транзисторный коммутатор для системы зажигания двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Транзисторный коммутатор для системы зажигания с несколькими катушками зажигания, содержащий схему импульсной стабилизации тока в первичных обмотках катушек, к которой подсоединен регулирующий ключ, и схему формирования импульсов высокого напряжения, к которой подсоединены прерывающие ключи, причем в цепь питания каждой из первичных обмоток включены регулирующий и прерывающий ключи, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним дополнительным регулирующим ключом, подсоединенным к схеме стабилизации, а каждый из прерывающих ключей включен в цепь питания по меньшей мере двух первичных обмоток, подключенных к разным регулирующим ключам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронному оборудованию многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на транспортных средствах.

В традиционной системе зажигания с накоплением энергии в индуктивности ток через первичную обмотку катушки зажигания возрастает по экспоненциальному закону. Величина напряжения, генерируемого во вторичной обмотке, пропорциональна величине тока разрыва (то есть тока через первичную обмотку в момент искрообразования). Одним из недостатков такой системы является то, что с увеличением частоты вращения двигателя величина тока разрыва уменьшается, так как уменьшается время подключения первичной обмотки к источнику питания. Кроме того, величина тока через первичную обмотку катушки зажигания зависит от напряжения источника питания, что приводит к снижению мощности искровых разрядов при пуске двигателя, когда источником питания является аккумуляторная батарея.

Из уровня техники известна электронная система зажигания с несколькими катушками зажигания, в которых ток разрыва стабилизируется на требуемом уровне с помощью коммутатора, выходные транзисторные ключи которого работают в активном режиме (см. патент США N 4949697, кл. F 02 P 3/05, 1990). Основной недостаток коммутатора заключается в том, что в процессе стабилизации тока в его выходных ключах выделяется большая мощность. Это ограничивает возможность использования данного коммутатора в системах зажигания многоцилиндровых двигателей с большим количеством катушек зажигания.

Известна также система зажигания с несколькими катушками зажигания и с транзисторным коммутатором, содержащим схему импульсной стабилизации тока в первичных обмотках катушек, и схему формирования импульсов высокого напряжения с выходными прерывающими ключами, количество которых равно количеству катушек зажигания (см. патент РФ N 2067210, кл. F 02 P 3/05, 1996). Такая схема позволяет сделать коммутатор более экономичным и надежным в работе. Недостатком коммутатора является большое количество прерывающих ключей (например, в системе зажигания, содержащей восемь катушек зажигания, данных ключей также должно быть восемь). Кроме того, в системе зажигания многоцилиндрового двигателя с индивидуальными катушками зажигания для каждого цилиндра на больших частотах вращения схема импульсной стабилизации с одним выходным ключом не может обеспечить поддержание тока во всех первичных обмотках на требуемом уровне.

Задачей изобретения является адаптация коммутатора к использованию в системах зажигания многоцилиндровых двигателей с несколькими катушками зажигания.

Поставленная задача решается путем того, что транзисторный коммутатор для системы зажигания с несколькими катушками зажигания, содержащий схему импульсной стабилизации тока в первичных обмотках катушек, к которой подсоединен регулирующий ключ, и схему формирования импульсов высокого напряжения, к которой подсоединены прерывающие ключи, причем в цепь питания каждой из первичных обмоток включены регулирующий и прерывающий ключ, снабжен по меньшей мере одним дополнительным регулирующим ключом, подсоединенным к схеме стабилизации, а каждый из прерывающих ключей включен в цепь питания по меньшей мере двух первичных обмоток, подключенных к разным регулирующим ключам.

Отличительные признаки изобретения позволяют выполнять коммутатор с количеством прерывающих ключей, в два раза меньшим количества катушек зажигания. Коммутатор является простым, надежным в работе и обеспечивает поддержание тока разрыва на требуемом уровне практически при любом количестве катушек зажигания на всех частотах вращения двигателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема транзисторного коммутатора, включенного в систему зажигания четырехцилиндрового двигателя с индивидуальными для каждого цилиндра катушками зажигания. Аналогичной будет схема коммутатора для восьмицилиндрового двигателя с четырьмя двухвыводными катушками. Возможно также использование изобретения для изготовления коммутатора, работающего на большее количество катушек зажигания: шесть, восемь, двенадцать. Количество прерывающих ключей в коммутаторе при этом будет равно соответственно двум, четырем, шести.

На фиг. 2 и 3 представлены временные диаграммы напряжений в различных точках: схемы при двух различных вариантах работы ее ключей.

Коммутатор, изображенный на фиг. 1, содержит схему 1 импульсной стабилизации тока в первичных обмотках 2-5 катушек зажигания, к выходу которой подсоединены регулирующие транзисторные ключи 6 и 7, и схему 8 формирования импульсов высокого напряжения, к выходам которой подсоединены прерывающие транзисторные ключи 9 и 10. Каждый из прерывающих ключей включен в цепь питания двух первичных обмоток, подключенных к разным регулирующим ключам. Например, прерывающий ключ 9 включен в цепь питания обмоток 2 и 4, при этом обмотка 2 подключена к регулирующему ключу 6, а обмотка 4 - к регулирующему ключу 7. Коммутатор также содержит датчик тока 11, выполненный в виде измерительного сопротивления, подключенного к схеме 1, накопительный конденсатор 12, высокочастотные гасящие диоды 13, 14, один из которых шунтирует коллекторную цепь транзистора 6, а другой - коллекторную цепь транзистора 7. К коллектору транзистора 6 подключены обмотки 2 и 3, а к коллектору транзистора 7 - обмотки 4 и 5. К прерывающему ключу 9 через разделительные диоды 15 и 16 подключены соответственно обмотки 2 и 4, а к прерывающему ключу 10, через разделительные диоды 17 и 18 - обмотки 3 и 5.

Схема 1 содержит импульсный стабилизатор тока 19, выход которого через логические схемы 20, 21 соединен с входами управления регулирующих ключей 6, 7. Схема 8 содержит усилительные каскады 22 и 23, формирующие импульсы включения и отключения прерывающих транзисторов 9 и 10, делитель частоты (счетчик) 24 и инвертор 25. На вход 26 коммутатора подается напряжение питания, а на входы 27 и 28 - сигналы с микропроцессорного блока управления (не показан). Первичные обмотки катушек зажигания подключаются к выходам 29-34 коммутатора.

Коммутатор работает следующим образом.

На один вход счетчика 24 с микропроцессорного блока поступают установочные импульсы "A", а на другой - меандр "B" с периодом, равным 90 угловых градусов поворота коленчатого вала. Частота меандра пропорциональна частоте вращения двигателя. На первом выходе счетчика формируется последовательность импульсов "C", частота которых в два раза меньше частоты импульсов "B".

В соответствии с первым вариантом работы ключей схемы (фиг.2) на усилительные каскады 22 и 23 поступают инвертированные относительно друг друга импульсы "C" и "D". На втором выходе счетчика 24 формируется сигнал "Е", частота которого в четыре раза меньше частоты импульсной последовательности "В". Сигнал "Е" подается на входы логических схем 20 и 21. При нулевом уровне напряжения "Е" сигнал с выхода стабилизатора 19 через схему 20 поступает на вход управления регулирующего ключа 6. Ключ 7 при этом закрыт. При единичном уровне напряжения "Е" сигнал с выхода стабилизатора 19 через схему 21 поступает на вход ключа 7, а ключ 6 - закрывается. То есть ключи 6 и 7, а также ключи 9 и 10 не работают одновременно.

Возможен также режим (фиг. 2), при котором ключи 6 и 7 в течение времени, равного половине периода импульсной последовательности "В", работают одновременно. При этом с разных выходов счетчика 24 на усилительные каскады 22 и 23 подаются смещенные относительно друг друга импульсы "C" и "D". Инвертор 25 в этом случае может быть исключен из схемы. Регулирующие ключи 6 и 7 также могут работать одновременно. Для этого схему 1 выполняют в виде двух независимых стабилизаторов, выход одного из которых подключен к регулирующему ключу 6, а другого - к ключу 7 (не показано). При этом коммутатор должен быть снабжен двумя датчиками тока, один из которых включен в эмиттерную цепь ключа 6, а другой - в эмиттерную цепь ключа 7.

В период накопления энергии в одной из катушек зажигания, например, в катушке с первичной обмоткой 2, ключи 6 и 9 открыты, конденсатор 12 разряжается на обмотку 2 и ток через нее увеличивается. При достижении током величины I_max схема 1 запирает транзистор 6, отключая обмотку 2 от конденсатора 12. Однако это не приводит к возникновению искры, так как ключ 9 остается открытым и ток продолжает протекать в замкнутой цепи, состоящей из обмотки 2, ключа 9 и высокочастотного диода 13. Через некоторое время ток через первичную обмотку 2 снижается до I_min и схема 19 повторно включает ключ 6. Таким образом, через первичную обмотку 2 поддерживается среднее значение тока, соответствующее количеству энергии, необходимому для создания искры, надежно воспламеняющей рабочую смесь.

При запирании ключа 9 ток через первичную обмотку 2 резко уменьшается до нуля, что обеспечивает генерирование во вторичной обмотке (не показана) катушки зажигания высокого напряжения и возникновение искры в соответствующей свече зажигания. Далее открывается ключ 10, и аналогичный процесс происходит в катушке зажигания с первичной обмоткой 3. Затем регулирующий ключ 6 закрывается, а ключ 7 - открывается, и процесс формирования импульсов высокого напряжения происходит в катушках зажигания с обмотками 4 и 5.