SE417125B - Elektronisk tendningsanleggning for en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

7801999-9 ¿ spolens tillkoppling sker en fixerad tid efter bortkopplingen i stället för efter ett särskilt antal kamaxelgrader. Denna anordning är i själva verket monostabil, eftersom gnistan frambringas genom en elektronisk krets, som har ett stabilt till- stånd, i vilket spolen är "till", och därefter utlöses till det ostabila tillstån- det för att bryta strömmen genom primärlindningen och därigenom igångsätta den se- kundärspänning, som erfordras för att frambringa gnistan, varefter kretsen återgår till det stabila tillståndet en fixerad tid därefter.

En känd förbättring av den nyssnämnda monostabila och optoelektroniskt styrda anordningen är en bistabil anordning angiven i de svenska patentskrifterna nr. 360,Å32 och 386,7l6, varvid kamaxelvinklarna mellan till- och frånkopplingen av spolen är fixerade.

I det svenska patentet nr. 7ÅOë55D-l (392.507)har det angivits en tänd- ningsanordning för en förbränningsmotor där icke endast gnistans tidläge styres i enlighet med motorns varvtal och belastning utan även gnistans varaktighet styres i förhållande till kamaxelns vinkelläge, så att gnistan vid tändstiftet släcks vid en förutbestämd kamaxelvinkel oberoende av den kamaxelvinkel där gnistan igångsattes.

Vid den härvid företrädesvis använda utföringsformen ligger detta läge inom ett om- råde av från 00 till 50 efter det övre dödläget.

Den nu beskrivna anordningen använder sig av den grundprincip, som angivits i det svenska patentet nr¿ 402 799 (sv. p.ans. 730062ü-9) i avseende på det automa- tiska datorberäknade försprånget eller eftersläpnïngen av gnisttändningen. Detta försprång eller eftersläpning ernås på elektronisk väg genom alstring av två serier pulser i synkronism med motorn, varvid en serie användes som referens för maximalt försprång och tillkoppling av spolen under det att den andra serien påverkar en räk- nare för nedräkning av det antal pulser, som erfordras utöver den punkt som anger maximalt försprång innan gnistan igångsättes, varvid räknarens räknetal varieras av en dator i enlighet med motorns varvtal och/eller belastning.

Förutom motorns varvtal och/eller belastning finns det ett antal andra faktorer, som mer eller mindre påverkar tändningstidpunkten i en förbränningsmotor, och huvudfaktorerna är här bränslets oktanvärde, lufttemperaturen, fuktigheten och lufttrycket.

Det har varit allmän praxis att åstadkomma en kurva för det fordrade för- språnget för såväl varvtals- som belastningsändringar i den ifrågakommande motorn genom prov under användning av en dynometer och simulerade förhållanden i ett labo- ratorium. Sedan försprångskurvorna för varvtal och belastning erhållits, har meka- niska organ uppbyggts för att reproducera dessa kurvor, som representerar den er- forderliga tidsbestämningen av tändningen, medelst en fysisk förflyttning av tänd- ningsanordningens komponenter i förhållande till motorns vevläge, d.v.s. det övre dödläget. .

Det har vidare föreslagits att använda mekaniska organ för att erhålla för- språng eller fördröjning ifråga om tändtidsbestämningen och där de tidigare angivna faktorerna tagas hänsyn till, d.v.s. exempelvis bränslets oktanvärde, lufttempera- 7801999-9 turen, fuktigheten och lufttrycket. Dylíka anordningar är givetvis mekaniskt kom- plicerade och kan lätt bliva felaktiga eller råka i olag.

Studier av förbränningsprocessen i en förbränningsmotor har visat att för- bränningsprocessen har två distinkta steg. Först uppträder efter igångsättningen av gnistan ett lågtryckssteg, där blandningen antändes och en flamma börjar att ut- breda sig inuti förbränningskammaren. Vid en efterföljande tidpunkt observeras en plötslig ökning av såväl trycket som temperaturen inuti cylindern och denna utmär- ker påbörjandet av förbränningens andra explosiva steg som i det följande benämnes "påbörjandet av förbränningens andra steg". Under förbränningens inledande steg är temperaturer och tryck inuti förbränningskammaren låga i jämförelse med de tempera- turer och tryck, som förefinns inuti förbränningskammaren under förbränningens and- ra steg.

Vid påbörjandet av förbränningens andra steg har blandningen i cylindern väl tänts och förefintligheten av en gnista vid tändstiftet är irrelevant ifråga om den följande förbränningsprocessen inuti cylindern. Det är tidsbestämmandet av detta andra steg, som är synnerligen viktigt. Provníngar har visat att för bästa motorverk- ningsgrad skall denna plötsliga ökning av tryck en temperatur alltid uppträda vid en fixerad kamaxelvinkel, oberoende av alla de variabler, som påverkar gnisttidsbestäm- ningen.

Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är därför att åstadkomma en tändningsanordning med en sluten slinga, där ett förutbestämt tryck på den tryck- stegringskurva, som uppträder under det andra förbränningssteget, kan noga avkännas i samband med ett givet fixerat vinkelläge och bibehålles vid detta läge under alla motorförhållanden.

I enlighet med den föreliggande uppfinningen har det anordnats en elektro- nisk tändningsanläggning för en förbränningsmotor med organ för att alstra en serie fyrkantvâgspänningspulser i synkronism med motorns rotatíon,organ för att avkänna det tryck och/eller den temperaturstegring, som beror på förbränning av en bränsle- blandning i en cylinder i motorn, organ verksamma genom en tidgivningsjämförelse mel- lan en första signal härledd från fyrkantvågspänningspulserna och en andra signal härledd från tryck och/eller temperaturstegringskurvan för att tidigarelägga eller senarelägga tändningstidpunkten, och det särskilt kännetecknande är att organ har anordnats för att variera till-från-förhållandet ifråga om den nämnda serien fyrkant- vågspänningspulser, med en första kant på nämnda pulser anordnad att kvarstå fixerad i förhållande till vevaxelläget och från vilken den nämnda första signalen häriedes, och där en andra kant på nämnda pulser är variabel och användes för att variera tänd- ningstidgivningen från nämnda signaltidgivningsjämförelse, varigenom en vald punkt på tryck- och/eller temperaturstegringskurvan bibehålles vid ett förutbestämt vev- axelläge oberoende av fordringar på motorn.

Den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas mera detaljerat genom exempel och i samband med de bifogade ritningarna.

- Fig. l är ett schema, delvis i blockform, av en form av en gníststyranord- ning för användning tillsammans med en gnisttändningsanläggning för en förbrännings- 7801999-9 motor angiven i det svenska patentet nr. 406.213 (sv. p.ahs. nr. 7505270-Ä).

- Fíg. 2 är en frontvy av den i fig. 1 visade skivan.

- Fíg. 3 är en sats vågformer för att underlätta förklaringen av den i fig. 1 visade kretsens arbetssätt.

- Fig. Ä är en deltvärsektionsvy av motorns inloppsledning och visar en före- dragen Form av en tändningsanordning med sluten slinga där det vakuum, som finns i in- loppsledningen användes. ' - Fig. 5 är en vy av en hålskiva, som användes vid den anläggning som anges i fig. Li.

- Fig. 6 är ett kopplingsschema för den krets som matar den i fig. Å visade solenoiden genom utsignaler från två utlösare.

Den tändningsstyranläggning, som har angivits i det svenska patentet nr. ë06.213 (sv. p.ahs. nr. 7505270-h), som den föreliggande beskrivningen avdelats från kommer att beskrivas under hänvisning till fig. 1-3 i den mån som den är relevant för den föreliggande uppfinningens förståelse.

Enligt fig. 1 och 2 ernår anordningen elektronisk styrning av försprånget (tidig tändning) och eftersläpningen (sen tändning) ifråga om igångsättníngen av gnis- tan genom detektering av kamaxelläget vid påbröjandet av förbränningens andra steg i cylindrarna. Anordningen inkluderar en strålningssönderhackningsanordning, som i sin helhet betecknats med 1, vidare en första snabb inverterande omkopplingsutlösningskrets 11, en andra snabb inverterande omkopplingsutlösningskrets 12, en räknare ih, ett Lryckdetektorsteg 16, en OCH-grind 19 och ett effekttransistorsteg 18.

Kretsdetaljer ifråga om de två inverterande och snabbt omkopplande utlös- ningskretsarna 11 och 12 och effekttransistorsteget 18 har angivits i svenska paten- tet nr. ü02799 (sv. p.ahs. nr. 730062b-9).

Strålningssönderhackningsanordningen 1 består av ett hus 2, en skiva 3, en axel ü, som uppbär skivan 3, infrarödstrålningskällor 5 och 6 och strålningsdetektorer 7 och 8. lnfrarödstrålningskällorna 5 och 6 utgöras företrädesvis av galliumarsenid- lampor och strålningsdetektorerna utgöras företrädesvis av fototransistorer, varvid alla dessa element är fastsatta på huset 2. Åxeln Å är lagrad i lager (icke visade) i huset 2 och drivs med motorns kamaxelvarvtal.

Hålskivan 3 omfattar två serier koncentriska öppningar 9 och 10. Det finns fyra stora öppningar 9 med lika mellanrum och ett stort antal små öppningar eller slitsar 10 (exempelvis sextioåtta). Öppningarna 9 medger att infrarödstrålning från lampan 5 kan nå fototransistorn 7, och slitsarna 10 medger att infrarödstrålning från lampan 6 kan nå fototransistorn 8. Lamporna 5 och 6 matas av en gemensam stabiliserad spänningskälla 20. ' Ulsignalerna Från resp. fototransistorer 7 och 8 matas in på ingångarna på resp. snabba inverterande omkopplingsutlösare 11 och 12. Utsignalen från den första utlösaren 11 pålägges för det första på effekttransistorsteget 18 och för det andra på en första ingång på OCH-grinden 19. Utsighalen från den andra utlösaren 12 matas in s 7801999-9 på räknaren ih, vilken normalt ger en utsignal, som är "0", men vid fullbordandet av den däri införda nedräkningen avger en utsignal som är "1". Tryckdetektorsteget 16 utgöres företrädesvis av en piezoelektrisk detektor och är konstruerat att avgiva en utsignal när trycket överskrider ett förutbestämt värde; Den piezoelektriska de- tektorn är inhyst antingen i cylinderns vägg ovanför kolven, när den sistnämnda be- finner sig i det övre dödläget, eller i det övre cylinderhuvudet på motsatt sida från tändstiftet. Utsignalen från den piezoelektriska detektorn föres till en tredje utlös- are l3, som tilldelar utsignalpulsen fyrkantform och pålägger den på den andra ingång- en på OCH-grinden l9. OCH-grinden l9 detekterar huruvida det förefinns samtidig koin- cidens vid dess båda ingångar, och för det fallet att koincidens föreligger åstadkom- mer grinden en utsignal för att inställa räknarens lå räknetal med ett steg åt gången för att tidígarelägga tändningen med ett fåtal grader för att säkerställa att topp- trycket uppträder vid en förutbestämd vevaxelvinkel, som företrädesvis ligger 100 efter den övre dödpunkten. Effekttransistorn 18 styr strömflödet genom tändspolens 26 primärlindning. När utsignalerna från stegen ll och lå är antingen "O" och "l" eller "l" och "Û" eller "O" och "0", kommer ström att gå genom tändspolens 26 primär- lindning, men då båda utsignalerna har den höga nivån "l", bryts strömmen genom lind- ningen och frambringar kollaps av det magnetiska fältet och därmed den resulterande höga sekundärspänning som erfordras för gnistan.

Den elektroniska gniststyranordningens arbetssätt kommer nu att beskrivas mera detaljerat med tillhjälp av de i fig. 3 visade vågformerna. När skivan 3 roterar med motorns vevaxelvarvtal, kommer infrarödstrålníngen från lamporna 5 och 6 att in- falla på resp. fototransistorer 7 och 8 via öppningarna 9 och slitsarna ID. Fototran- sistorn 7 kommer följaktligen att frambringa fyra strömpulser för varje omlopp av skivan 3 och fotottranslstorn 8 frambringar ett stort antal (t.ex. sextioåtta) pulser per omlopp. De två utlösarna ll och l2 omkopplar snabbt och förstärker dessa pulser för att åstadkomma vågformerna (a) resp. (b). Under intervallet mellan vevaxellägena to och t] kommer fototransistorn 7 att utsättas för infrarödstrålning och är därför ledande. Utsignalen från den första utlösaren har den låga nivå som representerar en- "0". vid läget t] saren blir hög och representerar en "I". Denna utsignal pålägges på såväl frekvens- avbrytes infrarödstrålningen och utsignalen från den första utlö- delaren lå, som den första transistorn i effekttransistorsteget lB. Frekvensdelaren lä räknar nu pulserna från den andra utlösaren l2 i enlighet med det däri inställda antalet. Utsignalen från frekvensdelaren lå har den låga nivån "Û" från kamaxelläget t° upp till och förbi vevaxelläget tl. När utlösaren ll därför frambringar en utsig- nal med hög nivå, kommer effekttransistorsteget icke att omkopplas på grund av den fortsatta förefintligheten av en utsignal med låg nivå från frekvensdelaren lä. I det visade exemplet är frekvensdelaren lä inställd att räkna ned totalt sex pulser innan dess utsignal omkopplas till den höga nivån. Vid vevaxelläget tz, när räkning- en till sex har fullbordats, blir utsignalen hög vid den sjunde pulsen och effekt- transistorsteget l8 bortkopplar strömfiödet från tändspolens 26 primärlindning och igångsätter härigenom gnistan genom den höga inducerade sekundärspänningen då fältet 97801999-9 s 6 kollapsar i spolens primärlindning. Vid vevaxelläget t3, som är det ideala vevaxel- läge där påbörjandet av förbränningens andra steg skall uppträda, återgår utsignalen från den första utlösaren till den låga nivån, så att gnístan släcks, och det sker ett återställande av frekvensdelaren, som även återgår till den låga nivån, såsom visas genom vågformen (c), varvid båda dessa händelser inträffar, när fototransis- torn 7 återigen utsättes för infrarödstrålning.

Vågformen (dl visar "l"-utsignalen från den tredje utlösaren l3, när för- bränningen inuti cylindern når sitt andra steg och detta har detekterats av den piezo- elektriska detektorn l6.

Kretsen är konstruerad att arbeta vid idealläget, när den främre kanten på vågformen (dl sammanfaller med vevaxelläget tg, varvid denna främre kant representerar påbörjandet av förbränningens andra steg. Om, såsom visas genom vågformen (e), den främre kanten på pulsen från utlösaren l3 uppträder efter läget t3, kommer OCH-grinden l9 icke att detektera någon koincidens mellan "l"-utsignalerna från den första utlösaren ll och den tredje dtlösaren l3, vilket vågformen (f) visar. Under dessa förhållanden kommer räknarens lå räknetal att minskas med ett steg åt gången till dess att koinci- dens detekteras. Om å andra sidan, såsom visas genom vågformen (g), den främre kanten på pulsen från utlösaren l3 uppträder före vevaxelläget t3, kommer OCH-grinden att de- tektera koincidens och visar detta genom sin utsignalvâgform (h). Under dessa förhållan- den kommer räknarens lü räknetal att ökas med ett steg åt gången till dess att koinci- dens icke längre detekteras. Under normala arbetsförhållanden kommer sålunda räknarens räknetal att inställas genom inkrement för att bibehålla vågformens (d) främre kant vid vevaxelläget t3.

Vid den nu angivna utföringsformen har det använts den andra utlösaren l2 och räknaren ik i förening med den första utlösaren ll och den elektromekaniska om- vandlaren för att bestämma spolens frånkopplingsläge, d.v.s. frambríngandet av gnis- tan, så att påbörjandet av förbränningens andra steg uppträder vid det precisa vev- axelläge, där spolen tillkopplas för att släcka gnístan. I stället för att elektro- niskt bestämma det erforderliga försprånget och eftersläpningen kan detta åstadkommas genom elektromekaniska organ. Enligt den företrädesvis använda formen, som visas i fig. H-6 har den andra utlösaren och frekvensdelaren utelämnats. Detta alternativa sätt att förverkliga uppfinningen i motsats till de utföringsformer, som anges i det svenska patentet nr. ÄO6.2l3 (sv.p.ans. nr. 7505270-Ä) använder sig av motorns vakuum- ledning. Såsom visas i fig. Ä har ett rör 80 anslutits till motorintagsledningen 82 för karburatorn uppströms ett gasspjäll SÅ. Röret 80 har en gren 86 ansluten till en kammare 88. Kammaren 88 är försedd med en membran 90, till vilken är ansluten en stång 92 med en som en gaffel utbildad del 9Ä. Den gaffelformiga delens Sä ändar uppbär den med 5 betecknade infrarödstrålningskällan och den detektor 7, som hör samman med den första utlösaren ll. En fjäder 96 har anordnats inuti kammaren 88 för att föra mem- branen 90 till dess neutrala läge mot det partiella vakuum, som åstadkommits i kammar- en 88. En magnetventil 98 har anordnats för att släppa in luft från atmosfären i kam- maren 88 via ett rör 99. 7 '7801999-9 En hålskvia l00 roterar synkront med motorns vevaxel och är placerad på det sätt som visas i fig. 4, nämligen mellan infrarödkällan 5 och detektorn 7.

Skivan IOD har fyra identiska öppningar l02, som är fördelade med lika mellanrum runt skivans omkrets. Varje öppning 102 har bågformiga yttre och inre omkretsdelar lüfi resp. l06, en radiellt gående kant 108 och en rak, men i förhållande till radien snedställd kant llD. Den radiella kanten IDS åstadkommer det konstanta "till"-läget för spolen för att släcka gnistan, och den i förhållande till radien snedställda kan- ten ll0 åstadkommer det erforderliga försprånget och fördröjningen ifråga om åstad- kommandet av gnistan ("från"-läget för spolen) i enlighet med infrarödkällans 5 och detektorns 7 avstånd från skivans lO0 centrum. Den utsignal med fyrkantvågform, som den första utlösaren alstrar har sålunda ett varierbart förhållande mellan "till" och "från" och detta förhållande är en funktion av elementens 5 och 7 avstånd från skivans centrum.

Av fig. 6 framgår att logikutsignalerna från den första utlösaren ll och den tredje utlösaren l3 påläggas på resp. transistorer 70 Och 72, S0m har en gemen' samlufllektorresistor 7%, och därför kombineras. Den kombinerade signalen pålägges på baselektroden i en transistor ll2, som bildar det första steget i den ínverter- ande snabba utlösningskoppling, som omfattar transistorerna ll2,llÅ och ll6, varvid den sista transistorn ll6 ligger i serie med magnetventilens 98 magnetiseringsspole ll8. Transistorerna ll2 och llß har resp. kollektorresistorer 75 och 77.

Denna utföringsform arbetar på följande sätt: Anläggningen är konstruerad så, att det vakuum, som förefinns i motorns inloppsledning drar membranen 90 mot verkan av fjädern, så att elementens 5 och 7 siktlinje förflyttas utåt i förhållande till skivan IDO och därigenom tenderar att öka till~från-förhållandet ifråga om ut- signalen från den första utlösaren för att överdriva tändingsförsprånget. När denna överdrift sker, d.v.s. när vågformens (d) främre kant uppträder före vevaxelläget tg, detekteras koincidens vid utgången 76. Härigenom bringas transistorn ll2 att bliva strömledande, transistorn lik blir oledande och transistorn ll6 blir ledande.

När transistorn ll6 blir ledande, kommer magnetventílen 93 att erhålla strömmatning och släpper in luft i kammaren 88. Härigenom bringas membranen att något slappna av, och därigenom förflyttas elementens 5 och 7 siktlinje radiellt inåt mot skivans IDO centrum för att åstadkomma en fördröjning av tändningstiden. Så snart som koincidensen vid utgången 76 upphör, kommer den av transístorerna ll2 t.o.m. ll6 bestående kret- sen att återgå till sitt andra stabila tillstånd för att åstadkomma att strömmatning- en av magnetventilen 98 upphör. Anläggningen kommer sålunda att pendla omkring den punkt där vågformens (d) främre kant bibehålles vid vevaxelläget t3.

Claims (8)

1. 7801999-9 5 Patentkrav l. Elektronisk tändningsanläggning för en förbränningsmotor med organ för att alstra en serie fyrkantvågspänningspulser (a) i synkronism med motorns rotation, organ för att avkänna det tryck- och/eller den temperaturstegring, som beror på påbörjandet av ett andra steg vid förbränningen av en bränsleblandning i en motor- cylinder, organ verksamma genom en tidsjämförelse mellan en första signal härledd från fyrkantvågspänningspulserna och en andra signal härledd från tryck- och/eller temperaturavkänningsorganet för att tidigarelägga eller senarelägga tändningen, k ä n n e t e c k n a d av, att organ har anordnats för att variera till-från- förhållandet ifråga om den nämnda serien fyrkantvågspänningspulser, med en första kant på nämnda pulser anordnad att kvarstå fixerad i förhållande till vevaxelläget och från vilken den nämnda första signalen härledes, och där en andra kant på nämda pulser är variabel och användes för att variera tändningstidpunkten enligt nämnda signaltidgivningsjämförelse, varigenom en vald punkt på tryck- och/eller temperatur- stegringskurvan bibehålles vid ett förutbestämt vevaxelläge oberoende av fordring- arna ifråga om motorn.

2. Elektronisk tändningsanläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att organen för att variera till-från-förhållandet omfattar en hålskiva (100) dri- ven synkront med motorns vevaxel, med hålen (102) i skivan belägna med lika mellan- rum runt skivan, med en infrarödstrålningskälla (5) och en detektor (7) anbragta på var sin sida om skivan för förflyttning i förhållande till denna, med en första verk- sam kant (108) på varje hål inriktad i riktningen för förflyttningen av nämnda strål- ningskälla och detektor, under det att en andra verksam kant (110) är snedställd i förhållande till den nämnda riktningen för att ernå det nämnda tidigareläggandet el- ler senareläggandet av tändningstidpunkten, varjämte har anordnats mekaniska organ för att förflytta den nämnda strålningskällan och detektorn i enlighet med fordring- arna ifråga om motorn.

3. Elektronisk tändanläggning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av, att nämnda mekaniska organ inkluderar en membran (90) påverkad av det partiella vakuum, som råder i motorns inloppsledning (82) mot verkan av en fjäder (96), med membranen (90) kopplad till nämnda strålningskälla (5) och detektor (7) för förflyttning av dessa i förhållande till hålskivan (100), och med en magnetlindning påverkad som ett resultat av den nämnda tidgivningsjämförelsen för att släppa in luft för att delvis slappa membranen mot den dragning, som nämnda partiella vakuum åstadkommer. Ä.

4. Elektronisk tändnlngsanläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att organen för att härleda en signal från tryck- och/eller temperaturstegringskur- van för det andra förbränningssteget utgöres av en elektromagnetisk omvandlaranord- ning (I6), som är belägen i cylinderns vägg över nivån för kolvtoppen vid det övre dödläget.

5. Elektronisk tändningsanordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av, att den nämnda elektromekaniska omvandlaranordningen utgöres av en piezoelektrisk detek- tor (l6)._ 9 7801999-9

6. Elektronisk tändningsanläggning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av, att den första nämnda verksamma kanten (108) på varje hål (102) är radiell i för- hållande till hålskívans (100) centrum under det att den andra verksamma kanten (110) är snedställd i förhållande till den radiella riktningen i skivan, med den infraröda strålningskällan (5) och detektorn (7) kopplade till nämnda mekaniska organ för att vara förflyttbara i radiell riktning i förhållande till hålskivans (100) centrum.

7. Elektronisk tändningsanläggning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av, att nämnda mekaniska organ inkluderar en motorvakuumanordning kopplad till den nämnda strålningskällan och detektorn, varvid den nämnda motorvakuumanordningens rörelse är styrd genom en magnetlindning (98) som vid en verksamhet som är ett resultat av tidsjämförelsen släpper in luft för att bibehålla det önskade tändnings- läget.

8. Elektronisk tändningsanläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av, att den signal som härletts från tryck- och/eller temperaturstegringskurvan för det andra förbränningssteget är en digital signal, som matas in till samma ingång på en elektronisk anordning, som stvr nämnda verksamma organ som de nämnda fyrkant- vågspänningspulserna för att därigenom utföra den nämnda tidgivningsoperationen di- gitalt. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: