Система электронного зажигания

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(Я)М, Кл,з с присоединением заявки Нов Г 02 Р 3/06 Государственный комитет ССС,Р по делам изобретений и открытий(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННОГО ЗАЖИГАНИЯ вательно соединенный с первичной обмоткой катушки зажигания, разрядный тиристор. Подключение конденсатора осуществляется с помощью тиристора к первичной обмотке катушки зажигания. Контакты прерывателя через блок управления синхронизируют работу тиристора. Высокое напряжение для заряда конденсатора получают либо на преобразователе с выпрямителем, либо на ненасыщающемся дросселе 21.Преобразователь в таких устройствах на время включенного состояния тиристора рабоает со срывом колебательного процесса, что делает его режим более тяжелым .и энергетически опасным из-за возникновения импульс- ных перегрузок по току.Целью изобретения является повышение, надежности и стабильности параметров искрообразования.Поставленная цель достигается тем, что в систему электронного зажигания, содержащую преобразователь постоянного напряжения накопительный конденсатор, соединенный последовательио с первичной обмоткой катушки, разрядный тиристор, вход которого соединен с датчиком прерывателя, введен стабилизирующий транИзобретение относится к автомобилестроению, и в частности к систе-мам зажигания для двигателей внутреннего сгорания для создания искры воспламенения рабочей смеси,Известны транзисторные системызажигания, содержащие усилительныйэлемент на транзисторе, включенныймежду контактами прерывателя и пер-,вичной обмоткой катушки зажигания 1 .Наличие усилителя в такой системе позволяет разгрузить по току контакты прерывателя и существенно прод .лить срок их службы. С другой стороны, неидеальность транэисторього 15ключа с точки зрения падения напряжения при больших токах в первичной обмотке приводит к снижениюКПД устройства. Как правило, в тран"зисторной системе зажигания применяют специально разработанные для нихкатушки, отличающиеся уменьшеннойиндуктивностью первичной обмотки,повыаенным коэффициентом трансформации и работающие при увеличенных значениях тока разрыва.Известны также конденсаторные системы зажигания, которые содержат преобразователь постоянного напряжения,накопительный конденсатор, последо5 0 15 20 25 зистор, база и коллектор которогочерез соответствующие резисторы под.ключены к положительной шине высокого напряжения, эмиттер - к накопительному конденсатору, через параллельно включенные диод и конденсаторк аноду разрядного тиристора, к базестабилизирующего транзистора и черезстабилитрон к отрицательной шине высокого напряжения.Таким образом, стабилизация напряжения на конденсаторе осуществляетсяне в цепи первичного питания за счеткоммутации коэффициента трансформации, а в цепи высокого напряженияпосле преобразователя, т.е, непосредственно в цепи заряда емкости. Запирание зарядной цепи на время искрообразования существенно поднимаЕтКПД системы и осуществляется автоматически без выработки специальногосигнала за счет разрядного тока емкости, Запирание зарядной цепи происходит также при достижении напряжения на конденсаторе значения, равного напряжению стабилизации, Применение высоковольтной, в цепи базы транзистора, параметрической стабилизации напряжения исключает примекение усилителей, снижающих помехозащищенность устройства и значительно превосходит по коэффициенту стабилизации коммутатор, изменяющий коэффициент трансформации и связанный сключом зажигания. При снижении напряжения бортовой сети напряжение на выходе преобразователя также пропорционально уменьшается (режим стартера),что приводит к увеличению времени заряда емкости и снижению частоты искрообразования, но не уменьшению нап"ряжения на конденсаторе - при этомобеспечивается сохранение параметров искрообразования. Снижение жечастоты искрообразования не являетсясущественным, так как уменьшениенапряжения происходит в режиме .запуска двигателя, когда превышенке вышенормы числа оборотов нежелательно.Управлсние тиристором в устройствеосуществляется непосредственно отдатчика прерывателя через устройство управления, Формирующее импульснеобходимой мощности и длительности,На фиг.1 приведена схема электронного зажигания, на Фкг.2 - осцилограмьы тока и напряжения в первичной обмотке катушки зажиганиями нафиг,З - осцклограмьа напряжения нанакопительном конденсаторе прк различных значениях напряжения питания;на Фиг.4 - осцилограмьы напряженияиа коллеторе стабилизирующего транзистора при различных напряженияхпитания (цифрами 18-22 обозначенымоменты времени прк цикле искрообразования и восстановления напряжения),30 35 40 45 0 55 еО б 5 Система электронного зажигания содержит преобразователь 1 с выпрямителем и конденсатором 2 на выходе. Шины 3 являются шинами первичного низкого напряжения бортовой сети, а шины 4 и 5 - соответственно выходными шинами положительной и отрицательной полярности высокого напряжения. К положительной шине 4 высокого напряжения через резисторы б и 7 подключены соответственно коллектор и база стабилизирующего транзистора 8. Кроме этого, база транзистора 8 подключена к катоду стабилитрона 9 и аноду разрядного тиристора 10, а анод стабилитрона 9 и катод разрядного тиристора 10 подключены к отрицательной шине 5 высокого напряжения. Между базой и эмиттером транзистора 8 подключены конденсатор 11 и диод 12, а между змиттером транзистора 8 и отрицательной шиной 5 подключен диод 13. Первичная обмотка катушки 14 зажигания одним концом подключена через накопительный конденсатор 15 к эмиттеру транзистора 8, а другим - к отрицательной шине 5 высокого напряжения. Управляющий электрод тиристора 10 через блок 1 б управления подключен к шине 17 датчика искрообразования (прерывателя). Устройство работает следующим образом.При подаче напряжения бортовой сети на шины 3 преобразователя последний возбуждается, и на выходных шинах 4 . 5 выпрямителя образуется постоянйое высокое напряжение. Накопительный конденсатор 15 заряжается через резисторы б и 7, открытый транзистор 8 и первичную обмотку катушки 14 зажигания. Пока напряжение на конденсаторе 15 не достигло напряжения стабилизации стабилитрона 9, последний закрыт, и постоянная времени заряда практически определяется произведением величины резистора б и конденсатора 15. При этом считается что величина сопротивления резистора 7 значительно превосходит величину сопротивления резистора б. Когда напряжение на конденсаторе 15 становится равным напряжению стабилизации стабилитрона 9,последний открывается, и прекращается дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе 15. Ток, протекающий через резистор 7, переключается из базы транзистора 8 в цепь стабилктрона 9, транзистор 8 закрывается настолько, чтобы удержать напряженке на конденсаторе 15 и компенсировать имеющиеся токи утечки через диоды 12 и 13 и тиристор 10. Стабилитрон 9 входит в режим стабилизации напряжения на базе транзистора 8, а следовательно, и напряжения, до которого заряжается конденсатор 15.При подаче управляющего сигнала от датчика прерывателя (момент времени 18 фиг.2,3 и 4) последний через блок 16 управления поступает на тиристор 10 и включает его, конденсатор 15 теперь перезаряжается через диод 12, тиристор 10, обмотку. 14 катушки зажигания. Ток Д (фиг.2) перезаряда, проходя через диод 12,. подключенный параллельно переходу база-эмиттер транзистора 8, образует на нем падение напряжения, запирающее транзистор 8, отключая тем самым зарядную цепь от конденсатора 15 на время действия полуволны тока(от момента времени 18 до момента времени 19 (фиг.2, Заряженный до напряжения стабилизации Ос конденсатор 15 подключается через открытые тиристор 10 и диод 12 к первичной обмотке катушки 14 зажигания, трансформируя его в импульс высокого напряжения, которое через распределитель поступает на свечи зажигания и вызывает воспламенение рабочей смеси. Конденсатор 15 перезаряжается и в момент времени 19 (фиг.2) напряжение на первичной обмотке достигает максимальной величины обратной полярности (правая по фиг,1 обкладка приобретает положительную полярность, относительно левой), К этому времени управляющее напряжение на тиристоре 10 снято. При следующей полуволне тока (моменты времени 19- 20) конденсатор 15 перезаряжается через диод 13 и обмотку 14 до первоначальной полярности напряжения (на правой обкладке минус). Эта стадия восстановления напряжения на конденсаторе 15 и катушке 14 также протекает при закрытом транзисторе 8 за счет накопленного заряда на конденсаторе 11 при первой полуволне тока (время 18-19 фиг.2). Таким образом, цепь заряда конденсатора 15 через транзистор 8 закрыта на первой полуволне тока за счет падения напряжения на диоде 12,приложенного между переходом эмиттер-база транзистора 8, а на второй полуволне тока - за . счет сохраняющегося напряжения на конденсаторе 11.Только после того, как часть энергии накатушке 14 возвратится в конденсатор 15 и окончится разряд запирающей полярности напряжения на конденсаторе 11, транзистор 8 открывается до насыщения за счет базового тока, протекающего через резистор 7, дальнейший процесс заряда конденсатора 15 продолжится до напряжения стабилизации (с момента 20.фиг.З). Отрицательный импульс напряжения на конденсаторе 15 (фиг.З) соответствует положительной полуволне напряжения на катушке 14 (фиг.2), а положительное значение напряжения на конденсаторе 15 в момент времени 20(фиг.З.) соответствует в это же время значению напряжения на катушке14 (фиг.2).Рассмотрим теперь работу устройства при изменении напряжения питания(на шинах 3 фйг.1). Пусть напряжениебортовой сети на шинаХ 3 таково, чтовыходное напряжение на шинах. 4 и 5(фиг.1) равно напряжению стабилизации О (случай а фиг,З и 4). Случай а соответствует режиму стартера -когда напряжение батареи существеннониже номинального. После окончанияпроцесса искрообразования (моментвремени 20) напряжение на конденсаторе 15 составляет некоторую часть15 (на фиг.З и 4 оно равно 1/3 Ос )от напряжения стабилизации Ос засчет возврата энергии колебательногоконтура, образованного первичной обмоткой катушки 14 зажигания и кон 20 денсатором 15, С этой величины, после открытия до насыщения транзистора8, напряжение на конденсаторе 15 продолжает возрастать по экспоненте с.постоянной времени, определяемой, в .основном, величинами резистора б иконденсатора 15. По такому же закону возрастает и напряжение на коллекторе транзистора 8, стремясь кзначению напряжения стабилизации(кривые а на фиг.З и 4),Рассмотрим теперь случай б - про- межуточный между минимальным (случай а) напряжением батареи и номинальным его значением (случай в).Этот случай характерен для режима,когда обороты двигателя еще не обеспечивают достаточного напряжения генератора для выхода на номинальныйрежим. При этом, напряжение на конденсаторе 15 заряжается до напряже 40 ния стабилизации Ост (случай бмомент времени 22 на фиг.З) черезрезистор б и открытый транзистор 8с той же постоянной времени, что ив случае а. Но время заряда меньше,4 так как предельное значение, к которому стремится напряжение (пунктирная линия от момента времени 22 нафиг,4) выше. Время заряда определяется по точке пересечения экпонентыс горизонтальной линией напряжениястабилизации О , При достижениинапряжения на конденсаторе 15 значения напряжения стабилизации транзистор 8 закроется, и напряжение на егоколлекторе резко поднимается до эна 55 чения выходного напряжения преобразователя 1 на линии 4. Ток, как и ранее, протекающий через резистор 7,переключается на базы транзистора вцепь стабилитрона 9. Уменьшение времени заряда в случае б обеспечивает.режим средних оборотов двигателя прнсохранении параметров искры воспламенения.рабочей смеси. Режим в характерен для случая номинального напряжения бортовой сети.а 5 40 его меньшим временем заряда конденсатора 15 и соответствует режиму, при котором частота искрообразования может быть максимальной, Но, как и в предыдущем случае б при достижении напряжения на конденсаторе 15 зн чения нап ряжения стабилизации, транзистор 8 закрывается, и схема переходит в режим малого потребления энергии. Ток от преобразователя 1 расходуется только для удержания напряжения на конденсаторе 15 после стадии искрообразования и частичного восстановления напряжения за счет неизрасходованной магнитной энергии катушки 14.Таким образом при увеличении питающего напряжения бортовой сети возрастает и выходное напряжение на выходе преобразователя 1 с выпрямителем, эа счет чего сокращается время заряда конденсатора 15 и соответственно возрастает допустимая час тота искрообразования, предотвращая тем самым чрезмерное увеличение оборотов двигателя при переходе от режима стартера до режима выхода на номинальное напряжение бортовой сети.В предлагаемой системе электронного зажигания не требуется производить каких-либо коммутаций обмоток в трансформаторе преобразователя, по воляющих только частично компенсировать изменения первичного напряжения.бортовой сети. Стабилизация напряжения заряда конденсатора без применения чувствительных усилителей делает систему помехозащищенной к внешним .источникам и к пульсации напряжения питания. Обеспечение авто матического запирания цепи заряда ко денсатора от преобразователя на время искрообразования и восстановления напряжения из контура повышает надежность и экономичность (КПД) системы. Запирание цепи заряда осуществляется током разряда накопительного конденсатора, протекающего через диод, вКлюченный параллельно переходу база-эмиттер проходного транзистора. Поэтому отпадает необходимость в специальном формирователе сигнала запирания и выработки самого сигнала управления запиранием зарядной цепи.Формула изобретенияСистема электронного зажигания,содержащая преобразователь постоянного напряжения, накопительныйконденсатор, соединенный последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания, разрядный тиристор, входкоторого соединен с датчиком прерывателем, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения надежности и стабильности параметров искрообр,зования, введет стабилизирующийтранзистор, база и коллектор которого через соответствующие резисторыподключены к положительной шине высокого напряжения, эмиттер - к накопительному конденсатору, через параллельно включенные диод и конден-сатор к аноду разрядного тиристора,к базе стабилизирующего транзистораи через стабилитрон к отрицательнойшине высокого напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3216408,кл.123-148;опублик.1964.2, Патент США Р 3302629,кл. 123-148, опублик., 1967,/5 лиал ППП "Патент", г,ужгород, ул,Проектная,4 39/39 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Мос