SE529860C2 - Metod och anordning för att höja gnistenergin i kapacitiva tändsystem - Google Patents

Description

529 860 US 6701896 och den följande beskrivningen, har en så kallad “laddlindningï anbringad på en järnkäma i en magnetisk krets, som aktiveras en gång per motorvarv.

Den inducerade spänningen över denna laddlindning laddar via en likriktare en kondensator med energi en gång per motorvarv. Kondensatom laddas sedan cykliskt ur genom en annan lindning på samma eller annan järnkärna, vilken utgör primärlindning i en transformator varvid tillhörande sekundärlindning genererar grfistspänriing till ett tändstift.

Spänningen över laddlindningen är i stort sett proportionell mot lindningens varvtal och motoms rotationshastighet. Å ena sidan önskar man vid låga motorvarv ett högt antal lindningsvarv på laddlindningen för att åstadkomma en acceptabel laddnings- spänning medan man å andra sidan vid höga motorvarv skulle önskat färre lindnings- varv för att inte utsätta kondensatom för överspänningar.

Den uppfinningsenliga metoden och anordningen ger en möjlighet att till exempel optimera antalet lindningsvarv på laddlindningen för höga motorvarv samtidigt som den ger en möjlighet att upprätthålla en bra laddnivå på kondensatom vid lägre motorvarvtal.

Detta uppnås genom att addera två förhållandevis billiga komponenter till den konventionella kretslösningen - nämligen ytterligare en likriktardiod och en transistor som kan kortsluta laddlindningen. Genom att laddpulsen från laddlindningen är förhållandevis långsträckt i tid på låga motorvarv kan man genom att med viss frekvens switcha sagda transistor av och på - göra laddningsfórloppet av kondensatorn mer effektivt samtidigt som tillskottsenergin kontrolleras så att inte laddspänningen över kondensatom når skadliga nivåer.

Miljökrav kan i framtiden komma att kräva att småmotorer av det här diskuterade slaget måste förses med bränsleinsprutningssystem istället för förgasare. Detta ger bättre möjligheter att kontrollera och styra förbränningen, dvs. bättre effekt, lägre bränsleförbrukning, renare avgaser etc. Ett problem med övergång till insprutnings- system är att dessa system kräver betydligt mera energi. Bränslet måste ju pressas in i cylindem under kompressionsfasen. Detta görs vanligen med hjälp av en elektriskt driven injektor som kräver avsevärd energi. Eftersom man vid mobila bärbara system av vikthänsyn inte vill addera ett batteri måste alltså den svänghjulsrelaterade generatorn leverera denna energi. Oavsett hur man välj er att konstruera denna 10 20 25 30 35 529 860 generator, kommer den att behöva optimeras för att leverera mycket energi till ett insprutningssystem vid avsevärt lägre spänning än vad som krävs för laddning av laddkondensatorn för CDI systemet. Även detta problem kan adresseras med den uppfinningsenliga metoden - dvs. en lågspänd lindning kan genom den uppfinnings- enliga metoden generera en ”högspänning” till laddkondensatom.

Ytterligare en fördel med del uppfinningsenliga metoden och anordningen är att de så kallade rniljöväriliga bränslena som finns (t.ex. E85) med olika inblandning av etanol kan användas utan att driften därvid drabbas av lika svåra problem som med ett konventionellt tändsystem. Start av kall motor med någon fonn av etanolbränsle kräver en högre gnistenergi än start med ren bensin eftersom ångbildningen för etanol är klart sämre och därmed ger särnre antändlighet.

En ytterligare fördel med uppfinningen är att den nämnda ytterligare transistorn, som kommer att framgå av det följande, kan användas för att begränsa eller helt stänga av laddfimktionen. Detta förhållande kan utnyttjas för att åstadkomma en s.k. “one-push- stop” fimktion vid vilken en momentan knapptryckning detekteras vilken utnyttjas för att med hjälp av transistorn helt kortsluta laddlindningen så att ingen energi når laddkondensatom vilket får motorn att stanna.

Med hjälp av transistorn kan spänningsnivån på laddkondensatom också regleras.

Regleringen kan t.ex. ske enligt följande: Vid låga motorvarv pulsas den ytterligare transistom enligt diagram 2 för ökning av laddspänningen. När varvtalet så ökas och närmar sig till exempel 5-6000 rpm kan det omvända problemet infinna sig ~ dvs. spänningen över laddkondensatorn når nivåer, som kan överstiga kondensatorns märkspänning varvid transistom kan användas för att kortsluta del av laddpuls och därmed begränsa laddspänningen till ofarliga nivåer.

Den föreliggande uppfinningen vilken löser de beskrivna tekniska problemen med tidigare kända lösningar är kännetecknad enligt de efterföljande patentkraven.

FIGURFÖRTECKNING Ytterligare ändamål, användningar och fördelar med uppfmningen kommer att framgå av den följande beskrivningen som ges med referens till de bifogade ritningarna på vilka: 10 20 25 30 35 529 860 Fig. l schematiskt visar ett exempel på implementering av metoden enligt uppfinningen.

F ig. 2a och 2c visar vågformer i två mätpunkter i en konventionell krets.

Fig. 2b och 2d visar motsvarande vågforrner i en krets enligt uppfinningen.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXEMPEL I F ig. l visas schematiskt ett kretsschemai något förenklad form av ett typiskt CDI system för småmotorer, vilket modifierats enligt uppfinningen. En järnkäma Tl med fyra konventionellt anordnade lindningar magnetiseras av en eller flera i svänghj ulet integrerade magneter som vid svänghjulets rotation sveper förbi järnkämans ytterändar.

Varianten med flera magneter kan användas för att åstadkomma en generellt sett kraftfullare generator som utöver funktionen som tändspänningsgenerator också kan användas för andra ändamål exempelvis bränsleinsprutningssystem eller handtags- värme i motorsågar. Den relativa magnetrörelsen inducerar spärmingar i lindningama L1-L4 enligt följande.

Lindningen Ll är den s.k. laddlindningen i vilken induceras en spänning som användes till sj älva griistgenereringen. Lindningen Ll är via sin ena ändpunkt 1 kopplad via likriktarelementen D1 och D3 till laddkondensatom Cl i vilken energin lagras tills gnistan skall aktiveras. Den andra ändpunkten 2 är ansluten till jord.

Lindningen L2 är den s.k. trigglindningen. Denna är kopplad mellan jord 7 och ingången IN 1 på kontrollenheten M1 och levererar till denna ingång information om svänghjulets läge och hastighet. Det kan noteras att kontrollenheten M1 är en endast något modifierad version av en känd konventionell kontrollenhet.

Lindningen L3 utgör primärlindning och L4 sekundärlindning i en transformator för generering av tändspänning till tändstiftet SPI.

På konventionellt sätt aktiveras utgången OUTl på kontrollenheten M1 då tänd- spänning ska levereras till tändstiftet. Kopplingselementet (thyristorn) Q1 , vars trigg- elektrod är ansluten till utgången OUTl, sluter en strömväg mot jord vilket leder till att spänningen över kondensator Cl ansluts till primärlindningen L3. Det genereras då initialt en spänningstransient i sekundärlindningen L4 på grund av mycket hög spänningsderivata i testpunkten TP2 vid tyristorns anod. Omedelbart därefter övergår tillståndet i transformatorn L3/L4 till en dämpad sj älvsvängning där energin svänger 10 20 25 30 35 529 86A) mellan induktorn L3 och kondensatorn Cl genom kopplingselementet Qloch likriktarelementet D2, häri form av shuntand diod D2.

Man kan även tänka sig andra både resonanta och icke resonanta kopplingar för gnistgenerering utan att detta påverkar den uppfinningsenliga metoden.

Utgången OUT2 på kontrollenheten M1, som utgör en modifiering på en konventionell kontrollkrets som lätt kan göras av en fackman, är ansluten till styringången på en transistor Q2 vars huvudelektroder är anslutna mellan jord och den gemensamma punkten mellan likriktarelementen D1 och D2. Transistom Q2 kan således vid aktivering ansluta den gemensamma punkten mellan likriktarelementen D1 och D2 till jord och därvid kortsluta lindníngen Ll .

Signalen på utgången OUT2 från kontrollkretsen M1 är nu anordnad så att den under den halvperiod av induktionsspänningen över lindningen L1 vid vilken uppladdningen av kondensatorn Cl sker periodiskt kortsluter lindningen L1 .

Under dessa perioder då Q2 är “på” byggs en ström upp i kretsen Ll/Q2 genom induktion från magnet i svänghjul - vilka följs av en period då Q2 är “av” då uppladdning av Cl sker. Denna metod ger, särskilt vid låga varvtal då induktionen i L1 år låg men utsträckt i tid, möjligheten att ladda Cl till långt högre spärming än vad som i själva verket induceras i Ll.

De komponenter som krävs för implementering av den uppfinningsenliga metoden på ett konventionellt CDI system år endast det extra likriktarelementet (dioden) D3 och transistorn Q2 samt lämplig tillsatslogik i kontrollenheten M1 för att driva utgången OUTZ.

Denna tillsatslogik år elementär och kan enkelt implementeras av en fackman och innebär endast törsumbart högre komplexitet för kontrollenheten M1.

Transistorn Q2 behöver ej vara en MOSFET transistor som i detta exempel, ej heller likriktarelementen D1/D3 behöver implementeras exakt såsom kretsschemat indikerar - man kan t.ex. tänka sig att ersätta D1 med en komplett likriktarbrygga utan att den uppfinningsenliga metoden fiångås. 10 15 529 860 I Fig. 2a respektive 2b visas spänning som funktion av tid vid testpunkterna TP1,2,3 i kretsschemat enligt figur 1 vid motor-varvtalet 600 rpm. Fi g. 2a visar ett konventionellt laddförfarande där endast en likriktardiod används för laddning och Fig. 2b visar laddning enligt den uppfinningsenliga metoden. I figurerna visas även mätvärden för uppnådd laddspänning dvs. en ökning från 136V till 194V. Eftersom tillgänglig energi skrivs W = C * U2 / 2 ger detta i aktuellt exempel med 0.47 uF laddkondensator en höjning av tillgänglig energi från 4.3 mWs till 8.8 mWs.

Fig. 2c och 2d visar samma förhållanden som Fig. 2a och 2b men vid varvtalet 1200 rpm. Energinivåerna enligt ovanstående resonemang blir alltså energihöjningen med dessa spänningar 214V och 256V lika med 10.7 mWs till 15.4 mWs. Möjlig energi- höjning avtar alltså snabbt med ökande varvtal. Detta kompenseras dock helt av det faktum att laddlindningen ej längre behöver optimeras for hela varvtalsorrirådet. I praktiken kommer alltså energinivåema både vid höga och låga motorvarvtal att kunna höjas.

Claims (1)

1. 0 529 860 PATENTKRAV l. Anordning för att förhöja gnistenergin i kapacitiva tändsystem innefattande minst en laddlindning (L1) som via ett första likriktarelement (Dl) laddar en laddkondensator (Cl) ansluten till primärlindningen på en tändspännings- transformator fór att förse nämnda primärlindning med energi för generering av gnista k ä n n e t e c k n a d av att ytterligare ett andra likrilctarelement (D2) och ett switche1ement(Q2) är anordnade på ett sådant sätt att switehelementet periodiskt kan kortsluta laddlindningen för att därmed öka laddningen i laddkondensatorn vid låga motorvarv. Anordning enligt patentkravl, k ä n n e t e c k n a d av att kontrollenhet (M) anordnad att driva switchelementet (Q2) med hänsyn till motorvarvtalet på ett sådant sätt att laddspärmingen över laddkondensatorn (Cl) hålls på en relativt konstant nivå över hela varvtalsregistret. Anordning enligt patentkrav l eller 2, k än n e t e c k n a d av att switchelementet (Q2) är anordnat att kurma åstadkomma kortslutning av laddlindningen (L1) för att stoppa motom.