Способ коммутации индуктивной нагрузки в системах электроискрового зажигания двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к системам электроискрового зажигания двигателей внутреннего сгорания с индукционной катушкой зажигания Для этого контакты механического прерывателя 3 системы зажигания шунтируют в момент прерывания тока в первичной обмотке катушки 2 зажигания на время, за которое зазор между контактами прерывателя 3 станет большим, чем зазор, пробиваемый напряжением самоиндукции первичной обмотки катушки 2 зажигания. Для реализации указанного способа в систему зажигания, содержащую катушку 2 зажигания , контакты прерывателя 3, конденсатор 4, свечу зажигания, введены полупроводниковый ключ 5, ждущий мультивибратор 6, компаратор 7, интегрирующая цепь 8 и схема ИЛИ 9.2 с.п. ф-лы 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! !! (5!>5 F 02 Р 3/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ожа (21) 4754605/21 (22) 31.10.89 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 (76) М.В;Здоров и Г.П,Путилов (56) Бела Буна. Электроника на автомобиле.

M. Транспорт, 1979, с,.42, рис; 2.1. (54} СПОСОБ КОММУТАЦИИ ИНДУКТИВH0l1 НАГРУЗКИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к системам электроискрового зажигания двигателей .внутреннего сгорания с индукционной катушкой зажигания, Для этого контакты механического прерывателя 3 системы зажигания шунтируют в момент прерывания тока в первичной обмотке катушки 2 зажигания на время, эа которое зазор между контактами прерывателя 3 станет большим, чем зазор, пробиваемый напряжением самоиндукции первичной обмотки катушки 2 зажигания.

Для реализации указанного способа в систему зажигания, содержащую катушку 2 зажигания, контакты прерывателя 3, конденсатор 4, свечу зажигания, введены полупроводниковый ключ 5, ждущий мультивибратор 6, компаратор 7, интегрирующая цепь 8 и схема ИЛИ 9.2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1827008

Изобретение относится к системам электроискрового зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с индукционной катушкой зажигания.

Цель изобретения — увеличение надежности системы электроискрового зажигания, В предлагаемом же способе контакты механического прерывателя шунтируют в момент их размыкания на время, за которое зазор между ними превысит зазор, пробиваемый напряжением самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания, Тем самым устраняется дуговой разряд между контактами механического прерывателя, что приводит к увеличению надежности систем электроискрового зажигания.

В предлагаемом устройстве для реализации заявляемого способа та же цель— увеличение надежности — достигается за 20 счет дополнительного подключения параллельно контактам механического прерывателя силовой цепи полупроводникового ключа, цепь управления которого подключена к выходу ждущего мультивибратора с возможностью изменения длительности выходного импульса; а вход ждущего мультивибратора подключен . к выходу компаратора, один вход которого подключен к выходу интегрирующей цепи, а другой — к общему проводу. Вход интегрирующей цепи подключен к выходу схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к точке соединения контакта механического контактного прерывателя и первичной обмотки катушки зажигания, а другой вход схемы ИЛИ соединен с выходом ждущего мультивибратора.

Указанная взаимная связь элементов устройства позволяет устранить дуговой разряд между контактами прерывателя в 40 момент начала их размыкания, Кроме того, обрыв в силовой цепи полупроводникового ключа не приводит к отказу всей системы зажигания.

Таким образом, заявленные изобрете- 45 ния связаны между собой единым изобретательским замыслом и направлены на достижение одной и той же цели.

На фиг, 1 изображена схема соединений элементов устройства, реализующего 50 способ; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема ждущего мультивибратора с возможностью изменения длительности выходного импульса, Предлагаемый способ выполняют сле- б5 дующим образом.

В последовательную цепь соединяют аккумулятор, первичную обмотку катушки зажигания и контакты механического прерывателя. Параллельно контактам прерывателя подключают конденсатор и коллектор — эмиттер транзисторного ключа. Замыкают контакты механического прерывателя. При этом через первичную обмотку катушки зажигания протекает ток, и в ней накапливается энергия. В момент размыкания контактов транзисторный ключ открывают.

Малое сопротивление открытого транзистора шунтирует зазор между контактами и напряжение между ними оказывается недостаточным для возникновения дугового разряда. Время (t ) открытого состояния транзисторного ключа, шунтирующего контакты прерывателя, определяется соотношением

t2 тш

N где a — угол поворота кулачка прерывателя, при котором достигается минимальный зазор между размыкаемыми контактами механического прерывателя, непробиваемый напряжением самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания; а — угловая скорость вращения кулачка прерывателя, Например, при величине ЭДС самоиндукции 300 В и пробивной напряженности электрического поля воздушного промежутка 30 кВ/см минимальный зазор между контактами прерывателя будет равен 0,1 мм.

Этот зазор достигается при повороте кулачка относительно начала размыкания контактов прерывателя на упомянутый выше угол а, причем угол с всегда меньше угла разомкнутого состояния контактов, а его величина зависит от конструктивного выполнения прерывателя и типа двигателя. Так для четырехтактного 4-цилиндрового двигателя зазор 0,1 мм может быть достигнут при повороте кулачка примерно на 2, С учетом того, что угловая скорость вращения кулачка распределителя в 2 раза меньше угловой скорости коленчатого вала имеем

J в=эба л =зп (Щад)

2 60 с и — число оборотов коленчатого вала четырехтактного 4-цилиндрового ДВС в об/мин.

Тогда минимальное время открытого состояния транзисторного ключа (время шуна тирования) определяется как t = -, и

5П изменяется от пусковых оборотов до максимальных.

В момент пуска ДВС,стартером, когда и

300 об/мин, время шунтирования равно

2 тш= 3 300=22

На оборотах холостого хода при и 800 об/мин время шунтирования изменяется и равно

1827008

2 ш 3 8рр =083 мс °, Наконец,,на максимальных оборотах и

6000 об/мин время шунтирования минимально 5

1ш = 3 . 6ppp 0,1 мс.

Времена шунтирования целесообразно выбирать близкими к расчетным минимальным временам шунтирования, так как их 10 завышение приводит к увеличению мощности, рассеиваемой на полупроводниковом ключе.

Максимальное время шунтирования oI" раничивается сверху требованием работо- 15 способности системы электроискрового зажигания и определяется величиной, равной разности между временем разомкнутосо состояния контактов прерывателя и временем, необходимым для формирования 20 искрового разряда в свече зажигания, Устройство для реализации способа (фиг. 1) содержит источник питания 1, соединенный в последовательную цепь с первичной обмоткой катушки зажигания 2 и 25 контактами механического контактного. прерывателя 3, параллельно. которым подключен конденсатор 4. Параллельно контактам механического контактного прерывателя подключена силовая цепь по- 30 лупроводникового ключа (например, коллектор и эмиттер транзистора) 5. Цепь управления полупроводникового ключа подключена к выходу ждущего мультивибратора 6, а вход ждущего мультивибратора 35 соединен с выходом компаратора 7, один вход которого подключен к выходу интегрирующей цепи 8, а другой — к общему проводу (массе). Вход интегрирующей цепи присоединен к выходу схемы ИЛИ 9, один из вхо- 40 дов которой подключен к точке соединения контакта механического контактного прерывателя и первичной обмотки катушки зажигания, а другой вход схемы ИЛИ соединен с выходом ждущего мультивибра- 45 тора.

Схема ИЛИ реализует логическую функцию ИЛИ двух сигналов, поступающих на ее входы. Интегрирующая цепь имеет постоянную времени, достаточную для под- 50 держания положительного уровня напряжения на первом входе компаратора во время разомкнутого состояния контактов, что исключает его повторные срабатывания при перезарядке конденсатора 4. 55

Компаратор предназначен для получения перепада напряжения на его выходе при неравенстве напряжений на его входах.

Ждущий мультивибратор формирует на выходе один рабочий импульс при подаче на его вход управляющего сигнала с выхода компаратора, Полупроводниковый ключ своей силовой цепью шунтирует контакты механического контактного прерывателя при поступлении на его вход импульса с выхода ждущего мультивибратора, На фиг, 2 изображена принципиальная электрическая схема ждущего мультивибратора 6 с возможностью изменения длительности выходного импульса, Схема содержит входную дифференцирующую цепь:конденсатор 10 и резистор 11, выход которой через разделительный диод 12 подключен к входу первого транзистора 13, в коллекторную цепь которого включен резистор 14, а эмиттер соединен с общим проводом. В коллекторную цепь второго транзистора 15 мультивибратора включено сопротивление нагрузки 16. а между базой этого транзистора и источником питания подключен резистор смещения 17. Эмиттер этого транзистора также соединен с общим проводом. Между коллектором первого транзистора и базой второго подключен разделительный конденсатор 18.

Сопротивление 19 подключено между . коллектором второго и базой первого транзистора и предназначено для получения положительной обратной связи между двумя каскадами.

Постоянная времени цепи резистора 14 и конденсатора 18 выбрана соизмеримой с максимальным периодом искрообразования ДВС (для пусковых оборотов четырехтактноге 4-цилиндрового двигателя она равна 0,1 с), а постоянная времени цепи резистора смещения 17 и конденсатора 18 определяет время разряда конденсатора 18 и, следовательно, длительность выходного импульсивна коллекторе транзистора 15. Эта длительность зависит от уровня напряжения, да которого был.перед этим заряжен конденсатор 18. Этот уровень определяется частотой искрообразования. С увы: ичением частоты искрообразования оТ уменьшается, что приводит к уменьшению длительности выходного импульса мультивибратора.

Устройство согласно фиг, 1 работает следующим образом. При замкнутых контактах прерывателя 3 ток от источника питания 1 протекает через первичную обмотку катушки зажигания 2 и в ней накапливается энергия. При этом напряжение между контактами равно кулю. Равно нулю оно и на входе схемы ИЛИ, соединенном с обмоткой катушки зажигания. На выходе этой схемы напряжение отсутствует, Отсутствует оно и на выходе интегрирующей цепи 8. Следовательно, на входах компаратора 7 будут одинаковые низкие (нулевые) уровни

1827008 напряжения, На выходе компаратора уровень напряжения низкий и постоянный, При этом ждущий мульти вибратор 6 находится в состоянии покоя (на выходе низкий уровень) и полупроводниковый ключ 5 — закрыт, При этом и на втором входе схемы ИЛИ 9 также будет низкий уровень напряжения, В момент размыкания контактов 3 на входе схемы ИЛИ, соединенном с катушкой за>кигания появляется высокий уровень напряжения, который с ее выхода поступает на интегрирующую цепь 8. На выходе этой цепи напряжение начинает возрастать. Так как при этом на входах компаратора напря»<ения оказываются различными, то на его выхода формируется перепад напряжения, который запускает ждущий мультивибратор

6. На время действия выходного импульса ждущего мультивибратора открывается полупроводниковый ключ 5 и шунтирует своей силовой цепью контакты механического контактного прерывателя 3. Напряжение между ними оказывается недостаточным для возникновения электрической дуги, Длительность импульса мультивибратора зависит от числа оборотов коленчатого вала

ДВС и однозначно связанной с ним частотой лскрообразования. Связь между выходом ждущего мультивибратора б и вторым входом схемы ИЛИ 9 позволяет поддерживать высокий уровень напряжения на выходе ингегрирующей цепи 8 в течение всего времени действия выходного импульса ждущего мультивибратора, После окончания действия импульса ждущего мультивибратора полупроводниковый ключ 5 закрывается и начинается колебатальный процесс в катушке зажигания 2 и конденсаторе 4, а на втор1лчной обмотке катушки зажигания появляется высокое напряжение, В течение всего времени, когда контакты прерывателя разомкнуты, на выходе интегрирующей цепи поддерживается высокий уровень напряжения, что предотвращает повторное срабатывание ждущего мультивибратора

ИЗ-за колебательного процесса в первичной обмотке катушки зажигания.

Ждущий мультивибратор с возможностью изменения длительности выходного импульса (фиг. 2) работает следующим образом.

В исходном состоянии транзистор 13 закрыт, а транзистор 15 открыт за с ет протекания тока в его базовой цепи через резистор смещения 17. При этом разделительный конденсатор 18 заряжается по цепи: плюс источника питания, резистор 14, конденсатор 18, переход база — эмиттер транзистора 15. На вход схемы фиг. 2 (левая обкладка конденсатора 10) 10

55 поступает положительный перепад напряжения с выхода компаратора, который дифференцируется цепью из конденсатора 10 и резистора 11, и положительный импульс через разделительный диод 12 поступает на базу транзистора 13, Транзистор 13 открывается. При э ом конденсатор 18 начинает разряжаться по цепи; левая обкладка (по схеме) конденсатора 18, коллектор — эмиттер транзистора 13, источник питания, резистор

17, Во время разряда этого конденсатора транзистор 15 закрыт и íà его коллекторе формируется положительный импульс.-Длительность импульса определяется постоянной времени цепи: резистор 17 и конденсатор 18, а также напряжением, до которого был перед этим заряжен конденсатор 18, Это напряжение зависит от частоты импульсов, поступающих на вход мультивибратора и в конечном счете от числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Следовательно, с увеличением числа оборотов двигателя длительность импульса уменьшается.

По сравнению с прототипом — батарейная система зажигания — предложенный способ и устройство для его реализации позволяют устранить эрозию контактов механического контактного прерывателя и, следовательно, значительно сократить время на их техническое обслуживание, повысить надежность системы зажигания. При этом увеличивается скорость нарастания напряжения во вторичной цепи и мощность искры, уменьшается вероятность перебоев в системе зажигания, что уменьшает токсичность продуктов сгорания и улучшаетэкономичность по топливу, Кроме того, выход из строя полупроводникового ключа не приводит к отказу всей системы зажигания, так как она будет работать как обычная батарейная система зажигания.

Формула изобретения

1. Способ коммутации индуктивной нагрузки в системах электроискрового зажигания двигателей внутреннего сгорания, включающий пропускание тока от источника питания через первичную обмотку катушки зажигания, прерывание тока в этОЙ обмотке путем размыкания контактов механического контактного прерывателя, BKRloченного в последовательную цепь с катушкой зажигания и источником питания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности систем электроискрового зажигания. в момент прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания контакты механического прерывателя шун.тируют на время. за которое зазор между

1827008

10 контактами прерывателя станет большим, чем зазор, пробиваемый напряжением самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания.

Составитель M.Çäoðoâ

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л;Пилипенко

Редактор З.Ходакова

Заказ 2331 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2, Устройство для коммутации индуктивной нагрузки в системах электроискрового зажигания двигателей внутреннего сгорания, содержащее соединенные в последовательную электрическую цепь источник питания, первичную обмотку катушки зажигания и контакты механического контактного прерывателя, параллельно которым подключен конденсатор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что параллельно контактам механического контактного прерывателя подключена силовая цепь полупроводниковсго ключа. цепь управления которого подключена к выходу ждущего мультивибратора с возможностью измене5 ния длительности выходного иМпульса, а вход ждущего мультивибратора подключен к выходу компаратора, один вход которого подключен к выходу интегрирующей. цепи, а другой — к общему проводу, причем вход

10 интегрирующей цепи подключен к выходу схемы ИЛИ, один из, входов которой подключен к точке соединения контакта механического контактного прерывателя И первичной обмотки катушки зажигания, а

15 другой вход схемы ИЛИ соединен с выходом ждущего мультивибратора,