Универсальная тиристорная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания

(56) Авторское свидеМ 1710815, кл. Е 02 Р 2 но-Английское предКондаков, Н.А.Томи.Д.Лоза, Ю.Н,Караев,ндратюкельство СССР3/00.,1989. ОРНАЯ С ИГАТЕЛЕ ТИРИС ДЛЯ Д АНИЯ тиристо жига ния гии и по нденсато ционарн гателями рно-конденс непрерывлным разряра, на трансых энергети- внутреннего СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗО ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УНИВЕРСАЛЬНАЯ СТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ВНУТРЕННЕГО СГОР (57) Использование: в саторных системах за ным накоплением энер . дом накопительного ко портных средствах и ста ческих установках с дви сгорания с любыми типами катушек зажигания и датчиков зажигания, Известные системы зажигания отЛичаются низкой энергией искрообразования, ограниченными функциональными возможностями. Сущность изобретения: прелагаемая система включает блок согласования 1, блок 2 функций, формирователь 3 импульсов, тиристорный ключ 4, преобразователь 5 постоянного напряжения, диод 6, конденсатор 7, катушку 8 зажигания. Особенностью изобретения является введения второго входа блока функций, новой схемы формирователя импульсов и установления новых связей между отдельными элементами схемы, что позволяет повысить энергию искрообразования, расширить функциональные возможности за счет реализации функций ограничения максимальных оборотов двигателя. 2 э.п. флы, 2 ил.ФИзобретение относится к тиристорно- конденсаторным системам зажигания с непрерь вным накоплением энергии и полным разрядом накопительного конденсатора, может быть использовано разрядом накопительного конденсатора, может быть использовано на транспортных средствах и стационарных энергетических установках с двигателями внутреннего сгорания ДВС) с любыми типами катушек зажигания и датчиков моментов зажигания,Известна тиристорная система зажигания с непрерывным накоплением энергии и полным разрядом накопительного конденсатора, которая благодаря повышенной энергии искрь Облегчает запуск холодного двигателя, обеспечивает экономию топлива и снргжение содержания СО в выхлопных газах двигателя. Система содержит преобоаэователь ггостоянного напряжения, накопительный конденсатор, тиристорный ключ, схемы формирования управляющих импульсов тиристорного ключа с цепочкой, подключенной к . накопительному конденсатору, и обеспечивающей его полный колебательный разряд,Недостатками известного устройства являются:ограниченная область применения: только нэ двигателях с контактным прерывателем,ограниченные функциональные возможности ввиду отсутствия функций октанкорректора, противоугона, многократного искрообразования, аварийного искрообразования и ограничения максимальных оборотов.Прототипом предлагаемого технического решения является тиристорная конденсаторнэя система зажигания с непрерывным накоплением энергии, Система содержит соединенные последовательно блок согласования, блок функций, формирователь импульсов, а также тиристорный ключ, преобразователь пОстОЯннО- го напряжения и накопительный конденсатор, Система работает с любыми датчиками момента зажигания, с лгобыми катушками закигажгя, обеспечивает функцрул октэн-корректора, многократного и аварийного ргскрообразовзния, противоугонэ,Недостатками системы-.прототипа Явгянедостаточная энергия искрообразования, определяемая "гастичным разрядом нэ" копительногО конденсатораотсутсгвие функции ограничения величины максимальных оборотов двигателя,Целью предлагаемого изобретения является повышение энергии искрообразова 5 10 15 20 25 30 35 ния устройства и расширение его функциональных возможностей.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема универсальной тиристорной системы зажигания для ДВС, на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу, где а) - сигнал прерывателя; б) - сигнал индуктивного датчика; в) сигнал датчика Холла; г) - напряжение на конденсаторе 11; д) - сигнал на неинвертирующем выходе ЙЯ-триггера 9; е) - напряжение на третьем конденсаторе 12; ж) - напряжение на выходе инвертора 21; з) - напряжение на коллекторе третьего транзистора 24; и) - напряжение на коллекторе второго транзистора 41; к) - напряжение на накопительном конденсаторе 7,Универсальная тиристорная система зажигания для ДВС содержит соединенные последовательно блок согласования 1, блок функций 2, формирователь импульсов 3, тиристорный ключ 4. Анод тиристора 4 соединен со вторым входом формирователя импульсов 3, с положительным выводом преобразователя постоянного напряжения 5 и с общей шиной через обратный первый диод 6 и через соединенные последовательно накопительный конденсатор 7 и первичную обмотку катушки зажигания 8. Блок согласования 1 содержит ВЯ-триггер 9, на входы Я которого подаются короткие импульсы, формируемые по переднему фронту сигналов датчиков момента зажигания различных типов. Неинвертирующий выход ВЯ- триггера 9, который является выходом блока согласования 1 и соединен со входом блока функций 2, подключен к входу й ВЯ-триггера 9 через резистор 10, который также связан с общей шиной через конденсатор 11. Входной вывод блока функций 2 соединен с третьим конденсатором 12 через две параллельные цепочки. Первая из них состоит из последовательных второго конденсатора 13, к которому подключены параллельно восьмой резистор 14 и контакты выключателя 15, четвертого диода 16 и регулируемого резистора 17, а вторая - из последовательных обратного третьего диода 18 и седьмого резистора 19, точка соединения которых подключена ко входу порогового устройства 20. Выход инвертора 21 через пятый резистор 22 подсоединен к общей шине через параллельные контакты первой группы 23 второго переключателя и переход базаэмиттер третьего транзистора 24. Его коллектор, образугощий выход блока функций, соединен через второй диод 25 с конденсатором 12, через шестой резистор 26 - с шиной питания, через последовательные обратный пятый диод 27 и прямой шестойдиод 28, к которым подключен параллельно четвертый конденсатор 29 - с базой первого транзистора 30, Точка соединения анодов диодов 27 и 28 подключена к подвижному контакту второй группы 31 переключателя, неподвижные контакты которого подключены к выходу делителя напряжения, образованного одиннадцатым 32 и двенадцатым ЗЗ резисторами, включенными, соответственно, между вторым входом формирователя импульсов 3, соединенным с анодом тиристора 4, и общей шиной. База первого транзистора 30 соединена с общей шиной через параллельные его переход база-эмиттер первый резистор 34 и цепочку, состоящую иэ последовательных четвертого 35, первого конденсатора 36, девятого 37, десятого резистора 35. Коллектор транзистора 20 соединен с шиной питания через последовательные второй 39 и третий 40 резисторы, точка соединения которых подключена к базе второго транзистора 41, Его эмиттер подключен к шине питания, а коллектор - к точке соединения конденсатора 36 и резистора 37. Точка соединения резисторов 37 и 38 образует выход формирователя импульсов 3.Универсальная тиристорная система зажигания для ДВС работает следующим образом.Предположим, что контакты выключателя 15 замкнуты, а сдвоенный переключатель 23, 31 установлен в среднем положении (т.е, его контакты разомкнуты), Входные сигналы блока согласования 1 отсутствуют, Включается напряжение питания, На выходе блока согласования 1 устанавливается сигнал низкого логического уровня, так как ВЯ- триггер 9 сброшен, на выходе инвертора 21 - высокого, Транзистор 24 открывается, Транзисторы 30 и 41 запираются. Тиристор 4 заперт. Преобразователь постоянного напряжения 5 заряжает накопительный конденсатор 7. Искрообразование не происходит, При включении стартера на один из входов (Я 1, Я 2 или ЯЗ на фиг. 1) блока согласования 1 подается сигнал от датчика момента зажигания. Формы сигналов от трех наиболее распространенных датчиков (механический прерыватель - индуктивный датчик - датчик Холла) показаны на фиг 2 (а,б,в, соответственно). На входы 8 ВЯ-триггера 9 должны подаваться коооткие сигналы, поэтому сигналы прерывателя и датчика Холла дифференцируются соответствующими цепочками(сигнал индуктивного датчика короткий). Любой из этих трех сигналов устанавливает триггер 9, на его неинвертирующем выходе появляется сигнал высокого логического уровня или "еди 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ница"(фиг. 2 д). Конденсатор 11 заряжается через резистор 10 (фиг. 2 г). Напряжение на входе ВЯ-триггера 9 практически линейно . нарастает, и в тот момент, когда оно достигает уровня переключения (пунктирная линия на фиг. 2 г), триггер 9 сбрасывается, на выходе блока согласования 1 устанавливается сигнал низкого логического уровня или "ноль" (фиг, 2 д), а конденсатор 11 начинает разряжаться через резистор 10. После поступления следующего сигнала от датчика момента зажигания триггер 9 снова устанавливается и процесс повторяется, Таким образом блок согласования 1 в моменты зажигания формирует нарастающий фронт сигналов прямоугольной формы, скважность которых не зависит от формы и длительности входных сигналов. Благодаря этому обеспечивается независимость характеристики октан-корректора от характеристики входных сигналов датчиков момента зажигания и их состояния и регулировки, например, угла замкнутого состояния контактов прерывателя. Постоянная времени цепочки 810 С 11 выбрана такой, что на низких оборотах двигателя конденсатор С 11 успевает полностью разрядиться (фиг. 2 г), На средних и выше оборотах - не . успевает, и следующий цикл заряда начинается не с нуля, а с определенного остаточного напряжения, которое возрастает по мере нарастания оборотов. Поэтому, по мере разгона двигателя, скважность сигналов на выходе блока согласования 1 постепенно увеличивается от минимальной до 0,5 и далее остается неизменной. Эта особенность позволяет оптимизировать характеристику октан-корректора и обеспечивает ограничение числа искр в каждом такте режима многократного искрообразования таким образом, .тобы их число не превышало разумные пределы на низких оборотах и были исключены "обратные удары" на средних оборотах независимо от скважности сигнала датчика. Блок функций 2 обеспечивает реализацию функций октан-корректора, ограничения максимальных оборотов двигателя, многократного искрообразования, аварийного зажигания и противоугонного устройства, Под действием выходного сигнала блока согласования 1 (фиг. 2 д) начинает заряжаться конденсатор 12 по цепочке: контакты выключателя 15, диод 16, регулируемый резистор 17 (момент времени 11,на фиг. 2 е). Когда напряжение конденсатора 12 достигает уровня переключения инвертора 12 (пунктирная линия на фиг, 2 е, момент с), на его выходе появляется "ноль" (фиг. 2 ж), и транзистор 24 запирается. Напряжение на его коллекторе быстро нарастает (фиг. 2 з).го разряда накопительного конденсатора в 35 виде синусоидальных затухающих колебаний. Энергия искры существенно увеличивается за счет полной отдачи от накопительного конденсатора 7, Время действия искры увеличивается примерно в пять раз (от 200 мкс до 1 мс), После прекращения отпирающего импульса (момент 1 з на фиг.2 и) тиристор 4.запирается, и накопительный конденсатор 7 снова заряжается от преобразователя 5. В момент времени 14 на выходе блока согласования 1 появляется "ноль"(фиг. 2 д), и он передается через диод 18 на вход инвертора 21, на выходе которого появляется "единица" (фиг, 2 ж). Транзистор 24 открывается (фиг. 2 в) и конденсатор 29 разряжается через его переход коллекторэмитгер и резистор 34, Одновременно с этим конденсатор 12 начинает разряжаться через резистор 19 и диод 18 (фиг, 2 е). Постоянная времени цепочки К 19 С 12 выбрана такой, что конденсатор 12 на низких оборотах двигателя успевает полностью разрядиться до появления следующего сигнала датчикамомента зажигания, а, начиная со средних оборотов и выше - не успевает. При этом он Скорость нарастания определяется постоянной времени В 26 С 29. Ток заряда конденсатора 29 является выходным сигналом блока функций 2 и входным сигналом формирователя импульсов 3. Под действием напряжения на коллекторе транзистора 24 конденсатор 12 быстро дозаряжается (фиг.2 е) через диод 25, Эта цепочка дозаряда действует .как положительная обратная связь, повышая точность, надежность и устойчивость работы октан-корректора в условиях мощных помех. Транзистор 30 формирователя импульсов 3 открывается импульсом базового тока, проходящего через конденсатор 29, и открывает транзистор 41(фиг, 2 и), с коллектора которого ток поступает на управляющий электрод тиристора 4 и отпирает его. Накопительный конденсатор 7 разряжается через тиристор 4 и первичную обмотку катушки зажигания 8, Образуется искра зажигания, Положительная обратная связь с коллектора транзистора 41 на базу транзистора 30 через цепочку ЙЗБСЗ 6 обеспечивает работу формирователя 3 в режиме одновибратора, благодаря чему отпирающий импульс тиристора 4 продлевастся на время, определяемое постоянной времени цепочки В 35 С 36 (около 1 мс, фиг, 2 и). Конденсатор 7 под действием электромагнитной энергии, накопленной в катушке зажигания 8, начинаетперезаряжаться через диод 6, а затем снова разряжаться, поскольку тиристор 4 открыт. Таким образом происходит процесс полно 5 10 15 20 25 30 начинает заряжаться не с нуля, а с некоторого остаточного напряжения, которое с повышением оборотов возрастает, т.е. время заряда конденсатора (отрезок времени гав т 1 на фиг, 2 е) сокращается, Таким образом, на коллекторе транзистора 24 формируются импульсы напряжения (фиг, 2 э), задние фронты которых совпадают с задними фронтами импульсов на выходе блока согласования 1, а передние, определяющие момент зажигания, отстают от передних совпадающих с моментом появления сигналов датчиков момента зажигания. Величина запаздывания регулируется практически линейно с помощью резистора 17 от нуля до нескольких миллисекунд (фиг. 2 а - пунктирные линии), Начиная с определенных оборотов двигателя, запаздывание уменьшается и постепенно исчезает совсем; Так реализуется функция октан-корректора с автоматиче-. ской коррекцией времени запаздывания в функции оборотов двигателя.Для реализации функции многократного искрообразования необходимо перевести сдвоенный переключатель 23,31. в правое (согласно фиг. 1) положение, При атом первый искровой разряд формируется, как описано выше. Однако после того, как накопительный конденсатор 7 снова эарядится (момент 15 на фиг.2 и), часть его напряжения, снимаемого . с делителя, образованного резисторами 32,33 обеспечивает протекание тока через контакты переключателя 31, диод 28 и переход база-змиттер транзистора 30, Транзистор 30 открывается, блокируется по цепочке 47,48 и снова происходит полный колебательный разряд конденсатора на катушку зажигания 8. Поскольку напряжение преобразователя 5 стабилизировано, циклы многократных разрядов в пределах одного такта повторяются со стабильной частотой, определяемой соотношением величин сопротивления резисторов 32,33 (250-400 Гц), до тех пор, пока не откроется транзистор 24 (момент 16 на фиг. 2 з), Напряжение, снимаемое с резистора 33, шунтируется через диод 27 и переход коллектор-змиттер транзистора 24, а процесс многократного искрообразования прекращается. По мере набора оборотов, время запертого состояния транзистора 24 сокращается (фиг, 2 з), поэтому число искр в пределах одного такта по одной уменьшается (фиг. 2 к), что исключает возможность "обратных ударов".Функция ограничения оборотов реализуется при среднем положении переключателя 23,31, Как видно из фиг, 1, конденсатор 29 заряжается через резистор 26 и переход база-эмиттер транзистора 30, а разряжает 1775562 10ся через резистор 34 и переход коллекторэмиттер транзистора 24. Сопротивление резистора 34 выбрано большим, чем резистора 26. Поэтому конденсатор 29 перезаряжается асимметрично. Начиная с определенных оборотов двигателя, величина которых определяется постоянной времени цепочки Я 34 С 29. конденсатор 29 не успевает полностью разрядиться до наступления следующего такта, и импульс тока его заряда становится меньше, чем необходимо для открывания транзистора 30, Тиристор 4 не открывается, и искрообразование не происходит. Обороты двигателя падают до тех пор, пока снова не начнется искрообразование, Таким образом путем пропуска тактов искрообраэования максимальные обороты двигателя ограничиваются на желаемом уровне.Режим аварийного искрообразования реализуется при переводе сдвоенного переключателя 23,31 в левое (фиг. 1) положение. Этот режим вводится при выходе из строя момента искрообразования. При замкнутом контакте 23 транзистор 24 заперт, диод 27 смещен в обратном в обратном направлении, и система переходит в режим непрерывного многократного искрообрэзования. Формирователь импульсов 3 запускается током, проходящим через диод 28 от делителя напряжения 32,33 после каждого заряда накопительного конденсатора 7,Искрообразование происходит с той же частотой, что и в режиме многократного искрообразования, но непрерывно. Во время аварийного режима раздача импульсов зажигания производится непосредственно ротором в распределителе зажигания. Для защиты крышки распределителя от прогорания во время перехода ротора от одного вывода к другому может быть использован искровой разрядник, шунтирующий вторичную обмотку катушки зажигания и прерывающий искрообразование внутри распределителя во время этого перехода.Противоугонное устройство включается путем размыкания контактов 15, При этом в цепи заряда конденсатора 12 вводится конденсатор 13, емкость которого значительно больше, благодаря чему двигатель запускается как обычно, Конденсатор 13 постепенно заряжается импульсами от блока согласования 1, и, по мере его заряда, уменьшается импульсное напряжение, подаваемое на конденсатор 12, Это приводит к плавному увеличению задержки октанкорректора, которая за 3-4 сек достигает предельного значения, когда .скрообразование прекращается и двигатель останавливается. После отключения зажигания 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 конденсатор 13 разряжается через резистор 14, и процесс можно повторить, Введение плавно нарастающей задержки зажигания внешне проявляет себя как резкое обеднение смеси. Поскольку проверка "на искру" показывает, что система зажигания исправна, внимание злоумышленника переключается на систему питания, найти неисправность в которой быстро практически невозможно, Поэтому попытка угона прекращается,Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом имеет следующие преимуществаповышенная энергия искрообраэования достигается благодаря полной отдаче энергии накопительного конденсатора в каждом цикле искрообразовэния, Кроме того, за счет затухающего колебательного разряда конденсатора длительность искры увеличивается почти в пять раз;расширение функциональных возможностей за счет реализации функции ограничения максимальных оборотов двигателя.Формула изобретения 1, Универсальная тиристорная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащая соединенные последовательно блок согласования, блок функций, содержащий пороговое устройство, выполненное в виде соединенных последовательно логического элемента и инвертора, вход которого соединен с контактом переключателя, формирователь импульсбв, содержащий первый транзистор типа п-р-п, база которого соединена с первым выводом первого резистора, эмиттер - с общей шиной, а коллектор - с первым выводом второго резистора, и второй транзистор, эмиттер которого соединен с первым выводом третьего резистора, а также соединенные последовательно четвертый резистор и первый конденсатор, силовой тиристорный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, катод - с общей шиной, а анод - с положительным выходным выводом преобразователя постоянного напряжения и через накопительный конденсатор - с первичной обмоткой катушки зажигания, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения энергии искрообразования и расширения функциональных возможностей, выходом блока функций является выход порогового устройства, введен первый анод, в формирователь импульсов введен второй вход, который соединен с анодами тиристорного ключа и первого диода, преобразователь постоянного напряжения выполнен в виде стабилизированного преобразователя.1775562 12- 9 2. Система по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что логический элемент порогового устройства выполнен в виде второго инвертора, вход которого является входом порогового устройства, выход которого соединен через пятый резистор с первым неподвижным контактом первой группы сдвоенного переключателя, подвижный контакт которого соединен с общей шиной, и базой третьего транзистора типа п-р-п, на котором реализован первый инвертор, коллектор которого образует выход порогового устройства, который соединен через шестой резистор с плюсовым выводом источнике питания и через последовательно соединенные вход второго диода и седьмой резистор - с входом порогового устройства, который соединен через третий диод с входом блока функций, который связан через последовательно соединенные второй конденсатор, параллельно которому подключены восьмой резистор и контакты выключателя, четвертый диод и регулируемый резистор с выходом второго диода, который соединен через третий конденсатор с общей шиной и через седьмой резистор - с входом порогового устройства,Э, Система по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в формирователе импульсов второй вывод первого резистора соединен с общей шиной, база первого транзистора соединена с входом формирователя импульсов через четвертый конденсатор. эмиттер 5 второго транзистора типа и-р-и подключенк плюсовой шине питания, его база соединена с вторыми выводами. второго и третьего резисторов, выходом формирователя импульсов является общая клемма делителя 10 напряжения, образованного девятым и десятым резисторами, которые включены соответственно между коллектором второго транзистора, который соединен через последовательные первые конденсатор и чет вертый резистор с базой первоготранзистора, и общей шиной, вторым входом формирователя импульсов является первый вывод второго делителя напряжения, который образован одиннадцатым и 20 двенадцатым резисторами, соединеннымипоследовательно с общей шиной, общая клемма которого соединена с обоими неподвижными контактами второй группы переключателя, подвижный контакт которого 25 соединен через пятый и шестой диоды соот.ветственно с входом формирователя им.пульсов и базой первого транзистора, а также через четвертый конденсатор между собой.,30