RU2208179C2

RU2208179C2 - Electronic ignition system

Info

Publication number: RU2208179C2
Application number: RU2001105580/06A
Authority: RU
Inventors: М.Ю. Балабин; В.Н. Фарченков; В.Е. Меньшов; М.П. Поджилков; А.И. Цой
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью АБЭП
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: internal combustion engines. SUBSTANCE: invention relates to ignition systems of internal combustion engines, particularly, to noncontact ignition systems operating complete with magnetoelectric engine shaft position pickups. Proposed electronic ignition system contains magnetoelectric shaft position pickup of internal combustion engine, accumulation time unit, current limiting unit and power switch whose first outlet is connected with inlet of current limiting unit and second outlet is connected to primary winding of ignition coil. System is furnished additionally with half-period pulse shaper. Outlet of shaft position pickup is connected with inlet of current limiting unit and inlet of half-period pulse shaper, outlet of half-period pulse shaper is connected with inlet of accumulation time unit and inlet of current-limiting unit, and outlet of accumulation time unit and outlet of current-limiting unit is connected with inlet of power switch. EFFECT: improved reliability of system owing to possibility of exact setting of required duration of accumulation pulse and reduced power switch current-limiting time. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания, в частности к бесконтакным системам зажигания, работающим в комплекте с магнитоэлектрическими датчиками положения вала двигателя внутреннего сгорания. The invention relates to ignition systems of internal combustion engines, in particular to contactless ignition systems operating in conjunction with magnetoelectric sensors of the position of the shaft of an internal combustion engine.

Известна электронная система зажигания, описанная в авторском свидетельстве 1273630, МПК F 02 Р 3/04, публ. 30.11.1986 г., содержащая два интегратора, два блока сравнения и формирования импульса открывания силового ключа, силовой ключ и блок коррекции. Формирование импульса открывания силового ключа происходит в момент равенства напряжения на интеграторах, первый из которых заряжается, начиная с момента искрообразования, происходящего в конце импульса с датчика, а второй - с приходом следующего импульса с датчика положения вала двигателя. Заряд интеграторов происходит с разными постоянными времени. Для коррекции длительности импульса открытого состояния силового ключа в моменты ускорения и изменения скважности импульсов с датчика положения вала двигателя введен дополнительный блок коррекции. Known electronic ignition system described in the copyright certificate 1273630, IPC F 02 P 3/04, publ. 11/30/1986, containing two integrators, two units for comparing and generating an impulse for opening a power key, a power key and a correction unit. The formation of the opening pulse of the power switch occurs at the moment of equal voltage on the integrators, the first of which is charged, starting from the moment of sparking that occurs at the end of the pulse from the sensor, and the second with the arrival of the next pulse from the motor shaft position sensor. Integrators charge with different time constants. To correct the pulse duration of the open state of the power switch at the moment of acceleration and change in the duty cycle of the pulses, an additional correction block is introduced from the motor shaft position sensor.

Известна также бесконтактная система зажигания, выбранная в качестве прототипа, описанная в патенте РФ 2002974, МПК F 02 Р 3/04, публ. 15.11.1993 г., где формирование длительности импульса открытого состояния силового ключа происходит посредством запоминания длительности паузы с датчика положения вала двигателя за вычитом сформированной определенной задержки, равной половине времени открытого состояния силового ключа в цифровом коде с последующим обнулением счетчиков до окончания единичного входного импульса с датчика за время, равное удвоенной начальной задержке. Для коррекции длительности импульса открытого состояния силового ключа в момент ускорения вала двигателя имеется блок динамической блокировки. Недостатком данной системы является усложнение конструкции за счет введения блока синхронизации и блока динамической блокировки, а также низкая надежность из-за большого тока потребления по причине ограничения тока силового ключа, так как во время ограничения силовой ключ работает в жестких тепловых и электрических режимах. Also known is a non-contact ignition system, selected as a prototype, described in RF patent 2002974, IPC F 02 P 3/04, publ. November 15, 1993, where the formation of the pulse width of the open state of the power switch occurs by storing the duration of the pause from the motor shaft position sensor minus the generated certain delay equal to half the time of the open state of the power switch in the digital code, followed by resetting the counters to the end of a single input pulse with sensor for a time equal to twice the initial delay. To correct the pulse duration of the open state of the power switch at the time of acceleration of the motor shaft, there is a dynamic blocking unit. The disadvantage of this system is the complexity of the design due to the introduction of a synchronization unit and a dynamic blocking unit, as well as low reliability due to the high current consumption due to the limitation of the current of the power switch, since during the restriction the power switch operates in hard thermal and electrical modes.

В электронной системе зажигания, содержащей магнитоэлектрический датчик положения вала двигателя внутреннего сгорания, блок времени накопления, блок токоограничения и силовой ключ, первый выход которого соединен со входом блока токоограничения, а второй выход подсоединен к первичной обмотке катушки зажигания, введение формирователя полупериодных импульсов, соединение выхода датчика положения вала со входом блока токограничения и входом формирователя полупериодных импульсов, соединение выхода формирователя полупериодных импульсов со входом блока времени накопления и входом блока токоограничения, соединение выхода блока времени накопления и выхода блока токоограничения со входом силового ключа позволяет повысить надежность устройства за счет возможности точного задания необходимой длительности импульса накопления и уменьшения времени ограничения тока силового ключа. In an electronic ignition system containing a magnetoelectric sensor for the position of the shaft of the internal combustion engine, an accumulation time unit, a current limiting unit and a power switch, the first output of which is connected to the input of the current limiting unit, and the second output is connected to the primary winding of the ignition coil, introducing a half-pulse generator, output connection a shaft position sensor with the input of the current limiting unit and the input of the half-period pulse generator, the output connection of the half-period pulse generator to the input time and the input current limit accumulation unit block, the compound output accumulation time and the output current limit block unit to the input of the power key allows to increase reliability of the device by allowing the accumulation of the necessary precise reference pulse width and decreasing the time limit MOSFET current.

Формирователь полупериодных импульсов содержит два конденсатора, резистор, транзистор и диод, причем первый конденсатор подключен к выходу датчика положения вала, резистор подсоединен к базе транзистора, эмиттер которого соединен со второй шиной источника питания, а коллектор соединен со входом блока времени накопления, второй конденсатор включен параллельно резистору, катод диода подсоединен к точке соединения первого конденсатора, резистора и второго конденсатора, а анод - ко второй шине источника питания. The half-period pulse generator contains two capacitors, a resistor, a transistor and a diode, the first capacitor connected to the output of the shaft position sensor, the resistor connected to the base of the transistor, the emitter of which is connected to the second bus of the power source, and the collector is connected to the input of the accumulation time block, the second capacitor is turned on parallel to the resistor, the cathode of the diode is connected to the connection point of the first capacitor, resistor and second capacitor, and the anode to the second bus of the power source.

Заявляемое изобретение не известно из уровня техники, следовательно, оно является новым. The claimed invention is not known from the prior art, therefore, it is new.

Сравнение заявляемого изобретения с другими техническими решениями не позволило выявить решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения, . что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию изобретательского уровня. Comparison of the claimed invention with other technical solutions did not allow to identify solutions having features that match the distinctive features of the claimed invention,. which allows us to conclude that the invention meets the condition of an inventive step.

На фиг.1 представлена блок-схема электронной системы зажигания. Figure 1 presents a block diagram of an electronic ignition system.

На фиг.2 показана принципиальная электрическая схема системы. Figure 2 shows a circuit diagram of a system.

На фиг.3 - эпюры (временные диаграммы) на отдельных блоках схемы:
а) выходное напряжение датчика положения вала двигателя внутреннего сгорания 1,
б) напряжение на катоде диода 10,
в) напряжение на конденсаторе 27,
г) напряжение на конденсаторе 29,
д) ток катушки зажигания.Figure 3 - plot (timing diagrams) on individual blocks of the circuit:
a) the output voltage of the shaft position sensor of the internal combustion engine 1,
b) the voltage at the cathode of the diode 10,
c) the voltage across the capacitor 27,
g) the voltage across the capacitor 29,
e) ignition coil current.

Электронная система зажигания содержит магнитоэлектрический датчик положения вала двигателя внутреннего сгорания 1, формирователь полупериодных импульсов 2, блок времени накопления 3, силовой ключ 4, блок токоограничения 5, выход датчика положения вала 1 соединен со входом формирователя полупериодных импульсов 2, выход которого соединен со входом блока времени накопления 3 и входом блока токоограничения 5, выходы которых соединены со входом силового ключа 4, первый выход которого связан со входом блока токоограничения 5, а второй выход подсоединен к первичной обмотке катушки зажигания (не показана), при этом вход блока токоограничения 5 связан также с выходом датчика положения вала 1. The electronic ignition system contains a magnetoelectric sensor for the position of the shaft of the internal combustion engine 1, a half-cycle pulse shaper 2, an accumulation time block 3, a power switch 4, a current limiting block 5, the output of the shaft 1 position sensor is connected to the input of the half-cycle pulse shaper 2, the output of which is connected to the input of the block accumulation time 3 and the input of the current limiting block 5, the outputs of which are connected to the input of the power switch 4, the first output of which is connected to the input of the current limiting block 5, and the second output is subs connected to the primary winding of the ignition coil (not shown), while the input of the current limiting unit 5 is also connected with the output of the shaft position sensor 1.

Формирователь полупериодных импульсов 2 содержит конденсатор 6, подключенный к выходу датчика положения вала 1; резистор 7, подсоединенный к базе транзистора 8, эмиттер которого соединен со второй шиной источника питания, а коллектор - со входом блока времени накопления 3; конденсатор 9, включенный параллельно резистору 7; диод 10, катод которого подсоединен к точке соединения конденсатора 6, резистора 7 и конденсатора 9, а анод - ко второй шине источника питания. The half-period pulse generator 2 contains a capacitor 6 connected to the output of the shaft position sensor 1; a resistor 7 connected to the base of the transistor 8, the emitter of which is connected to the second bus of the power source, and the collector to the input of the accumulation time block 3; a capacitor 9 connected in parallel to the resistor 7; diode 10, the cathode of which is connected to the connection point of the capacitor 6, the resistor 7 and the capacitor 9, and the anode to the second bus of the power source.

Блок времени накопления 3 содержит транзистор 11, база которого через резистор 12 соединена с выходом формирователя полупериодных импульсов 2, а эмиттер подключен ко второй шине источника питания; транзистор 13, база которого через резистор 14 соединена с точкой соединения резистора 15, подключенного к первой шине источника питания, и цепочки, состоящей из последовательно соединенных диодов 16, 17, 18 и подключенной к коллектору транзистора 11; транзистор 19, база которого через резистор 20 соединена с коллектором транзистора 13, а коллектор через резистор 21 соединен со входом силового ключа 4; цепь, состоящую из последовательно соединенных диода 22 и резистора 23 и включенную между выходом датчика 1 и базой транзистора 24, эмиттер которого подсоединен ко второй шине источника питания и базоэмиттерный переход которого зашунтирован резистором 25, а коллектор через резистор 26 соединен с точкой соединения эмиттера транзистора 13 и конденсатора 27, параллельно которому подключен стабилитрон 28; конденсатор 29, включенный между входом резистора 14 и второй шиной источника питания; резистор 30, включенный между первой шиной источника питания и выходом формирователя полупериодных импульсов 2; конденсатор 31, включенный между шинами источника питания; цепь, состоящую из последовательно соединенных диода 32 и резистора 33 и включенную между выходом формирователя полупериодных импульсов 2 и эмиттером транзистора 13; диод 34, включенный между эмиттером транзистора 13 и вторым выходом силового ключа 4; цепь, состоящую из последовательно соединенных диода 35 и резистора 36, вход которой подключен к выходу формирователя полупериодных импульсов 2; цепь, состоящую из последовательно соединенных диода 37 и резистора 38, вход которой подключен к выходу датчика положения вала 1; конденсатор 39, включенный между входом силового ключа 4 и второй шиной источника питания. The accumulation time block 3 contains a transistor 11, the base of which is connected through a resistor 12 to the output of the half-cycle pulse shaper 2, and the emitter is connected to the second bus of the power source; a transistor 13, the base of which is connected through a resistor 14 to a connection point of a resistor 15 connected to the first bus of the power source, and a chain consisting of diodes 16, 17, 18 connected in series to a collector of transistor 11; a transistor 19, the base of which is connected through a resistor 20 to the collector of the transistor 13, and the collector through a resistor 21 is connected to the input of the power switch 4; a circuit consisting of a diode 22 and a resistor 23 connected in series and connected between the output of the sensor 1 and the base of the transistor 24, the emitter of which is connected to the second bus of the power supply and the base-emitter junction of which is shunted by the resistor 25, and the collector through the resistor 26 is connected to the connection point of the emitter of the transistor 13 and a capacitor 27, in parallel to which a zener diode 28 is connected; a capacitor 29 connected between the input of the resistor 14 and the second bus of the power source; a resistor 30 connected between the first bus of the power source and the output of the half-pulse generator 2; a capacitor 31 connected between the buses of the power source; a circuit consisting of a diode 32 and a resistor 33 connected in series and connected between the output of the half-cycle pulse shaper 2 and the emitter of the transistor 13; a diode 34 connected between the emitter of the transistor 13 and the second output of the power switch 4; a circuit consisting of a diode 35 and a resistor 36 connected in series, the input of which is connected to the output of the half-period pulse shaper 2; a circuit consisting of a diode 37 and a resistor 38 connected in series, the input of which is connected to the output of the shaft 1 position sensor; a capacitor 39 connected between the input of the power switch 4 and the second bus of the power source.

Силовой ключ 4 содержит входной транзистор 40, эмиттер которого соединен с базой выходного транзистора 41, а коллектор через резистор 42 подключен к первой шине источника питания, причем в коллекторную цепь выходного транзистора 41 подключается первичная обмотка катушки зажигания (не показана). The power switch 4 contains an input transistor 40, the emitter of which is connected to the base of the output transistor 41, and the collector through a resistor 42 is connected to the first bus of the power source, and the primary winding of the ignition coil (not shown) is connected to the collector circuit of the output transistor 41.

Блок токоограничения 5 содержит транзистор 43, коллектор которого соединен со входом силового ключа 4, эмиттер подключен ко второй шине источника питания, а база соединена с точкой соединения резисторов 36 и 38; диод 44, включенный между базой транзистора 43 и эмиттером выходного транзистора 41; резистор 45, включенный между эмиттером выходного транзистора 41 и второй шиной источника питания. The current limiting block 5 contains a transistor 43, the collector of which is connected to the input of the power switch 4, the emitter is connected to the second bus of the power source, and the base is connected to the connection point of the resistors 36 and 38; a diode 44 connected between the base of the transistor 43 and the emitter of the output transistor 41; a resistor 45 connected between the emitter of the output transistor 41 and the second bus of the power source.

Устройство работает следующим образом. Транзистор 8 после ухода положительного импульса с датчика положения вала 1 (эпюра 1) закрывается, а транзистор 11 открывается. Транзистор 43, будучи открытым положительным импульсом с датчика положения вала 1, остается открытым базовым током по цепи резистор 30 - диод 35 - резистор 36, транзистор 24 закрывается. Транзистор 11 блокирует заряд конденсатора 29. Напряжение на конденсаторе 29 остается равным сумме напряжений на диодах 16, 17, 18 и транзисторе 11. После закрывания транзистора 24 начинается заряд конденсатора 27 (эпюра 3) по цепи резистор 30 - диод 32 - резистор 33. Отрицательный импульс с датчика положения вала 1 заряжает конденсатор 6 через диод 10, который после ухода отрицательного импульса с датчика положения вала 1 начинает разряжаться через резистор 7, конденсатор 9 и базоэмиттерный переход транзистора 8, открывая последний. Емкости конденсаторов 6 и 9 и сопротивление резистора 7 подобраны таким образом, чтобы конденсатор 6 не разряжался в промежутке времени от отрицательного до положительного импульсов с датчика положения вала 1 (эпюра 2). После открывания транзистора 8 транзисторы 11 и 43 закрываются и конденсатор 29 начинает заряжаться через резистор 15 (эпюра 4), а заряд конденсатора 27 блокируется открытым транзистором 8. Напряжение на конденсаторе 27 сохраняется. При достижении на конденсаторе 29 напряжения на 0,6 В больше, чем напряжение на конденсаторе 27, транзистор 13 открывается, соответственно открываются транзисторы 19, 40, 41, через катушку зажигания начинает нарастать ток. Передним фронтом положительного импульса с датчика положения вала 1 транзистор 43 открывается, соответственно закрывая транзисторы 40 и 41, ток через катушку зажигания прекращается (эпюра 5). Во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется импульс высокого напряжения. The device operates as follows. The transistor 8 after the positive pulse leaves the position sensor of the shaft 1 (plot 1) is closed, and the transistor 11 opens. The transistor 43, being an open positive pulse from the shaft 1 position sensor, remains the open base current through the circuit of the resistor 30 - diode 35 - resistor 36, the transistor 24 closes. The transistor 11 blocks the charge of the capacitor 29. The voltage on the capacitor 29 remains equal to the sum of the voltages on the diodes 16, 17, 18 and the transistor 11. After closing the transistor 24, the charge of the capacitor 27 (plot 3) begins through the circuit of the resistor 30 - diode 32 - resistor 33. Negative the pulse from the shaft position sensor 1 charges the capacitor 6 through the diode 10, which, after the negative pulse leaves the shaft position sensor 1, starts to discharge through the resistor 7, the capacitor 9 and the base emitter junction of the transistor 8, opening the latter. The capacitances of the capacitors 6 and 9 and the resistance of the resistor 7 are selected so that the capacitor 6 is not discharged from negative to positive pulses from the shaft 1 position sensor (diagram 2). After opening the transistor 8, the transistors 11 and 43 are closed and the capacitor 29 begins to be charged through the resistor 15 (plot 4), and the charge of the capacitor 27 is blocked by the open transistor 8. The voltage on the capacitor 27 is maintained. When the voltage on the capacitor 29 reaches 0.6 V more than the voltage on the capacitor 27, the transistor 13 opens, respectively, the transistors 19, 40, 41 open, and the current begins to increase through the ignition coil. The leading edge of the positive pulse from the position sensor of the shaft 1 transistor 43 opens, respectively closing the transistors 40 and 41, the current through the ignition coil stops (plot 5). A high voltage pulse is induced in the secondary winding of the ignition coil.

Постоянные времени конденсаторов 27 и 29 подобраны одинаковыми с условием, чтобы при самых низких оборотах вращения вала работающего двигателя за полпериода прихода положительных импульсов с датчика положения вала 1 конденсаторы 27 и 29 не заряжались до напряжения питания. Стабилитрон 28 ограничивает заряд конденсатора 27 и позволяет увеличить длительность импульсов накопления энергии в катушке зажигания при запуске двигателя. Диод 44 и резистор 45 вместе с транзистором 43 ограничивают уровень тока через катушку зажигания (транзистор 41) на определенном заданном уровне. Диод 34 позволяет формировать резкий передний фронт импульсов управления силовым ключом. Транзистор 24 разряжает конденсатор 27 положительными импульсами с датчика положения вала 1. Диоды 16, 17, 18 определяют уровень постоянной составляющей напряжения на конденсаторе 29, что позволяет открыть транзистор 13 при высоких оборотах двигателя, обеспечивая неравенство U29-U27>0,6 В, где U29 - напряжение на конденсаторе 29, U27 - напряжение на конденсаторе 27. The time constants of the capacitors 27 and 29 are chosen identical with the condition that at the lowest revolutions of rotation of the shaft of the working engine for half the period of receipt of positive pulses from the shaft position sensor 1, the capacitors 27 and 29 are not charged to the supply voltage. Zener diode 28 limits the charge of capacitor 27 and allows you to increase the duration of the pulses of energy storage in the ignition coil when starting the engine. The diode 44 and the resistor 45 together with the transistor 43 limit the current level through the ignition coil (transistor 41) at a certain predetermined level. Diode 34 allows you to form a sharp leading edge of the pulses of the power key control. The transistor 24 discharges the capacitor 27 by positive pulses from the shaft position sensor 1. The diodes 16, 17, 18 determine the level of the DC component of the voltage across the capacitor 29, which allows the transistor 13 to be opened at high engine speeds, providing the inequality U29-U27> 0.6 V, where U29 is the voltage across capacitor 29, U27 is the voltage across capacitor 27.

Диоды 16, 17, 18 определяют длительность импульсов накопления, их количество зависит от применяемой катушки зажигания и величины максимального тока через катушку зажигания. Diodes 16, 17, 18 determine the duration of the accumulation pulses, their number depends on the ignition coil used and the magnitude of the maximum current through the ignition coil.

Claims

1. An electronic ignition system containing a position sensor of the shaft of the internal combustion engine, an accumulation time unit, a current limiting unit and a power switch, the first output of which is connected to the input of the current limiting unit, and the second output is connected to the primary winding of the ignition coil, characterized in that a half-period former is introduced pulses, and the output of the shaft position sensor is connected to the input of the current limiting unit and the input of the half-period pulse shaper, the output of which is connected to the input of the accumulator time block and the input of the current limiting block, the outputs of which are connected to the input of the power switch.

2. The electronic ignition system according to claim 1, characterized in that the half-cycle pulse shaper contains two capacitors, a resistor, a transistor and a diode, the first capacitor connected to the output of the shaft position sensor, the resistor connected to the base of the transistor, the emitter of which is connected to the second source bus power supply, and the collector is connected to the input of the accumulation time block, the second capacitor is connected in parallel with the resistor, the cathode of the diode is connected to the connection point of the first capacitor, resistor and second capacitor, and the anode with Connected to a second power supply bus.