Устройство и способ регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания
Изобретение относится к системам зажигания рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания. В заявке описано устройство регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), имеющее катушку зажигания и центральный блок (16) управления, при этом указанная катушка зажигания имеет первичную обмотку (4), с которой соединен электронный коммутатор (13) системы зажигания. Центральный блок (16) управления выполнен с возможностью определять длительность временного интервала между моментом, в который через первичную обмотку (4) начинает протекать электрический ток, и моментом, в который первичный ток достигает некоторого первого порогового значения, и определять на основании длительности указанного временного интервала обусловленную витковыми короткими замыканиями в первичной обмотке (4) величину дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности и/или уменьшение активной энергии. При превышении величиной дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности порогового значения происходит отключение электронного коммутатора. Активная энергия при этом регулируется регулирующим блоком (163) центрального блока (16) управления предпочтительно путем изменения длительности замкнутого состояния цепи зажигания, что позволяет минимизировать снижение уровня активной энергии. Описан способ регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси. Изобретения обеспечивают предотвращение перегрева электронного коммутатора и накопление энергии, расходуемой на зажигание. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству и способу регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС).
Устройство, соответственно способ регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в ДВС, уже известны из публикации "Technische Unterrichtung, Kombiniertes Zünd- und Benzineinspritzsystem mit Lambda-Regelung-Motronik", Robert Bosch GmbH, 1983. В этой публикации на с.11 описано регулирование угла поворота ротора датчика импульсов бесконтактной системы зажигания, при котором (угле) выходной транзистор или тиристор этой системы пропускает первичный ток, при этом накопленную в магнитном поле катушки зажигания энергию, которая непрерывно увеличивается в течение всей длительности замкнутого состояния первичной цепи зажигания и достигает к моменту зажигания определенного уровня и которая в первом приближении пропорциональна квадрату достигаемой к моменту зажигания силы первичного тока, изменяют в соответствии с некоторой многопараметровой характеристикой. При этом такая многопараметровая характеристика устанавливает зависимость накапливаемой в индуктивности энергии от напряжения аккумуляторной батареи и от частоты вращения вала двигателя.
Кроме того, из заявки DE 19956381.0 известны устройство и способ зажигания рабочей смеси в ДВС, при этом определяют длительность включенного состояния первичной цепи зажигания, т.е. длительность временного интервала между фронтом передаваемого по сигнальной линии сигнала, по которому (фронту) происходит замыкание первичной цепи и который соответствует моменту, в который через первичную обмотку начинает протекать электрический ток, и моментом, в который сила этого тока достигает некоторого первого порогового значения. Подобную длительность включенного состояния определяют на основании сигналов, передаваемых по сигнальной линии, и сигналов, передаваемых по одной или нескольким диагностическим линиям, соединяющим центральный блок управления с электронным коммутатором системы зажигания.
В изобретении предлагается устройство регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в ДВС, имеющее катушку зажигания и центральный блок управления, при этом указанная катушка зажигания имеет первичную обмотку, с которой соединен электронный коммутатор системы зажигания, а центральный блок управления выполнен с возможностью определять длительность временного интервала между моментом, в который через первичную обмотку начинает протекать электрический ток, и моментом, в который первичный ток достигает некоторого первого порогового значения. В предлагаемом в изобретении устройстве центральный блок управления выполнен с возможностью определять на основании длительности указанного временного интервала величину рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности, сравнивать эту величину рассеиваемой мощности с контрольным значением и при превышении величиной рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности порогового значения уменьшать количество энергии, расходуемой на зажигание.
Другим объектом изобретения является способ регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в ДВС, с помощью катушки зажигания и центрального блока управления, при этом указанная катушка зажигания имеет первичную обмотку, соединенную с электронным коммутатором системы зажигания. Предлагаемый в изобретении способ заключается в том, что с помощью центрального блока управления определяют длительность временного интервала между моментом, в который через первичную обмотку начинает протекать электрический ток, и моментом, в который первичный ток достигает некоторого первого порогового значения, с помощью центрального блока управления на основании длительности указанного временного интервала определяют обусловленную витковыми короткими замыканиями в первичной обмотке величину дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности, эту величину рассеиваемой мощности сравнивают с контрольным значением и при превышении величиной рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности порогового значения уменьшают количество энергии, расходуемой на зажигание.
Преимущество предлагаемого в изобретении устройства, соответственно предлагаемого в изобретении способа с отличительными признаками независимых пунктов формулы изобретения состоит по сравнению с описанным выше уровнем техники в том, что, с одной стороны, удается предотвратить перегрев электронного коммутатора, т.е. исключить превышение рассеиваемой в электронном коммутаторе мощностью максимально допустимого значения, а с другой стороны, обеспечить накопление достаточного количества энергии, расходуемой непосредственно на зажигание. При этом приоритетное значение имеет поддержание рассеиваемой мощности ниже максимально допустимого уровня. Тем самым создается возможность оперативного реагирования на возникающие в первичной обмотке в процессе эксплуатации ДВС изменения, такие, например, как вновь образующиеся короткие замыкания, т.е. вновь возникающие повреждения в катушке зажигания или пробои изоляции в жгуте проводов. При этом регулирование можно осуществлять в обоих направлениях, т.е. увеличивать или уменьшать количество энергии, накапливаемой для зажигания рабочей смеси.
В частных случаях осуществления предлагаемого в изобретении способа наиболее предпочтительной является возможность определять на основании величины дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности его характерную для рассеиваемой мощности температуру. На основании этой характерной температуры определяют температуру электронного коммутатора, при этом температура электронного коммутатора представляет собой сумму характерной для рассеиваемой мощности температуры и температуры окружающей среды. При этом электронный коммутатор во избежание его повреждения должен отключаться только при условии, что его температура достигла слишком высокого уровня. При этом температуру окружающей электронный коммутатор среды предпочтительно измерять с помощью датчика температуры, соединенного с центральным блоком управления, поскольку именно таким путем можно получить наиболее точную информацию об указанной температуре окружающей среды. Кроме того, для температуры окружающей электронный коммутатор среды предпочтительно задавать также некоторое постоянное значение или определять эту температуру по многопараметровой характеристике, считывая из памяти центрального блока управления соответствующее значение в зависимости от определенных рабочих режимов двигателя, поскольку в этом случае отпадает необходимость в использовании датчика температуры. Помимо этого и при наличии датчика температуры может оказаться целесообразным использовать подобную устанавливаемую многопараметровой характеристикой зависимость температуры окружающей электронный коммутатор среды для контроля работоспособности датчика температуры и при его выходе из строя заменять определение температуры окружающей среды с помощью датчика на ее определение по многопараметровой характеристике. Таким образом, при выходе из строя датчика температуры в качестве температуры окружающей среды может использоваться заданное постоянное значение такой температуры, либо значение этой температуры может считываться из многопараметровой характеристики в зависимости от рабочих режимов ДВС.
В частных вариантах конструкции предлагаемого устройства при регистрируемом центральным блоком управления превышении величиной дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности соответствующего порогового значения может быть предусмотрена возможность отключения электронного коммутатора с помощью соединенного с ним отключающего или размыкающего блока. Также может быть предусмотрена возможность регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание, с помощью регулирующего блока центрального блока управления таким образом, чтобы минимизировать уменьшение количества энергии, расходуемой на зажигание. В этом случае регулируемой величиной, влияющей на количество энергии, расходуемой на зажигание, может быть длительность замкнутого состояния цепи зажигания или напряжение в цепи зажигания. Кроме того, в этом случае регулирующий блок может быть выполнен с возможностью дискретного регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание, с определенными приращениями, а центральный блок управления - с возможностью проверки величины дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности на предмет превышения ей соответствующего порогового значения после каждого такого дискретного изменения регулируемой величины.
После каждого дискретного изменения регулируемой величины, связанного с уменьшением количества энергии, расходуемой на зажигание, может быть предусмотрена возможность проверки с помощью центрального блока управления величины рассеиваемой мощности на предмет ее уменьшения ниже порогового значения.
Также может быть предусмотрена возможность определения с помощью центрального блока управления характерной для рассеиваемой мощности температуры, соответствующей величине дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности, и определения таким путем температуры электронного коммутатора суммированием характерной для рассеиваемой мощности температуры и температуры окружающей среды, которая может быть либо заданной постоянной величиной, либо величиной, определяемой по хранящейся в памяти центрального блока управления многопараметровой характеристике в зависимости от рабочих режимов ДВС. Рабочие режимы ДВС, определяющие такую многопараметровую характеристику температуры окружающей среды, могут характеризоваться временем, проходящим после пуска ДВС, или температурой охлаждающей жидкости.
Центральный блок управления может иметь отключающий или размыкающий блок, соединенный с электронным коммутатором и позволяющий отключать этот электронный коммутатор при превышении его температурой соответствующего порогового значения. Далее, может быть предусмотрена возможность отключения электронного коммутатора отключающим или размыкающим блоком только по истечении определенного, постоянного по величине промежутка времени после зарегистрированного факта превышения рассеиваемой мощностью или температурой соответствующего порогового значения.
В частных случаях осуществления предлагаемого в изобретении способа при регистрации с помощью центрального блока управления факта превышения величиной дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности соответствующего порогового значения электронный коммутатор может отключаться с помощью соединенного с ним отключающего или размыкающего блока. Количество энергии, расходуемой на зажигание, может регулироваться с помощью регулирующего блока центрального блока управления таким образом, чтобы минимизировать уменьшение количества энергии, расходуемой на зажигание. При этом в качестве регулируемой величины, влияющей на количество энергии, расходуемой на зажигание, может использоваться длительность замкнутого состояния цепи зажигания или напряжение в цепи зажигания. Количество энергии, расходуемой на зажигание, можно регулировать с помощью регулирующего блока дискретно с определенными приращениями и после каждого такого дискретного изменения регулируемой величины с помощью центрального блока управления проверять величину дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности на предмет превышения ей соответствующего порогового значения.
После каждого дискретного изменения регулируемой величины, связанного с уменьшением количества энергии, расходуемой на зажигание, величина рассеиваемой мощности может проверяться с помощью центрального блока управления на предмет ее уменьшения ниже порогового значения.
Температура окружающей среды либо задается в виде постоянной величины, либо определяется по многопараметровой характеристике в зависимости от рабочих режимов ДВС. При превышении температурой электронного коммутатора определенного заданного порогового значения этот электронный коммутатор может отключаться с помощью отключающего или размыкающего блока.
На основании температуры электронного коммутатора с помощью центрального блока управления может определяться обусловленная повышенной температурой величина дополнительно рассеиваемой мощности, связанной с омическими потерями на активных сопротивлениях проводников и витков обмотки, которая может учитываться за счет увеличения длительности замкнутого состояния цепи зажигания.
Электронный коммутатор может отключаться с помощью отключающего или размыкающего блока только по истечении определенного, постоянного по величине промежутка времени после зарегистрированного факта превышения рассеиваемой мощностью или температурой соответствующего порогового значения.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - предлагаемое в изобретении устройство регулирования количества энергии в первичной обмотке катушки зажигания ДВС,
на фиг.2 - эквивалентная схема первичной обмотки катушки зажигания, на которой изображены также полюсный вывод аккумуляторной батареи и управляемый ключ,
на фиг.3 - другой вариант выполнения предлагаемого в изобретении устройства регулирования количества энергии в первичной обмотке катушки зажигания ДВС и
на фиг.4 - график зависимости первичного тока от времени.
На фиг.1 схематично показано устройство регулирования количества энергии в первичной обмотке катушки зажигания, которой оснащена система зажигания для ДВС. При этом в цепи 2 зажигания для каждого цилиндра ДВС имеется катушка зажигания с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 7, один из выводов которой соединен с "массой", а другой ее вывод соединен с одним из электродов свечи 10 зажигания. Второй электрод свечи 10 зажигания соединен с "массой". Один из выводов первичной обмотки 4 соединен с одним из полюсных выводов 9 аккумуляторной батареи, и к нему соответственно приложено напряжение аккумуляторной батареи (Uбат). Другой вывод первичной обмотки 4 соединен с управляемым ключом 12, который является частью выходного каскада системы зажигания или электронного коммутатора 13 системы зажигания. В предпочтительном варианте управляемый ключ 12 выполнен в виде мощного транзистора, и в этом случае первичная обмотка 4 соединена с его коллектором. Другой выход управляемого ключа соединен с "массой", при этом при использовании в качестве такого управляемого ключа 12 мощного транзистора с "массой" предпочтительно соединен его эмиттер. Управляющий вход управляемого ключа 12, предпочтительно база мощного транзистора, соединен сигнальной линией 14 с центральным блоком 16 управления. В этом центральном блоке 16 управления имеются процессор 161, память 162, регулирующий блок 163 и отключающий (размыкающий) блок 164, который соединительной линией 19 соединен с электронным коммутатором 13. Помимо этого электронный коммутатор 13 диагностической линией 16 соединен с центральным блоком 16 управления.
При работе рассмотренной выше системы зажигания при необходимости зажигания или воспламенения рабочей смеси в одном из цилиндров ДВС сначала центральным блоком 16 управления по сигнальной линии 14 в электронный коммутатор 13, т.е. на управляющий вход управляемого ключа 12, а при выполнении последнего в виде мощного транзистора - предпочтительно на базу этого мощного транзистора, выдается соответствующий сигнал (импульс). По фронту этого сигнала происходит замыкание управляемого ключа 12, и через первичную обмотку 4 начинает протекать электрический ток. При этом ток протекает от полюсного вывода 9 аккумуляторной батареи через первичную обмотку 4 и управляемый ключ 12 к "массе". В момент зажигания (искрообразования) подача сигнала центральным блоком 16 управления по сигнальной линии 14 на вход управляемого ключа 12 прекращается, в результате чего по срезу этого сигнала управляемый ключ размыкается, соответственно запирается мощный транзистор. В результате протекание электрического тока через первичную обмотку 4 прекращается, а во вторичной обмотке 7 индуцируется напряжение, приводящее в итоге к возникновению воспламеняющей искры между электродами свечи 10 зажигания.
Электронный коммутатор 13 имеет, как это уже известно из заявки DE 19956381.0, формирующие сигналы элементы, предпочтительно формирующие фронты сигналов элементы, а также компараторы и/или датчики, позволяющие сравнивать характерные для электрической цепи зажигания величины, которыми предпочтительно являются первичный ток и первичное напряжение, с некоторыми пороговыми значениями. Электронный коммутатор 13 предпочтительно имеет компаратор, который сравнивает первичный ток, т.е. ток в первичной обмотке 4 катушки зажигания, с первым пороговым значением I1, и в тот момент, когда этот первичный ток становится больше первого порогового значения I1, формирующий фронты сигналов элемент, также предусмотренный в электронном коммутаторе 13, выдает в диагностическую линию 15 фронт сигнала, поступающий по этой диагностической линии 15, в центральный блок 16 управления. Помимо этого в центральном блоке 16 управления имеется блок обработки временных параметров, который сравнивает сигналы, передаваемые по сигнальной линии, и сигналы, передаваемые по диагностической линии, с показаниями счетчика времени и таким путем определяет временные интервалы.
Характеристика первичного тока (Iперв) дополнительно проиллюстрирована на фиг.4, где представлен график зависимости этого первичного тока от времени. В некоторый момент t1 происходит замыкание управляемого ключа 12 по фронту передаваемого по сигнальной линии сигнала, и тем самым через первичную обмотку 4 катушки зажигания начинает протекать электрический ток. Этот ток, как показано на диаграмме, с течением времени возрастает и в момент t3 становится больше первого порогового значения I1. Предусмотренный в электронном коммутаторе 13 компаратор сравнивает величину первичного тока с этим первым пороговым значением I1. После этого, как описано выше, в том случае, если первичный ток превысил это первое пороговое значение I1, предусмотренный в электронном коммутаторе 13 формирующий сигналы элемент выдает по диагностической линии 15 в центральный блок 16 управления соответствующий сигнал или согласно предпочтительному варианту предусмотренный в электронном коммутаторе 13 формирующий фронты элемент выдает по диагностической линии 15 в центральный блок 16 управления соответствующий фронт сигнала.
Затем центральный блок 16 управления с помощью имеющегося в нем блока обработки временных параметров сравнивает сигналы, передаваемые по сигнальной линии 14 и по диагностической линии 15, с показаниями счетчика времени или с некоторым единичным отсчетом времени, прежде всего определяет временной интервал между фронтом передаваемого по сигнальной линии 14 сигнала, по которому происходит замыкание управляемого ключа 12, и передаваемого по диагностической линии 15 фронтом сигнала, выдаваемого в центральный блок управления по этой диагностической линии 15 в результате превышения первичным током первого порогового значения. Этот временной интервал, далее называемый длительностью включенного состояния (первичной цепи), соответствует разности между показанными на фиг.4 моментами t3 и t1.
При наличии в ДВС нескольких цилиндров для каждого из них предусмотрена собственная цепь 2 зажигания, каждая из которых соединена с центральным блоком управления сигнальной линией. Каждый электронный коммутатор 13, предусмотренный для каждого из цилиндров, имеет собственную отходящую от него диагностическую линию 15. Такая диагностическая линия 15, отходящая от электронного коммутатора 13, предусмотренного для каждого из цилиндров, либо может быть непосредственно соединена с центральным блоком 16 управления, либо в предпочтительном варианте может проходить через не показанный на чертеже комбинационный (логический) элемент, в котором отдельные диагностические линии от нескольких электронных коммутаторов объединяются в одну общую диагностическую линию, которой этот комбинационный (логический) элемент, в свою очередь, соединен с центральным блоком 16 управления. В таком комбинационном (логическом) элементе поступающие от электронных коммутаторов каждого из цилиндров диагностические сигналы логически объединяются с соблюдением корректной временной последовательности их поступления. Более подробно процесс подобного логического объединения диагностических сигналов рассмотрен в заявке DE 19956381.0.
На фиг.2 показана эквивалентная схема первичной обмотки 4 катушки зажигания. На этой схеме показаны также полюсный вывод 9 аккумуляторной батареи с приложенным к этому выводу напряжением Uбат аккумуляторной батареи и управляемый ключ 12, а также сопряжение между этими управляемым ключом 12 и первичной обмоткой 4. При этом резистивные и индуктивные параметры такой первичной обмотки 4 можно представить в виде последовательно включенных в цепь на участке между полюсным выводом аккумуляторной батареи и управляемым ключом 12 индуктивного сопротивления 47 рассеяния, активного сопротивления 45 проводников и витков обмотки и активной индуктивности 41. Помимо этого параллельно активной индуктивности включено активное сопротивление 43 короткого замыкания, которое характеризует активное сопротивление первичной обмотки 4, изменяющееся в процессе ее эксплуатации. Индуктивное сопротивление 47 рассеяния, а также активное сопротивление 45 проводников и витков обмотки являются известными техническими параметрами первичной катушки. Через эти индуктивное 47 сопротивление рассеяния и активное сопротивление 45 проводников и витков обмотки протекает первичный ток 48, обозначенный через Ip. В точке разветвления на активную индуктивность 41 и параллельно включенное ей активное сопротивление 43 короткого замыкания этот первичный ток разделяется на активный ток Ih, протекающий через активную индуктивность 41, и ток короткого замыкания, протекающий через активное сопротивление 43 короткого замыкания. В сумме оба эти тока создают в электронном коммутаторе 13 рассеиваемую мощность, теряемую на нагрев. Кроме того, в активной индуктивности 41 генерируется так называемая активная энергия, т.е. энергия, фактически расходуемая на формирование свечой 10 зажигания искрового разряда. Эта энергия определяется величиной тока, протекающего через индуктивность, в момент размыкания управляемого ключа. При этом протекающий через индуктивность ток, как уже отмечалось выше, непрерывно возрастает в течение всей длительности нахождения управляемого ключа в замкнутом состоянии, соответственно в течение всей длительности нахождения мощного транзистора в открытом состоянии.
В нормальном состоянии, т.е. при отсутствии витковых коротких замыканий в первичной катушке, активное сопротивление 43 короткого замыкания имеет столь большую величину, что протекающий через него ток имеет лишь исключительно малую величину, которой можно пренебречь. Однако при наличии указанных витковых коротких замыканий, которые могут возникнуть в случае неисправности, соответственно в аварийной ситуации, величина активного сопротивления 43 короткого замыкания уменьшается, и поэтому через это активное сопротивление 43 короткого замыкания главным образом практически сразу же после замыкания управляемого ключа 12 в начале его нахождения в замкнутом состоянии протекает большой по величине ток. В соответствии с этим в подобной аварийной ситуации или в случае подобной неисправности суммарный ток, т.е. сумма токов, протекающих через активную индуктивность 41 и активное сопротивление 43 короткого замыкания, значительно возрастает главным образом практически сразу же после замыкания управляемого ключа 12 по сравнению с величиной суммарного тока, протекающего в указанном выше нормальном состоянии. В результате количество поступающей в электронный коммутатор 13 электроэнергии, соответственно потребление им мощности увеличивается по сравнению с нормальным состоянием, что сопровождается повышением температуры этого электронного коммутатора 13. В наихудшем случае превышение температурой электронного коммутатора 13 некоторой максимально допустимой температуры может привести к его полному выходу из строя. Помимо этого потери энергии в электронном коммутаторе 13 и в активном сопротивлении короткого замыкания приводят при постоянной длительности замкнутого состояния управляемого ключа, соответственно при постоянной длительности открытия выходного транзистора к уменьшению по сравнению с нормальным состоянием активной энергии, т.е. расходуемой непосредственно на формирование искрового разряда энергии, что может привести к пропускам искрообразования.
На основании длительности включенного состояния, которая определяется, как описано выше, в центральном блоке 16 управления и информация о которой сохраняется в нем, можно определить величину обусловленной короткими замыканиями в витках первичной катушки рассеиваемой мощности в электронном коммутаторе 13. На основании такой длительности равным образом можно определять и величину уменьшения активной энергии. С этой целью с выявленной длительностью включенного состояния предпочтительно соотносить значение активного сопротивления короткого замыкания Rкор.зам, выбираемое по многопараметровой характеристике, которая помимо этого устанавливает зависимость указанной длительности включенного состояния от напряжения аккумуляторной батареи Uбат. Подобная многопараметровая характеристика хранится в памяти 162. При этом в качестве напряжения аккумуляторной батареи Uбат используют значение, измеренное в соответствующий момент времени. Затем на основании этого значения активного сопротивления короткого замыкания Rкор.зам также с помощью многопараметровой характеристики, устанавливающей зависимость от напряжения аккумуляторной батареи, определяют величину дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе 13 мощности, а также величину уменьшения активной энергии в активной индуктивности 41. Эта многопараметровая характеристика также хранится в памяти 162.
После определения величины дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе 13 мощности и величины уменьшения активной энергии сначала проверяют, не превышает ли эта величина дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе 13 мощности некоторого порогового значения. При превышении указанного порогового значения электронный коммутатор 13 соответствующего цилиндра отключают, поскольку при подобном превышении рассеиваемой мощностью максимально допустимого значения существует опасность полного его выхода из строя. В другом варианте можно также уменьшать длительность замкнутого состояния управляемого ключа, поскольку тем самым снижается и рассеиваемая в электронном коммутаторе 13 мощность. При этом под длительностью замкнутого состояния tзамкн подразумевается временной интервал между моментом, в который через первичную обмотку начинает протекать ток, т.е. в который происходит замыкание управляемого ключа 12, и моментом, в который протекание тока через первичную обмотку прекращается, т.е. в который происходит размыкание управляемого ключа 12. В соответствии с этим для уменьшения длительности замкнутого состояния предпочтительно сокращать временной интервал между фронтом сигнала, по которому происходит замыкание управляемого ключа 12, и фронтом (срезом) сигнала, по которому происходит повторное его размыкание.
В соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения с отключением электронного коммутатора 13 или с уменьшением длительности замкнутого состояния можно соотнести некоторую постоянную времени, т.е. после впервые зарегистрированного факта превышения рассеиваемой мощностью соответствующего порогового значения и при последующем сохранении подобного состояния на протяжении нескольких циклов соответствующие ответные меры (отключение коммутатора или уменьшение длительности замкнутого состояния) принимают только по истечении определенного промежутка времени, поскольку полный выход из строя электронного коммутатора 13 вероятен только при длительном сохранении указанного состояния. Преимущество подобного подхода состоит при этом в возможности избежать необоснованного отключения электронного коммутатора или уменьшения длительности замкнутого состояния, обусловленных ошибочным определением значений рассеиваемой мощности или активной энергии.
Если же рассеиваемая мощность не превышает порогового значения, то длительность замкнутого состояния увеличивают в соответствии с величиной уменьшения активной энергии, повышая за счет подобного увеличения длительности замкнутого состояния силу тока, протекающего через активную индуктивность 41 в момент размыкания управляемого ключа 12. Тем самым удается увеличить величину активной энергии, т.е. увеличить количество энергии, необходимой для зажигания рабочей смеси, и минимизировать потери активной энергии. Функции по регулированию длительности замкнутого состояния выполняет регулирующий блок 163. Поскольку с увеличением длительности замкнутого состояния возрастает и дополнительно рассеиваемая в электронном коммутаторе 13 мощность, при каждом увеличении длительности замкнутого состояния необходимо проверять, не превысила ли величина рассеиваемой мощности соответствующего порогового значения.
В другом варианте в том случае, когда зарегистрированная в текущий момент времени величина уменьшения активной энергии меньше той же величины, зафиксированной в более ранний момент времени, предусмотрено уменьшение длительности замкнутого состояния. Подобную функцию по уменьшению длительности замкнутого состояния выполняет регулирующий блок 163. Вместе с тем активная энергия не должна снижаться ниже некоторого порогового значения, поскольку при слишком малом количестве энергии, накопленной в индуктивности, этого количества может оказаться недостаточно для зажигания рабочей смеси, и поэтому могут возникнуть пропуски искрообразования. Подобные пропуски искрообразования отрицательно сказываются на равномерности работы ДВС.
В других вариантах осуществления изобретения вместо регулирования длительности замкнутого состояния tзамкн предлагается регулировать напряжение, подаваемое регулирующим блоком 163 на первичную обмотку.
При этом предпочтительно, чтобы регулирующий блок 163 дискретно изменял в соответствующую сторону длительность замкнутого состояния или подаваемое на первичную обмотку напряжение с малыми приращениями.
Помимо этого центральный блок 16 управления может соотнести с определенной величиной дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе 13 мощности некоторую характерную для рассеиваемой мощности температуру, обусловленную выделением в электронном коммутаторе 13 джоулевой теплоты. Подобная характерная для рассеиваемой мощности температура поддается оценке и для нее можно задавать сохраняемую в памяти 162 характеристику, устанавливающую зависимость этой температуры от активного сопротивления короткого замыкания Rкор.зам или от дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности. Кроме того, для окружающей цепь 2 зажигания среды также характерна определенная температура, которая зависит, например, от метеорологических условий, длительности цикла работы ДВС в конкретном режиме, а также от иных находящихся вблизи этой цепи 2 зажигания термически связанных с ней активных сопротивлений и от наличия или отсутствия системы охлаждения. Подобную температуру окружающей среды в грубом приближении можно принять равной некоторой постоянной величине или же для нее можно задать сохраняемую в памяти 162 центрального блока 16 управления многопараметровую характеристику, устанавливающую зависимость такой температуры от определенных режимов работы двигателя, характеризуемых, например, длительностью непрерывной работы ДВС после его пуска или температурой охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров. Кроме того, согласно предпочтительному варианту можно измерять температуру окружающей среды вблизи цепи 2 зажигания с помощью датчика 20 температуры, как это показано на фиг.3. Такой датчик температуры соединен с центральным блоком 16 управления соответствующей соединительной линией 18.
Показанное на фиг.3 устройство регулирования количества энергии, подаваемой в первичную обмотку катушки зажигания ДВС, за исключением предусмотренных в нем датчика 20 температуры и его соединительной линии 18 соответствует показанному на фиг.1 устройству. Поэтому остальные компоненты показанного на фиг.3 устройства повторно не рассматриваются.
Согласно одному из предпочтительных вариантов в центральном блоке 16 управления поступающие от датчика 20 температуры данные о температуре окружающей среды проверяются на достоверность. С этой целью предпочтительно проверять, не выходит ли значение температуры, измеренной датчиком 20 температуры, за пределы приемлемого (допустимого) температурного диапазона. Если измеренные датчиком температуры значения температуры окружающей среды выходят за пределы такого допустимого температурного диапазона, то предполагается неисправность датчика 20 температуры или его соединительной линии 18. В этом случае либо используемые для определения температуры электронного коммутатора значения температуры окружающей среды считываются из многопараметровой характеристики, либо используется постоянное значение такой температуры. При этом подобная многопараметровая характеристика хранится в памяти 162 центрального блока 16 управления и устанавливает зависимость такой температуры от определенных режимов работы двигателя, характеризуемых, например, длительностью непрерывной работы ДВС после его пуска или температурой охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров.
На основании величины характерной для рассеиваемой мощности температуры и величины температуры окружающей среды можно определить температуру электронного коммутатора 13. Такая температура представляет собой сумму указанных температур, одной из которых является характерная для рассеиваемой мощности температура, а другой - температура окружающей среды. Эта сумма вычисляется процессором 161 центрального блока управления. После этого температура электронного коммутатора 13 сравнивается в центральном блоке 16 управления с некоторым пороговым значением. Если температура первичной обмотки превышает указанное пороговое значение, то это свидетельствует о перегреве цепи зажигания и необходимости отключения электронного коммутатора 13. Такое отключение обеспечивает отключающий или размыкающий блок 164, который соединен с электронным коммутатором 13 соединительной линией 19, при этом команда на отключение электронного коммутатора 13 отключающим или размыкающим блоком 164 выдается центральным блоком 16 управления.
В этом случае аналогично рассмотренному выше случаю, в котором отключение электронного коммутатора 13 происходит при превышении рассеваемой мощностью соответствующего порогового значения, с температурой согласно еще одному предпочтительному варианту также можно соотнести постоянную времени, отключая электронный коммутатор 13 лишь по истечении определенного заданного промежутка времени после впервые зарегистрированного факта превышения температурой некоторого порогового значения.
Увеличение температуры электронного коммутатора 13 сопровождается далее увеличением активного сопротивления 45 проводников и витков обмотки первичной катушки. В результате через активное сопротивление 45 проводников и витков обмотки рассеивается большее количество мощности по сравнению с холодной обмоткой. По этой причине длительность замкнутого состояния управляемого ключа необходимо увеличивать пропорционально изменению температуры первичной обмотки 4. С этой целью в памяти 162 предпочтительно сохранить характеристику, отражающую зависимость величины управляемого ключа tувелич от температуры первичной обмотки. Эту величину увеличения длительности замкнутого состояния tувелич суммируют с длительностью замкнутого состояния управляемого ключа tзамкн, которую определяют при описанном выше регулировании длительности замкнутого состояния с учетом величины дополнительно рассеиваемой мощности и с учетом величины активной энергии.
В соответствии со следующим вариантом при постоянной длительности замкнутого состояния управляемого ключа можно наблюдать систематическое, строго непрерывное увеличение длительности включенного состояния и на основании этого эффекта оценивать обусловленное тепловыми факторами увеличение активного сопротивления первичной обмотки катушки.
В другом варианте обусловленное повышенной температурой увеличение активного сопротивления проводников и витков обмотки можно компенсировать повышением прикладываемого к первичной обмотке напряжения.
Согласно еще одному предпочтительному варианту рассмотренные выше устройство, соответственно способ могут использоваться также применительно к ДВС с несколькими цилиндрами, соответственно многоцилиндровым ДВС. При наличии в ДВС нескольких цилиндров для каждого из них предусмотрена собственная цепь 2 зажигания, каждая из которых соединена с центральным блоком 16 управления собственной сигнальной линией 14. Каждый электронный коммутатор 13, предусмотренный для каждого из цилиндров, имеет собственную отходящую от него диагностическую линию 15, которой он соединен с центральным блоком управления и по которой могут передаваться диагностические сигналы. Предпочтительный подход по сопряжению, соответственно логическому объединению нескольких диагностических линий в одну общую диагностическую линию уже рассмотрен выше. При наличии в ДВС нескольких цилиндров дополнительно рассеиваемую в каждом из электронных коммутаторов 13 мощность, соответственно величину уменьшения активной энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в каждом цилиндре, предпочтительно определять индивидуально для каждого из цилиндров и на основании полученных результатов также индивидуально для каждого из цилиндров регулировать длительность замкнутого состояния соответствующего управляемого ключа. Преимущество подобного подхода состоит в возможности определять и температуру каждого из электронных коммутаторов 13 и при превышении порогового значения рассеиваемой мощности, соответственно порогового значения температуры отключать соответствующий электронный коммутатор 13, предусмотренный для конкретного цилиндра. Величину увеличения длительности замкнутого состояния управляемого ключа tувелич, определяемую на основании обусловленного температурными факторами увеличения сопротивления проводников и витков обмотки, также предпочтительно определять индивидуально для каждого из цилиндров и суммировать со значением длительности замкнутого состояния соответствующего управляемого ключа tзамкн.
В другом предпочтительном варианте блок обработки временных параметров, в функции которого входит определение длительности включенного состояния на основании сигналов, передаваемых по сигнальной линии 14 или сигнальным линиям 14, а также на основании сигналов, передаваемых по диагностической линии 15 или диагностическим линиям 15 либо по общей диагностической линии или общим диагностическим линиям, можно также расположить или выполнить отдельно от центрального блока 16 управления.
Согласно еще одному предпочтительному варианту предлагается определять среднее значение рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности в зависимости от иных рабочих параметров, предпочтительно от частоты вращения вала двигателя. Тем самым и величина дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности также становится зависимой от других рабочих параметров (в дополнение к зависимости от напряжения аккумуляторной батареи), предпочтительно от частоты вращения вала двигателя. Подобную зависимость от различных рабочих параметров представляют в виде многопараметровой характеристики, сохраняемой в памяти 162.
В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом характерную для рассеиваемой мощности температуру, для определения которой в памяти 162 хранится соответствующая многопараметровая характеристика, предлагается ставить в зависимость от величины активного сопротивления короткого замыкания Rкор.зам и других параметров, предпочтительно от температуры окружающей среды, от времени, проходящего с момента пуска ДВС, или от температуры охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров.
1. Устройство регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), имеющее катушку зажигания и центральный блок (16) управления, при этом указанная катушка зажигания имеет первичную обмотку (4), с которой соединен электронный коммутатор (13) системы зажигания, а центральный блок (16) управления выполнен с возможностью определять длительность временного интервала между моментом, в который через первичную обмотку (4) начинает протекать электрический ток, и моментом, в который первичный ток достигает некоторого первого порогового значения, отличающееся тем, что центральный блок (16) управления выполнен с возможностью определять на основании длительности указанного временного интервала величину рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности, сравнивать эту величину рассеиваемой мощности с контрольным значением и при превышении величиной, рассеиваемой в электронном коммутаторе (13), мощности порогового значения уменьшать количество энергии, расходуемой на зажигание.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при регистрируемом центральным блоком (16) управления превышения величиной дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности соответствующего порогового значения предусмотрена возможность отключения электронного коммутатора (13) с помощью соединенного с ним отключающего или размыкающего блока (164).
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что предусмотрена возможность регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание, с помощью регулирующего блока (163) центрального блока (16) управления таким образом, чтобы минимизировать уменьшение количества энергии, расходуемой на зажигание.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регулируемой величиной, влияющей на количество энергии, расходуемой на зажигание, является длительность замкнутого состояния цепи зажигания.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регулируемой величиной, влияющей на количество энергии, расходуемой на зажигание, является напряжение в цепи зажигания.
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регулирующий блок (163) выполнен с возможностью дискретного регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание, с определенными приращениями, а центральный блок (16) управления выполнен с возможностью проверки величины дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности на предмет превышения ею соответствующего порогового значения после каждого такого дискретного изменения регулируемой величины.
7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что после каждого дискретного изменения регулируемой величины, связанного с уменьшением количества энергии, расходуемой на зажигание, предусмотрена возможность проверки с помощью центрального блока (16) управления величины рассеиваемой мощности на предмет ее уменьшения ниже порогового значения.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена возможность определения с помощью центрального блока (16) управления характерной для рассеиваемой мощности температуры, соответствующей величине дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности, и определения таким путем температуры электронного коммутатора (13) суммированием характерной для рассеиваемой мощности температуры и температуры окружающей среды.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что центральный блок (16) управления соединен с датчиком (20) температуры, позволяющим определять температуру окружающей среды.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что температура окружающей среды является либо заданной постоянной величиной, либо величиной, определяемой по хранящейся в памяти (162) центрального блока (16) управления многопараметровой характеристике в зависимости от рабочих режимов ДВС.
11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что рабочие режимы ДВС, определяющие многопараметровую характеристику температуры окружающей среды, характеризуются временем, проходящим после пуска ДВС, или температурой охлаждающей жидкости.
12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что центральный блок (16) управления имеет отключающий или размыкающий блок (164), соединенный с электронным коммутатором (13) и позволяющий отключать этот электронный коммутатор (13) при превышении его температурой соответствующего порогового значения.
13. Устройство по п.2 или 12, отличающееся тем, что предусмотрена возможность отключения электронного коммутатора отключающим или размыкающим блоком (164) только по истечении определенного, постоянного по величине промежутка времени после зарегистрированного факта превышения рассеиваемой мощностью или температурой соответствующего порогового значения.
14. Способ регулирования количества энергии, расходуемой на зажигание рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), с помощью катушки зажигания и центрального блока (16) управления, при этом указанная катушка зажигания имеет первичную обмотку (4), соединенную с электронным коммутатором (13) системы зажигания, заключающийся в том, что с помощью центрального блока (16) управления определяют длительность временного интервала между моментом, в который через первичную обмотку (4) начинает протекать электрический ток, и моментом, в который первичный ток достигает некоторого первого порогового значения, с помощью центрального блока (16) управления на основании длительности указанного временного интервала определяют обусловленную витковыми короткими замыканиями в первичной обмотке (4) величину дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности, эту величину рассеиваемой мощности сравнивают с контрольным значением и при превышении величиной, рассеиваемой в электронном коммутаторе (13), мощности порогового значения уменьшают количество энергии, расходуемой на зажигание.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что при регистрации с помощью центрального блока (16) управления факта превышения величиной дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности соответствующего порогового значения электронный коммутатор (13) отключают с помощью соединенного с ним отключающего или размыкающего блока (164).
16. Способ по п.14, отличающийся тем, что количество энергии, расходуемой на зажигание, регулируют с помощью регулирующего блока (163) центрального блока (16) управления таким образом, чтобы минимизировать уменьшение количества энергии, расходуемой на зажигание.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что в качестве регулируемой величины, влияющей на количество энергии, расходуемой на зажигание, используют длительность замкнутого состояния цепи зажигания.
18. Способ по п.16, отличающийся тем, что в качестве регулируемой величины, влияющей на количество энергии, расходуемой на зажигание, используют напряжение в цепи зажигания.
19. Способ по п.16, отличающийся тем, что количество энергии, расходуемой на зажигание, регулируют с помощью регулирующего блока (163) дискретно с определенными приращениями и после каждого такого дискретного изменения регулируемой величины с помощью центрального блока (16) управления величину дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе мощности проверяют на предмет превышения ею соответствующего порогового значения.
20. Способ по п.15 или 16, отличающийся тем, что после каждого дискретного изменения регулируемой величины, связанного с уменьшением количества энергии, расходуемой на зажигание, с помощью центрального блока (16) управления величину рассеиваемой мощности проверяют на предмет ее уменьшения ниже порогового значения.
21. Способ по п.14, отличающийся тем, что на основании величины дополнительно рассеиваемой в электронном коммутаторе (13) мощности определяют характерную для рассеиваемой мощности температуру и на ее основании определяют температуру электронного коммутатора (13), при этом температура электронного коммутатора (13) представляет собой сумму характерной для рассеиваемой мощности температуры и температуры окружающей среды.
22. Способ по п.20, отличающийся тем, что температуру окружающей среды либо задают в виде постоянной величины, либо определяют по многопараметровой характеристике в зависимости от рабочих режимов ДВС, либо измеряют с помощью датчика температуры.
23. Способ по п.20, отличающийся тем, что при превышении температурой электронного коммутатора (13) определенного заданного порогового значения этот электронный коммутатор (13) отключают с помощью отключающего или размыкающего блока (164).
24. Способ по п.20, отличающийся тем, что на основании температуры электронного коммутатора с помощью центрального блока (16) управления определяют обусловленную повышенной температурой величину дополнительно рассеиваемой мощности, связанной с омическими потерями на активных сопротивлениях (45) проводников и витков обмотки, и учитывают эту величину за счет увеличения длительности замкнутого состояния цепи зажигания.
25. Способ по п.21, отличающийся тем, что при выходе из строя датчика (20) температуры в качестве температуры окружающей среды используют заданное постоянное значение такой температуры либо значение этой температуры считывают из многопараметровой характеристики в зависимости от рабочих режимов ДВС.
26. Способ по п.15 или 23, отличающийся тем, что электронный коммутатор отключают с помощью отключающего или размыкающего блока (164) только по истечении определенного, постоянного по величине промежутка времени после зарегистрированного факта превышения рассеиваемой мощностью или температурой соответствующего порогового значения.
