УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МНОГОИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
CONTROL DEVICE OF MULTISPARK IGNITION IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND CORRESPONDING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, с одной стороны, к устройству для регулирования многоискрового зажигания в двигателе внутреннего сгорания, охарактеризованному признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а с другой стороны, к соответствующему способу регулирования многоискрового зажигания в двигателе внутреннего сгорания, охарактеризованному признаками ограничительной части пункта 14 формулы изобретения.
Уровень техники
Устройство и способ регулирования многоискрового зажигания в двигателе внутреннего сгорания общеизвестны. Для того чтобы во всех рабочих точках характеристики двигателя внутреннего сгорания гарантировать надежное воспламенение смеси топлива и воздуха, в некоторых режимах, например в фазе пуска двигателя, повторным включением трансформатора зажигания сразу после погасания одной воспламеняющей искры в том самом же цикле зажигания с помощью искровой свечи зажигания генерируют дополнительные воспламеняющие искры в смысле многократного зажигания (англ.: Multispark Mode). Управление многократным зажиганием осуществляется с помощью блока управления.
Кроме того, известны усовершенствования, направленные на улучшение многоискрового режима зажигания. При этом первичную индуктивность, находящуюся в цепи первичного тока трансформатора, дозаряжают еще до погасания воспламеняющей искры. Ввиду наличия в трансформаторе зажигания еще сохраняющейся остаточной энергии время дозаряда первичной индуктивности значительно сокращается. В этой связи можно извлечь пользу из того эффекта, что преобразование значительной части создаваемой трансформатором энергии искры происходит в начале горения каждой воспламеняющей искры, т.е. когда ток зажигания наивысший, после чего он почти линейно убывает. Следовательно, во время одного цикла зажигания таким образом можно генерировать несколько воспламеняющих искр малой длительности, но сравнительно высокой энергии. При этом блок управления задает лишь общую продолжительность многоискрового зажигания, тогда как регулирование процесса многоискрового зажигания, т.е. серии следующих друг за другом воспламеняющих искр, выполняется электронным регулятором. Как правило, электронный регулятор расположен в общем корпусе с трансформатором зажигания.
Обычно в электронный регулятор зажигания закладываются фиксированные пороговые значения для первичного тока и для вторичного тока, при которых происходит выключение или повторное включение трансформатора зажигания. Однако существует ряд влияющих на зажигание факторов, например состав топливовоздушной смеси, старение свечей зажигания и т.п., которые при фиксированных пороговых значениях затрудняют оптимальное управление работой двигателя внутреннего сгорания.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое в изобретении устройство для регулирования многоискрового зажигания в двигателе внутреннего сгорания, охарактеризованное в пункте 1 формулы изобретения, обеспечивает то преимущество перед рассмотренным выше подходом, что в зависимости от рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания может выполняться индивидуальная установка пороговых значений, прежде всего токовых порогов, для первичного тока и/или для вторичного тока. При этом осуществляется программирование по меньшей мере одного токового порога. Соответственно, индивидуальная установка токовых порогов делает возможным ориентированную на потребность установку порогов сопровождающего тока многоискрового зажигания в каждом отдельном цикле зажигания, или в каждом рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания.
Таким образом, при помощи индивидуальной установки токовых порогов и связанной с ней ориентированной на потребность установки порогов сопровождающего тока многоискрового зажигания при зажигании можно также учитывать такие затрудняющие оптимальное управление работой двигателя внутреннего сгорания факторы, как состав смеси, старение свечей зажигания и другие, и компенсировать их влияние. Иначе говоря, подвод энергии воспламенения к свече зажигания можно оптимально адаптировать к нуждам соответствующего режима работы (рабочего состояния) и нагрузки двигателя внутреннего сгорания.
В конечном итоге, настоящее изобретение, помимо улучшения воспламенения топлива, также обеспечивает более надежную работу двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, улучшение воспламенения топлива положительно сказывается, с одной стороны, на расходе топлива двигателем внутреннего сгорания, а с другой стороны - на отдаче мощности двигателем внутреннего сгорания. Вышесказанное в равной мере относится к способу регулирования многоискрового зажигания двигателя внутреннего сгорания, охарактеризованному в пункте 14 формулы изобретения.
Целесообразные варианты осуществления изобретения, в особенности касающиеся программирования порогов, характеризуются признаками зависимых пунктов формулы изобретения.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения в зависимости от регистрируемого средством регистрации, или измеряемого, тока трансформатора, прежде всего первичного тока и/или вторичного тока может осуществляться установка по меньшей мере одного токового порога. При этом посредством блока управления может осуществляться индивидуальная установка порогов в том смысле, что эти пороги приводятся в соответствие с заложенными в блок управления оптимальными порогами, известными для каждого рабочего состояния. В конечном счете это обеспечивает возможность многоискрового зажигания, в частности с использованием установленных порогов.
В целесообразном варианте осуществления изобретения передача заданного значения для порога сопровождающего тока может осуществляться из блока управления в электронный регулятор трансформатора зажигания посредством кодированного временного интервала между первым управляющим сигналом, выдаваемым блоком управления, и вторым управляющим сигналом, выдаваемым блоком управления. Посредством кодирования этого временного интервала, или времени паузы между двумя управляющими сигналами блока управления, можно передавать предназначенную для трансформатора зажигания информацию о токовом пороге, которые необходимо предусмотреть.
В еще одном целесообразном варианте осуществления изобретения посредством длительности временного интервала осуществляется передача заданного значения порога сопровождающего тока, прежде всего порога отключения вторичного тока. Длительность временного интервала, или время паузы между двумя управляющими сигналами блока управления, представляет собой существующий в любом случае промежуток между сигналами, который путем целенаправленного и упорядоченного изменения можно использовать для соотнесения значений. Так, например, временному интервалу, равному 30 мкс, можно поставить в соответствие порог отключения вторичного тока, равный 70 мА, или временному интервалу (паузе), равному 160 мкс, можно поставить в соответствие порог отключения вторичного тока, равный 40 мА.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанное заданное значение может передаваться посредством длительности временного интервала в комбинации с другим заданным значением, основанным на дополнительном токовом пороге и предназначенным для соответствующего порога сопровождающего тока, прежде всего порога отключения первичного тока. При этом достигается синергетический эффект, заключающийся в том, что посредством одного лишь параметра, а именно временного интервала, можно передавать комбинацию значений, которые относятся как к порогу отключения вторичного тока, так и к порогу отключения первичного тока.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения передача указанного заданного значения посредством длительности временного интервала может осуществляться с использованием разности значений токовых порогов. Иначе говоря, посредством паузы между импульсами в этом варианте передается разностное (дифференциальное) значение, или дельта, которое, например, при длинной паузе между импульсами понижает соответствующий токовый порог на 10 мА. При короткой же паузе между импульсами соответствующий токовый порог можно с помощью указанной дельты повысить, например, на 10 мА. Также можно предусмотреть вариант, в котором пауза между импульсами средней продолжительности не вызывает изменения соответствующего токового порога.
В целесообразном варианте осуществления изобретения между блоком управления и трансформатором зажигания может быть предусмотрен двунаправленный интерфейс, прежде всего предназначенный для передачи времени горения искры. При этом путем переключения управляющего тока может осуществляться обратная передача данных трансформатора зажигания. Например, в течение времени горения искры управляющий ток может соответствовать значению 20 мА, а в течение фазы заряда - значению 10 мА. В этом случае блок управления способен по указанному току определять время горения искры и в зависимости от требуемого времени горения искры повышать порог вторичного тока или понижать его. В конечном счете, это позволяет избежать ошибочной интерпретации имеющихся пауз между импульсами, особенно при передаче разностей значений токовых порогов. Кроме того, это гарантирует постоянное соответствие данных в блоке управления и в трансформаторе зажигания, исключая перенос ошибки или сбоя в каждый последующий цикл зажигания.
В еще одном целесообразном варианте осуществления изобретения передача указанного заданного значения и/или другого заданного значения может осуществляться посредством длительности временного интервала на основании протокола, включающего в себя значения токовых порогов. При этом такой протокол содержит правила, устанавливающие формат, содержание, значение и последовательность данных, передаваемых между различными инстанциями, в частности между электронным регулятором, находящимся в трансформаторе зажигания, и самим трансформатором зажигания или между блоком управления и электронным регулятором трансформатора зажигания.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения для установки по меньшей мере одного токового порога, прежде всего порога отключения первичного тока, может быть предусмотрена регистрация значения амплитуды первого импульса первичного тока. Соответственно этому варианту для установки, или программирования, порога первичного тока используется амплитуда первого импульса первичного тока. При этом значение амплитуды первого импульса соответствует токовому порогу для всех последующих импульсов. В другом варианте токовый порог может увеличиваться или уменьшаться умножением на жестко заданный коэффициент.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения во время регистрации значения амплитуды первого импульса первичного тока, используемого для установки порога отключения первичного тока, посредством длительности временного интервала может осуществляться передача заданного значения порога отключения вторичного тока. При этом значение амплитуды используется в качестве уставки для всех других порогов отключения первичного тока, и одновременно, посредством паузы между импульсами, передается пороговое значение вторичного тока.
Целесообразен также вариант осуществления изобретения, в котором амплитудой, или значением амплитуды, первого импульса первичного тока передается комбинация значений порога отключения вторичного тока и порога отключения первичного тока. В этом случае значение амплитуды определяет жестко заданную комбинацию значений, причем пауза между импульсами не учитывается. Например, амплитуде 15 А может быть поставлена в соответствие комбинация значений 15 А для порога отключения первичного тока и 40 мА для порога отключения вторичного тока. Далее, при амплитуде 16 А порог отключения для первичного тока может быть установлен на 16 А, а порог отключения для вторичного тока - на 50 мА. При пороге отключения 17 А для первичного тока и пороге отключения 60 мА для вторичного тока амплитуда может иметь значение 17 А.
В целесообразном варианте осуществления изобретения блок управления может устанавливать длительность временного интервала в зависимости от рабочего состояния (режима) двигателя внутреннего сгорания, причем в конце временного интервала может осуществляться измерение и сохранение в памяти мгновенного значения вторичного тока, которое служит в качестве заданного значения относящегося к нему порога сопровождающего тока, прежде всего порогов вторичного тока, что представляет собой другую альтернативу вышеназванным методам установки заданных значений.
В еще одном целесообразном варианте осуществления изобретения передача указанного заданного значения и/или другого заданного значения может осуществляться посредством длительности второго управляющего сигнала на основании протокола, включающего в себя значения токовых порогов, или с помощью информационного сигнала, включающего в себя значения токовых порогов, прежде всего широтно-импульсно-модулированного информационного сигнала. При этом для передачи соответствующей информации во время многоискровой фазы должен быть предусмотрен протокол, подходящий для однопроводных интерфейсов, или же соответствующий широтно-импульсно-модулированный сигнал. Во избежание нежелательного включения или отключения трансформатора зажигания вследствие передачи информации в предпочтительном варианте можно использовать очень короткие импульсы, которые для стандартного функционирования системы можно отфильтровывать. Для этого случая посланные данные обрабатываются только в следующем цикле зажигания.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения, а также целесообразные варианты его осуществления, раскрытые признаками формулы изобретения, ниже рассматриваются более подробно со ссылкой на чертежи, причем приведенное ниже описание не ограничивает возможностей осуществления изобретения, которые допускают любые варианты, изменения и эквиваленты, охватываемые формулой изобретения. На чертежах показано:
на фиг.1 - диаграмма с характеристикой изменений управляющего сигнала, в частности характеристикой изменения управляющего напряжения, а также характеристикой изменения первичного тока и характеристикой изменения вторичного тока, на которой установка порога отключения вторичного тока осуществляется посредством короткой паузы между импульсами,
на фиг.2 - еще одна диаграмма с характеристикой изменений управляющего сигнала, в частности характеристикой изменения управляющего напряжения, а также характеристикой изменения первичного тока и характеристикой изменения вторичного тока, на которой установка порога отключения вторичного тока осуществляется посредством длинной паузы между импульсами,
на фиг.3 - диаграмма с характеристикой изменений управляющего сигнала, в частности характеристикой изменения управляющего напряжения, характеристикой изменения управляющего тока, а также характеристикой изменения первичного тока и характеристикой изменения вторичного тока, на которой электронным регулятором трансформатора зажигания осуществляется изменение управляющего тока в зависимости от рабочего состояния трансформатора (при заряде = 20 мА, при разряде (воспламеняющая искра) = 10 мА);
на фиг.4 - диаграмма с характеристикой изменений управляющего сигнала, в частности характеристикой изменения управляющего напряжения, а также характеристикой изменения первичного тока и характеристикой изменения вторичного тока, на которой установка порога отключения первичного тока и порога отключения вторичного тока осуществляется, в частности, на основании пары значений порогов отключения, посредством короткой паузы между импульсами,
на фиг.5 - еще одна диаграмма с характеристикой изменений управляющего сигнала, в частности характеристикой изменения управляющего напряжения, а также характеристикой изменения первичного тока и характеристикой изменения вторичного тока, на которой установка порога отключения первичного тока и порога отключения вторичного тока осуществляется, в частности, на основании пары значений порогов отключения, посредством длинной паузы между импульсами, и
на фиг.6 - диаграмма с характеристикой изменений управляющего сигнала, в частности характеристикой изменения управляющего напряжения, а также характеристикой изменения первичного тока и характеристикой изменения вторичного тока, на которой передача информации для установки порогов токов отключения осуществляется во время многоискровой фазы.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана диаграмма 10, представляющая характеристики изменения управляющего напряжения 11, первичного тока 12 и вторичного тока 13. Обычно в системе многоискрового зажигания рассматриваемого типа блок управления при использовании однопроводного интерфейса посылает в одном цикле зажигания первый импульс 14 и второй импульс 15. Первый импульс 14 соответствует импульсу обычной транзисторной системы зажигания, причем блок управления задает как время заряда, так и момент зажигания. Второй импульс 15 задает длительность многоискровой фазы. Между двумя импульсами 14, 15 - которые также называются управляющими сигналами - имеется пауза 16, или временной интервал, которая согласно фиг.1 является относительно короткой и служит для программирования по меньшей мере одного токового порога. Если кодировать продолжительность паузы 16 между двумя импульсами 14, 15, посылаемыми блоком управления, то посредством паузы 16 между импульсами можно передавать трансформатору зажигания, прежде всего катушке зажигания, данные, или значения параметров, например значения порога 17 вторичного тока. При этом кодирование может осуществляться в различных вариантах.
Согласно фиг.1 посредством длительности, или длины, паузы 16 между импульсами осуществляется передача значений порога 17 отключения вторичного тока. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения пауза 16 между импульсами имеет значение 10 мкс и соответствует порогу 17 отключения вторичного тока 80 мА, что означает высокий ток отключения. Помимо порога 17 отключения вторичного тока задан порог 18 отключения первичного тока. В других парах значений пауза 16 между импульсами имеет значения 30 мкс, 60 мкс, 100 мкс или 160 мкс, а порог 17 отключения вторичного тока определен, соответственно, значениями 70 мА, 60 мА, 50 мА или 40 мА. Согласно фиг.2 с представленной на ней диаграмме 20 порог 17 отключения вторичного тока с последним из указанных значений - 40 мА соответствует паузе 16 между импульсами, составляющей 160 мкс, что характеризует низкий ток отключения при сравнительно длительной паузе между импульсами. В остальном диаграмма на фиг.2 соответствует диаграмме на фиг.1 и также содержит характеристики изменения управляющего сигнала 11, первичного тока 12 с соответствующим порогом 18 отключения первичного тока, а также характеристику изменения вторичного тока 13.
На фиг.3 показана диаграмма 30, представляющая характеристики изменения управляющего напряжения 11 и управляющего тока 19, а также характеристики изменения первичного тока 12 и вторичного тока 13. При этом посредством паузы 16 между импульсами передается разность значений токовых порогов, или разностное значение (дельта). Длительная пауза между импульсами означает в этой связи снижение токового порога на 10 мА. Короткая пауза между импульсами вызывает повышение токового порога на 10 мА. Средняя по длительности пауза между импульсами не влечет за собой никаких изменений. Во избежание ошибочной интерпретации имеющихся пауз между импульсами, в частности при передаче значений разности токовых порогов, между блоком управления и трансформатором зажигания может быть предусмотрен двунаправленный интерфейс. При этом путем переключения управляющего тока может осуществляться обратная передача данных трансформатора зажигания. Например, в течение времени горения искры управляющий ток 19 может соответствовать значению 21, равному 20 мА, а в фазе заряда - иному значению 22, равному 10 мА. В этом случае блок управления способен по указанному току определять время горения искры и в зависимости от требуемого времени горения искры повышать порог вторичного тока или понижать его. Это обеспечивает постоянное соответствие данных в блоке управления и в трансформаторе зажигания, исключая перенос ошибки или сбоя в каждый последующий цикл зажигания.
На фиг.4 показана диаграмма 40, представляющая характеристики изменения управляющего напряжения 11, первичного тока 12 и вторичного тока 13. При этом посредством длины паузы 16 между импульсами передается комбинация значений порога 17 отключения вторичного тока и порога 18 отключения первичного тока. В этом случае длительность паузы 16 между импульсами, составляющая 160 мкс, соответствует значению 50 мА для порога 17 отключения вторичного тока и значению 17 А для порога 18 отключения первичного тока. Согласно фиг.5, представленная на которой диаграмма 50 также содержит характеристики изменения управляющего сигнала 11, первичного тока 12 и вторичного тока 13, длительность паузы между импульсами составляет 100 мкс, в результате чего для порога 17 отключения вторичного тока установлено значение 50 мА, а для порога 18 отключения первичного тока - значение 15 А. Другие соответствия характеризуются отношением токовых порогов 70 мА к 17 А для паузы между импульсами, составляющей 60 мкс, а при паузе между импульсами, составляющей 30 мкс, отношение токовых порогов составляет 70 мА для порога 17 отключения вторичного тока к 15 А для порога 18 отключения первичного тока.
На фиг.6 приведена диаграмма 60, содержащая характеристики изменения управляющего напряжения 11, первичного тока 12 и вторичного тока 13. При этом передача информации о токовых порогах происходит во время многоискровой фазы, т.е. во время второго импульса 15. Для передачи данных и значений может использоваться протокол, подходящий для однопроводных интерфейсов. При этом основанием для программирования токовых порогов является многоискровая фаза, т.е. характеристика изменения сигналов в ней. В качестве альтернативы для этого также может применяться широтно-импульсно-модулированный сигнал. Во избежание нежелательного включения или отключения трансформатора зажигания вследствие передачи информации во время многоискровой фазы, предпочтительно использовать очень короткие импульсы 15.1-15.4, которые для стандартного функционирования системы можно отфильтровывать. Для этого случая посланные данные обрабатываются только в следующем цикле зажигания, поскольку многоискровая фаза, т.е. задающий ее сигнал сам служит носителем информации.