Система і спосіб керування системою запалювання

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНІКИ

Даний винахід відноситься до способу керування системою запалювання, що містить зарядну котушку і блок управління. Винахід відноситься до системи управління системою запалювання.

РІВЕНЬ ТЕХНІКИ

Для систем запалювання потрібні хороші і надійні робочі характеристики, що дозволяють забезпечити запалювання в двигуні внутрішнього згоряння при низькій вартості системи та економії енергії.

Однак існує проблема збору інформації, що стосується робочих характеристик системи, оскільки при спробі вимірювання параметрів, наприклад магнітного потоку в зарядній котушці або пусковий котушці звичайної системи, стикаються крім іншого з наявністю завад, викликаних генерацією іскри запалювання. Коли зарядна котушка періодично замикається накоротко для збільшення зарядного струму конденсатора, наприклад як описано в SE 0600752-0, виникають великі перешкоди в магнітному потоці в системі запалювання. Тому важко зібрати достатньо інформації для успішного контролю й управління системою запалювання, внаслідок чого іскра може створюватися при невідповідному положенні або напрямку руху маховика, наприклад під час фази сильного стиснення в двигуні.�ения іскри в системі запалювання, що призводить до погіршення робочих характеристик або навіть до виходу системи з ладу. Для систем запалювання, в яких використовується маховик з двополюсним мостовим магнітом, проблеми можуть виявитися особливо серйозними, оскільки у цих систем ризик генерації іскри запалювання в неналежний час з-за неправильної інформації зростає в порівнянні з системами, в яких використовується однополюсний мостовий маховик.

Тому є явна потреба в системі управління запалюванням, яка може здійснювати контроль і керування робочими характеристиками системи запалювання і усунути ризик небажаної генерації іскри без погіршення нормального функціонування системи запалювання.

РОЗКРИТТЯ ВИНАХОДУ

Метою винаходу є рішення або принаймні зведення до мінімуму проблем, описаних вище. Це досягається тим, що спосіб згідно з обмежувальної частини п. 1 формули винаходу включає забезпечення наявності окремої котушки, розташованої поблизу щонайменше однієї з котушок, що включають зазначені зарядну котушку, первинну котушку і вторинну котушку; використання блоку управління для контролю магнітного потоку в зазначеній окремої котушці; і испе одним робочим параметром системи запалювання. Таким чином, можна надійно контролювати характеристики цих котушок при створенні або зміні магнітного потоку і знизити ризик перешкод при вимірюванні, які можуть виникнути в котушці на деяких стадіях роботи системи запалювання.

Завдяки вимірюванням магнітного потоку в окремій котушці можна контролювати генерацію струму в зарядній котушці і процес генерації іскри запалювання в первинної та вторинної котушки. Так як вимірювання виконують на окремій котушці, не приймаючої участі в процесі зарядки і створення іскри запалювання, можна уникнути недоліків, пов'язаних з вимірюваннями на цих котушках або на пусковий котушці, а саме - виникнення перешкод у магнітному полі в залізному сердечнику або біля нього, коли використовується одна з цих котушок або всі вони, а надійність отриманих даних значно підвищується. Це особливо вигідно для виявлення напрямку обертання маховика за допомогою аналізу магнітного потоку.

Відповідно до одного з аспектів винаходу система запалювання додатково містить пускову котушку, а спосіб включає використання інформації про магнітному потоці в пусковий котушці разом з інформацією про магнітному потоці в окремій котушці в кач�м, робочі параметри цих котушок при створенні або зміні магнітного потоку можна надійно контролювати шляхом порівняння магнітного потоку в окремій котушці і пусковий котушці і тим самим зменшити ризик того, що при вимірюванні в котушці на деяких стадіях роботи системи запалювання можуть з'явитися перешкоди.

Особливо вигідно використовувати окрему котушку для вимірювань на стадіях, на яких потрібно ретельно контролювати характеристики системи запалювання, наприклад коли система використовується на повільних швидкостях (при малому числі оборотів в хвилину маховика) або коли двигун, з яким використовується система запалювання, вібрує внаслідок сильного стиску. Якщо іскра виробляється при неправильній установці кута випередження запалювання або якщо маховик обертається в неправильному напрямку, існує великий ризик, що двигун дасть зворотний спалах, що призведе до пошкодження двигуна і, як наслідок, навіть до травмування персоналу.

Завдяки винаходу можна визначити швидкість обертання і положення маховика з одним або кількома магнітами і тому ризик генерації іскри запалювання в небажане час може бути істотно знижений.

КОРОТКИЙ ОПИС ЧЕоказана принципова схема системи запалювання згідно кращого варіанту здійснення винаходу;

на фіг.2а показаний вигляд у перспективі бажаного варіанту виконання системи запалювання;

на фіг.2b схематично показаний вид збоку окремої котушки у варіанті, зображеному на фіг.2а,

на фіг.2с схематично показаний вигляд знизу окремої котушки, зображеної на фіг.2b, з іншими котушками, розташованими з обох сторін;

на фіг.3а показано сигнали, що характеризують магнітний потік, створюваний маховик, який обертається зі швидкістю 1000 оборотів в хвилину в правильному напрямку;

на фіг.3b показано сигнали, що характеризують магнітний потік, створюваний маховик, який обертається зі швидкістю 1000 оборотів в хвилину в неправильному напрямку.

ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ

На фіг.1 показана принципова схема відомої системи запалювання, модифікованої згідно кращого варіанту здійснення винаходу. Залізний сердечник Т1 з чотирма традиційно встановленими котушками, L1, L2, L4 і L5 розташований так, що він намагнічується щонайменше одним магнітом, що обертається разом із маховиком (не показаний) поблизу залізного сердечника Т1.

Перша котушка L1 є зарядної котушкою і служить для створення напруги, яке може використовуватися дл� 1 через випрямляч D1 із зарядним конденсатором С1.

Котушки L4 і L5 являють собою первинну і вторинну котушки відповідно і утворюють трансформатор для генерації напруги запалювання для свічки SP1 запалювання. Для цього первинна котушка L4 з'єднана одним кінцем 3 із зарядним конденсатором С1 і іншим кінцем 4 із землею, а вторинна котушка L5 з'єднана одним кінцем 5 з землею та іншим кінцем 6 зі свічкою запалення. Блок М1 управління може імпульсом на своєму виході Out1 відкривати тиристор Q1 і розряджати зарядний конденсатор С1, створюючи таким чином імпульс високої напруги у вторинній котушці L5 завдяки магнітного поля, індукованого з допомогою первинної котушки L4.

Четверта котушка являє собою пускову котушку L2, з'єднану одним кінцем 7 з землею та іншим кінцем 8 з входом ln1 блоку М1 управління. З пусковий котушки L2 може передаватися інформація про положення маховика і швидкості його обертання. Однак ця інформація через розташування котушки L2 на залізному сердечнику Т1 зазнає перешкод, які можуть виникати при роботі системи запалювання, особливо під час генерації іскри, і тому завжди недостовірна.

Згідно винаходу передбачена п'ята котушка, тобто окрема котушка L3, розташована поруч з катушм ln2 блоку М1 управління, а іншим кінцем 9 із землею. Окрема котушка L3 виконана як окрема магнітна ланцюг, щоб уникнути перешкод від схеми, що включає котушки L1, L2, L4 і L5.

На фіг.2а показаний кращий варіант здійснення винаходу, в якому котушки L1 і L2 встановлені на тому ж залізному сердечнику Т1, що і котушки, L4, L5, а конденсатор С1 розміщений між ними. Окрема котушка L3 встановлена між іншими котушками і знаходиться близько до маховика, щоб магніт або магніти проходили близько від неї і вона могла б якомога точніше виявляти зміни магнітного потоку, генерованого маховиком. Ширина w і довжина I окремої котушки L3 переважно істотно більше її висоти h (як показано на фіг.2в і 2с). Це дозволяє отримати більш точні результати вимірювання магнітного потоку і встановити котушку L3 так, щоб мінімізувати ризик іскрового перекриття, що досягається розташуванням верхньої сторони котушки L3 поруч з кінцем сусідніх котушок чи нижче їх. Крім того, доцільно, щоб ширина w і довжина I котушки L3 були досить малі, так що магніт або магніти маховика виявляються настільки великими, що закривають поверхню котушки L3, коли проходять повз.

Залізний сердечник Т1 може изарядная котушка L1 і пускова котушка L2, а на іншій - первинна і вторинна котушки L4, L5. Окрема котушка L3 встановлена в просторі між зазначеними видовженими частинами. Завдяки такій конфігурації окрема котушка L3 може бути розташована близько до маховика і точно виявляти флуктуації магнітного потоку, але не заважає розташуванню інших котушок L1, L2, L4, L5 в такий же близькості, що створює оптимальні умови для всіх котушок як щодо зарядки конденсатора С1, так і щодо функціонування первинної і вторинної котушок L4, L5 з метою генерації іскри на свічці SP1 запалювання і вироблення сигналів у пусковий котушки L2 і окремої котушки L3 і подачі їх на вхід блоку М1 управління для керування роботою системи запалювання.

Під час роботи системи запалювання, конденсатор С1 заряджається зарядної котушкою L1, від якої через випрямляч D1 періодично тече струм, що генерується внаслідок обертання маховика. Коли свічку SP1 потрібно подати напругу запалювання для генерації іскри, затвор тиристора Q1 відкривається сигналом з виходу OUT1 блоку М1 управління і з'єднує зарядний конденсатор С1 з землею, створюючи шлях для струму. В результаті напруга на конденсаторі С1 різко падає і в первинної котушки L4 виникає магнітний потік,�т необхідну напругу на свічці SP1 запалювання для генерації іскри.

Після початкового різкого падіння напруги на зарядному конденсаторі С1 виникають загасаючі коливання, повертаючи конденсатор С1 в нейтральний стан, в якому він знову може заряджатися через зарядну котушку L1, і процес повторюється, коли потрібно виробити таку іскру запалювання.

Час вироблення сигналу блоку М1 управління для генерації іскри запалювання у звичайній системі запалювання визначається на основі інформації про положення і швидкості обертання маховика, яка може бути отримана в результаті вимірювання магнітного потоку в пусковий котушки L2. Однак цей потік піддається впливу значних перешкод, викликаних флуктуацией магнітного поля навколо залізного сердечника, особливо в момент генерації іскри запалювання і раптової зміни магнітного поля. Тому аналіз даних від пускової котушки L2 для визначення оптимального часу генерації іскри запалювання ускладнюється, особливо при роботі двигуна на малій швидкості (повільне обертання маховика) або коли двигун, в який система запалювання подає іскри, дає збій в результаті сильного стиснення. У цих ситуаціях існує ризик генерації іскри запалювання в небажане час, що може значительн� магнітний потік в окремій котушки L3 і використовують його в якості сигналу, подається на вхід ln2 блоку М1 управління. Завдяки тому, що окрема котушка L3 розташована на відстані від залізного сердечника, вплив флуктуації на генерацію іскри запалювання буде набагато менше, а інформація про швидкості і положення маховика стане більш достовірної і докладної. На основі цієї додаткової інформації можна більш правильно визначити час генерації іскри запалювання, а також дізнатися швидкість і напрямок обертання маховика. Таким чином можна уникнути ситуацій, коли іскра запалювання виробляється, незважаючи на невідповідні для цього умови.

На фіг.3а показано перший сигнал S1 з окремою котушки L3 і другий сигнал S2 з пусковий котушки L2, відповідні магнітному потоку в цих котушки L2, L3 при обертанні маховика зі швидкістю 1000 оборотів в хвилину в напрямку, відповідному для генерації іскри в системі запалювання. Третій сигнал S3 має пік 31, що вказує на проходження встановленого в маховику північним полюсом магніту вперед в двополюсному мосту.

Коли маховик проходить повз котушок, утворюється перший пік 11 першого сигналу і перший пік 21 другого сигналу, а через деякий час утворюються другий пік 12 першого сигналу і другий пік 22 другого сигналу.�ня маховика, а вимірюючи час між першим і другим піками 11, 12, 21, 22, можна визначити швидкість обертання маховика.

На фіг.3b показано перший сигнал S1', другий сигнал S2' і третій сигнал S3', в якому утворюється пік 31' в момент, коли встановлений в маховику магніт проходить південним полюсом вперед. Порівнюючи другий сигнал S2 на фіг.3а з другим сигналом S2' на фіг.3b, видно, що зміна сигналу з пусковий котушки L2, коли маховик обертається в правильному напрямку (фіг.3а) і в неправильному напрямку (фіг.3b), виявити важко, оскільки амплітуди перших і других піків 21, 22 на фіг.3а такі ж, як амплітуди першого і другого піків 21', 22' на фіг.3b. Їх положення щодо проходження магніту, показані третім сигналом S3, теж дуже схожі.

Однак у першого сигналу S1, S1' з окремою котушки L3 на фіг.3а амплітуда першого піку 11 значно більше амплітуди другого піку 12. На фіг.3b має місце зворотна картина - другий пік 12' має значно більшу амплітуду, ніж перший пік 11'. Це пов'язано з тим, що поляризація окремої котушки L3 змінюється на зворотний, коли першим проходить південний полюс магніту маховика порівняно з ситуацією, коли першим проходить північний полюс магніту. Завдяки наявності окремої магнітно�ї котушкою L1, пусковий котушкою L2, первинної та вторинної котушками, L4, L5, перший сигнал S1 також більш достовірний, ніж другий сигнал S2, оскільки магнітні флуктуації в інших частинах системи запалювання будуть надавати набагато менший вплив на окрему котушку L3.

Згідно винаходу аналіз може бути виконаний з використанням тільки першого сигналу S1 з окремою котушки L3. Для кращого і більш деталізованого результату може використовуватися інформація, наприклад амплітуда і положення піків, від обох сигналів S1 і S2, як описано в цьому документі.

В якості окремої котушки (L3) доцільно використовувати датчик Холла, так як в цьому випадку можна дуже точно виявити магнітний потік, особливо при малих енергіях. Однак датчик Холла набагато дорожче, ніж звичайні котушки, які теж можна використовувати згідно винаходу.

Інформація про магнітному потоці, що надходить з окремою котушки L3 в блок М1 управління, в альтернативному варіанті здійснення винаходу може бути отримана від сенсорної системи, що містить оптичні датчики для виявлення положення кожного магніту маховика. Таким чином, при виконанні ряду обчислень в блоці М1 керування час вироблення іскри зажиия винаходу, описаному вище.

В альтернативному варіанті здійснення винаходу пускова котушка L2, сама чи в поєднанні з окремою котушкою L3, може використовуватися в якості опорної для тимчасових сигналів. Як сказано вище, такого варіанту притаманний свій недолік, що полягає в наявності шумів в сигналі, однак цю проблему можна вирішити шляхом вимірювання одночасно безлічі тимчасових імпульсів у котушки L2 і подальшого порівняння цих часів один з одним. Таким чином, пускову котушку L2 можна використовувати, щоб додатково забезпечити виконання окремої функції котушки L3, при цьому магнітний потік, виявлений пусковий котушкою L2, може надати додаткову інформацію блоку М1 управління. Це дозволяє створити стабільну систему, в якій можна ефективно керувати генерацією іскри в системі запалювання

Винахід не обмежена описаним вище кращим варіантом здійснення і допускає зміни в обсязі формули винаходу, як очевидно фахівцям в даній області техніки. Наприклад, можна використовувати маховики з одним або двома магнітами, а окрема котушка може бути, наприклад, дроселем або датчиком Холу.

1. Спосіб контролю системи зажиг�, �торичную котушку (L5) і блок (М1) управління, при цьому первинна і вторинна котушки (L4, L5) призначені для генерації напруги для створення іскри запалювання, відрізняється тим, що він включає наступні операції:
а) забезпечення наявності окремої котушки (L3), розташованої поблизу щонайменше однієї з котушок, що включають зазначені зарядну котушку (L1), пускову котушку (L2), первинну котушку (L4) і вторинну котушку (L5),
б) використання блоку (М1) управління для прийому інформації про магнітному потоці в пусковий котушці (L2) і окремої котушці (L3) і
в) використання інформації про зазначене магнітному потоці в якості вхідних даних для управління щонайменше одним робочим параметром системи запалювання.

2. Спосіб за п. 1, в якому зазначений параметр являє собою час генерації іскри в системі запалювання.

3. Спосіб за п. 1 або 2, в якому зазначена система запалювання додатково містить маховик, а зазначений параметр стосується роботи в безпечному режимі, при цьому параметри, що відносяться до маховика, використовують в якості вхідних даних для зазначеного безпечного режиму.

4. Спосіб за п. 3, в якому зазначений параметр являє собою напрям обертання маховика.

<рв якому зазначена окрема котушка (L3) являє собою датчик Холла.

7. Система керування для системи запалювання, що містить зарядну котушку (L1) і пускову котушку (L2), відрізняється тим, що система додатково містить окрему котушку (L3), встановлену так, що вона піддається дії магнітного поля поблизу зарядної котушки (L1), і блок (М1) управління для прийому інформації про магнітному потоці в пусковий котушці (L2) і окремої котушці (L3).

8. Система управління за п. 7, в якій блок (М1) керування виконаний так, що дозволяє системі запалювання генерувати іскру в момент часу, який визначається на основі інформації, отриманої від окремої котушки (L3) і пусковий котушки (L2).

9. Система управління за п. 7 або 8, в якій зарядна котушка (L1) і пускова котушка (L2) встановлені на залізному сердечнику (Т1); зазначена система додатково містить первинну котушку (L4) і вторинну котушку (L5), встановлені на тому ж залізному сердечнику (Т1), а окрема котушка (L3) встановлена поряд із залізним сердечником (Т1).

10. Система управління за п. 9, в якій вказаний залізний сердечник (Т1) має U-образну форму з двома по суті паралельними видовженими частинами, на одній з яких встановлені зарядна котушка (L1) і пускова котушка (L2) і на інший установлелиненними частинами.

11. Система управління за п. 7 або 8, в якій система запалювання додатково містить маховик для генерації магнітного потоку в зарядній котушці (L1), а блок (М1) управління приймає інформацію про стан маховика і використовує її для управління роботою системи запалювання.

12. Система управління за п. 11, в якій зазначена інформація про маховику включає інформацію про його швидкості обертання або напрямку обертання.

13. Система управління за п. 7 або 8, в якій блок (М1) керування виконаний з можливістю забезпечення генерації іскри системою запалювання тільки тоді, коли він оцінює стан системи як сприятливе для цієї генерації.

14. Система управління за п. 7 або 8, в якій зазначена окрема котушка (L3) являє собою датчик Холла.



 

Схожі патенти:

Пристрій реєстрації частоти обертання колінчастого валу і верхньої мертвої точки руху поршня (вмт) двигуна внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до двигунобудування і може бути використане при виробництві двигунів внутрішнього згоряння

Спосіб безконтактного перетворення переміщення рухомого елемента двигуна в електричний сигнал управління запалюванням

Винахід відноситься до методів контролю положення рухомих елементів двигуна і може бути використане для створення первинних перетворювачів каналів синхронізації систем управління двигуном
Up!