде измерительного сопротивления 6, элемент опорного напряжения 2, источник сигналов зажигания, выполненный в виде прерывателя 5, и элемент с односторонней проводимостью, выполненный в виде высокочастотного диода 11.

Система зажигания работает следующим образом.

Перед накоплением энергии прерыватель 5 системы зажигания разомкнут, ключи 7 и 9 закрыты, а накопительный конденсатор 10 заряжен до напряжения аккумуляторной батареи 1. При замыкании контакта прерывателя 5 блок 4 выдает сигналы, включающие транзисторные ключи 7 и 9. Первичная обмотка катушки зажигания 8 подключается к накопительному конденсатору 10 и аккумуляторной батарее 1 и ток через нее начинает увеличиваться. Емкость конденсатора 10 такова, что он образует с первичной обмоткой LC-контур, т.е. контур, в котором должны возникать затухающие электрические колебания. Следовательно, ток через первичную обмотку и через измерительное сопротивление 6 нарастает по гармоническому закону. На фиг. 2 показан процесс изменения тока в первичной обмотке катушки зажигания (участок 1), из которого видно, что используется лишь начальный участок синусоиды (показана пунктиром). С помощью блока 3 измеряется падение напряжения на сопротивлении 6 и, при достижении током величины Imax, блок 3 выдает сигнал на блок 4, который запирает транзистор 7, отключая обмотку катушки зажигания 8 от конденсатора 10. Ток через первичную обмотку после этого начинает плавно уменьшаться (участок 2 на фиг. 2), т.к. второй ключ 9 остается замкнутым и ЭДС самоиндукции, возникающая в первичной обмотке катушки зажигания 8, приводит к возникновению тока в замкнутой цепи, состоящей из первичной обмотки катушки зажигания 8, второго ключа 8, высокочастотного диода 11 и измерительного сопротивления 6. При уменьшении тока через первичную обмотку до I_min, блок 4 повторно включает первый ключ 7. Таким образом, через первичную обмотку поддерживается среднее значение тока I_ст, соответствующее количеству энергии, необходимому для создания искры, надежно воспламеняющей рабочую смесь. При размыкании контакта прерывателя 5 блоки 4 переводит транзисторы 7 и 9 в состояние отсечки. Ток через первичную обмотку в результате этого резко падает (участок 3 на фиг. 2), обеспечивая генерирование во вторичной обмотке высокого напряжения и возникновения искры в разрядном промежутке одной из свечей зажигания.

Формула изобретения

1. Система электронного зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, в цепь питания которой включен первый ключ, соединенный с источником сигналов зажигания через схему коммутации, схему сравнения, первый вход которой подключен к датчику тока в первичной обмотке катушки зажигания, а второй вход подключен к элементу опорного напряжения, выход схемы сравнения подключен к входу схемы коммутации, выход которой подключен к входу управления первого ключа, и элемент с односторонней проводимостью, шунтирующий первичную обмотку, отличающаяся тем, что она снабжена элементом резонансной зарядки катушки зажигания, выполненным в виде накопительного конденсатора, подключенного параллельно к источнику питания, и дополнительным вторым ключом, включенным последовательно с элементом с односторонней проводимостью в цепь шунтирования первичной обмотки, причем источник сигналов зажигания через схему коммутации подключен к входу управления второго ключа.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что элемент с односторонней проводимостью выполнен в виде диода.

3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что датчик тока выполнен в виде измерительного сопротивления, включенного в цепь шунтирования первичной обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2