SE522411C2 - Sätt att mäta cylinderspecifika parametrar hos en kolvmotor med hjälp av motorns tändsystem - Google Patents

Description

nosa; 10 15 20 25 30 522 411 2 dansidentifiering är det också möjligt att detektera läckströmmar, sotbildning och andra de- fekter på förbränningsmotoms tändstift.

Uppfinningen har också fördelen att mätspänningsnivån kan ändras direkt från ex- empelvis ett styrprogram utan att någon modifiering av hårdvaran hos tändsystemet behöver göras. Detta medför ökade möjligheter när det gäller att detektera jonström.

Sammanfattning av uppfinningen Sättet att mäta och bestämma cylinderspecifika parametrar i ett förbrärmingsrum hos en kolvmotor som innefattar ett tändsystem, kännetecknas av att mätningen sker med hjälp av tändsystemet genom att en växelspärining appliceras över tändspolens sekundärlindning, var- efter värdet hos strömmen som uppkommer i en samverkande mätkrets på sekundärsidan de- tekteras som funktion av tiden. Strömmens absolutvärde beror av mätkretsens mätresistans, av sekundärlindningens induktans och resistans och av förbränningsrurnmets karakterisktiska impedans, vilken innefattar en kapacitans och en resistans. Förbränningsrummets kapacitans ändras då kolvens läge ändras och har sitt högsta värde då kolven befinner sig i en övre vänd- punkt. När kapacitansen är som störst har sekundärströmmen sitt högsta värde.

Mätningen enligt uppfinningen kan utföras under motorvarv då förbrärming inte sker. Mätningen kan till och med utföras genom att motorn ”släpas” innan den startas. Mät- ningen kan även utföras under motorvarv då förbränning sker. Genom att då applicera en lämplig spänningsnivå över mätkretsen kan även jonströmmen från förbrärmingsförloppet analyseras och man kan likaså öka gnistans brinntid eller ge multignistor genom att applicera en för detta passande spänning över mätkretsen. Övriga kännetecken för uppfinningen anges i de följ ande kraven.

Kortfattad beskrivning av ritningsfigurer I den följande beskrivningen av utföringsformer av uppfinningen hänvisas till de åt- följande ritningsfigurema där: Figur 1 visar sekundärkretsens principiella uppbyggnad enligt uppfinningen; Figur 2 visar exempel på inkoppling av krets för att detektera det övre vändläget enligt uppfinningen; Figur 3 visar en mätkrets med en transformator; Figur 4 visar en kurva för bestänming av det övre vändläget.

Figur 5 visar en mätkrets med en separat transformator vars sekundärlindning är kopplad i serie med flera tändspolars sekundärlindningar vilka är parallellkopplade.

O:\ANT\WORD\ANSÖKNlN\Cylinderparalnetrar.doc »annu 10 15 20 25 30 522 411 3 Beskrivning av utfóringsformer Enligt uppfinningen används således tändspolens sekundärström för att kunna de- tektera när kolven befinner sig i det övre vändläget. Figur 1 visar den principiella uppbyggna- den av en sekundärkrets för detekteringen. Mätkretsen innefattar, förutom en mätresistans Rl, induktansen L1 hos tändspolens sekundärlindning, resistansen R2 hos sekundärkretsen samt cylinderímpedansen bestående av parallellkopplingen av R3, R4 och Cl. En förbränningspro- cess innebär en påverkan på förbränningsrummets impedans. För att enkelt kunna bestämma värdet på R3, R4 och Cl bör mätning för en 4-taktsmotor ske under två motorvarv, dvs en arbetscykel. Under det varv då förbränningen inte sker, vilket vanligen betecknas som ”waste”-varv påverkas impedansen enbart av kolvens läge och inte av trycket eller jonström- men (R4). I förbränningsfasen påverkas impedansen även av kompressionstryck. Vid släplast, då kompression och läckageeffekter kvarstår men ingen förbränning sker, kan kompres- sionstryck och läckmotstånd (R3) mätas. Genom att ändra frekvens på mätsignal kan värdet hos kapacitans Cl utskiljas från värdet på läckresistor R3, under förutsättning att ingen jonström finns (förbränning saknas). För 2-taktsmotorer kan särskiljningen av de olika resi- stansema ske genom att framkalla en avsiktlig misständning, exempelvis genom att stänga av tändning eller bränsle, eller genom att motom dras runt manuellt eller med en Startmotor in- nan förbränningen startas. Ett ytterligare altemativ att göra detta är att mäta under den del av motoms arbetscykel då j onström saknas.

Utgående från kretsen enligt figur 1 kan spänningen över mätmotståndet med hjälp av Laplacetransfonn uttryckas enligt (1): R R c Vmtf-Illïfisï-fi-i-L-í ) (1) inse, + R,sc, + R,R_, där v 1 :A 2 . R] <> där Vmm är spänningen över mätmotståndet, I, är strömmen i sekundärkretsen, R1 är mätresi- stansen, sL1 är impedansen i sekundärlindningen, R; är sekundärresistansen samt l/sCl, R; och R4 utgör förbränningsrummets karakteristiska impedans.

Cylinderrummets kapacitans Cl beror bland annat av kolvens position, gassamman- sättningen, temperaturen och cylindertrycket. 0:\ANT\WORD\ANSÖKNlN\Cylinderparametrar.doc avfa- 10 15 20 25 30 522 411 4 nu nu När kolven i cylindem rör sig ändras cylinderkapacitansen C; och påverkar således sekundärkretsens impedans. Förändringen kan mätas medelst spänningen Vmât . På detta sätt kan det övre vändläget detekteras eftersom cylinderkapacitansen når sitt högsta värde vid vändläget. Absolutvärdet på sekundärströmmen I, har således sitt högsta värde vid det övre vändläget om ingen förbränning sker. Det inses av formel (1) och (2) att det är önskvärt att använda en växelspänning i sekundärkretsen för att kurma mäta impedansändringen vid kol- vens rörelse.

Ett sätt att generera växelströmmen för detektering av vändläget för en cylinderkolv visas i figur 2. Förutom sekundärkretsen, som överensstämmer med den i flgur 1, visas på primärsidan hos tändspolen Tl ett batteri med spärmingen V1 kopplat till tändspolens primär- lindnings ena ände och vars andra ände är ansluten till en switch SW som styrs av en styrsig- nal t.

Enligt uppfinningen kan således tändspolens prirnärlíndning användas för att appli- cera en växelspänning över tändstiftet. Växelspänningens frekvens kan varieras varvid för- bränningsrummets resistansvärde bestäms, vilket resistansvärde motsvarar isolationsresistan- sen i tändsystemets högspänningsdel.

Enligt en utföringsform av uppfinningen kan det övre vändläget detekteras under motorvarv då förbränning sker. Samma mätkrets kan då användas för att analysera jonström- men från förbrärmingsförloppet. l detta fall används primärlindningen för att generera såväl gnista som växelspänningen för detekteringen av vändläget. Att använda samma primärlind- ning för såväl högspänning som för jonströmsmätning, vilket således åstadkoms genom en speciell koppling, innebär bättre utnyttjande av det tillgängliga området i motorrummet efier- som inga extra spolar behöver tillföras. Dessutom kan uppfinningen appliceras på befintliga tändspolar.

I en annan utföringsform används en tändspole med dubbla primärlindningar varvid en lindning används för gnistspänning och en lindning för detekteringen av vändläget och för jonströmsanalys.

Ett alternativt sätt för analysering av jonströmmen är att använda en jonströmstransformator T, med separat primärlindning och vars sekundärlindning placeras i serie med tändspolens T, sekundärlindning, se figur 3. På detta sätt kan t ex en triangelfor- mad spänning appliceras på jonströmstransformatoms primärlindning. Detta leder till kon- stant spänning på jonströmstransformatorns utgång och därmed även på tändspolens sekun- O:\ANT\WORD\ANSÖKNlN\Cylinderpararnetrar.doc :sann 10 15 20 25 30 522 411 5 därlindning. En variabel DC-spänning erhålls med vilken jonströmssignalen analyseras, se figur 3. Kretsen enligt figur 3 kan även användas tillsammans med andra kurvformer.

Enligt en utföringsform kan spänningen pàföras via en separat transformators pri- märlindning vars sekundärlindning är kopplad i serie med flera tändspolars sekundärlind- ningar vilka är parallellkopplade, se figur 5.

En fördel vid kretsen enligt figur 3 är att ingen induktiv koppling mellan tändspole T, och jonströmstransformator T, är nödvändig. Detta är speciell fördelaktigt vid utform- ningar där utrymmet för tändspolen är litet eftersom jonströmstransforrnatorn Tz kan place- ras där det finns bättre utrymme.

Jonströmsmätningen enligt uppfinningen är mer dynamisk än mätning med kända metoder eftersom den möjliggör mätning vid ändring av jonströmsnivån om bränslesanunan- sättningen ändras. Detta kan med konventionell jonströmsmätteknik då leda till att jonströmmen blir för liten eller för stor för att analys skall kunna utföras. Med konventio- nell jonströmsteknik med fast spärmingsnivá måste ändringar av systemet åstadkommas i motsvarande fall. Med sättet enligt uppfinningen kan signalamplituden ändras genom t ex en justering av styrsignalens frekvens.

En ytterligare fördel vid utföringsformen enligt uppfinningen är att de läckageffek- ter som uppstår vid högre temperaturer undviks. Dessa uppkommer i den konventionella jonströmsmätkretsen med zenerdioder. Mätspänningen klingar av vid dessa högre tempera- turer och mätresultatet försämras, vilket kan avhjälpas genom sättet enligt uppfinningen.

Kretsen enligt uppfinning kan även användas för att förlänga gnistans brinntid eller för att både förlänga gnistans brinntid och jonströmsanalys. Denna kombination är fördelak- tig eftersom ett nuvarande problem med tändspolar med lång brinntid är att de riskerar att störa jonströmsmåtningen. Med hjälp av uppfinningen kan brinntiden även förlängas för de cykler där jonströmsmätning ej är nödvändig. Genom att enbart ändra switchningens fre- kvens finns också möjligheten till en mycket snabb gnistgenerering med hög energi och litet tidsintervall mellan varje gnista, så kallade multignistor.

Enligt en utföringsform av uppfinningen kan arbetstrycket i cylindern detekteras medelst mätkretsen, varvid topptrycket ligger vid vändpunkten för kolven om ingen fór- bränning sker. 0:\ANT\WORD\ANSÖKNiN\Cylinderpararnetrandoc anpna 5 522 411 6 Figur 4 visar exempel på mätresultat för detektering av vändläge, där växelspän- ningen mätt över R1 signalbehandlats för att mäta amplituden på tryckkurvan och läget för tryckmaximat.

Sättet enligt uppfinningen kan appliceras i ett kapacitivt tändsystem eller i ett in- duktivt tändsystem. 0;\ANT\woRmANsöKNlNwynnderparamecrar.doc

Claims (16)

10 15 20 25 30 522 411 7 PATENTKRAV

1. l. Sätt att mäta och bestämma cylinderspeciñka parametrar, såsom tryck, kolvläge och impedans, i ett förbränningsrum hos en kolvmotor som innefattar ett tändsystem med tändspole och tändstift, k ä n n e t e c k n a t a v att mätning sker med hjälp av tändsystemet genom att en växelspänning, som kan ändras via ett styrprogram, appliceras över tändspolens sekundärlindning varefter värdet hos den uppkomna strömmen detekteras som funktion av tiden i en med sekundärlindningen samverkande mätkrets, varvid det detekterade strömvärdet beror av mätkretsens mätresistans, sekundärlindningens induktans och resistans samt förbränningsrummets karakteristiska impedans, vilken innefattar en kapacitans och en resistans, och varvid dessutom trycket i cylindem och/eller kolvens läge är bestämbara medelst nämnda strömvärde.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att mätningen utförs under motorvarv då förbränning inte sker.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at a v att mätningen utförs då motom dras runt mekaniskt.

4. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n at a v att maximivärdet hos den uppkomna strömmen i den med sekundärlindningen samverkande mätkretsen mäts, varvid det högsta värdet hos förbränningsrummets kapacitans och därmed maximivärdet hos sekundärströmmen bestäms, dvs kolvens övre vändpunkt.

5. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v att växelspänningens frekvens varieras varvid förbränningsnrrnmets resistansvärde bestäms, vilket resistansvärde motsvarar isolationsresistansen hos tändstiftet.

6. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att mätningen utförs under motorvarv med förbränning. C :\Documents and Settings\CHF\My Documents\Christer\Patent\Svaromàl\SEM\Case 86\030905krav.doc 10 15 20 25 30 522 411 8

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att mätningen utförs under den del av motorvarvet då förbränning ej sker, varvid växelspänningens frekvens varieras och bestäms, vilket resistansvärde motsvarar törbränningsrummets resistansvärde isolationsresistansen hos tändstiftet.

8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att mätningen utförs genom att tändgnistans brinntid ändras medelst applicering av ändrad spänningsnivå över mätkretsen. att jonströmmen från

9. Sättenligtkrav7, kännetecknat av fórbränningsfórloppet analyseras medelst mätkretsen.

10. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att både jonströmsanalys »och ökad brinntid för gnistan genereras via mätkretsen.

11. Sätt enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att den ändringsbara växelspänningen påtörs via den befintliga tändspolens primärlindning.

12. Sätt enligt krav 11, k ä n n e t e c k n at a v att tändspolen innefattar mer än en primärlindning.

13. Sätt enligt något av kraven 1- 10, k ä n n e t e c k n a t a v att den ändringsbara växelspänningen påtörs via en separat transformators primärlindning vars sekundärlindning placeras i serie med tändspolens sekundärlindning.

14. Sätt enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a t a v att den ändringsbara växelspänningen påfórs via en separat transformators primärlindning vars sekundärlindning kopplas i serie med flera tändspolars sekundärlindningar, vilka parallellkopplas.

15. Sätt enligt något föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att tändspänningen hos tändsystemet genereras i ett kapacitivt tändsystem.

16. Sätt enligt något av kraven 1-14, k ä n n e t e c k n at a v av att tändspänningen hos tändsystemet genereras i ett induktivt tändsystem. C :\Documents and Settings\CHF\My Documents\Christer\Patent\Svaromàl\SEM\Case 86\O30905krav.doc