SE445847B - Forfarande for att vid elektroniskt tendsystem av multipelgnisttyp forbettra tendningen jemte anordning for astadkommande av forfarandet - Google Patents

Description

8505584-0 2 På detta sätt kan man med förfarandet och anordningen enligt uppfinningen tillföra många gånger högre gnistenergi än vid vanlig "mekanisk" tändning med brytarspets. Detta ger en högst avsevärd förbättring av motorns startvillighet under svåra förhållanden, varvid behovet av att choka minskar eller försvinner helt. Vidare sänks bensinförbrukningen genom de varmare, energirikare gnistorna och slitage på startmotor,batteri och tändstift, samt i förekommande fall brytarspets, minskar.

Särskilt vid "avgasrenade“ bilar är förfarandet och anordningen enligt uppfinningen attraktiva, eftersom man härvid vid låga varv och kall motor ändå eftersträvar relativt magra bränsleblandningar. Detta ger lätt misständningar, ryckig gång och höga utsläpp av oförbrända kolväten vid osäker antändning.

Uppfinningen är användbar vid såväl tändsystem med kontaktfri, elektronisk givare som vid konventionella "mekaniska" tändsystem med brytar- spets.

Anordningen enligt uppfinningen är lämpligen så utformad att under startförloppet alstras en gnistskur, varvid den första gnistan är längre och kraftigare än de efterföljande och kommer vid exakt rätt tändvinkel, medan de övriga gnistorna kommer i snabb takt medan kolven rör sig den första femtedelen av sin slaglängd nedåt. Vid tomgång alstras en trippelgnista som ger jämn gång och ingen risk för tjuvstopp trots att bränsleblandningen ofta är ojämn. Vid höga varvtal hos motorn är turbulensen så kraftig att bränsleblandningen blir tämligen homogen varför en enkelgnista, som vid ett vanligt tändsystem, är till- räcklig.

Multipeltändningen vid start övergår normalt automatiskt i trippel- tändning vid tomgång och enkeltändning vid höga varv, eftersom brytarspetsen eller elektronisk kontaktgivare öppnar och stänger snabbare vid högre motor- varvtal så att allt färre antal pulser eller gnistor får plats per tändperiod med liknande motorvarvtal och konstant angiven gnistfrekvens.

Anordningen enligt uppfinningen kan vara omkopplingsbar mellan en mul- tipelgnistmod, en enkelgnistmod (kan vara önskvärt i områden med svåra radio- mottagningsförhållanden, samt vid tändinställning), samt till, i förekommande fall, "mekanisk" tändning i ett nödläge om transistortändningen skulle gå sönder.

En såsom exempel vald utföringsform av anordningen enligt uppfinningen tillämpad på ett tändsystem med brytarspets kommer nu att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar ett schema över ett elektroniskt tändsystem med anordningen enligt uppfinningen, fig. 2 och 3 3 8305584-0 diagram för illustration av systemets funktion och fig. 4 ett diagram för illustration av ett möjligt arbetssätt hos logikkretsen vid anordningen enligt uppfinningen.

Anordningen enligt uppfinningen visas i fig. 1 uppbyggd av tre delar, nämligen en del A för att åstadkomma multipelgnistornas olika varaktighet, brytarspetsdelen B samt ett effektslutsteg E.

För beskrivning av anordningens funktion hänvisas till fig. 2 och 3.

Cirkeln i fig. 2 illustrerar vevaxelvarvet hos motorn, där en punkt på cirkeln i höjdled motsvarar kolvens läge i cylinderloppet (sinuskurva).

Kammen som styr brytarspetsen BR, se fig. 1, är så avpassad, att brytar- spetsen BR är sluten under typiskt 58° (dwelltalet är 58°) och öppen under 90 - 58 = 32°. Vevaxeln rör sig dubbelt så fort som kamkurvan och brytar- spetsen BR är sluten under tiden motsvarande cirkelbågen x i fig. 2, vilken således upptar en båge av 2 . 58 = 1160. Under denna period upplagras magnetisk energi i tändspolen 2.

Vid punkten y i fig. 2 öppnar brytarspetsen BR, varvid tändgnista alstras och brytarspetsen BR är öppen under en tid motsvarande bågen z i fig. 2. Punkten y ligger på en lämplig förtändning, t.ex. 10° vid tomgång.

Det tar förhållandevis lång tid att uppladda full magnetisk energi i tändspolen 2, varför perioden x bör vara förhållandevis lång. I punkten y finns maximal energi upplagrad i tändspolen 2 och vid denna tändvinkel önskas tändningen. Gasbränsleblandningen är emellertid ofta inhomogen och när tänd- gnistan träffar ett skikt med olämpligt blandningsförhållande uteblir förbränningen, vilket är ett vanligt fenomen hos dagens bilar och bidrar till skadliga utsläpp och ger högre bränsleförbrukning. Det är därför ett önskemål vid föreliggande uppfinning att låta den energirika, första gnistan brinna så länge som möjligt. Varaktigheten kan vara av storleksordningen >l ms och gnist- strömmens storlek blir i första ögonblicket av storleksordningen 50 mA, varpå strömmen avtar väsentligen linjärt med tiden, jämför även fig. 3.

Om denna kraftiga, första tändgnista skulle misslyckas att tända gas- bränsleblandningen, alstras ett antal efterföljande tändgnistor under perioden z, vilket alltid leder till säker antändning av gasbränsleblandningen. Detta motsvarar den tidsperiod, under vilken brytarspetsen BR är öppen, se fig. 3.

Om man efter den kraftiga, första tändgnistan skall ladda tändspolen 2 till maximal energi tar detta så lång tid att ingen ytterligare gnista hinner alstras under perioden z. Om man, å andra sidan, försöker att ta ut ett mycket stort antal gnistor under denna period z, blir varje gnista så energifattig att den ej kan tända gasbränsleblandningen. Mellan dessa extremfall finns emellertid 8503584-0 en optimal gnistfrekvens som, under rådande förhållanden, ger maximal tändenergi till tändstiftet. Det optimala sättet att driva tändspolen innebär att de efterföljande gnistornas brinntid görs kortare för att möjliggöra längre magnetisk uppladdning av tändspolen 2 mellan varje gnista, se fig. 3. Den tid det tar att ladda upp magnetisk energi i tändspolen 2 är beroende av drivspän- ningen och primärinduktansen. Det finns speciella högvarvs-sportspolar med mycket snabb uppladdningstid, men även för dessa gäller den ovan beskrivna principen, varvid emellertid de efterföljande gnistorna kan avges med högre frekvens.

Vid tidigare kända s.k SCR (Silicon controlled rectifier) eller tyristor tändsystem av multipelgnisttyp lagras nämligen energin i en kondensator, som med SCR inkopplas parallellt över tändspolen, varvid tändspolen endast tjänar såsom transformator. Härigenom kan man emellertid endast uppnå gnistor av förhållandevis kort varaktighet, varigenom förbränningen ofta tycks bli otill- räcklig med höga utsläpp som resultat. Vid föreliggande uppfinning lagras energin i form av magnetisk energi i tändspolens kärna, varigenom varje gnistas varaktighet blir en faktor 10 längre. Den magnetiska tändprincipen förordnas numera alltmer i fackkretsar.

Tändspolen 2 drivs genom transistorn TR3, vilken i sin tur styrs från en logikkrets 4.

Logikkretsen 4 avger ett utpulståg genom motståndet R6 och transistorn TRl till basen på transistorn TR3 på sådant sätt, att transistorn TR3 styrs på önskat sätt, dvs. den öppnar under en serie intervall, varvid det första intervallets längd t2 är större än de efterföljande intervallens t4, under den period där brytarspetsen BR är öppen, se fig. 3. Under varje öppnande intervall hos transistorn TR3 alstras en tändgnista.

Logikkretsen 4 för styrning av transistorn TR3 kan vara en kundanpassad monolitisk krets med exempelvis följande funktion.

Då brytarspetsen BR öppnas och den första gnistan alstras uppstår vid logikkretsen 4 en spänning U4 över kondensatorn C4 som stiger från en utgångs- nivå U0 under gnistans varaktighet genom uppladdning av kondensatorn C4, jämför nedan. Under den stigande delen av spänningen U4 avger logikkret- sen på sin utgång 6 en utpuls med spänningen Uoué. När U4 når ett förutbestämt tröskelvärde U1 omkopplas logikkretsen så att utspänningen Uout går till 0.

Efter det äïf U4 nått nivån U1 börjar U4 att falla och när den når ett andra, förutbestämt tröskelvärde U2 omkopplar logikkretsen ånyo så att utgången 6 blir hög, varpå inspänningen ånyo börjar växa till följd av uppladd- ning av kondensatorn C4, varpå förloppet upprepas till dess brytarspetsen BR sluts. 8303584-0 Genom att C4 startar från en utgångsnivå U0 som är lägre än start- nivan U2 för de efterföljande pulserna blir den första pulsen i skuren av pulser längre än de efterföljande. Pulstiderna bestäms genom C4 och en intern strömgenerator i monolitkretsen 4 och genom lämplig dimensionering av tidskonstanter kan avståndet t3 mellan pulserna göras betydligt längre än pulserna själva t4 för att möjliggöra optimal återupplagring av energi i tändspolen 2.

Värdet på kondensatorn CS bestämmer den längsta tid som multipelgnistor kan avges vid statiskt öppen brytare. Därvid kan man maximera antalet gnistor i en gnistskur till förslagsvis 30 st. Denna begränsning inträder då motorn står still med påslagen tändning, eller då motorn under start rör sig mycket långsamt runt. Denna funktion är viktig, eftersom motorn annars skulle kunna gå helt utan bmmmmß(mæwmflL Utpulserna från logikkretsen leds, såsom nämns ovan, till transistorns TR3 bas för triggning av denna, varvid transistorn TR1 tjänar till att förstärka utpulserna från logikkretsen 4 och transistorn TR2 och motståndet R7 tjänar som strömbegränsare om kortslutning skulle uppstå i tändspolen 2.

Transistorn TR3 tjänar som en mycket snabb switch och tändkondensatorn C6 kan därför göras avsevärt mindre än vid ett "mekaniskt" tändsystem. Kondensa- torns C6 kapacitans kan minskas med typiskt en faktor 10, vilket betyder att denna komponent "stjäl" 10 gånger mindre energi ur primärpulsen, vilket ger högre spänning på tändgnistan och energirikare gnista.

Vid föreliggande uppfinning kan man lämpligen avpassa förloppet så att den första gnistan blir starkare än vid "mekanisk" tändning, medan de efter- följande multipelgnistorna blir lika starka som vid en "mekanisk" tändning.

Då en tändgnista uppstår erhålls en spänningsspik över transistorn TR3.

Med en gnistspänning av 30kV och en omsättning i tändspolen 2 av 1:100 blir denna spänningsspik ca 300V. Denna puls leds genom dioden D1 och en likspänning av samma storleksordning kommer att lagras i kondensatorn Cl, som härigenom av multipelgnistorna uppladdas till ca 300 V.

För att inte belasta tändförloppet är kondensatorn C1 kopplad över brytarspetsen BR via ett stort motstånd Rl.

Via motstånden R1 och R2 laddas kondensatorn C2 upp till samma spänning som kondensatorn Cl, och då brytarspetsen BR sluts, urladdas kondensatorn C2 snabbt genom motståndet R2, som har lågt värde. Härigenom uppstår en kort strömstöt av storleksordningen 30A, som slår igenom oxid och smuts på kontakt- ytorna hos brytarspetsen och åstadkommer en mikroskopisk svetspunkt. Kondensa- torn Cl kommer härvid att ligga kvar på väsentligen konstant nivå ( 300 V) pga det högohmiga motståndet R1. 8303584-0 Exempei på ïämpiiga komponentvärden är Cl = 1 F Rl = 680 kohm R2 = 10 ohm Efter det att brytarspetsen BR effektivt slutits, matas en reiativt stor ström från +12 V genom motståndet R3 och dioden DZ och genom brytarspetsen BR tiii jord.

Genom att såiunda påïägga brytarspetsen BR en hög spänning av ca 300 V och en hög ström av 30 A i en iniedande strömstöt och därefter 0,5 A erhåiïs en säker kontaktfunktion, som kan konkurrera med eiektroniska givares.

Fördeiarna med en mekanisk kontakt är 1) lågt pris, 2) enke1 konstruktion och stor driftsäkerhet, 3) okänsiighet för höga temperaturer och 4) möjïighet tiii omkoppiing av tändsystemet ti11 konventioneil "mekanisk" tändning i händei- se av fe1 i eïektroniken så att man för egen maskin kan ta sig ti11 verkstad.

Tändsystemet, som beskrivits ovan, kan på enkeit sätt ordnas omkoppiings- bart melian en muitipeignistmod, en enke1gnistmod och vanïig "mekanisk" tänd- ning.

Claims (9)

8303584-0 Patentkrav.

1. Förfarande för att vid elektroniskt tändsystem av multipelgnisttyp förbättra tändningen, särskilt vid svåra driftförhållanden, varvid den för tändgnistalstringen erforderliga energin lagras såsom magnetisk energi i tändspolens (2) kärna, k ä n n e t e c k n a t av att den första gnistan bibringas längre varaktighet och görs kraftigare (ges högre strömstyrka) än efterföljande gnistor i varje skur av gnistor under en tändperiod.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda efterföljande gnistors längd och inbördes avstånd avpassas till hastigheterna för den lagrade magnetiska energins avtappning under gnistorna och återupplagring mellan dessa, så att totalt maximal tändenergi tillförs tänd- stiftet.

3. Anordning vid elektroniskt tändsystem för att åstadkomma multipelgnistor av olika varaktighet av i tändspolens (2) magnetkärna lagrad magnetisk energi, k ä n n e t e c k n a d av att en logikkrets (4) är anordnad att styra en transistor (TR3) till till- och frånslag vid förutbestämda tidpunkter, vilken transistor är seriekopplad med tändspolens (2) primär- lindning, varigenom i tändspolens magnetkärna lagrad magnetisk energi genom tändspolens sekundärlindning alstrar en gnista under varje öppet intervall hos transistorn, samt att logikkretsen är anordnad att under en tändperiod hålla transistorn öppen under ett första intervall (t2), som är längre än efterföljande öppna intervall (t4), varjämte avståndet (t3) mellan nämnda efterföljande, öppna intervall hos transistorn är mindre än erforderlig tid för att i tändspolens magnetkärna återupplagra hela den, under det första öppna intervallet urladdade gnistenergin.

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att logikkretsen (4) är anordnad att alstra ett utpulståg (Uout) under varje tändperiod med den första pulsen (t2) i tåget längre än de efterföljande (t4), vilket utpulståg inmatas på basen till den med tändspolens (2) primärlindning seriekopplade transistorn (TR3), så att denna kommer att öppna under pulserna från logikkretsen.

5. Anordning enligt patentkrav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d av att logikkretsen (4) är anordnad att avge en utpuls under stigande delar av en spänning (U4), samt att nämnda spänning är lika med en grundnivå (Uo) utanför tändperioden och utgår från denna grundnivå (UO) vid början GV en täfldP@Yl0d samt därefter varierar mellan två nivåer (UI) och (U2) 11115 tändperiodens slut (varvid U1 > U2 > UU)- 8503584-0

6. Anordning en1igt patentkrav 3 e11er 4 k ä n n e t e c k n a d av att 1ogikkretsen(4) har en övergripande tidsfunktion som begränsar anta1et gnistor i en gnistskur ti11 ett ïämpïigt anta1, t ex 30 st.

7. Anordning enïigt något av patentkraven 3 - 6, k ä n n e t e c k n a d av att ïogikkretsen är en monoiitisk krets.

8. Anordning enïigt något av patentkraven 3 - 7, varvid tändsystemet är av mekanisk typ med brytarspets (BR), k ä n n e t e c k n a d av att ïogik- kretsens (4) ingång är ansïuten över brytarspetsen (BR), varvid tändperiodens början och sïut ges av brytarspetsens öppning respektive slutning.

9. Anordning eniigt något av patentkraven 3 - 8, k ä n n e t e c k n a d av att organ (TR2; R7) är inrättade att skydda den med tändspoïens (2) primär- Iindning seriekopplade transistorn {TR3) i händelse av kortsïutning i tändspoïen.