SE505874C2 - Mätkrets för detektering av jonisering i förbränningsrummet i en förbränningsmotor - Google Patents

Description

20 25 30 505 874 UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL Uppfinningen har till ändamål att i jonströmdetekterande kretsar på ett kontrollerat sätt styra gnistströmmarna på så sätt att elektroniken i de jonströmdetekterande kretsarna ej kan påverkas.

Ytterligare ett ändamål är att tändsystemets delar lättare kan konstrueras för att reducera de elektromagnetiska störningar som kan alstras från tändsystemet. Ännu ett ändamål med en vidareutvecklad variant är att separera gniströmmen samt primärströmmen i två åtskilda kretsar vilka båda kan ges en begränsad fysisk omfattning, vilka kretsar således kan göras mindre störningskänsliga för påstrålade elektromagnetiska störningar samt i sig själva avger höga störningsnivåer.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den uppfinningsenliga mätkretsen utmärkes av patentkravets 1 kännetecknande del.

Genom den uppfinningsenliga mätkretsen kan gniströmmen begränsas till en väldefinierad krets, som I ej innehåller elektroniken, och de starkt störande gniströmmama kan hållas separerade från känsliga komponenter. Övriga uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar fi-amgår av övriga patentldavs kärmetecknande delar samt den efterföljande beskrivningen av utföringsexempel. Beskrivningen av utföringsexempel sker med hänvisning till figurer angivna i följande figurförteckning.

FIGURFÖRTECIOIING Figur 1, visar schematiskt en uppfinningsenlig mätkrets, Figur 2, visar en alternativ jordning av rnätlcretsen, Figur 3, visar hur en mätkrets kan anordnas integrerad med en tändspole direktansluten på ett tändstift.

BESKRIVNING AV UFFÖRINGSEIEMPEL l figur 1 visas en mätkrets för detektering av joniseringen i förbränningsrummet i en förbränningsmotor. Mätkretsen är anordnad i jordtörbindningen på en tändspoles 2 sekundärlindning 6. Tändspänningen induceras i sekundärlindningen 6 genom att strömmen genom primärlindningen 5 bryts med hjälp av en halvledarbrytare 7. När tändspänningeni seknndärlindningen blir tillräckligt hög alstras en tändgnista i tändstiftsgapet 3. Tändtidpunkten styrs på konventionellt sätt i beroende av detekterade motorparamerar såsom åtminstone last,varvtal samt temperatur. 20 30 505.874 I deni figur 1 visade utfiiringsformen laddas en kondensator 13 upp av strömmen i sekundär- lindningen 6. En med kondensatorn 13 parellellkopplad zenerdiod 12 begränsar den spänningsnivå som kondensatorn laddas upp till. En zenerdiod 12 med en genombrottspänning pái storleks- ordningen 50-400 Volt, företrädesvis 80 volt, väljs lärnpligen. Kondensatom 13 kommer därefter att frmgera som en i jordförbindningen anordnad mätspänningskälla med en väsentligen konstant spänningsnivå under förbrännings förloppet. Den väsentligen konstanta spänningsnivån motsvarar då zenerdiodens genombrottsspänning.

I serie med kondensatom 13 är anordnat ett högohrnigt mätrnotstårrd 14, företrädesvis med en resistans i storleksordningen ett par 100 kOhm. För att skydda mätmotståndet för de relativt stora gnistströmmarna finns ett likriktarlerrrent 1 1, här en zenerdiod, anordnat parallellt med mätmotständet 14. Likriktarelementet kan i vissa utföringsforrner vara en enkel diod. Zenerdioden är dock att föredra då en zenerdiod även bemar negativa spänningar över mätrnotståndet 14, vilket skyddar mätldetsarna eller logiken anslutna över mätmotståndet. Om likriktarelmentet 11 är en zenerdiod begränsas denna negativa mätspänningsrrivä till den för zenerdioden typiska genombrottsspänningen. Zenerdioden 11 är av konventionell typ med ett mycket lågt spänningsfall i storleksordningen några tiondels Volt, typiskt runt 0,7 Volt. När gnistan alstras i tändstiftgapet 3 går gnistströmrnen såsom markerats med pilen SC i en sluten krets. Likriktarelementet ll säkerställer att energin som lagrats upp i sekundärlindningen levereras till gnistgapet 3. Gnistströmmen går från den ena änden till den andra änden av tändspolens sekundärlindning 6, via zenerdioden 12, zenerdioden 1 1, jordkabel GW3, motorjord EG samt tändstiftsgapet 3.

När gnistan i tändstiftsgapet 3 slocknat kommer kondensatom att spänningsätta tändstiftsgapet med en relativt tändspänningen omvänd polaritet. Den ström som då utvecklas, härefter benämnd jonström, är beroende av antalet joniserade partiklar i tändstidftsgapet, alstrade från förbränningen.

Jonströrnmen drivs av mätspänningskällan 13, d.v.s kondensatorn, i en sluten krets via sekundärlindningen 6, tändstiftsgapet 3, jordning EG-GWI-GWZ-IMG samt mätresistansen 14.

Storleken pä jonströmmen detekteras via en elektronisk kontrollenhet 8, vilken kontrollenhet även kan inkludera drivsteget A för halvledarbrytaren 7.

I enlighet med den uppfinningsenliga konstruktionen av mätkretsen är zenerdiodens l 1 jordplan EG separerad från mätresistansen 14 jordplan IMG. Zenerdiodens 11 jordplan EG är lämpligen motor-jord vilket medför att gnistströmmarna endast kommer att ledas lokalt på motorn i en begränsad strömkrets. Den inneslutna arean på strömkretsen, eller den fysiska omfattningen på kretsen, blir mycket liten vilket medför att kretsen blir mindre benägen att störas ut av påstrålade elektromagnetiska störningar samt att avgivna störningar reduceras.

Mätkretsens jordplan kan vara ett med tändsystem elektroniken gemensamt jordplan IMG. På detta sätt kan man säkerställa att de relativt höga och störningsbenägna gnistströmmarna ej leds via ett jordplan som även utnyttjas av den relativt känsliga elekuoniken i kontrollenheten 8. 20 25 30 505 874 Med ett tändsystem anordnat i ett chassi, exempelvis i ett motorfordon, användes konventionellt ett batteri 4 vilket använder chassit som systemjord CG. Motorn är i sin tur jordad till chassijorden CG via en jordfläta GW1. Tändsystemelektronikens jordplan IMG kan sedan i sin tur jordas till chassijorden CG via en jordfläta(eller kabel) GW2.

För att begränsa omfattningen på primärströmmens strömkrets skall strömmatningen dras parallellt med primärströmlcretsens jordreferens. Anslutningen till batteriets pluspol samt återledningen till jord skall dras parallellt eller partvinnati ett gemensamt kablage 32. Härigenom begränsas den fysiska omfattning på primärsuömmens strömkrets, vilket reducerar störningskänsligheten för påstrålade elektromagnetiska störningar samt nivån på de störningar som alstras från kretsen I figur 2 visas ett alternativt sätt att jorda mätkretsen. Här är tändsystemjorden IMG jordad via en jordkabel GW2', vilken är avskild från jordkabeln GW3 som jordar zenerdioden 11. Även i denna lösning kan gniströmmen SC ledas i en sluten krets utan att gå i tändsystemets jordplan IMG.

I figur 3 visas hur en mätkrets kan anordnas integrerad med en tändspole direktansluten på ett ' tändstift 21. Tändpolen 2 är anordnati ett företrädesvis cylindriskt hus 20, vilket även innefattar en konventionell tändstiftsartslutning. Tändstiftsanslutrtingen är företrädesvis av en typ motsvarande den som visas i patentet EP,C,l51.594(=US,A,4.621.88l). Ett elekmonikhus 10 är integrerat med tändpolehuset 20, där elektronikhuset innehåller elektroniken i mätkretsen 1. De diskreta komponenterna 1 1-14 i mätkretsen 1 är företrädesvis monterade på ett gemensamt kretskort vilket har fysiskt åtskilda jordplan eller jordanslutningar för zenerdioden 11 och övriga komponenter.

Den integrerade enheten 10,20 monteras fast på förbränningsmotorns cylinderhuvud 23 med hjälp av fästskruvar 30,31.

I den första utföringsformen visad i figur 1 användes åtminstone en av förankringsslouvarna 30,31 som jordskruv GW3, vilken direkt jordar zenerdioden 11 i motoms jord EG. Alternativt kan en kort separat jordkabel 34 anslutas till motorblocket.

Tändsystemjorden IMG jordas här via kablaget 32, företrädesvis till chassijorden I den andra utiöringsformen visad i figur 2 kan den ena fästskruven, exemeplvis 30, användas som jordskruv GW3 för zenerdioden 11, emedan den andra fästskruven 31 användes som jordslnuv GW2' för tändsystemjorden IMG. Alternativt kan en kort jordkabel 33 användas som jordförbindning GWZ”. Om den fysiska omfattningen på primärströmlcretsen skall begränsas skall strömmatningen i kablaget 32 dras parallellt med motorjordanslutningen GW1, såsom indikerats med kablaget 32' i figur 2. sosss74 Uppfinningen kan varieras på ett flertal sätt inom ramen för patentkraven. I den mest fördelaktiga implementationen skall såväl gniströmmen som primärströmmen separeras i två skilda kretsar vilka båda gæ en begränsad fysisk omfattning. Härigenom skyddas elektroniken från det högfrekventa innehållet i gniströmmarna, samtidigt som respektive krets görs mindre benägen att störas ut av påstrålade elektromagnetiska störningar från andra elektriska utrustningar anordnade i fordonet såväl som utanför fordonet.

Uppfinningen kan även tillämpas på tvåtalnts-, fyrtakts-, Wankelmotorer samt andra motorer försedda med tändspolar och tändstift för initiering av förbränningen.

Mätspänrtingskällan kan även inom ramen för det självständiga patentkravet även innefatta en DC- DC omvandlare som transforrnerar upp batterispänningen till erforderlig mätspänrtíngsnivå. Det väsentliga med uppfinningen är att gniströmmarna ej skall ledas via det jordplan som övrig elektronik använder. Jordplanet för övrig elektronik kan docki sin tnr jordas till motoijorden, ochi vissa implementationer så kan även pximätstömmen ledas genom motorjord. I det senare fallet skall dock matningen av primärströmmen ske parallellt med dess jordreferens om samtidigt arean på ptimärldetsen skall begränsas ur störningsynpiinkt.

Claims (9)

20 25 30 505 874 6 PATENTKRAV

1. Mätkrets för detektering av jonisering i förbränningsrummet i en motor anordnad i ett chassi, vilken motor innefattar -ätminstone ett förbxänningsrum (22), -átntinstone ett tändstift (21) anordnat i varje förbränningsrum, vilket tändstift har en första elektrod och en i mototjord (EG) jordad andra elektrod, vilka elektroder däremellan bildar ett tänd- stiftsgap (3), -åtminstone en tändspole (2) innefattande en sektmdärlindning (6) vars första ände vid generering av en tändgnista i tändstiftsgapet är ansluten till åtminstone ett tändstifts första elektrod och där sektmdärliridningens andra ände är ansluten till jord, och där mätkretsen är anordnad i sekundärlindningens andra jordanslutna ände och innefattar -ett mätrnotstånd (14) samt ett likriktarelement (1 1) parallellkopplat över mätmotståndet, -en mätspänningskälla (13) med en väsentligen konstant spänningsnivå under förbränningen anordnad i mätkretsen i serie med mätmotståndet ( 14), vilken mätspänningskälla vid jonisering i tändstiftsgapet driver en mätström genom mätmotståndet motsvarande strömmen i tändsüftsgapet (3) kännetecknad av att det i mätluetsen anordnade likriktarelementet (11) är anslutet med en direktledare (GW3) till motor jord (EG) utan att gå via mätkretsens jordplan (IMG), och där mätmotståndet (14) jordar till mätlcretsens jordplan (IMG), varigenom gnistströmmarna kan ledas genom likrilctarelementet (1 1) utan att påverka mätkretsens jordplan (IMG).

2. Mätkrets enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att mätkretsens jordplan (IMG) är jordat till chassijord (CG) via en jordfläta (GW2) och att motorjorden (EG) i sin tur är jordad till chassijord (CG) via en jordfläta (GW1), till vilken chassijord även tändsystemets spänningskälla (4) är jordansluten

3. Mätkrets enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att mätkretsens jordplan (IMG) är jordat till mototjord (EG) via en jordfläta (GW2') vilken är separerad från och anordnad parallellt med likriktarelemeritets direlaledare och att motorjorden (EG) i sin tur är jordad till chassijord (CG) via en jordfläta (GWI).

4. Mätkrets enligt patentkrav 2 k ä n n e t e c k n a d a v att tändspolens primärlindning (5) ingår i en strömkrets (4-5-7-IMG-GW2-CG) som är helt separerad från gniströmmens strömkrets (6-3-EG- GW3-1 1-12). 20 505.874 b 7

5. Mätkrets enligt patentluav 3 k ä n n e t e c k n a d a v att tändspolens primärlindning (5) ingår i en strömkrets (4-5-7-IMG-GW2'-EG-GW1-CG) som endast har motorjorden (EG) som en med gniströmmens strömkrets (6-3-EG-GW3-11-12) gemensam ledare i strümlcetsania.

6. Mätkrets enligt patentkrav 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d a v att primärströmmen genom tändspolens primärlindning (5) leds till respektive från motom via ett kablage (32.32') innehållande en matningsledning från ena polen på tändsystemets spänningskälla (4) såväl som en åter-ledning (GW 1/GW2) till den andra polen på tändsystemets spänningskälla (4), där matningsledningen och återledaren är anordnade parallellt med varandra i kablaget (32,32').

7. Mätkrets enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d a v att mätspänningskällan innefattar en kapacitans (13) och en till kapacitansen parallellkopplad spänningsbegränsare, företrädesvis en zenerdiod ( 12).

8. Mätkrets enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a d a v att mätspänningskä11an(13), mätmotståndet (14) samt likriktarelementet (11) är monterade på ett och samma lcretskort, vilket kretskort har två separerade jordanslutningar, där den ena jordanslutningen (GW3) är jordad direkt till motorjord och den andra jordanslutníngen (GW?JGW2') är jordad till mätkretsens jordplan

9. Mätkrets enligt patentkrav 8 k ä n n e t e c k n a d a v att kretskortet även innehåller medel (8) för detektering av spänningen över mätrnotständet ( 14).