Бесконтактная система зажигания

 

Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания а более конкретно к бесконтактным системам зажигания с регулированием импульсов выходного тока Бесконтактная система зажигания содержит блок синхронизации 1, блок времени накопления 2, силовой ключ 3, блок динамической блокировки 4. блок блокировки тока 5, блок токоограничения 7. Ззл ф-лы,4ил.

К ПАТЕНТУ

7 (мгдалт) 7(в) Комитет Российской Федерации по натентам и товарным знакам (21) 5000146/21 (22) 31.0791. (46) 15.1193 Бюл. Йя 41-42

{76) Бондаренко Апександр Никифорович

{54) БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ (57) Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания, а.более конкрет(в) ЯЯ (и) 2ОО (5Ц 5 F 62 Р 3 64 но к бесконтактным системам зажигания с регулированием импульсов выходного тока. 6есконтактная система зажигания содержит блок синхронизации 1, блок времени накопления 2, силовой ключ 3, блок динамической блокировки 4, блок блокировки тока 5, блок токоограничения 7. 3 зл. ф-лы, 4 ип

2002974

Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания, а более конкретно к бесконтактным системам зажигания с регулированием и пульсов выходного тока. 5

Известны бесконтактные системы за,жигания на транзисторных элементах.

Существенным недостатком таких сисТ6М является низкая надежность с понижен-. ной точностью формируемого импульса, накопления энергии, система также требует большого количества операционных усилителей длл их реализации, что удара>кает из готовление специальных микросхем, Известны также, принятые заявителем эа прототип, системы зажигания, выполненные на операционных усилителях с отражателями тока, Недостатком известного устройства является низкая надежность системы зажига- 20 ния из-за перегрузки силового ключа и катушки зажигания. низкая экономичность и низкая технологичность изготовления, Известное устройство состоит из блока временной обработки, блока блокировки то- 25 ка, блока токоограничения и силового ключа с выходной клеммой, при этом вывод силового ключа соединен с первым вводом блока токоограничения, система содержит . входную клемму для подключения датчика. 30

Цель изобретения — устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности и экономичности путем, в частности, выполнением устройства на цифровых микросхемах по КМОП-технологии, в 35 виде специализированных микросхем, что также упрощает установку последней в микропроцессорные системы зажигания.

Цель достигается использованием импульсных элементов, введением в известwoe устройство блока синхронизации и блока динамической блокировки, при этом входная клемма соединена с блоком формирователя синхронизации, второй вход кото- 45 рого соединен с выходом блока динамической блокировки, выходы блока синхронизации соединены с входами блока времени накопления, выходы блока временной обработки соединены с входами блока 50 динамической блокировки и входами блока блокировки тока, вход которого соединен с первыми входом силового ключа и входом блока токоограни l8HHR l3xop, силового Klllo» ча соединен с вторым выводом блока токо- 55 ограничения. причем блок времени накопления выполнен на реверсивных счетчиках, блок синхронизации выполнен на . тактовом генераторе, блок динамической блокировки выполнен на О-триггере, блок блокировки тока выполнен на диодно-резисторных элементах, Указанные отличия обеспечивают, в частности, ликвидацию параэитного нарастания длительности сформированного импульса на малых оборотах, что повышает надежность, экономичность и технологичность, На фиг.1 показана структурная схема бесконтактной системы зажигания, на фиг.2— принципиальная схема реализации системы зажигания, представленной на фиг.1; на фиг.3 — диаграмма напряжений. в точках (а)— (з) схемы фиг.2 при работе двигателя в установившемся режиме (E=O); на фиг.4 — диаграмма напряжений в точках (а)-(з) .схемы фиг.2 при резком. наборе угловой скорости (E О), где 1 — блок синхронизации, 2 — блок времени накопления, 3 — силовой ключ, 4— блок динамической блокировки, 5 — блок блокировки тока, 6 — блок токоограничения, 7 — (в) — клемма .подключения датчика первый ввод блока синхронизации, 6-(е), 9-(г), 10-(д) — выходы блока синхронизации-вводы блока времени накопления, 11-(к) — выход блока динамической блокировки — второй вход блока синхронизации, 12-(ж) — второй выход блока времени накопления — второй вход блока динамической блокировки, f 3-(э) — первый выход блока временной обработки — первый вход блока динамической блокировки — ввод блока блокировки тока, 14— первый ввод силового ключа — вывод блока блокировки тока, 15 — вывод силового ключа, 16 — выходная клемма, 17 — вывод блока токоограничения — второй ввод силового ключа, 18 — помехоподавительный фильтр.

Схема соединена следующим образом.

Входная клемма 7 соединена с первым входом блока синхронизации (точка в, выходы формирователя синхронизации 8, 9, 10 соединены с входами блока временной обработки (точки е,r,ä), выход блока динамической блокировки 11 соединен с вторым входом блока синхронизации (точка к), первый выход блока времени накопления 13 соединен с первым входом блока динамической блокировки и входом блокировки тока (точка э), .BTopQA выход блока времени накопления 12 соединен со вторым входом блока динамической блокировки (точка ж), выход блока блокировки тока 14 соединен с входом блока токоограничения и первым входом силового ключа, а выход силового ключа 15 соединен с первым входом блока токоограничения (точка r), другой вход блока токоограничения 17 соединен со вторым входом силового ключа, силовой ключ соединен с выходной клеммой нагрузки 16. запуск формирующего опорного импульса выполняется от блока времени накопления (поз.12 — точка ж). Блок Времени накапленил выдает импульс продолжительностью 2г В блок динамической блокировки и благ блокировки тока, сформированный импульс подается в блок динамической блокировки для сравнения (паз13 — точка з). Блок динамической блокировки по импульсу переноса формирует опорный импульс (паз.14), Система зажигания выполнена на импульсных элементах, Блок синхронизации выполнен на мультивибратаре для генерации тактовой частоты F на инверторах ДД

1.1 и ДД 1.2 и на хранирующей цепочке(Я 5 и С4), делитель на два íà D-триггере ДД 2.1 (частата F/2), элемент разрешения деления на два ДД 5.1, Инвертар на элементе ДД 1,3 формирующей сигнал разрешения сложения-вычитания и разрешающий запись в выходной фиксирующий D-триггер ДД 2.2, Однавибратар на ин Вертаре ДД 1.4 v, хранирующей цепочке (R3 и Сз), причем резистор

R3 подключен на шину +Un. Поэтому длительность импульса т обратна пропорциональна величине бортового питания.

Вход формирователя также соединен С клеммой сигнала датчика (последний иода35

Такое соединение обеспечивает, в част-ности, адаптацию устройства к измененилм величины бортовога напрлженил, устран

we исчезнавенил искры иэ-за "схлопывания сфОрмиравэнноГО импульса накопления энергии от набеганил заднего фронта входного сигнала в момент действия положительных угловых ускорений коленчаТОГО вала при рэзГане ЭВтамОбиля.

Устройство работает следующим образом.

Блок синхронизации формируетчасгату

F, F/2 и подает их в блок времени накопления (поз.в — очка 8) в последовательности, Определяемой инверсным сигналам от датчика (поэ.9 — а ка г) и Временем задержки

Г(поз.1С вЂ” тачка д). В начале Hyneeoro уровня сигнала датчика асуществллетсл задержка на время r суммирование частоты F c последующим Вычитанием при положительном перепаде входного сигнала частоты

F/2. Длительность импульса Г абратно г;рапорциональна величине бортового питания.

Блок динамической блокировки устранлет исчезновение искры из-за "схлопыванил" сфармированнОГО импульса нэкапленил энергии от набеганил заднего франта Входного сигнала в момент действия положительных угловых ускорений колен.атага вала при разгоне автомобиля, Он управляет делением на 2 (паз,11 — точка к), при этом ется с TpHH3NcTop8 с открытым коллекторам). В схеме фармираВателя им88тся резистор нагрузки Цатчикэ R< и входной фильтр на конденсаторе С2. Частоты F и F/2 суммируются на схеме ИЛИ, собранной на диодах . ЧЯ 3 и VS 4 и резисторе 8 8 и подаются нэ блок временной обработк . Иэ эгат блок

-акже падве-ся импульс Г, Блок временной обработки собран нэ двух реверсивных счетчиках ДДЗ, ДД4 типа

К 561 ME 11 включенных синхронно, и фиксирующем В-триггере ДД 2.2. Сигнал разрешения вычитания также подается нэ информационный вход триггера ДД 2.2, Поэтому данный 1риггер фиксирует сигнал переноса счетчиков талька при вычитании.

Эта необходимо для устранения излишнего приращения длительности импульса накопления энергии в момент запуска двигателя. . так как в этот момент угловая «астата двигателя настолько низка, что счетчики пеаепалнлются В самом начале суммирования, Блок блокировки така подключен параллельна ограничительному резистору Rf f u собран на диодах VS 5 и VS 6 аезистаре R

9, конденсаторах С6 и С7 v. Инвертаре ДД

54

Блок динами«ескай блокировки содержит аднавибратар с обратной связью, который па импульсу переноса реверсивного с«етчика формирует опорный импульс и который непосредственна сравнивается на Отриггере ДД 6.1. Состояние последнего контролирует триггер ДД 6.2 и который после взвода возвращается в исходное состояние после заолда хранирующей цепочки

R14, С8 (которая.падклю«ена к ега Входу В).

Формирование импульса 7 w импульса сравнения осуществляется аднавибратарами, Выполненными на промышленных viwK расхемах или специальной микросхемы

НТЦ 90-02-1 или же с помощью сче чиков и

RS-защелак, Выполненных на специальной микросхеме НТЦ-90-02-2. Эта решение позволяет атказатьсл ат навесного конденсатора. Адаптация устройства к изменениям величины бартовага напряжения асуществляетсл связью аднавибратара через храниру ащий резистор с шиной питания, или аналогичную связь име8т задзюы ий ген8ра тор частоты F. Блокировка така через катушку зажигания в варианте lla микросхемах осуществляется с помощью двух интегрирующих цепочек RC и порогового элемен,а на иггВертаре. В обоих микросхемах эта блоки" равка осуществляется пад"четам импульсов переполнения реверсивнoro счетчика и внешней интегрирующей цепочке RC (для

2002974 обеспечения безискрового разрыва тока катушки зажиганил), С целью улучшения динамических свойств в устройство введен блок динамической блокировки, устраняющий исчезновение искры из-за "схлопывания" сформированного импульса накопления энергии из-за набеганий заднего фронта входного сигнала в момент действия положительных угловых ускорений коленчатого вала при разгоне автомобиля или т.п.

Непосредственно это осуществляется сравнением на 0-триггере сформированно го и опорного импульсов. Причем времядействия этой блокировки в устройстве на дискретных микросхемах выполнено фиксированным на RC-цепочке, а в обеих микросхемах с помощью суммирующего счетчика, причем заполнение последнего осуществляется-частотой искрообразованил, т.е. эта задержка обратно пропорциональна данной частоте.

Кроме того, с целью дальнейшего уменьшения количества навесных элементов в обеих специальных микросхемах выход выполнен с открытым стоком с 1Н 20 мА, Для силового ключа изготовлена интегральная бескорпусная сборка на базе структуры транзистора КТ 898 и двух кристаллов

КТ 630. Поэтому система токоограничения только в дискретном исполнении выполнена на отдельном транзисторе и там же используется два дополнительных ключевых усилителя, Рассматриваем работу системы на различных режимах работы двигателя.

1, Двигатель работает на установившихся оборотах коленчатого вала двигателя в зоне от холостых до максимальных.

В этом случае импульс накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания формируется следующим образом (см, фиг. 3 и 4), При нулевом перепаде входного сигнала одновибратор на элементе ДД 1.4 выдает единичный сигнал длительностью т (эпюра д). Этот импульс сбрасывает в исходное состояние счетчика ДД 3 ДД 4 и триггер ДД

2.2. Входной сигнал через инвертор на элементе ДД 1 3. разрешает записать в счетчики частоту F, генерируемую мультивибратором на элемен rax ДД 1.1 и Д

1.2 пос е окончанил импульса ;

Поэтому в течение времени (см. фиг,4)

to — г счетчики будут заполняться частотой

F (зпюра e), При появлении единичного входного потенциала будет разрешена через элемен 2N — НЕ ДД 5,1 работа делителя . на два ДД 2.1 и через диод VS4 элемента

ИЛИ. начнет вычитаться из счетчиков частота F/2 и они очистятсл за время до окончанил единичного входного импульса t1 равное:

5 а так как рассматривают работу системы с входным сигналом. имеющим скважность

Q - 3 (йри других скважностях используются другие соотношения частот). то t> - 2 0. Отсюда

t =2to — 2to+2O; (t =2jt) (зпюра з). В момент обнуления счетчиков на входе С D-триггера ДД 2.2 появляется перепад уровня (эпюра ж) и в связи с тем, что на его информационном входе присутствует

20 высокий уровень — триггер изменяет свое состояние на его выходе Q появляется высокий уровень. В результате открывается транзистор VT1 и закрываются транзисторы ления энергии в установившемся режиме работы двигателя. Положительный перепад

40 напрлжения, синхронизирующий этот триггер, приходит в момечт времени раньше прихода положительного перейада сигнала и информационном входе и поэтому триггер

ДД 6.1. своего состояния не меняет (эпюра

И), В момент схлопывания сформированного импульса триггер ДД 6.1. переключается и взводит фиксирующий триггер ДД 6.2. (эпюра К), Последний устанавливает на входе "12" элемента 2И-HE нулевой уровень, 8

50 результате работа делителя на два триггера

ДД 2.1 будет запрещена, т.е. вычитание из счетчиков будет производиться в этом случае уже не частотой F/2, à F (эпюра е).Отсюда сформированный импульс накопления энергии примет значение:. /ТЗ и VT4. Что генерирует искру в системе

25 зажигания. Далее все повторяется аналогично.

2. Двигатель работает в режиме резкого набора оборотов, т.е. действует положительное угловое ускорение (см, фиг.4).

30 По каждому импульсу переполнения реверсивных счетчиков запускается одновибратор на элементах ДД5,2 иДД5.3, который формирует опорный импульс длительностью 0,5 — 0,.8 (2 t) и подается на вход

35 синхронизации D-триггера ДД 6.1 (эпюра

И), на информационный вход этого триггера подается сформированный импульс накоп2002974

Время действия этой блокировки задано постоянной цепочки R14 и С 8.

3. Зажигание. включено. входной сигнал имеет единичный уровень, запуск двигателя 10 не производится. В этом случае начинает разряжаться конденсатор С6 через резистор R9. После понижения уровня на этом конденсаторе срабатывает инвертор на элементе ДД 5.4. и его единичный уровень че- 15 рез интегрирующую цепочку R 11 и С 7 плавно, без образования искры открывает транзистор VT1,.à он, в свою очередь, закрывает остальные транзисторы. В таком состоянии устройство может находиться сколь 20 угодно долго, 4. Токоограничение для обеспечения защиты катушки зажигания выполнено на датчике тока R16 резисторе обратной связи по току R13 и транзисторе VT2. 25

В схеме использованы элементы ДД1;

ДД5- К561ЛА7; ДД2; ДД6 — К561ТМ2; ДДЗ, ДД4 — К561ИЕ11; НТ1; VT2 — КТ315Б; VT3—

КТ503А; VT4 — КТ890; КТ892; КТ898; НТЦ-90- 30

03; К1 — МЛТ-1„В2 и Я)2 МЛТ. -0,25; В15—

МЛТ-2; + 10% Rg — С5-16МВ-2Вт-0,10М 5%. Остальные резисторы С1-4-0,135

+10% . С1; С6; С8-KM-6-Н90: СЗ и. С9 -К1017а-М1500 + 10%: С4 и С5.— К10-7в-М1500- 35

200 + 10%; С2 — M10-7в-Н80; С7 — K53-4-15в ч- 30%.

40 ча и вторым входом блока токоограничеЮ ния.

2. Устройство по п.1. отличающееся . тем, что блок синхронизации содержит мультивибратор, делитель на два, одновибратор, элементы ИЛИ, элемент НЕ и элемент разрешения деления по двэ, при этом выход мультивибратора соединен с первым входом элемента ИЛИ и входом

50 делителя на два, выход которого соединен с вторыми входами элементов ИЛИ, выход которых соединен с первым выходом блока синхронизации, первый вход которого соединен с входом одновибратора, входом

55элемента НЕ v первым входом элемента разрешения деления по два, второй вход которого соединен с вторым входом блока синхронизации, а выход - с входом разрешения делания делителя на два, выход элемента ЙЕ соединен с вторым выходом

Следовательно, он получит приращение:

ht =. to + т — 2r = to — г:

t=< — r

Формула изобретения

1. БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ, содержащая входную клемму, блок времени накопления обработки, блок блокировки тока, блок токоограничения и силовой ключ с выходной клеммой, выход силового ключа соединен с первым входом блока токоограничения, отличающаяся тем, что, с„целью повышения надежности, экономичности и технологичности, введены блок синхронизации и блок динамической блокировки, при этом система выполнена на импульсных элементах, входная клемма соединена с первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с выходом блока динамической блокировки, второй выход блока времени накопления соединен также с входом блока блокировки тока, выход которого соединен с входом силового клюИз известных источников информации не обнаружены технические решения на время-импульсных элементах, обеспечивающие путем соединения элементов. в частности адаптацию устрбйства к изменениям величины бортового питания, устранение исчезновения напряжения из-за "схлопывания" сформированного импульса накопления энергии из-за набегания заднего фронта входного сигнала в момент действия положительных угловых ускорений коленчатого вака при разгоне автомобиля, и повышает надежность, экономичность и техноггогичность устройства, что позволяет утверждать о соответствии предложенного технического решения, облад,"лщего новизной и положительным эффектом, критерию изобретения "существенные отличия".

Использование цифровой обработки сигнала позволило выполнить указанную систему в виде специальной КМОП-микросхемы в двух вариантах (первый вариант позволяет также работать с сигналом, имеющим скважность Q = 2, т.е. в системах без распределителя). Причем для реализации этого решения понадобилось всего около

800 вентилей, В настоящее время изготавливается гибридная тонкопленочная микросхема.с массогабаритными и схемными решениями, превосходящими параметры наиболее известных:фирм, наприл1ер

"БОШ". (56) гОтт В.Е. Злектрооборудование автомобилей. M.: Транспорт, 1989, с.173, рис.3.57.

Ютт B.E. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 1989, с,176, рис, 3.61.

2002974

12 блока синхронизации. выход одновибратора - с третьим выходом блока синхронизации.

3.. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок динамической блокировки содержит два одновибратора и О-триггер, вход первого одновибратора соединен с первым входом блока динамич*еской блокировки, второй вход которого соединен с двходом О-триггера, выход которого соединен с входом второго одновибратора, выход которого соединен с выходом блока . динамической блокировки.

4. Устройство по пЛ, отличающееся тем, что блок времени накопления содержит 0-триггер и два реверсивных счетчика, счетные входы которых соединены с первым выходом блока синхронизации, входы управления реверсом соединены с вторым выходом блока синхронизации, третий вход которого соединен с первым входом блока динамической блокировки. второй вход которого соединен с 0-входом 0триггера. выход которого соединен с входом второго одновибратора, выход которого соединен с выходом блока динамической блокировки.

5. Устройство по п.1,. отличающееся г тем, что блок времени накопления содержит О-триггер и два реверсивных счетчика, счетные входы которых соединены с первым выходом блока синхронизации, входы управления реверсом соединены с вторым выходом блока синхронизации, третий вход которого соединен с входом установки в "0" обоих реверсивных счетчиков, выходы переполнения которых соединены соответственно с входом второго реверсивного счетчика и со счетным входом Dтриггера, D-вход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, а

2п Я-вход - с третьим входом блока синхронизаций, выход 0-триггера соединен с вторым выходом блока времени накопления, первый выход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика.

2002974

2002974

Составитель В.Чернышов

Техред М,Моргентал. Корректор С. К)ско

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская нэб.. 4/5

Заказ 3225

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