Бесконтактная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания

.Такид Ленинградский ордена Ленина электротехническ+й,.айститут им, В,И.Ульянова (Ленина. нтел(5) БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОР Такие регулятор,жигания бесконтакт ны, громоздки, пра даются минимизации интегральных схем,дежны и точнытак ении схем использую слежения заопережения заых систем слож" тически не подпутем применения недостаточно накак при постротся аналоговые числом оборотов цель достигается тем тактную систему зажиг ателей внутреннего сг жащую ротор, бесконта енератор тактовых имУк что взанна беско я двисоде тчик,ния дл ракия ный д методыдвигател Изобретение относится к системамзажигания и может найти применениев электрооборудовании двигателей, внутреннегосгорания,Известны бесконтактные системызажигания с электронным регулированием угла опережения зажигания, Та кие системы содержат накопительнуюцепь с управляющим ключем, бесконтактный датчик, синхронизирующий работу системы зажигания, и схему регулирования угла опережения зажи. гания, включенную между датчиком иключевым элементом 1,Наиболее близкой к изобретениюпо технической сущности является система зажигания двигателей внутреннего сгорания, содержащая ротор, бес 5контактный датчик генератор такто 9вых импульсов, преобразователь частоты, элемент совпадений, схему запрета, реверсивный счетчик, дешифратор, электронный выклЮчатель и катушку зажигания21,Однако известное устройство зажигания имеет недостаточную точностьустановки угла опережения зажигания, что снижает надежность работы.Целью изобретения является повышение надежности в работе за счетувеличения точности установки углаопережения зажигания.976123 оставитель А.Борзиковехред И,Коатура Корректор: А,ференц Уадактор Н,Джу Заказ 9 О Филиал. П Пираж 552 ВНИИПИ Государственного кон по делам изобретений и от 113035, Москва, Х, Раушсг ф ж городул, Проектн Подписета СССРытийя наб.,97612 3 .пульсов, преобразователь частоты, схему запрета, сигнальный вход ко" торой подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу преоб" разователя частоты, элемент совпаде- % ний, подключенный вторым входом к выходу преобразователя частоты, ревер сивный счетчик, суммирующий вход ко" торого подключен к выходу элемента совпадений, а вычитающий вход " к вы ходу схемы запрета, дешифратор, первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход подключен к устано вочному входу реверсивного счетчи ка, управляющему входу схемы запре" та и первому входу элемента совпаде ний, одновибратор, вход которого подключен к выходу дешифратора, электронный выключатель, подключенный вхо дом к выходу одновибратора, и катушку ",зажигания, вход которой подключен к выходу электронного выключателя, введен формирователь сигналов, соединенный первым входом с выходом бес з контактного датчика, вторым входом с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя сигналов подключен к управляющему входу схемы запрета, ЭО Формирователь сигналов содержитинвертор и первый компаратор, входыкоторых соединены между собой и являются первым входом формирователя3сигналов, второй компаратор, подключенный входом к выходу инвертора, делитель частоты, первый, второй, третий и четвертый элементы совпадений,первый реверсивный счетчик, суммиру"40ющий вход которого подключен к выходу первого элемента совпадений, вычитающий вход - к выходу второго элемента совпадений, второй реверсивныйсчетчик, подключенный суммирующим входом к выходу третьего элемента совпа 4дений, выцитающим входом - к выходучетвертого элемента совпадений, дешифратор, соединенный первой группойвходов с первым реверсивным счетчи" ком, второй группой входов - с вторым фО реверсивным счетчиком, синхронный триггер, синхронный вход которого соединен с выходом дешифратора, выход которого является выходом формирователя сигналов, выход второго компара-тора подключен к вторым входам перво" го и.четвертого элементов совпаде-,. , ний и первому установочному входу синхронного триггера, выход первогокомпаратора подключен к вторым входамвторого и третьего элементов совпаде"ний, а также к второму установочномувходу синхронного триггера, выход де"лителя частоты подключен к первымвходам первого и третьего элементовсовпадений, вход делителя частоты соединен с первыми входами второго и четвертого элементов совпадений и является вторым входом формирователя сигналов,На фиг, 1 приведена структурнаясхема бесконтактной системы зажига"ния; на Фиг, 2 - то же, формирователь сигналов; на фиг, 3. - временныедиаграммы, поясняющие работу форми"рователя сигналов; на фиг., 4 - требуемая зависимость угла опережения зажи"гания от числа оборотов двигателя,на Фиг, 5 - временные диаграммы, поясняющие общую работу устройства за"жигания; на Фиг. 6 - то же, поясняющие возникновение погрешностей при,работе известной системы.Бесконтактная система зажиганиясодержит ротор 1, бесконтактный датчик 2, формирователь 3 сигналов, преобразователь 4 частоты, генератор5 тактовых импульсов, схему 6 запре"та, элемент 7 совпадений, реверсивныйсчетчик 8, дешифратор 9, одновибратор10, электронный выключатель 11 ка",тушку. 12 зажигания, инвертор 13, компараторы 14 и 15, делитель 16 частоты, элементы 17-20 совпадений, ревер"сивные счетчики .21 и 22 дешифратор23 и синхронный триггер 24, Бесконтактный датчик 2 подключен непосредственно к первому компаратору 15 и через инвертор 13 - к второму компаратору 14, выход которо" го подключен к вторым входам элементов 17 и 20 совпадений, а также к первому установочному входу синхронного триггера 24. Выход компаратора 15 подключен к вторым входам элементов 18 и 19 совпадений, а также - к второму установочному входу синхронного триггера 24. Выход элемента 17 совпадений подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 21, вы" читающий вход которого подключен к выходу элемента 18 совпаденийГруппа выходов реверсивного счетчика 21 подключена к первой группе входов дешифратора 23, Выход элемента 19 совпадений подключен к суммирую5 976123 6щему входу реверсивного счетчика 22, мирователя 3 сигналов будем рассматвычитающий вход которого подключен ривать сигнал, изображенный на фиг 3 бк выходу элемента 20 совпадений. Груп- В формирователе 3 сигналов прямойпа выходов реверсивного счетчика 22 и инвертированный сиЪ нал с датчикаподключена к второй группе входов де подается на компараторы 14 и 15, нашифратора 23. Выход дешифратора 23 выходах которых появляются прямоугольподключен к синхронизирующему входу ные импульсы (фиг, Зг, д), На выхосинхронного триггера 24. Выход гене" де делителя 16 частоты частота имратора 5 тактовых импульсов подклю- пульсов будет в два раза меньше, чемчен к делителю 16 частоты, первому 1 ф частота импульсов 1 на. выходе генеравходу элемента 18 совпадений, перво- тора 5 тактовых импульсов. Импульс,му .входу элемента 20 совпадений, появившийся на выходе компараторасигнальному:1 входу схемы 6 запрета и 14, заполняется при помощи элементачерез делитель 4 частоты - к второму 17 совпадений импульсами цастотойвходу элемента 7 совпадений. Выход 1 ф /2. Число импульсов, появившихся насинхронного триггера 24 подключен выходе элемента 17 совпадений, подсчи"к управляющему входу схемы б запре- тывается реверсивным сцетчиком 21.та, первому входу схемы 7 совпаде- Импульс, появившийся на выходе комний, установочному входу реверсивно" паратора 15; так же заполняется приго счетчика 8 и управляющему входу 20 помощи элемента 19 совпадений импульдешифратора 9, Выход дешифратора 9 сами частотой О 2. Число импульсов,подключен через одновибратор 10 к появившихся на выходе элемента 19входу электронного выключателя 11, совпадений, подсчитывается реверсиввыход которого подключен к входу ка- ным счетчиком 22. Таким образом втушки 12 зажигания. 25 реверсивных сцетциках 21 и 22 хранятСистема зажигания работает следую- ся значения длительностей импульсовщим образом, на выходах компараторов 14 и 15.Ротор 1 механически связан с ва- Одновременно импульс с выхода комлом двигателя внутреннего сгорания паратора 14 подается на вход элементаи представляет собой, циск с вырезан- Зв 20 совпадений, позволяя тем самымыными окнами. Окна вырезаны таким об- тактовым импульсам частотои Ф прохоразом, что размер окна соответствует дить на выцитающий вход реверсивномаксимальному углу опережения зажи- го счетчика 22, в котором содержитсягания. Число окон соответствует чис- число импульсов, соответствующеелу цилиндров двигателя, В зоне окна у длительности импульса, появившегосядатчик открыт, в противоположном слу- в предшествуоций момент яа выходе комчае перекрыт ротором 1, Формирователь паратора 15.3 сигналов непосредственно связан-Если длительность импульсов на вы)ный с датчиком 2 предназначен для ходах компараторов одинакова, и ско)1 не измениласьформирования импульсов длительностью, в рость вращения ротора 1 не изме иласьсоответствующей времени перекрытия эа время между импульсами,. в моментдатчика 2 ротором 1. времени, соответствующий середине импульса на выходе компаратора 14, реНа фиг, За приведена кривая напря- версивный счетчик 22 обнулится и наженив на выходе фотодатчика, а на Выходе дешифратора 23 появится имфиг. Зб - кривая напряжения на выхо- пульс (фиг. Зк).де индукционного датчика. Наиболеечасто применяемые конструкции дат- Импульс, появивыоявившийся на выходе комчиков таковы, что нахождение грани- паратора 15 (фиг. 3 .г Зг) поступает нацы окна ротора напротив середины вход элемента 18 с18 совпадений, позволяяЯльсам частотой Ф прохогеометрических размеров датчика со- тактовым импувычитающий вход реверсивного о тветствует середине переходного дить на выч щ" тч ка 21 (фиг. Зе, и). При со любпроцесса в датчике, Необходимо найти счетчика (ф .)н пе ечисленных ранее условий, в .эту середину. Если на выходе фото- денни перечислмомент в емени, соответствующий седатчика поставить емкость, форма вы- моме Рине импульса, реверсивный счетходного напряжения будет соответст- редине им учик 21 обнулится и на выходе дешифра"вовать напряжению на выходе индукцион- чик 2 ус ( г. Зк). На ного датчика(фиг, Зб), Таким образом тора .появится импульс (фиг. Зк Нав качестве входного сигнала для фор- выходе синхронного триггера 24 будут7 97612 формироваться импульсы, изображенные на фиг, Зл и 5 в,На Фиг, 1 представлена функцио .нальная зависимость угла опережения зажигания е от числа оборотов двигателя и, На наклонном участке кривой справедливо соотнощение и-ипскк и ип 2 п где и и и - числа оборотов, соответствующие началу и концу наклонно" го участка (Фиг, ч),Если импульс на одновибратор 10 поступает сразу с подходом окна, это соответствует максимальному углу опережения зажигания рпа. При чис,ле оборотов, меньше п , сигнал на зажигание должен подаваться с не" 26 которой задержкой (Фиг. 5))Зс Р ясах Р(г)Из выражений (1) и (2) следуЬ 1,что 3 8Выберем коэффициент пересчета к преобразователя частоты 1 таким, чтобы выполнялось равенство"щахК - 1-:1, (Ч)Ы п пИз этого равенства следует, чток= ". (е)1 Введемобозначение Ь и -игде Х - константа, завитая в девифраторе 9,Выражение ( 6 ) с учетом. выражений (7) и (9) перепишется таким образом)1 = й -или М., - й= Х,Выражение (10 ) реализует реверсивный счетчик 3, Разрядность к реверсивного счетчика 8 определяется из"ъ- /Число импульсов Й, которое по"ступает на сумМирующий вход реверсивного счетчика 8 за время повьрота ротора 1 на угол с (зона перекры.ъ ,тия, Фиг. 5 г), определяется иэ выражениясй Гоб 1"1" 6"афин 3Е щ 1, о(, Сград 1, И)где к - коэффициент пересчета преобразователя М частоты.Число импульсов, поступивших на вычитающий вход реверсивного счетчи" ка 8 за время поворота ротора 1 на угол 53,ц, определяется из выраже" нияп- пГпс 1 хи и ( )Ьп п-иНайдя и из выражения (1) и подста-вив его в выражение (5) получим, чтоВ.Я=К М хп 2-п 1 1 Ьхп(И(такп-и выраженияЬпоп30На выходе деаиФратора 9 появляется импульс:а) в момент, соответствующий приходу окна, если в этот момент содержимое реверсивного счетчика 8 мень 3 ще Х,б) в момент, когда при обратномсчете содержимое счетчика Х,.в) в момент окончания окна, еслисчетчик 8 переполнится при суммировании.Одновибратор 10 вырабатывает импульс определенной длительности(фиг, 5 д), На фиг, 5 е представленавременная диаграмма тока в первичной43 обмотке катушки 12 зажигания. Можноприменить одновибратор, управляемый дещифратором.Частота Г. генератора тактовых импульсов выбирается, исходя из требу 3 В емой точности установки угла опережения зажигания,Бесконтактные системы зажиганияне навли вирокого применения из-затрудности практической реализации33 вследствие больщих требований к датчикам,Рассмотрим наиболее легко реализуемую конструкцию: диаметр ротора9 ;976123 10порядка 70 мм, максимальный уголопережения зажигания 15, поперечный диаметра датчика 3 мм, В этомслучае длительность переходного про"цесса в датчике (длительности фронтов) будет порядка 30/ по отношениюк угловым размерам окон ротора,В случае применения фотодатчиковосновную погрешность вносит изменение интенсивности излучающего элемента из-за его загрязнения. Нафиг, ба представлены две кривые, Кривая 1 соответствует напряжению навыходе фотодатчика в исходном состоянии; кривая 2 - при загрязненныхэлементах. Как видно из фиг, ба,ошибка в установке угла опеоежениязажигания составляет ориентировочно 154.Примерно такого же порядка будетошибка при применении индукционныхдатчиков (фиг. бб), В этом случаеамплитуда выходных импульсов датчика сильно зависит от числа оборотов.Вычисление середины переходногопроцесса в датчике позволяет значительно снизить требования к конструкции датчиков и ротора при заданной точности установки угла опережения зажигания.Погрешность в установке угла опе-. скорости вращения за время междупереходными процессами незначитель-.на и будет уменьшаться с увелицением числа цилиндров,Таким образом, введение Формирователя сигналов, состоящего из инвертора, двух компараторов, четырехблоков совпадений, двух реверсивныхсчетчиков, дешифратора и синхронного триггера, позволяет при даннойконструкции ротора и датчика знацительно повысить точность установки угла опережения зажигания. формула изобретения 55 1. Бесконтактная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащая ротор, бесконтактный датчик, генератор тактовых импульсов, преобразователь частоты, схему запрета, сигнальный вход которой подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу преобразователя частоты, элемент совпадений, подключенный вторым входом квыходу преобразователя частоты, реверсивный счетчик, суммирующий входкоторого подключен н выходу элемента совпадений, а вычитающий входк выходу схемы запрета, дешифратор,первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход подключен к установочному входу реверсивного счетчика, к управляющему входу схемы запрета и первому входу элемента совпадений, одновибратор, вход которого подключен к выходу дешифрато ра, электронный выключатель, подключенный входом к выходу одновибратора, и катушку зажигания, вход которой подключен к выходу электронного выключателя, о т л и ч а ю щ а я с я тем, цто; с целью повышениянадежности в работе эа счет увеличения точности установки угла опережения зажигания, в нее введен Формирователь сигналов, соединенный первым 25 входом с выходом бесконтактного датчика, вторым входом - с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя сигналов подключен к управляющему входу схемы запрета. 2. Система по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что формировательсигналов содержит инвертор и первыйкомпаратор, входы которых соединенымежду собой и являются первым входом 35формирователя сигналов, второй компаратор, подклюценный входом к выхо-,,ду инвертора, делитель частоты, пер"вый, второй, третий и четвертый эле-Юменты совпадений, первый реверсивныйсцетчик, суммирующий вход которогоподключен к выходу первого элементасовпадений, вычитающий вход - к выхо"ду второго элемента совпадений, второй реверсивный счетчик, подключен"ный суммирующим входом к выходу третьего элемента совпадений, вычитающим входом - к выходу четвертого элемента совпадений, дешифратор, соединенный первой группой входов с первым 50реверсивным счетчиком, второй группой входов - с вторым реверсивнымсчетчиком, синхронный триггер, синхронный вход которого соединен с выходом дешифратора, выход которого является выходом Формирователя сигналов,выход второго компаратора подключенм вторым входам первого и,четверто-,го элементов совпадений и первому11 97 б 123 12Ф установочному входу синхронного триг" го элементов, совпадений и является гера, выход первого компаратора под- вторым входом формирователя сигналов. клечен к вторым входам второго и тре- Источники инФормацйи, тьего элементов совпадений, а также принятые во внимание при экспертизе к второму установочному входу синх" . у 1, Глезер Г,Н Опарин И.И, Авто" ронного триггера, выход делителя ча . мобильные электронные системы уажистоты подключен к первым входам пер- гуния. И., "Иаииностроение", 1977. ваго и третьего элементов совпаде, Заявка ФРГ У 2362714,ний, вход делителя частоты соединен кл. Г 02 Р 5/08, опублик. 14,10.76 с первыми входами второго и четверто- О (прототип).