SE448645B - Forfarande och arrangemang for att alstra tendgnistor i en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

25 30 Å-lšß 645 tändspänningsgenerering i tändspolen på såväl induktiv som kapacitiv väg.

Samtliga nämnda kända lösningar innefattar emellertid en mångfald komponenter bl.a. för att skapa en oscillerande ström och för uppladdning av kondensatorn och strömmatning genom primärlindningen. Vidare är lösningarna avpassade för förhållandevis stora tändspolar avsedda främst för induktiv tändning varvid en enda tändspole utnyttjas för motorns samtliga tändstift, samtidigt som strömmen till dessa fördelas med hjälp av ' en sedvanlig tändfördelare.

Föreliggande uppfinning är i första hand tillämpbar vid ett mikrodatorstyrt kapacitivt tändsystern för flercylindriga motorer för fordonsdrift. Med fördel används dessutom uppfinningen vid ett dylikt tändsystem som saknar mekanisk tändfördelning och där för varje tändstift utnyttjas en tändspole av förhållandevis liten storlek. I syfte att vid dylika tändsystem enkelt åstadkomma en förlängning av tändgnistans varaktighet utmärkas föreliggande uppfinning av att vid en andra tidpunkt, som inträffar senare än den första tidpunkten, styrenheten avger en andra utsignal till ett andra i uppladdningskretsen beläget strömbrytarorgan, som är kopplat i serie med urladdningskretsen, varigenom det första och andra strömbrytarorganet hålles samtidigt öppna för strömrratning från en elenergikälla genom primärlindningen och nämnda strömbrytarorgan samt att vid en tredje tidpunkt som inträffar senare än den andra, styrenheten avger en tredje utsignal till det första och/eller andra strömbrytarorganet för stängning av det- eller desamma varvid strömmatningen genom prirnärlindníngen avbryts och en andra tändspänningsgenerering sker i sekundärlindningen.

Genom uppfinningen kan en mikrodatorbaserad styrenhet enkelt programmeras för styrning av de två strömbrytarorganen så att det uppfinningsenliga förfarandet erhålles. Det är även möjligt att låta mikrodatorn anpassa styrningen av strömbrytarorganen efter motorns driftstillstånd varigenom tändgnistans varaktighet kan förändras i beroende av ändringar i driftstillständet. if! 10 15 20 25 30 35 448 645 Uppfinningen avser även ett arrangemang för utförande av det uppfinningsenliga förfarandet vid en förbränningsrnotors tändsystem.

Vid tändsystexnet är därvid en tändkondensator elektriskt förbunden med dels minst en urladdningskrets innefattande tändspolens prímärlindning seríekopplad med ett första strömbrytarorgan och dels en uppladdningskrets, som innefattar ett andra I strönbrytarorgan, en spole och minst en diod.

Det uppf inningsenliga arrangemanget utmärkes av att det första och andra strömbrytarorganet samt priinärlindningen är kopplade i serie med varandra i en krets som förbinder en likströmskälla med jord, genom vilken krets likström flyter när såväl det första som det andra strömbrytarorganet är öppna för strömgenomgång, samt att tändkondensatorn är elektriskt förbunden med det första strömbrytarorganet och primärlindningen så att vid öppet första strömbrytarorgan tändkondensatorn urladdar genom primärlindningen, vilka strömbrytarorgan är elektriskt förbundna med en elektronisk styrenhet, vilken i beroende av insignaler representerande motorns driftstillstånd avger utsignaler till nämnda strömbrytarorgan för öppning och stängning av desamma.

Genom det uppfinningsenliga arrangemanget erhålles en synnerligen enkel och billig lösning för åstadkommande av en förlängd ' tändgni sta . Övriga för uppfinningen utmärkande särdrag framgår av bifogade ' patentkrav och av efterföljande- beskrivning av en uppfinningen exemplifierande utföringsform. Beskrivningen sker med hänvisning till bifogade figurer, av vilka Figur l visar ett uppfinningsenligt arrangemang vid ett tändsysteln, Figur 2 visar schematiskt prilnärströmmen under genomförande av i ett uppfinningsenligt förfarande vid nämnda arrangemang, Figur 3 visar schematiskt prilnärspänningens utseende under nämnda förfarande och Figur 4 visar schematiskt motsvarande sekundärspänning vid det uppfinningsenliga förfarandet. (_21 10 15 25 30 35 448 645 I figur l visas de delar av ett tändsystem som är väsentliga för beskrivningvav ett uppfinningsenligt förfarande. Ett antal tändstift l-4 är förbundna vart och ett med var sin sekundärlindning 5-8 hos ett motsvarande antal tändspolar.

Tändspolarnas prílnärlindningar 10-13 är var och en seriekopplade med var sitt strömbrytarorgan 14-17, här utformat som en triac.

Varje primärlindning och triac ingår i en urladdningskrets 20-23 som är kopplad parallellt med en tändkondensator 24 i en ledning 25. Likaså parallellt kopplad med tändkondensatorn 24 är en drossel 26 kopplad i serie med en diod 27 i en ledning 28. Ledningen 25 med tändkondensatorn 24 och samtliga därmed parallellkopplade ledningar 20-23,28 är å ena sidan anslutna till ett andra strömbrytarorgan 30, exempelvis en transistor, kopplad i serie med en andra diod 31 i en ledning 32 samt å andra sidan till en likströmskälla 33, företrädesvis ett 12 V batteri. Dioderna 27,31 är vända så att när transistorn 30 tillåter strömgenomgång kan ström matas från batteriet 33 genom ledningarna 28 och 32 till jord.

Triacarna l4-l7 och transistorn 30 styrs av en styrenhet 40 mellan ett slutet läge då ström tillåts flyta i kretsen ifråga samt ett öppet läge då kretsen är öppen och ström ej kan matas därigenom.

Styrenheten 40 är med fördel uppbyggd kring en mikrodator. Till styrenheten 40 matas insignaler på ledningarna 41-43 avseende mtorns varvtal, belastning, temperatur, brånsleluftförhållande m.m. Motorvarvtalet erhålles från en vevaxelgivare 44 vars utsignal även informerar om vevaxelvinkelläget inför tändningen i respektive cylinder. Beroende på övriga insignaler korrigeras ett utgångsvärde avseende tändläget till att anta ett för varje driftstillstånd hos motorn avpassat värde. Korrigeringsvärdena bestäms av styrenheten 40 genom avläsning av i minnesorgan lagrade tabeller eller liknande. Vid den av styrenheten 40 fastställda tändtidpunkten för viss cylinder exempelvis innehållande tändstift l avges en utsignal till triacen 14, som därvid sluter urladdningskretsen 20, varvid tändkondensatorn 24 urladdas genom primärlindningen 10.

I figur 2,3 och 4 anges tändtidpunkten med T0. Ur1.addningen förorsakar ett snabbt stigande strömflöde enligt figur 2 genom priinärlindningen 10 samtidigt som tändkondensatorns 20 spänning på 10 15 20 25 30 35 448 645 :motsvarande sätt sjunker enligt figur 3 från en utgångsnivå på ca 400 V. Vid tidpunkten Tl är prirnärspänningen ca 0 V och samtidigt har primärströrrmen ett högsta- positivt värde. Av figurerna 2 och 3 framgår att när spänning sedan når sitt största negativa värde då genomgår strörrmen nollnivàn. När spänningen åter når nollnivån vid en tidpunkt TZ uppvisar primíarströnunen ett största negativt värde.

Det genom tändkondensatorns urladdniiug snabbt stigande strömflödet genom primärlindningen medför på känt sätt en i figur 4 återgiven första i detta fall negativ spänningspuls i sekundärlindningen., Nämnda spänningspuls uppvisar en första kraftig och mycket kortvarig - några få mikrosekunder lång - spänningstopp, även benämnd spänningsspik. Denna kan uppnå absolutvärden kring 40 kV och förmår därigenom att även under svåra driftsförhållanden alstra en gnista mel lan tändstiftets elektroder. Spänningsspiken övergår sedan i ett pulsavsnitt med en avsevärt lägre och endast långsamt sjunkande potential innan nämnda avsnitt avslutas med en snabb återgång till nollnivån vilken näs vid tidpunkten 'P2 som kan inträffa exempelvis lO a 20 mikrosekunder efter TO.

Från och med tidpunkten TZ skulle utan-det uppfinningsenliga förfarandet primärströnnen enligt figur 2, prixuärspänningen enligt figur 3 och sekundärspänningen enligt figur 4 ha följt en i respektive figur med streckad linje återgiven avklingande svängningskurva. Genom uppfinningen bringas emellertid transistorn 30 av styrenheten 40 att öppna vid en tidpunkt T_3, vilken kan inträffa vid tidpunkterna Tl eller T2 eller mellan desamma. Därvid möjliggöres strömmatning från batteriet 33 via den redan tidigare öppnade triacen 14, primärlindningen 10, dioden 31 och transistorn 30 till jord. Strömmen flyter sålunda lättare genom prilnärlindningen 10 än genom drosseln 26 eftersom uppbyggandet av ett strömflöde genom den senare försvåras av dess höga induktans.

Denna är åtminstone tio gånger högreän primärlindningens induktans _ Nämnda strömnatnaing från batteriet 33 via prixnärlindningen innebär att när spänningen över kondensatorn 24 och prziinärlindningen l0 enligt kurvan i figur 3 åter växlar tecken vid tidpunkten T2 så 10 15. 20 25 30 35 448 645 övergår prirnärspärmingen i ett positivt värde väsentligen lika med batterispänningens värde. Denna låga spänning medför ett snabbt fall hos primärströxnlnen till ett mot primärspänningen svarande förhållandevis lågt värde.

Sekundärspänningen antar samtidigt ett lågt positivt värde och nämnda värde förmår upprätthålla tändgnistan under en period 'P2 till T2.

Under perioden TZ - '114 understöds nämligen sekundärspäxxningen av en till T4 vilken kan vara flera gånger längre än perioden Tl i det närmaste konstant primärspänning och en därav beroende i absoluta värden långsamt ökande primärström. Tändgnistan brinner därmed utan svårighet under tiden T2 till T4 med stöd av den elenergi som nämnda sekundärspänning är ett uttryck för.

För att ytterligare förlänga tändgnistans brinntid krävs dock att sekundärspärmingen kvarhàlles på en högre nivå. Detta sker genom att vid T4 transistorn 30 erhåller signal från styrenheten 40 för att bryta strömmen genom densamma. Prímärströzrnxens brytning medför att en sekundärspänning ånyo induceras i sekundärlindningen 5 och denna sekundärspärming medför förlängning av tändgnistans brirmtid.

Omedelbart efter transistorns 30 stängning vid T4 matas vid tidpunkt T5 en ytterligare signal till transistorn 30 för att tillåta och transistorn 30 till jord. Ett nytt magnetfält byggs upp i ny strömmat-ning från batteriet 33 genom primärlindningen 10 tändspolen 5,10 och vid en förutbestämd tidpunkt T6 avger styrenheten 40 äter signal till transistorn 30 som bryter strömmen därigenom. Den avbrutna strömmatningen genom prirnärlindningen 10 inducerar ånyo en sekundärspärmning i sekundärlindningen 5 och denna förmår att ytterligare underhålla tändgnistan med elenergi. På detta sätt kan tändgnistans brinntid förlängas en valfri tidperiod genom transistorns 30 stängning och öppning i beroende av styrenhetens 40 utsignaler. Brinntiden kan exempelvis förlängas från den sedvanliga kapacitiva tändgnistans brinntid på ca 80-100 mikrosekunder upp till de för induktiva tändsystem möjliga brinntiderna på upp emot ca 2000 mikrosekunder. Det är självfallet även möjligt att avvakta de första. pritnärspänningspul serna innan Styrenheten avger signal till transistorn vid en tidpunkt T3. Detta 10 15 20 25 4-48 645 innebär dock endast att prirnärströlmnens avbrott enligt T2 i figur 2 förflyttas till en senare tidpunkt som motsvarar den nollgenomgång hos primärspänningen som följer närmast efter tidpunkten T3.

Därefter följer samma förfarande som ovan beskrivits med hänvisning till figurerna 2, 3 och 4. Med fördel infaller dock T3 under någon av de tio första primärspänningspulserna eller åtminstone inom den tid under vilken en kapacitiv tändgnista säkert brinner, dvs. vanligtvis inom 80-100 Inikrosekunder från tiden TO.

Genom variation av tändgnistans brinntid kan även den genom tändgnistan överförda elenergin varieras inom vida gränser. Detta sker lämpligen i beroende av motorns driftsförhàllanden så att vid exempelvis drift med mager bränsleluftblandning, vilket kan konstateras med en sedvanlig syremätsond i avgassystemet, styr styrenheten signalerna till transistorn 30 så att en förbestämd förlängning av tändgnistans brinntid sker.

Det ovan beskrivna utföringsekesnplet får ej verka begränsande för uppfinningen utan denna kan inom rarren för efterföljande patentkrav modifieras i ett flertal utföringsforzner. Såtillvida kan betydelsen av induktansförhållandet mellan primärlindning och drossel elitnineras genom att ledningen 28 förses med ett strömbrytarorgan som i beroende av en utsignal från styrenheten 40 styr strömgencxngången genom drosseln 26.

Claims (9)

10 '15 20 25 30 35 448 645 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för att alstra tändgnistor i en förbränningsrnotor förszodcl med ett tändsystern i vilket ingår minst ett tändstift (1), som erhålhfr tändspänriing från en tändspoles sekundärlindning (5), vilket tändsystern innefattar minst en tändkondensator (24), som samverkar med minst en urladdningskrets (20,25) och en uppladdningskrets (28,32) , vilken urladdningskrets innefattar i serie tändspolens primärlindning (lO) och ett från en styrenhet (40) omställbart första strömbrytarorgan (14), varvid vid en första tidpunkt (T0) styrenheten (40) avger en första utsignal till det första strömbrytarorganet (14), vilken utlöser tändkondensatorns (24) urladdning genom urladdningskretsen (20,25) varvid i sekundärlindningen (5) uppstår en häremot svarande första tändspänningsgenerering, k ä n n e t e c k n a t av att vid en andra tidpunkt (T3) , som inträffar senare än den första tidpunkten, styrenheten (40) avger en andra utsignal till ett andra i uppladdningskretsen beläget strömbrytarorgan (30), som är kopplat i serie med urladdningskretsen, varigenom det första och andra strömbrytarorganet (14 resp 30) hålles samtidigt öppna för strömmatning från en elenergikälla (33) genom priinärlindningen (10) och nämnda strömbrytarorgan samt att vid en tredje tidpunkt ('24) som inträffar senare än den andra, styrenheten (40) avger en tredje utsignal till det första och/eller andra strömbrytarorganet (l4,30) för stängning av det- eller desamma varvid strömmatningen genom prínnärlindningen (l0) avbryts och en andra tändspänningsgenerering sker i sekundärl indningen (5) .

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att enbart det andra strömbrytarorganet (30) stänger vid nämnda tredje tidpunkt (T4).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av att vid en fjärde tidpunkt (T5) , som inträffar omedelbart efter den tredje tidpunkten (T4), avger styrenheten (40) en fjärde utsignal till det andra strömbrytarorganet (30) för öppning av detsamma, fw 10 15 25 30 35 448 645 varvid ström åter matas från elenergikällan (33) genom primärlindningen (l0) och nämnda strönñorytarorgan (30) till jord.

4. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att styrenheten (40) avger utsignaler till det andra strörnbrytarorganet (30) vid den andra tidpunkten (T3) endast vid förutbestämda värden på till styrenheten (40) matade insignaler.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda utsignal vid den andra tidpunkten (T3) endast avges om en till motorn matad bränsleluftblandning är magrare än ett förutbestämt värde.

6. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda andra tidpunkt (T3) åtminstone infaller under en tidperiod, under vilken en tändgnista säkert brinner i beroende av tändkondensatorns (24) urladdning genom primärlidningen (10).

7. Arrangemang för att vid en förbränningsmotors tändsystem på sätt som anges i patentkrav 1 alstra tändgnistor vid minst ett tändstift (l) som erhåller tändspännilng från en tändspoles sekundärlindning (5), vid Vilket tändsystem minst en tändkondensator (24) är elektriskt förbunden med dels minst en urladdningskrets (20,25) innefattande tändspolens prilmärlindning (10) seriekopplad med ett första stfmbrytarorgan (14) och dels en uppladdningskrets (2B,32), som innefattar ett andra strömbrytarorgan (30), en spole (26) och minst en diod (27), kännetecknat av att det första och andra strömbrytarorganet (14 resp 30) samt primärlindningen (10) är kopplade i serie med varandra i en krets (20,32), som förbinder en likströmskälla (33) med jord, genom vilken krets (20,32) likström flyter när såväl det första som andra strömbrytarorganet (14 resp 30) är öppna för strömgenorngång samt att tändkondensatorn (24) är elektriskt förbunden med det första strömbrytarorganet (_14) och prilnärlindningexi (10) så att vid öppet första strömbrytarorgan (14) tändkondensatorn (24) urladdar genom primärlindningen (10), vilka strömbrytarorgan Uí 10 448 645 * 10 (14,'5()) är -trlektriskt förbundna med en elektrisk styrenhet (40), vilken i beroende av insignaler representerande motorns driftstillstånd avger utsignaler till nämnda strömbrytarorgan (1430) för öppning och stängning av desamma.

8. Arrangemang enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att det första strömbrytarorganet (14) är en triac medan det andra strömbrytarorganet (30) är en transistor.

9. Arrangemang enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att primärlindnirxgens induktans är minst tio gånger lägre än spolens (26) . 'JM