Бесконтактная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания

 

(72) Автор изобретения

Г.Х.Такиди

Ленинградский ордена Ленина электротехническ+й.. йститут им. В,И.Ульянова (Ленина). (71),Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. Йзобретение относится к системам зажигания и может найти применение

:в электрооборудовании двигателей . внутреннего сгорания, Известны бесконтактные системы зажигания с электронным регулирова.нием угла опережения зажигания, Та кие системы содержат накопительную цепь с управляющим ключем, бесконтактный датчик, синхронизирующий ра-. боту системы зажигания, и схему регулирования угла опережения зажи. гания, включенную между датчиком и ключевым элементом 31).

Такие регуляторы опережения за,жигания бесконтактных систем сложны, громоздки, практически не поддаются минимизации путем применения интегральных схем, недостаточно надежны и точны, .так как при построении схем используются аналоговые методы слежения за числом оборотов двигателя.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система зажигания двигателей внутренЪ него сгорания, содержащая ротор, бес5 контактный датчик генератор тактоФ вых импульсов, преобразователь частоты, элемент совпадений, схему запрета, реверсивный счетчик, дешифратор, электронный выклЮчатель и катушку зажигания 23.

Однако известное устройство зажигания имеет недостаточную точность установки угла опережения зажигания, что снижает надежность работы.

Целью изобретения является повышение надежности в работе за счет увеличения точности установки угла опережения зажигания.

Указанная цель достигается тем, го что в бесконтактнуа систему зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащую ротор, бесконтактный датчик, генератор тактовых им97612

3 . пульсов, преобразователь частоты, схему запрета, сигнальный вход которой подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу преобразователя частоты, элемент совпадений, подключенный вторым входом к выходу преобразователя частоты, ревер» сивный счетчик, суммирующий вход которого подключен к выходу элемента совпадений, а вычитающий вход - к вы- 10 ходу схемы запрета, дешифратор, пер= вая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход подключен к устано вочному входу реверсивного счетчи- 15 ка, управляющему входу схемы запрета и первому входу элемента совпаде ний, одновибратор, вход которого подключен к выходу дешифратора, электронный выключатель, подключенный вхо- 20 дом к выходу одновибратора, и катушку

",зажигания, вход которой подключен к выходу электронного выключателя, введен формирователь сигналов, соединенный первым входом с выходом бес- 2s контактного датчика, вторым входом с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя сигналов подключен к управляющему входу схемы запрета, 30

Формирователь сигналов содержит инвертор и первый компаратор, входы которых соединены между собой и являются первым входом формирователя

35 сигналов, второй компаратор, подключенный входом к выходу инвертора, делитель частоты, первый, второй, третий и четвертый элементы совпадений, первый реверсивный счетчик, суммиру"

40 ющий вход которого подключен к выходу первого элемента совпадений, вычитающий вход - к выходу второго элемента совпадений, второй реверсивный счетчик, подключенный суммирующим входом к выходу третьего элемента совпа45 дений, вычитающим входом - к выходу четвертого элемента совпадений, дешифратор, соединенный первой группой входов с первым реверсивным счетчи.ком, второй группой входов - с вторым 0 реверсивным счетчиком, синхронный триггер, синхронный вход которого соединен с выходом дешифратора, выход которого является выходом формирователя сигналов, выход второго компара- тора подключен к вторым входам первого и.четвертого элементов совпаде-,. . ний и первому установочному входу синхронного триггера, выход первого компаратора подключен к вторым входам второго и третьего элементов совпадений, а также к второму установочному входу синхронного триггера, выход делителя частоты подключен и первым входам первого и третьего элементов совпадений, вход делителя частоты соединен с первыми входами второго и четвертого элементов совпадений и явля- . ется вторым входом формирователя сигналов, На фиг, 1 приведена структурная схема бесконтактной системы зажигания, на фиг, 2 - то же, формирователь сигналов; на фиг, 3. - временные диаграммы, поясняющие работу формирователя сигналов; .на фиг., 4 - требуемая зависимость угла опережения зажигания от числа оборотов двигателя, на фиг, 5 - временные диаграммы, поясняющие общую работу устройства зажигания; на фиг. 6 - то же, поясняющие возникновение погрешностей при ,работе известной системы.

Бесконтактная система зажигания содержит ротор 1, бесконтактный датчик 2, формирователь 3 сигналов, преобразователь 4 частоты, генератор

5 тактовых импульсов, схему 6 запре" та, элемент 7 совпадений, реверсивный счетчик 8, дешифратор 9, одновибратор

10, электронный выключатель 11,, ка", тушку. 12 зажигания, инвертор 13, компараторы- 14 и 15, делитель 16 часто" ты, элементы 17-20 совпадений, ревер"сивные счетчики 21 и 22 дешифратор

23 и синхронный триггер 24, ... Бесконтактныи датчик 2 подключен непосредственно к первому компаратору 15 и через инвертор 13 - к второму компаратору 14, выход которо" го подключен к вторым входам элементов 17 и 20 совпадений, а также к первому установочному входу синхронного триггера 24. Выход компаратора

15 подключен к вторым входам элементов 18 и 19 совпадений, а также - к второму установочному входу синхронного триггера 24. Выход элемента 17 совпадений подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 21, вы" читающий вход которого подключен к выходу элемента 18 совпадений ° Группа выходов реверсивного счетчика

21 подключена к первой rpynne входов дешифратора 23, Выход элемента

19 совпадений подключен к суммирую5 976123 6 щему входу реверсивного счетчика 22,:мирователя 3 сигналов будем рассматвычитающий вход которого подключен ривать сигнал, изображенный на фиг.Зб. к выходу элемента 20 совпадений. Груп- В формирователе 3 сигналов прямой па выходов реверсивного счетчика 22 и инвертированный сиЪ нал с датчика подключена к второй группе входов де- s подается на компараторы 14 и 15, на шифратора 23. Выход дешифратора 23 выходах которых появляются прямоугольподключен к синхронизирующему входу ные импульсы (r. 3r, д), На выхосинхронного триггера 24. Выход гене- де делителя 16 частоты частота имратора 5 тактовых импульсов подклю- пульсов будет в два раза меньше, чем чен к делителю 16 частоты, первому 1В частота импульсов f на. выходе генеравходу элемента 18 совпадений, перво- тора 5 тактовых импульсов. Импульс, му .входу элемента 20 совпадений, появившийся на выходе компаратора сигнальному:1входу схемы 6 запрета и 14, заполняется при помощи элемента через делитель 4 частоты - к второму 17 совпадений импульсами частотой входу элемента 7 совпадений. Выход >> f/2. Число импульсов, появившихся на синхронного триггера 24 подключен выходе элемента 17 совпадений, подсчи" к управляющему входу схемы б запре- тывается реверсивным счетчиком 21. та первому входу схемы 7 совпаде- Импульс, появившийся на выходе ком1 У ний установочному входу реверсивно- паратора 1.5„так же заполняется при

1 го счетчика 8 и управляющему входу 20 помощи элемента 19 совпадений импульдешифратора 9, Выход дешифратора 9 сами частотой 1=j2. Число импульсов, подключен через одновибратор 10 к появившихся на выходе элемента 19 входу электронного выключателя 11, совпадений, подсчитывается реверсиввыход которого подключен к входу ка- ным счетчиком 22. Таким образом в тушки 12 зажигания. 2 реверсивных счетчиках 21 и 22 хранятСистема зажигания работает следую- ся значения длительностей импульсов щим образом, на выходах компараторов 14 и 15.

Ротор 1 механически связан с ва- Одновременно импульс с выхода комлом двигателя внутреннего сгорания паратора 14 подается на вход. элемента и представляет собой, циск с вырезан- Зв 20 совпадений, позволяя тем самым

HblMH окнами. Окна вырезаны таким об» тактовым импульсам частотои t прохоразом, что размер окна соответствует дить на вычитающий вход реверсивномаксимальному углу опережения зажи- го счетчика 22, в котором содержится гания. Число окон соответствует чис- число импульсов, соответствующее лу цилиндров двигателя, В зоне окна у длительности импульса, появившегося датчик открыт, в противоположном слу- в предшествующий момент яа выходе комчае перекрыт ротором 1, Формирователь паратора 15.

3 сигналов непосредственно связан- Если длительность импульсов на вы) ный с датчиком 2 предназначен для ходах компараторов одинакова, и скоУ

1 не изменилась формирования импульсов длительностью, gp рость вращения ротора 1 не изме илась соответствующей времени перекрытия эа время между импульсами,. в момент датчика 2 ротором 1. времени, соответствующий середине им1 пульса на выходе компаратора 14, реНа фиг, 3а приведена кривая напря- версивный счетчик 22 обнулится и на жения на выходе фотодатчика, а на выходе дешифратора 23 появится имфиг, Зб - кривая напряжения на выхо- пульс (фиг Зк) . де индукционного датчика. Наиболее часто применяемые конструкции дат- Импульс, nîÿâèâö оявившийся на выходе комчиков таковы, что нахождение грани- .паратора 15 (Фиг ° 3 .э г Зг) поступает на цы окна ротора напротив середины вход элемента 18 с

18 совпадений, позволяя

SO ль са м частотой f npo хогеометрических размеров датчика со- тактовым импу вычитающий вход реверсивного .о тветствует середине переходного дить на выч щ тч ка 21 (фиг. 3е, и). При со люб процесса в датчике. Необходимо найти счетчика (Ф н пе ечисленных ранее условий, в .эту середину. Если на выходе фото- денни перечисл момент в емени, соответствующий седатчика поставить емкость, форма вы- моме р ине импульса, реверсивный счетходного напряжения будет соответст- редине им У чик 21 обнулится и на выходе дешифравовать напряжению на выходе индукцион- чик 2 у с (г. Зк). На ного датчика (фиг. Зб). Таким образом тора .появится импульс (фиг. Зк, . На в качестве входного сигнала для фор- выходе синхронного триггера 24 будут

7 97á12 формироваться импульсы, изображенные на фиг. Зл и 5в, На фиг. 4 представлена функцио нальная зависимость угла опережения зажигания р от числа оборотов двигателя и. На наклонном участке кривой справедливо соотношение

ПП

I3= l3mmaax x„«n" (1). и2 п1

re П„и п2 - числа оборотов, сортветствующие началу и концу наклонно" го участка (фиг, 4), Если импульс на одновибратор 10 поступает сразу с подходом окна, это соответствует максимальному углу опережения зажигания р„ <„. При чис«.ле оборотов, меньше п, сигнал на зажигание должен подаваться с не" 26 которой задержкой (фиг. 5) 5о * max -Р. (2)

Из выражений (1) и (2) следу г, что .30

Число импульсов Й, которое поступает на сумМирующий вход ревер сивного счетчика 8 за время поворо та ротора 1 на угол а (зона перекры» ,тия, фиг. 5г), определяется иэ вы35 ражения

«aL t o6 ) " 6 " бафииJ

< Ец),4 E IA), (4) где к - коэффициент пересчета преобразователя 4 частоты.

Число импульсов, поступивших на вычитающий вход реверсивного счетчи" ка 8 за время поворота ротора. 1 íà is угол (,ц, определяется из выраже" ния

Найдя и из выражения (4} и подставив его в выражение (5) получим, что ви о„ 8=- К М --x

rll2 re

3 8

Выберем коэффициент пересчета К преобразователя частоты 4 таким, чтобы выполнялось равенство

К. — 1- =1 . (Ч)

"еах о(, и>-и„

Из этого равенства следует, что

Введем...обоз качение - "-Х

Ь и —.и„

I где Х - константа, зашитая в дешифра" торе 9, Выражение (6) с учетом. выражений (7) и (9) перепишется таким образом

) ) = и „- или ) 1., - N = Х.

Выражение (10 ) реализует реверсивный счетчик ), Разрядность к реверсивного счетчика 8 определяется из выражения

Ьп

aL п„

На выходе дешифратора 9 появляется импульс: а) в момент, соответствующий приходу окна, если s этот момент содержимое реверсивного счетчика 8 меньше Х;

6) в момент, когда при обратном счете содержимое счетчика Х;. в) в момент окончания окна, если счетчик 8 переполнится при суммировании.

Одновибратор 10 вырабатывает импульс определенной длительности (фиг. 5д). На фиг, 5е представлена временная диаграмма тока в первичной обмотке катушки 12 зажигания. Можно применить одновибратор, управляемый дешифратором.

Частота f. генератора тактовых импульсов выбирается, исходя из требуемой точности установки угла опережения зажигания.

Бесконтактные системы зажигания не нашли широкого применения из-за трудности практической реализации вследствие больших требований к датчикам.

Рассмотрим наиболее легко реализуемую конструкцию: диаметр ротора

9 976123 10 порядка 70 мм, максимальный угол опережения зажигания 15, поперечный диаметра датчика 3 мм, В этом случае длительность переходного процесса в датчике (длительности фронтов) будет порядка 30/ по отношению к угловым размерам окон ротора.

В случае применения фотодатчиков основную погрешность вносит изменение интенсивности излучающего эле- 16 мента из-за его загрязнения. На фиг, ба представлены две кривые. Кривая 1 соответствует напряжению на выходе фотодатчика в исходном состоянии; кривая 2 - при загрязненных элементах. Как видно из фиг. ба, ошибка в установке угла опеоежения зажигания составляет ориентировочно 15 .

Примерно такого же порядка будет ошибка при применении индукционных датчиков (фиг. бб), В этом случае амплитуда выходных импульсов датчика сильно зависит от числа оборотов.

Вычисление середины переходного процесса в датчике позволяет значительно снизить требования к конструкции датчиков и ротора при заданной точности установки угла опереже- 39 ния зажигания.

Погрешность в установке угла опе- ,режения зажигания из-за изменения . скорости вращения за время между переходными процессами незначитель-. на и будет уменьшаться с увеличением числа цилиндров.

Таким образом, введение формирователя сигналов, состоящего из инвертора, двух компараторов, четырех блоков совпадений, двух реверсивных счетчиков, дешифратора и синхронного триггера, позволяет при данной конструкции ротора и датчика значительно повысить точность установФ ки угла опережения зажигания..Формула изобретения

1. Бесконтактная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащая ротор, бесконтактный датчик, генератор тактовых импульсов, преобразователь частоты, схему запрета, сигнальный вход которой подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу преобразователя частоты, элемент совпаде ний, подключенный вторым входом к выходу преобразователя частоты, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого подключен н выходу элемента совпадений, а вычитающий входк выходу схемы запрета, дешифратор, первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход подключен к установочному входу реверсивного счетчика, к управляющему входу схемы запрета и первому входу элемента совпадений, одновибратор, вход которого подключен к выходу дешифратоI5 ра, электронный выключатель, подключенный входом к выходу одновибратора, и катушку зажигания, вход которой подключен к выходу электронного выключателя, о т л и ч à Io щ а20 я с я тем, что; с целью повышения надежности в работе за счет увеличения точности установки угла опережения зажигания, в нее введен формирователь сигналов, соединенный первым

25 входом с выходом бесконтактного датчика, вторым входом - с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя сигналов подключен к управляющему входу схемы запрета.

2. Система по и„ 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что формирователь сигналов содержит инвертор и первый компаратор, входы которых соединены между собой и являются первым входом

35 формирователя сигналов, второй компаратор, подключенный входом к выхо-,,ду инвертора, делитель частоты, пер" вый, второй, третий и четвертый элеЮ менты совпадений, первый реверсивный счетчик, суммирующий вход которого подключен к выходу первого элемента совпадений, вычитающий вход - к выхо" ду второго элемента совпадений, вто45 рой реверсивный счетчик, подключенный суммирующим входом к выходу третьего элемента совпадений, вычитающим входом - к выходу четвертого элемента совпадений, дешифратор, соединенный первой группой входов с первым

50 реверсивным счетчиком, второй группой входов - с вторым реверсивным счетчиком, синхронный триггер, синхронный вход которого соединен с выходом дешифратора, выход которого является выходом формирователя сигналов, выход второго компаратора подключен м вторым входам первого и,четверто-, го элементов совпадений и первому

11 97б123 12

Ф установочному входу синхронного триг- го элементов, совпадений и является гера, выход первого компаратора под- вторым входом Формирователя сигналов. ключен к вторым входам второго и тре- Источники информацйи, тьего элементов совпадений, а также принятые во внимание при экспертизе. к второму установочному входу синх- . g 1, Глезер Г,Н., Опарин И.И, Авторонного триггера, выход делителя ча мобильные электронные системы зажистоты подключен к первым входам пер- гания. И., "Иао иностроение", 1977. ваго и третьего элементов совпаде- 2, Заявка ФРГ N 2362714, ний, вход делителя частоты соединен кл, F 02 Р /08, опублик. 14.10.76 с первыми входами второго и четверто- iO (прототип).

976123

1 1

Фиг. 6

О ираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного конитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Х-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 9

Филиал Ill П Патент, г. жгород, ул, Проектная

Составитель А.Борзиков

Уадактор Н.Джуган Техред М,Коатура Корректор А.Ференц