ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам автотракторного электрооборудования, предназначенным для поджига рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания.
Известны электронные коммутаторы систем зажигания, содержащие интегратор, компаратор, выходной блок, блок ограничения выходного тока (1,2, 3).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является электронный коммутатор бесконтактной системы зажигания, описанный в (2). В этом коммутаторе, как и в заявляемом, сигнал от датчика момента зажигания подается на вход интегратора, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен ко входу выходного блока, выход которого подключен к катушке зажигания. На второй вход компаратора подано фиксированное опорное напряжение.
Общей задачей электронных коммутаторов с нормированием времени протекания тока в катушке зажигания является определение момента начала протекания тока по первичной цепи катушки зажигания таким образом, чтобы к моменту искрообразования, определяемому датчиком момента зажигания, линейно нарастающий ток в первичной цепи катушки зажигания достигал заданного значения при любых режимах работы двигателя и в условиях воздействия дестабилизирующих факторов. В описанном (2) техническом решении момент начала накопления энергии в катушке зажигания зависит от фиксированных параметров интегратора и компаратора (значений опорных напряжений, постоянных времени и т.п.). Таким образом, время протекания тока по первичной цепи фиксированно и не зависит от воздействия внешних дестабилизирующих факторов - изменения напряжения бортовой сети, технологического разброса па
раметров катушек зажигания, сопротивления соединительных проводов и т.п. При воздействии этих факторов время накопления энергии в катушке зажигания, определяемое коммутатором, может оказаться неоптимальным, что может привести к нарушению процесса искрообразования и ухудшению тепловых режимов коммутатора и самой катушки зажигания, что снижает надежность всей системы зажигания.
Заявляемая полезная модель направлена на повышение надежности электронного коммутатора и системы зажигания в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в структуру электронного коммутатора системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащую первый интегратор, вход которого предназначен для подключения к выходу датчика момента зажигания, компаратор, первый вход которого подключен к выходу первого интегратора, выходной блок, первый вход которого подключен к выходу компаратора, а первый выход предназначен для подключения к катушке зажигания, датчик тока, вход которого подключен ко второму выходу выходного блока, а первый выход - ко второму входу выходного блока, дополнительно введен второй интегратор, вход которого подключен ко второму выходу датчика тока, а выход - ко второму входу компаратора.
На фиг. 1 представлена схема электронного коммутатора системы зажигания двигателя внутреннего сгорания. На фиг.2 приведены эпюры, отображающие напряжение на его контрольных точках, отмеченных на фиг. 1, а также эпюра тока в цепи катушки зажигания.
Схема электронного коммутатора содержит первый интегратор 1, выход которого подключен к первому входу компаратора 2, а вход предназначен для подключения датчика момента зажигания. Выход компаратора 2 подключен к первому входу выходного блока 3, первый выход которого предназначен для подключения катушки зажигания. Второй выход выходного блока 3 подключен ко входу датчика тока 4, который первым своим выходом подключен ко второму входу выходного блока 3. Второй выход датчика тока 4 подключен ко входу второго интегратора 5, выход которого подключен ко второму входу компаратора 2.
Устройство работает следующим образом. Датчик момента зажигания формирует периодическую последовательность импульсов напряжения высокого и низкого уровня, поступающую на вход интегратора 1 (фиг.2,а). С момента появления на выходе датчика момента зажигания высокого уровня напряжения на выходе интегратора 1 начинает формироваться линейно или экспоненциально нарастающее напряжение. Нроцесс нарастания продолжается до появления на входе интегратора 1 напряжения низкого уровня, который производит сброс выходного напряжения интегратора 1 до нуля. Этот процесс повторяется с периодичностью входного сигнала (фиг.2,6). Далее сформированные интеграто
ром 1 импульсы напряжения подаются на первый вход компаратора 2, где они сравниваются по амплитуде с уровнем напряжения на втором входе компаратора 2 (уровень Uon на фиг.2,6). При превышении этого уровня на выходе компаратора 2 появляется сигнал высокого уровня, поступающий на первый вход выходного блока 3 (фиг.2,в). Этот сигнал приводит к открыванию коммутирующего элемента выходного блока 3, вследствие чего через катущку зажигания начинает протекать ток. В качестве коммутирующего элемента выходного блока 3 может быть применен транзистор. Начало процесса протекания тока через катущку зажигания, а, следовательно, и процесса накопления в ней энергии, совпадает с моментом достижения нарастающим выходным напряжением интегратора 1 уровня напряжения на втором входе компаратора 2, а окончание процесса протекания тока, а, следовательно, и момент искрообразования, совпадает по времени с моментом перехода напряжения датчика момента зажигания с высокого уровня на низкий. Вследствие наличия в сопротивлении первичной цепи катущки зажигания индуктивной составляющей, протекание тока в ней представляет собой линейно нарастающий процесс (фиг.2,г). Второй выход выходного блока 3 подключен ко входу датчика тока 4, который на своих выходах формирует сигналы в момент достижения током через катущку зажигания заданного максимального значения (фиг.2,д). Этот сигнал воздействует на выходной блок 3 и ограничивает нарастание выходного тока через катущку зажигания не выще максимально заданного значения. Этот процесс продолжается до начала формирования датчиком момента зажигания сигнала низкого уровня. Обычно процесс ограничения тока через коммутирующий транзистор осуществляют путем его частичного закрывания, что приводит к резкому увеличению выделяемой им тепловой энергии. С целью уменьщения времени работы коммутирующего транзистора в режиме ограничения протекающего через него тока, время накопления энергии в катущке зажигания должно быть минимальным, но достаточным для достижения протекающим через катущку током максимально заданного значения, чтобы обеспечить достаточную энергию искрообразования. С этой целью сигнал с выхода датчика тока 4 подается на второй интегратор 5. Если ток в катущке зажигания достиг максимально заданного значения, то высокий уровень выходного сигнала с датчика тока 4 (фиг.2,д) приводит к возрастанию напряжения на выходе второго интегратора 5, следовательно и напряжение на втором входе компаратора 2 возрастает. Это приводит к тому, что в следующем цикле работы устройства момент начала протекания тока через катушку зажигания наступит позже и сократится время пребывания коммутирующего транзистора выходного блока 3 в режиме ограничения тока. Этот процесс будет продолжаться, пока время ограничения тока не станет минимальным. Если же вследствие повышения частоты вращения двигателя или уменьщения напряжения бортовой сети или других дестабилизирующих
факторов ток в катушке зажигания не успеет достичь максимально заданного значения, сигнал на выходах датчика тока 4 не появится и напряжение на выходе интегратора 5 уменьшится вследствие наличия в нем внутренних разрядных цепей. Это приведет к тому, что начало накопления энергии в катушке зажигания будет более ранним, что обусловит большее значение тока в момент искроообразования.
Электронный коммутатор может быть дополнен блоком отключения в режиме покоя, исключающим протекание тока через катушку зажигания при остановленном двигателе.
Описанная выше схема представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования, в которой регулируемым параметром является время протекания тока через катушку зажигания , а регулирующим параметром является величина тока в первичной цепи катушки зажигания. Устройство позволяет стабильно поддерживать энергию искрообразования в широком диапазоне воздействия дестабилизирующих факторов, так как сигнал обратной связи с выхода датчика тока содержит информацию о величине тока в катушке зажигания и времени нахождения коммутирующего транзистора в режиме ограничения тока, вследствие чего происходит воздействие на эти параметры.
Таким образом, введение второго интегратора, подключенного входом к выходу датчика тока, а выходом - ко второму входу компаратора выгодно отличает заявляемое устройство от прототипа, так как позволяет существенно повысить его надежность за счет снижения выделения тепла элементами коммутатора.
Лабораторные и эксплуатационные испытания , проведенные предприятием - производителем автотракторного оборудования подтвердили высокую эффективность предложенного технического решения.
Источники информации.
1.Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 1989, стр. 176, рис. 3. 61.
2.Электрооборудование автомобилей. Справочник. М.: Транспорт, 1993, стр. 67, рис. 4.5.
3.Электронное управление автомобильными двигателями. М.: Машиностроение, 1994.