РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(19) RU (11) 2 109 163 (13) C9 (51) МПК F02P 15/00 (2006.01) F02P 3/06 (2006.01)

(54) СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ "УНИВЕРСАЛ МАДИ"

Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к системам зажигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), и может быть применено в двигателях, работающих на газовом топливе.

Известны системы зажигания с непрерывным и импульсным накоплением энергии, обеспечивающие при запуске ДВС многоискровой режим искрообразования путем включения контактом реле стартера автономного генератора многократного зажигания (см., например, авт. св. № 481710, кл. F 02 P 15/08, опубл. 25.08.75, БИ № 31).

Системы с импульсным накоплением сложны и недостаточно надежны, частота искрообразования зависит от времени нарастания тока в обмотке трансформатора. К тому же, схемы имеют низкую помехоустойчивость.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является многоискровая система зажигания типа "Электроника ЗМ-К", описанная в патенте России № 2002975 и опубл. 15.11.93, БИ № 41-42 и заключающаяся в генерации пакета импульсов зажигания, вырабатывается по сигналам датчика положения коленвала.

Известная система обеспечивает автоматическое регулирование режима искрообразования, усиливает энергию искры.

Недостатком данной системы, как и многих других, аналогичных ей, является то, что количество импульсов в пакете зависит от частоты вращения вала. При этом на оборотах двигателя свыше 1000 об/мин в систему зажигания успевает проходить лишь один импульс, что снижает надежность системы, а контроль за зажиганием отсутствует. Кроме того, известная система ненадежно функционирует при использовании газообразных топлив, а на низких оборотах возникает возможность появления обратных ударов в ДВС из-за затянутого по времени процесса искрообразования.

Целью предлагаемого изобретения является: повышение эффективности системы зажигания ДВС двигателя, многократное увеличение энергии искры, повышение устойчивости работы двигателя на переходных режимах (пуск и холостой ход), исключение возникновения обратных ударов и обеспечение надежной работы системы с разными видами топлив, в том числе и с газообразными.

Указанная цель достигается тем, что в многоискровой системе зажигания, заключающейся в генерации пакетов импульсов, на свечи зажигания по сигналам датчика положения коленвала, согласно изобретению, обеспечивается автоматический постоянный подогрев свечей зажигания за счет подачи высокочастотных импульсов в систему зажигания по сигналам от датчика температуры свечей, ограничение числа импульсов в пакете при работе на низких оборотах и в режиме пуска и контроль за нормальной работой цилиндров путем подачи контролирующих импульсов на свечи со сдвигом на 180° положения коленвала по отношению к поджигающим импульсам, причем минимальное число импульсов в пакете на высоких частотах вращения ДВС превышает единицу.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства.

На фиг.2 - схема устройства с детализацией некоторых элементов схемы.

На фиг.3 изображены формы разрешающих импульсов.

На фиг.4 показаны поджигающие и контролирующие импульсы.

Система зажигания "Универсал МАДИ" устроена следующим образом. В системе имеется датчик частоты вращения 1 (фиг.1) и датчик 2 начала отсчета, отслеживающий определенное положение коленвала ДВС (фиг. не обозначен). Сигналы от датчика 1 поступают на вход ограничителя 3 длительности серии импульсов, выполненного в виде логического элемента И-НЕ на базе стандартной микропроцессорной схемы К561 типа ЛА7 по известной схеме одноканального повторителя импульсов с ограничением по длительности выходного сигнала. В цепях имеется двухпозиционный четырехполюсный переключатель 4 с полюсами соответственно 4a, 4b, 4c и 4d. Переключатель может быть установлен в положение n, что определяет режим нагрева свечей, и в положение k - рабочий режим искрообразования. Контакт n полюса 4a соединяется с ограничителем 3 длительности серии импульсов. Средняя точка полюса 4a соединена с входом счетчика 5 импульсов, выполненного на стандартной микросхеме К561 типа ИЕ10 (ИЕ10А), и генератором 6 импульсов (выход 1А), выполненным в виде логического элемента И-НЕ на базе стандартного микропроцессора К-561 типа ЛА7. Генератор 6 имеет двенадцать операционных выводов с заводской маркировкой, к которой на фиг.1 добавлен индекс А, во избежание совпадений нумераций с элементами на фигурах, соответственно 1А, 2А, 5А, 6А, 8А, 9А, 12А, 13А, 3А, 4А, 10А, 11А. Он вырабатывает два типа сигналов с разной длительностью: поджигающие импульсы с длительностью 25-30 мкс и поступающие с вывода 11А на полюс 4c (контакт n) и контролирующие импульсы длительностью 10-15 мкс и поступающие на контакт 4c (контакт k). Контакт k полюса 4a переключателя 4 соединен с входом генератора 7 нагревающих импульсов. Генератор 7 выполнен на базе микросхемы К561 типа ЛА7 и вырабатывает два типа сигналов с длительностью импульсов 40 мкм, поступающие на преобразователь 8 напряжения и с длиной импульсов 1 мс, требующиеся для нагрева свечей зажигания. Средняя точка полюса 4b соединена с сопротивлением 9 и выходом 2А генератора 6. Сопротивление 9 включено параллельно выходам 2А и 5А генератора 6. Контакт k полюса 4b соединен с сопротивлением 10, шунтирующим сопротивлением 9. Средняя точка полюса 4c соединена с распределителем 11 контролирующих сигналов. Контакт k полюса 4c переключателя 4 соединен с выходом 11А генератора 6 и синхронизирующим входом коммутатора 12. Средняя точка полюса 4d соединена с общей точкой первичных витков катушек 13a-13h зажигания (по числу цилиндров двигателя), контакт n полюса 4d соединен с источником 14 питания, а контакт k полюса 4d соединен с выходом преобразователя напряжения 12/240 В 8. Катушки 13 зажигания получают питание от транзисторных ключей 15a-15h. Транзисторные ключи 15 получают питание от источника 14. Вторичные обмотки катушек 13 зажигания соединены со свечами зажигания 16a-16h высоковольтными проводами (на схеме не обозначены), на которые намотаны индуктивные датчики 17a-17h. Затем в цепи имеются логические элементы И 18a-18h и сигнальные лампы 19a-19h. Кроме того, по крайней мере одна из свечей 17 снабжена датчиком 20 температуры, контакт которого находится в цепи катушки переключателя 4. В схеме имеется также стабилизированный источник 21 напряжения для питания микросхем. Элементы 11 и 12 выполнены на стандартных интегральных микросхемах К561 типа КП2 и выполняют функцию коммутаторов. Они имеют восемь выходных каналов (13В, 14В, 15В, 12В, 1В, 5В, 2В, 4В, согласно заводской маркировке, с добавлением индекса В), идущих на транзисторные ключи 15. Выходы каналов коммутаторов 11 и 12 соединены через диоды так, что тринадцатый канал коммутатора 12 соединен с двенадцатым каналом коммутатора 11 (фиг.2), четырнадцатый канал коммутатора 12 соединен с 11-м каналом коммутатора 11, 15-й канал коммутатора 12 соединен с 5-м каналом коммутатора 11, 12-й канал коммутатора 12 - с 2-м каналом коммутатора 11, 11-й канал коммутатора 12 - с 2-м каналом коммутатора 11, 3-й канал коммутатора 12 - с 14-м каналом коммутатора 11. И, наконец, 4-й канал коммутатора 12 - с 15-м каналом коммутатора 11. Указанные сочетания каналов необходимы для обеспечения сдвига между поджигающими импульсами от коммутатора 11 и контролирующими импульсами от коммутатора 12 на 180° положения коленвала.

Детальное представление некоторых элементов системы зажигания представлено на фиг.2, при этом нумерация элементов совпадает. Коммутаторы 11 и 12 связаны со счетчиком 5 тремя каналами (фиг.2). На фиг.3 цифрой 22 обозначена форма импульсов, поступающих от генератора 7 подогрева, индексом 23 обозначены импульсы на выходе генератора 6 (вывод 4А), индекс 24 соответствует сигналам на выходе первого канала распределителя 12 (нагревающие импульсы), 25 - импульсы 4-го канала распределителя 11 контролирующих импульсов, 26 - выходные импульсы от коммутаторов, поступающие на транзисторный ключ 15a, 27 - импульсы вторичной цепи катушек зажигания 13.

Форма импульсов, поступающих на остальные транзисторные ключи, аналогична, но со сдвигом на 90° положения коленвала. На фиг.4 индексом 28 обозначена форма импульсов, поступающих с датчика 1 частоты вращения, индекс 29 соответствует сигналам, идущим от клеммы 4А генератора 6 поджигающих импульсов на выходе первого канала электронного распределителя 12, индекс 31 - форма контролирующих импульсов на выходе генератора 6 (выход 11А), индекс 32 - форма контролирующих импульсов на выходе 4-го канала распределителя 11 и, наконец, индекс 33 - форма импульсов первого канала электронного коммутатора, поступающих на вход транзисторного ключа 15a. Форма импульсов, поступающих на остальные транзисторные ключи, аналогична, но со сдвигом на 90° положения коленвала.

Система зажигания "Универсал МАДИ" действует следующим образом. Для обеспечения надежной работы системы зажигания необходимо, чтобы юбки центральных электродов свечей были нагреты до температуры 60°C. В этом случае гарантируется работы ДВС даже при использовании газового топлива. Если температура свечей ниже заданной, ДВС не запускается, и привод 4 (фиг.1, 2) устанавливает полюса переключателей 4a-4d в положение n. Генератор 7 через контакт n плюса 4a переключателя 4 оказывается подключенным к счетчику 5, генерируя при этом импульсы 22 (фиг.3) длительность 1 мс. Счетчик 5 пропускает импульсы по первому каналу с двойной длительностью. По второму каналу от счетчика 5 идут импульсы с учетверенной длительностью, а по третьему каналу идут импульсы длительностью в восемь раз больше поступающих. При этом на выходе элементов 11 и 12 поочередно открываются выходные каналы, по которым проходят сигналы 23 (фиг.3) от генератора 6. Транзисторные ключи получают импульсы 26 (фиг.3) частотой 250 Гц. В свою очередь, транзисторные ключи 15 получают питание через полюс 4d от источника 13 напряжением 12 В. При этом только сопротивление 9 включено на выходе 6. Вид сигналов, идущих от коммутатора 12, обозначен 24 (фиг.3) и 25 от коммутатора 11. А на входе транзисторного ключа идут сигналы вида 26 (фиг.3) за счет суммирования импульсов на выходе обоих коммутаторов. На вторичных обмотках катушек зажигания 13 формируются импульсы 27 (фиг.3). Сопротивления 9 и 10 подобраны так, что, если включено только сопротивление 9, то на входе 6 (вывод 4А) длительность сигналов равна 1 мс (23). Если же включается сопротивление 10, то длина сигнала равна 25-30 мкс.

При достижении температуры свечи 75°C дается сигнал на запуск ДВС. Одновременно происходит автоматическое переключение привода 4, и полосы переключателя переходят в положение k. Параллельно сопротивлению 9 оказывается включенным сопротивление 10, что определяет длительность сигнала на выходе генератора 6, равную 25-30 мкс (поджигающие) (29, фиг.4). Эти импульсы поступают на коммутатор 12. А импульсы с длиной 10-15 мкс (контролирующие) (31, фиг.4) поступают на коммутатор 11. При этом от датчика 1 идут импульсы 22 (фиг.3) на ограничитель 3 длительности импульсов. Если частота вращения коленвала меньше 250 об/мин, то на ограничитель 3 поступают более длинные импульсы от датчика 1 частоты вращения. В этом случае ограничитель 3 ограничивает их длительность до 10 мс. Далее с ограничителя 3 они поступают на счетчик 5 и генератор 6. Сигналы от счетчика 5, так же как и для выработки нагревающих импульсов, поочередно открывают выходные каналы в коммутаторе 12, по которым проходят чередующиеся по каналам поджигающие импульсы с длительностью 25-30 мкс, вида 30 (фиг.4). Эти же импульсы счетчика 5 открывают выходные каналы коммутатора 11, по которым проходят чередующиеся по каналам контролирующие импульсы длительностью 10-15 мкс, вида 32 (фиг.4). Эти импульсы поступают на соответствующие транзисторные ключи 15 со сдвигом 90° положения коленвала. Контролирующие импульсы генерируются со сдвигом 180° положения коленвала по отношению к поджигающим и распределяются по каналам также со сдвигом 90° положения коленвала. Поджигающие и контролирующие импульсы показаны на фиг.4 под номером 33. Датчик 2 начала отсчета каждый раз дает команды на повторение циклов. При появлении высоковольтных сигналов на выходе катушек зажигания индуктивные датчики фиксируют их прохождение. На входе логических элементов 18 появляются логические единицы. На вторые входы 18 поступают соответствующие сигналы от коммутатора 11. Надежность зажигания фиксируется наличием двух сигналов, поступающих от коммутатора 11 и индуктивного датчика 7. Индуктивный датчик 17 вырабатывает сигнал только в том случае, если поджигающий импульс, поступающий от коммутатора 12, привел к поджиганию смеси и повышению температуры в цилиндре во время прохождения контролирующего импульса. В этом случае развиваемое вторичной катушкой напряжение зажигания способно пробивать межэлектродный зазор свечи зажигания и на выходе индуктивного датчика появляется логическая единица, приводящая к миганию соответствующей лампочки. В противном случае, если зажигания не произошло, то лампа не мигает, что сигнализирует о нарушениях в режиме работы ДВС.

Таким образом, предложенная система обеспечивает более надежную работу системы зажигания на холостых оборотах за счет ограничения длительности пакета импульсов, исключая появление обратных ударов в ДВС, облегчает пуск двигателя за счет нагревания свечей, предотвращая появление на них капелек влаги, обеспечивает контроль пропусков зажигания, увеличивает стабильность последовательных циклов за счет увеличения длительности и энергии искрового разряда и улучшает экологические параметры ДВС за счет более полного сгорания смеси, поскольку оптимальный угол опережения зажигания приближается к верхней мертвой точке, при этом появляется возможность использования более бедных смесей. Предложенная многоискровая многоканальная система зажигания обеспечивает длительность серий импульсов T_p в течение 24 градусов поворота вала двигателя T_p=4000/n [mc] и высокую энергию Э_р искрового разряда Э_р=480/n [Дж], при n<250 об/мин, T_p=10 [mc], где n - частота вращения двигателя в об/мин. Пауза между импульсами составляет 400 мкс, что определяет наличие нескольких импульсов в пакете, даже на высоких скоростях. Это и должно обеспечивать надежную работу двигателя при использовании различных видов топлив.

Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в следующем:

допускается применение любых видов топлив, в том числе природного газа;

за счет работы на обедненных смесях значительно снижается токсичность выхлопа по NO_x, CH, CO;

увеличивается стабильность последовательных циклов, в том числе и на холостом ходу;

снижается расход топлива;

энергия искры значительно выше, чем в известных схемах;

обеспечена более высокая устойчивость работы ДВС на холостом ходу и малых оборотах двигателя;

исключаются обратные удары в ДВС;

обеспечен контроль надежности работы схемы зажигания.

Формула изобретения

Система зажигания, содержащая генератор импульсов, поступающих на свечи зажигания, срабатывающий от датчика положения коленвала, отличающаяся тем, что обеспечивается подогрев свечей зажигания за счет подачи высокочастотных импульсов по сигналам от датчика температуры свечей, ограничение числа импульсов в пакете при работе на низких оборотах и в режиме пуска ДВС, и контроль за нормальной работой цилиндров путем подачи контролирующих импульсов на свечи со сдвигом на 180° положения коленвала по отношению к поджигающим импульсам, причем минимальное число импульсов, вырабатываемых системой зажигания на высоких скоростях вращения ДВС, превышает единицу.

ИЗВЕЩЕНИЯ

TK4A - Поправки к публикациям сведений об изобретениях в бюллетенях "Изобретения (заявки и патенты)" и "Изобретения. Полезные модели"

(21) Регистрационный номер заявки: 96103693

Номер и год публикации бюллетеня: 11-1998

Страница: 275

Код раздела: FG4A

Напечатано:
(76) Ютт Владимир Евсеевич (RU), Буез Хаян Абдо (LB), Моловичко Николай Сергеевич (RU), Круковский Леонид Ефимович (RU)

Следует читать: (73) Московский автомобильно-дорожный институт (государственный технический университет)

Извещение опубликовано: 20.06.2006БИ: 17/2006

TH4A - Переиздание описаний изобретений к патентам Российской Федерации

(21) Регистрационный номер заявки: 96103693

Причина переиздания: Коррекция библиографических данных

Извещение опубликовано: 27.07.2006БИ: 21/2006

RH4A - Выдача дубликата патента Российской Федерации на изобретение

Наименование лица, которому выдан дубликат:
Московский государственный автомобильно-дорожный институт (Технический университет) (RU)

Дата выдачи дубликата: 26.05.2006

(21) Регистрационный номер заявки: 96103693

Извещение опубликовано: 20.08.2006БИ: 23/2006

MM4A - Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

(21) Регистрационный номер заявки: 0096103693

Дата прекращения действия патента: 28.02.2007

Извещение опубликовано: 27.01.2008БИ: 03/2008