Батарейная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть, в частности, использовано в конденсаторных системах зажигания для двигателей внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Для этого в батарейную систему зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащую однотактный транзисторный преобразователь 1 напряжения, наполнительный конденсатор 12, резистивный делитель 15, усилитель, тиристор 20, катушку 25 зажигания, блок 22 управления, введены дополнительный тиристор, датчик 28 положения верхней мертвой точки, дополнительная формирующая цепь 27. Блок 22 управления снабжен двумя входами, что обеспечивает повышение надежности за счет низковольтного распределения искр по цилиндрам двигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть, в частности, использовано в конденсаторных системах зажигания для двигателей внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей системы путем обеспечения системой электронного распределения высоковольтных импульсов. На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема системы зажигания; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема блока управления тиристорами; на фиг.3 - циклограмма работы блока управления тиристорами. Батарейная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит однотактный транзисторный преобразователь 1, состоящий из трансформатора 2 с тремя обмотками: обратной связи 3, коллекторной 4 и выходной 5, транзистора 6, резистора 7,8, включенных между базой транзистора 6 и выводом обмотки 3 обратной связи, резистора 9, подключенного первым выводом к базе транзистора 6, диод 10, подключенный параллельно резистору 7, диод 11, подсоединенный между выводом выходной обмотки 5 и первой обкладкой накопительного конденсатора 12, конденсатор 13, подключенный между точкой соединения вывода резистора 8 и анода диода 10 и эмиттером транзистора 6, который подсоединен к первой шине питания через диод 14 в прямом направлении, резистивный делитель (потенциометр) 15, подсоединенный параллельно накопительному конденсатору 12, вторая обкладка которого подсоединена к второй шине питания, усилитель 16 на транзисторах 17,18, вход транзистора 18 подсоединен к выходу резистивного делителя 15, коллектор транзистора 17 подсоединен к первому выводу резистора 9 через диод 19, второй вывод резистора 9 подсоединен к второй шине питания, эмиттер транзистора 17 подсоединен к первой шине питания, тиристор 20 к управляющему входу которого через импульсный трансформатор 21 формирующей цепи подсоединен первый выход блока 22 управления, к первому входу которого подсоединены контакты 23 прерывателя, анод тиристора 20 подсоединен к точке соединения диода 11 и первой обкладки накопительного конденсатора 12, катод тиристора 20 через первичную обмотку 24 катушки 25 зажигания подсоединен к второй шине питания; дополнительный тиристор 26, к управляющему входу которого через дополнительную формирующую цепь 27 подсоединен второй выход блока 22 управления, к второму входу которого подсоединен датчик 28 положения верхней мертвой точки поршня первого цилиндра двигателя, анод дополнительного тиристора 26 соединен с анодом тиристора 20, катод дополнительного тиристора через первичную обмотку 29 дополнительной катушки 30 зажигания соединен с второй шиной питания. Блок 22 управления содержит каскад 31 антидребезга, выполненный на первом токоразностном усилителе, установочный каскад 32, выполненный на втором токоразностном усилителе, распределительный триггер 33, выполненный на третьем и четвертом токоразностных усилителях, и первый и второй выходные каскады 34,35, каждый из которых выполнен на первом и втором транзисторах n-p-n-типа, первый резистор 36, включенный между первым входом блока управления и первой шиной питания, к которой через соответственно второй, третий, четвертый и пятый резисторы 37-40 подсоединены инвертирующие входы усилителей каскада 31 антидребезга и установочного каскада 32 и прямые входы усилителей распределительного триггера 33, прямые входы усилителей каскадов 31,32 антидребезга и установочного через соответственно первую и вторую цепи 41,42 из последовательно соединенных диода и резистора соединены соответственно с первым и вторым входами блока 22 управления, причем точка соединения диода и резистора первой цепи 41 каскада 31 антидребезга через первый конденсатор 43, инвертирующий вход усилителя установочного каскада 32, через шестой резистор 44 и точка соединения диода и резистора третьей цепи 45, включенной на выходе усилителя установочного каскада 32 через второй конденсатор 46 соединены с второй шиной питания: выход усилителей каскада 31 антидребезга и выход усилителя установочного каскада 32, соединенный с его неинвертирующим входом через седьмой резистор 47, соответственно через восьмой резистор 48 и через первый диод 49, включенный в обратном направлении, соединены со счетным входом распределительного триггера 33, установочным входом которого служит инвертирующий вход третьего усилителя 50 распределительного триггера 33, соединенный с вторым выводом третьей цепи 45 усилителя установочного каскада 32. Счетный вход распределительного триггера 33 через первую и вторую цепи 51,52, образованные последовательно соединенными диодом и конденсатором, соединен с инвертирующими входами соответственно третьего и четвертого усилителей 50,53 распределительного триггера 33, точки соединения диода и конденсатора цепей 51,52, конденсатора первой и второй цепей и инвертирующего входа каждого усилителя 50,53 через соответственно девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый резисторы 54-57 соединены соответственно с выходами четвертого 53 и третьего 50 усилителей распределительного триггера 33, выходы усилителей триггера 33 через соответственно тринадцатый и четырнадцатый резисторы 58,59 подсоединены к базам первых транзисторов 60 и 61 выходных каскадов 34,35, коллекторы которых соединены с базами вторых транзисторов 62,63 выходных каскадов 34,35, коллекторы вторых транзисторов 62,63 являются выходами блока управления, питающие выводы первого, второго, третьего и четвертого усилителей подсоединены между первой и второй шинами питания, эмиттеры транзисторов выходных каскадов 34,35 соединены с второй шиной питания, а коллекторы первых транзисторов выходных каскадов через пятнадцатый и шестнадцатый резисторы 64,65 соединены с первой шиной питания. Система работает следующим образом. В момент включения питания сразу же начинает работать преобразователь 1 напряжения. Отрицательное напряжение с делителя на резисторах 7-9 поступает на базу транзистора 6, в результате чего последний приоткрывается. Ток коллектора транзистора 6 протекает через обмотку 4 трансформатора 2, в результате чего в обмотке 3 трансформатора индуцируется отрицательное напряжение, которое через диод 10 и резистор 8 поступает на базу транзистора 6 и открывает его полностью. Ток в обмотке 4 трансформатора 2 увеличивается по линейному закону (трансформатор не насыщен) до тех пор, пока соблюдается условие J _к ≅J_δ˙β. где J_к - ток коллектора; J_δ - ток базы; β - коэффициент усиления по току транзистора 6. Однако ток базы транзистора 6 ограничен величиной резистора 8 и, следовательно, ток коллектора этого транзистора не может быть больше, чем J_к = J_δ·β . Достигнув этого значения, производная тока коллектора по времени меняет свой знак. Транзистор 6 запирается. Положительное запирающее напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер транзистора 6, поступает с обмотки 3 через резисторы 7,8. Величина этого напряжения ограничивается коэффициентом деления делителя на резисторах 7-9. Конденсатор 13 уменьшает амплитуду положительного импульса на базе транзистора 6 преобразователя, возникающего в момент запирания транзистора, вследствие конечного значения времени восстановления обратного сопротивления диода 10. Положительный импульс с обмотки 5 через диод 11 заряжает накопительный конденсатор 12 до напряжения, определяемого энергией, накопленной в магнитном поле трансформатора 2, и емкостью накопительного конденсатора 12. Напряжение этого, как правило, значительно меньше напряжения, необходимого для нормальной работы системы зажигания. Затем вышеописанные процессы повторяются. Преобразователь 1 напряжения продолжает работать, и напряжение на накопительном конденсаторе 12 ступенчато увеличивается до тех пор, пока не достигнет нормы. При этом открываются транзисторы 17,18 усилителя 16. Переход коллектор-эмиттер открытого транзистора 17 через диод 19 шунтирует базу транзистора 6 преобразователя, и последний прекращает работу. Надежное запирание транзистора 6 обеспечивает диод 14, компенсируя падение напряжения в диоде 19, который, в свою очередь, предотвращает попадание положительного напряжения с обмотки 3 трансформатора 2 к коллектору транзистора 17. Транзистор 6 остается закрытым, и преобразователь 1 не работает до тех пор, пока напряжение на накопительном конденсаторе 12 находится в норме. Однако, как только напряжение на накопительном конденсаторе уменьшится, например, вследствие утечек или разряда через катушку зажигания, транзисторы 17,18 усилителя 16 запираются, преобразователь снова начнет работать и накопительный конденсатор через некоторое время снова зарядится до заданного напряжения. С помощью потенциометра 15 осуществляется регулировка напряжения на накопительном конденсаторе. При перемещении движка потенциометра вверх (по схеме) транзисторы отпираются при меньшем напряжении на накопительном конденсаторе 12 и наоборот, при перемещении движка потенциометра вниз - при большем напряжении. При включении напряжения питания на выходе усилителя установочного каскада 32 установится низкий уровень напряжения, поэтому на инвертирующем входе третьего усилителя 50, который является установочным входом распределительного триггера 33, и в точке соединения анодов диодов цепей 51,52 распределительного триггера 33, которая является его счетным входом, также установится низкий уровень напряжения. Вследствие этого на выходе усилителя 50 распределительного триггера 33 появится высокий уровень напряжения, что приведет к отпиранию транзистора 60 выходного каскада 34 током, протекающим через усилитель 50 распределительного триггера 33 и резистор 58 выходного каскада 34. Транзистор 62 выходного каскада 34 будет закрыт, и ток через обмотку трансформатора 21 формирующей цепи протекать не будет, т.е. на первом выходе блока 22 управления тиристорами будет высокий уровень напряжения. Вместе с этим на выходе усилителя 53 распределительного триггера 33 установится низкий уровень напряжения, вследствие чего транзистор 61 выходного каскада 35 будет закрыт, а транзистор 63 открыт током через резисторы 65 выходного каскада 35, т.е. на втором выходе блока 22 управления тиристорами будет низкий уровень напряжения. Через резистор, импульсный трансформатор формирующей цепи 27 и открытый транзистор 63 выходного каскада 35 блока 22 управления тиристорами начнет протекать ток. Напряжение на первичной обмотке импульсного трансформатора ограничено диодом, в связи с чем амплитуда отрицательного импульса на управляющем электроде тиристора 26 в момент отпирания транзистора 63 выходного каскада 35 блока 22 управления тиристорами не превышает 0,35 В. Такое положение уровней напряжения на выходах блока 22 управления тиристорами обеспечивает правильное распределение импульсов высокого напряжения по цилиндрам двигателя. При вращении коленчатого вала двигателя контакты 23 прерывателя начинают размыкаться и замыкаться и на вход усилителя каскада 31 антидребезга поступают прямоугольные импульсы (фиг.3а). На выходе усилителя 31 также появляются прямоугольные импульсы, но на выходе каскада антидребезга (на первом по схеме выводе резистора 48) импульсов не будет, пока с выхода установочного каскада 32 не придет сигнал (фиг.3в), разрешающий прохождение импульсов с каскада 31 антидребезга на счетный вход распределительного триггера 33. Допустим, что происходит размыкание контактов 23 прерывателя (фиг.3а, t₁) в тот момент, когда должно произойти искрообразование в первом цилиндре, но которое не происходит, так как нет разрешающего сигнала с установочного каскада 32. Через некоторое время в момент t₂(фиг.3б), когда поршень первого цилиндра достигнет положения верхней мертвой точки, с датчика 28 на вход установочного каскада 32 поступит положительный импульс (фиг.3б,t₂), который переведет усилитель установочного каскада 32 в другое устойчивое состояние, и на выходе этого усилителя появится напряжение высокого уровня (фиг.3в), что приведет к запиранию диода 49 и снятию запрета на прохождение импульсов с каскада 31 антидребезга на счетный вход распределительного триггера 33 (фиг.3г). Но распределительный триггер 33 не сразу изменит свое состояние, а лишь через некоторое время, определяемое цепью 45 с конденсатором 46 установочного каскада 32, так как диод цепи 45 в течение этого времени будет открыт и на установочном входе триггера 33 будет низкий уровень напряжения (фиг.3д,t₃), что устраняет сбои распределительного триггера 33 при появлении высокого уровня напряжения на выходе усилителя установочного каскада 32. При появлении на инвертирующем входе усилителя 50 распределительного триггера 30 высокого уровня напряжения (фиг.3д,t) распределительный триггер 33 перейдет в другое устойчивое состояние. На выходе усилителя 50 появится низкий уровень напряжения (фиг.3е,t₃). Транзистор 60 выходного каскада 34 закроется, а транзистор 62 откроется током через пятнадцатый резистор 64 выходного каскада 34. Через формирующую цепь 27 и открытый транзистор 62 выходного каскада 34 блока 22 управления тиристорами начинает протекать ток. Напряжение на входной обмотке трансформатора 21 формирующей цепи (фиг. 1) ограничено диодом, в связи с чем амплитуда отрицательного импульса на управляющем электроде тиристора 20 в момент отпирания транзистора 62 выходного каскада 34 блока 22 управления тиристорами не превышает 0,35 В. На выходе усилителя 53 распределительного триггера 33 появится напряжение высокого уровня (фиг.3д,t₃), при этом транзистор 61 выходного каскада 35 откроется током через усилитель 53 распределительного триггера 33 и четырнадцатый резистор 59 выходного каскада 35, а транзистор 63 закроется, ток в первичной обмотке формирующей цепи 27 (фиг.1) прекратится и во вторичной обмотке возникнет положительный импульс, который переключит тиристор 26. Заряженный до напряжения примерно 350 В накопительный конденсатор 12 подключится к первичной обмотке 29 катушки 30 зажигания. Во вторичной обмотке катушки зажигания возникнет импульс высокого напряжения, который поступит на свечи сразу двух цилиндров - первого и четвертого. Однако активна будет искра лишь в первом цилиндре, в котором в этот момент происходит такт сжатия (фиг. 3н), поэтому она находится в способной воспламеняться химической среде, в то время как искра в четвертом цилиндре попадает в такт выпуска (выхлопа) отработанных газов и ни на что не воздействует (фиг.3о). При замыкании контактов прерывателя (фиг.3а,t₄) на выходе усилителя каскада 31 антидребезга, а также на анодах диодов цепей 51,52 распределительного триггера 33 некоторое время будет оставаться высокий уровень напряжения, пока не разрядится конденсатор 43 каскада 31 антидребезга. В момент t₅ (фиг. 3г) на выходе усилителя каскада 31 антидребезга, а также на анодах диодов цепей 51,52 распределительного триггера появится низкий уровень напряжения. Но состояние распределительного триггера 33 не изменится, так как он работает только по положительному фронту импульса. Задержка, создаваемая конденсатором 43 цепи 41 каскада 31 антидребезга, необходима для устранения влияния дребезга контактов прерывателя на работу распределительного триггера 33. На фиг.3а дребезг контактов показан в виде одного короткого импульса, следующего сразу же после замыкания контактов, на самом деле таких импульсов бывает несколько. При следующем размыкании контактов 23 прерывателя (фиг.3а,t₆) на выходе усилителя каскада 31 антидребезга, а также на анодах диодов цепей 51,52 распределительного триггера 33 снова появится высокий уровень напряжения (фиг. 3г,t₆). Распределительный триггер 33 вновь меняет свое состояние. Теперь на выходе усилителя 50 появится высокий уровень напряжения (фиг.3е,t₆), а на выходе усилителя 53 - низкий (фиг.3ж,t₆). При появлении высокого уровня напряжения на выходе усилителя 50 распределительного триггера 33 откроется транзистор 60 высокого каскада 34 током, протекающим через резистор 58, а транзистор 62 закроется (фиг.3и,t₆). Ток в обмотке трансформатора формирующей цепи 21 прекратится, и возникнет положительный импульс, который переключит тиристор 20. Заряженный до напряжения примерно 350 В накопительный конденсатор 12 (который успевает зарядиться задолго до следующего размыкания контактов прерывателя) подключается к первичной обмотке 24 катушки 25 зажигания. Во вторичной обмотке катушки зажигания возникает импульс высокого напряжения, который поступает на свечи второго и третьего цилиндров. В этот момент активна будет искра в третьем цилиндре (фиг.3л,t₆), в котором происходит такт сжатия, в то время как во втором цилиндре искра попадает в такт выпуска (выхлопа) отработанных газов. При следующем размыкании контактов 23 прерывателя (фиг. 3а,t₇) искра будет активна в четвертом цилиндре (фиг.3о, t₇), а в момент времени t₈ (фиг.3а) - во втором цилиндре (фиг.3м,t₈). Таким образом сохраняется синхронизация работы системы с порядком работы двигателя 1-3-4-2. Введение в систему зажигания дополнительного тиристора с формирующей цепью, второй катушки зажигания, датчика положения верхней мертвой точки поршня первого цилиндра, а также блока управления тиристорами позволяет устранить недостатки механического распределителя высокого напряжения, а также расширить функциональные возможности системы зажигания. (56) Авторское свидетельство СССР N 1184320, кл. F 02 P 3/04, 1984.

Формула изобретения

1. БАТАРЕЙНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт. св. N 1184320, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, в нее введены датчик положения верхней мертвой точки поршня первого цилиндра, дополнительный тиристор, дополнительная формирующая цепь, дополнительная катушка зажигания и блок управления с первым и вторым входами и первым и вторым выходами, контакты прерывателя через первые вход-выход блока управления подсоединены к входу формирующей цепи, второй вход - к датчику положения верхней мертвой точки поршня первого цилиндра, второй выход блока управления через дополнительную формирующую цепь соединен с управляющим входом дополнительного тиристора, анод которого соединен с анодом тиристора, а катод через первичную обмотку дополнительной катушки зажигания соединен с второй шиной питания. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления содержит каскад антидребезга, установочный каскад и распределительный триггер, выполненные соответственно на первом, втором, третьем и четвертом токоразностных усилителях, первый и второй выходные каскады, выполненные на n - p - n-транзисторах, первый резистор, включенный между первой шиной питания и первым входом блока управления, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых подсоединены к первой шине питания, а вторые соответственно к инвертирующим входам усилителей каскада антидребезга, установочного каскада и прямым входам усилителей распределительного триггера, прямые входы усилителей каскадов антидребезга и установочного через соответственно первую и вторую цепи из последовательно соединенных диода и резистора соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, причем точка соединения диода и резистора первой цепи каскада антидребезга через первый конденсатор, инвертирующий вход установочного каскада, точка соединения третьей цепи из резистора и диода, первый вывод которой соединен с выходом установочного каскада соответственно через шестой резистор и второй конденсатор соединены с второй шиной питания, выход усилителя каскада антидребезга и выход усилителя установочного каскада, соединенные через седьмой резистор с его прямым входом соответственно через восьмой резистор и первый диод, в обратном включении соединены со счетным входом распределительного триггера, установочным входом которого служит инвертирующий вход третьего усилителя, соединенного с вторым выводом третьей цепи из резистора и диода усилителя установочного каскада, счетный выход распределительного триггера через первую и вторую цепи, образованные последовательно соединенными диодом и конденсатором, соединен с инвертирующими входами соответственно третьего и четвертого усилителей распределительного триггера, точка соединения диода и конденсатора первой цепи и точка соединения конденсатора первой цепи с инвертирующим входом третьего усилителя распределительного триггера соответственно через девятый и десятый резисторы соединены с выходом четвертого усилителя распределительного триггера, выход третьего усилителя распределительного триггера соответственно через одиннадцатый и двенадцатый резисторы соответственно соединен с точкой соединения конденсатора и диода второй цепи и с точкой соединения конденсатора второй цепи с инвертирующим входом четвертого усилителя распределительного триггера, выходы третьего и четвертого усилителей распределительного триггера соединены через соответственно тринадцатый и четырнадцатый резисторы с входами первого и второго выходных каскадов, выходы которых являются соответственно первыми и вторыми выходами блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3