SE504180C2 - Tändsystem för en förbränningsmotor - Google Patents

Description

so4 180 2 10 15 20 25 30 35 lighet till sen tändning vid start, där tändgnistan skall uppträda vid en tidpunkt motsvarande någon eller några grader före övre dödpunkten. En sådan lösning beskrivs i en av sökanden i föreliggande ansökan samtidigt inlämnad.parallellan- sökan med nummer 9303998-O.

Ett annat sätt att tillförsäkra att motorn roterar i rätt rotationsriktning finns beskrivet i US-A-5,050,553. I publika- tionen beskrivs ett mikroprocessorstyrt kondensatortändsystem för förbränningsmotorer, särskilt för gräsklippare, motorsågar o.dyl., vid vilket motorns rotationsriktning avkännes med hjälp av en sensor som räknar antalet positiva och/eller negativa halvperioder som uppträder i en laddningslindning i tändsyste- mets magnetkrets när denna påverkas av ett förbipasserande magnetfältgenererande organ anordnat på motorns svänghjul.

Den i publikationen beskrivna anordningen för avkänning av motorns rotationsriktning förutsätter att tändsystemet in- nefattar en mikroprocessor och detta medför sådana merkostnader för produkten att man ofta vill lösa problemet på ett enklare sätt.

Uppfinningen har sålunda till ändamål att tillhandahålla en anordning som med enklare medel gör det möjligt att bestämma rotationsriktningen hos en förbränningsmotor av det angivna slaget och förhindra att triggpulser släpps franx till det elektroniska strömbrytarorganet vid felaktig rotationsriktning hos motorn. Ändamålet uppnås vid ett tändsystem av det inledningsvis angivna slaget genom att en ytterligare lindning är så anordnad att svänghjulet under sin normala rotation först passerar denna innan det svänger in över den magnetiskt ledande kärnans ben, varvid den i den ytterligare lindningen inducerade spänningen är inrättad att förhindra att triggpulser når strömbrytarorga- net om motorn har en rotationsriktning motsatt den normala. De angivna särdragen finns angivna i den kännetecknande delen av patentkravet 1. Föredragna utföringsformer har angivits i tillhörande underkrav. i Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj i an- slutning till ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: fig. 1 visar en schematisk vy av tändsystemet enligt upp- 10 15 20 25 30 35 3 504 1so finningen, sett vinkelrätt mot ett i ritningsplanet roterande svänghjul; fig. 2 visar ett snitt av tändsystemet enligt fig. l, sett uppifrån; fig. 3 visar tändsystemet enligt fig. 1 sett från vänster; fig. visar ett elektriskt kopplingschema för tändsystemet; fig. 5 slutligen, visar ett diagram över kurvformer för i tändsystemet uppträdande spänningar.

Fig. 1 visar den mekaniska uppbyggnaden av ett magnetiskt tändsystenx enligt uppfinningen. Tändsystemet är avsett att användas för en i en motorsåg ingående förbränningsmotor av tvåtaktstyp. Motorn är av vanligt slag och kommer inte att beskrivas närmare. Systemet innefattar en magnetiskt ledande järnkärna 10 som omfattar tre ben ll, 12, lämpligt sätt fastsatt på motorsågen och samverkar med en på motorns svänghjul 14 anbringad magnetfältgenererande anordning 13. Kärnan är på 15 i form av en permanentmagnet med en nord- och en sydpol märkta N respektive S.

Svänghjulet 14 roterar i den i figuren med en pil angivna riktningen. Järnkärnan 10 uppbär på benet 11 en tändspole 17 som på vanligt sätt består av en primärlindning 18 och en sekundärlindning 19 4). Till anslutet ett tändstift 20, schematiskt återgivet i fig. 4.

Vidare uppbär järnkärnan 10 på benet 13 en laddningslindning 21 avsedd att med sin inducerade spänning ladda upp en kondensator Över benen ll och 12 är vidare (fig. sekundärlindningen är för lagring av tändenergi. lindad en trigglindning 22 som är avsedd för triggning av en elektronisk strömbrytare. Förläggningen av de olika lind- ningarna framgår tydligt i fig. 1-3. trigglindningen 22 och laddningslindningen 21 är anordnade på bobbiner som är inlagda i en plastbägare 25 utförd med lämpliga urtag för järnkärnans ben. Plastbägaren 25 är även avsedd att inrymma ett kretskort upptagande tändsystemets elektroniska komponenter. Efter monteringen av komponenterna fylls plast- bägaren med harts eller liknande till skydd mot fukt och annan Tändspolen 17, samt påverkan utifrån.

Den fortsatta beskrivningen sker i anslutning till ett i fig. 4 visat elektriskt kopplingschema för ett tändsystem enligt uppfinningen. Huvudkomponenterna i systemet utgörs av de 504 180 4 10 15 20 25 30 35 tidigare omtalade lindningarna på järnkärnan, nämligen ladd- ningslindningen 21 och trigglindningen 22, en laddningskonden- sator 26, tändspolen 17 med primärlindningen 18 och sekundär- lindningen 19, det till sekundärlindningen 19 anslutna tänd- stiftet 20 samt en elektronisk strömbrytare i form av en tyristor 27. Laddningslindningen 21 är via en ledare 28 och en diod 29 kopplad till ena belägget på kondensatorn 26 medan kondensatorns andra belägg via tändspolens primärlindning 18 är ansluten till en gemensam kopplingspunkt representerad av en ledare 30 med referenspotentialen noll eller jord. Primärlind- ningen 18 är parallellkopplad med en diod 31 med ledriktning mot ledaren 30.

Tyristorn 27 är på gängse sätt med sin anod ansluten till laddningskondensatorn 26 och med sin katod förbunden med den gemensamma referenspunkten, dvs ledaren 30. Tyristorn har en triggkrets 32 som väsentligen bildas av trigglindningen 22, och kollektor-emittersträckan i en transistor 33. Transistorns kollektor är sålunda ansluten till trigglindningen 22, som är parallellkopplad med ett motstånd 34, emitter är kopplad till tyristorns styrelektrod. Emittern är vidare via ett motstånd 35 förbunden med ledaren 30. Transis- torns bas är slutligen via ett motstånd 36 ansluten till medan transistorns kopplingspunkten.mellan dioden 29, laddningskondensatorn 26 och tyristorns 27 anod.

Tändsystemet enligt utförandet i fig. 4 arbetar på följande sätt. Hänvisning sker här även till fig. 5 som visar tidsför- loppen för olika i tändsystemet uppträdande spänningar. När svänghjulet 14 med sin magnet 15 passerar förbi järnkärnan 10 genereras spänningar j. laddningslindningen 21. respektive i trigglindningen 22 med de i fig. 5 visade tidsförloppen. När spänningen UL i laddningslindningen har positiv polaritet går laddningsström via ledaren 28 och dioden 29 till kondensatorn 26 och denna laddas upp. Man kan i fig. 5 se att under ett helt rotationsvarv för svänghjulet 14 laddningsspänningenIfi_har två perioder då laddningsström flyter, varav den senare av de två perioderna ger det avgörande laddningstillskottet till konden- satorn. Under motorns drift sker normalt urladdning av konden- satorn 26 mellan de nämnda laddningsperioderna varför efter det första varvet, vid start, kondensatorn under den andra perioden 10 15 20 25 30 35 5 504 180 redan laddats till så hög spänning att någon ytterligare laddning inte tillförs under den efterföljande första perioden med positiv laddningsspänning. I den fortsatta diskussionen förutsätts att kondensatorn 26 laddats och att svänghjulet 14 befinner sig vid början av en ny passage av järnkärnan 10.

Spänningen UT i trigglindningen har till att börja med ett negativt förlopp men stiger sedan ideellt sett linjärt mot ett maxvärde för att sedan falla mot noll och övergå i ett nytt negativt förlopp. Man kan se i diagrammet att spänningarna i laddningslindningenI¶_respektivei.trigglindningenIL-uppträder i motfas.

För triggning av tyristorn 27 är det den stigande delen av triggspänningen som är av intresse. När denna stigit till en viss nivå driver den ström genom transistorn 33 och motståndet 35 vilket får till följd att tyristorn 27 tänder och laddar ur kondensatorn 26 genom primärlindningen 18. På vanligt sätt genereras därvid en hög spänning i sekundärlindningen 19 och denna höga spänning ger upphov till en gnista i tändstiftet 20.

För att förhindra triggning av 'tyristorn 27 när' motorn roterar åt fel håll har enligt uppfinningen en extra lindning 37 anordnats i anslutning till järnkärnan 10 så att magneten 15 på svänghjulet 14 när detta roterar i pilens riktning i fig. 1 (normal rotationsriktning för motorn) passerar förbi lindningen 37 innan den når de andra lindningarna på järnkärnan 10. Lind- ningen 37 är utformad på en stavformad kärna 38 med cirkulärt tvärsnitt med små dimensioner, exempelvis med en diameter på 0,5 mm. Som visas i fig. 1 är kärnan 38 fäst i plastbägaren 25 så att den är riktad vertikalt i figuren. Den extra lindningen 37 benämnes i det följande enablespole med hänsyn till sin funktion.

Som framgår i fig. 4 är enablespolen 37 via ett motstånd 39 kopplad till basen på en transistor 40. Basen är vidare via ett motstånd 41 kopplad 'till ledaren 30 till vilken även den motsatta änden av enablespolen är kopplad. Kollektorn på transistorn 40 är direkt kopplad till styrelektroden på en fälteffekttransistor 42 och denna styrelektrod är vidare via en kondensator 43 förbunden med ledaren 30 och via ett motstånd 44 och en diod 45 ansluten till ledaren 28. För att hålla spän- ningen på kondensatorn 43 på önskad nivå är en zenerdiod 46 504 180 6 10 15 20 25 30 35 parallallkopplad med denna. Source-elektroden på fälteffekt- transistorn 42 är kopplad direkt till ledaren 30 medan drain- elektroden på fälteffekttransistorn är kopplad till basen på transistorn 33.

Den sålunda kompletterade kretsen i fig. 4 fungerar på följande sätt. Vid svänghjulets 14 rotation i pilens riktning i fig. 1 kommer magneten 15 att först passera förbi enablespo- len 37 och i denna inducera en kort spänningspuls som uppträder över bas-emittersträckan på transistorn 40. Spänningspulsen återges i fig. 5 och har där benämnts UE. Som vid den tidigare givna funktionsbeskrivningen förutsätts att svänghjulet roterat ett varv så att kondensatorn 26 laddats från laddningslind- ningen 21 och även kondensatorn 43 via motståndet 44 och dioden 45. När spänningspulsen nu uppträder kommer därför transistorn 40 att försättas i ledande tillstånd och kondensatorn 43 att laddas ur genom denna vilket får till följd att spänningen på kondensatorn 43 antar referenspotentialen på ledaren 30, dvs noll volt. När spänningen går låg på styrelektroden på fältef- fekttransistorn 42 övergår denna från ledande till spärrande tillstånd, vilket får till följd att transistorn 33 har möjlighet att övergå i ledande tillstånd. I trigglindningen 22 inducerad spänning kan därmed passera transistorn 33 till styrelektroden på tyristorn 27 för att tända denna så att en tändgnista genereras av tändspolen.

Om man följer laddningsspänningens ULförlopp i fig. 5 kan man se att efter det att enablespänningen UE uppträtt ladd- ningsspänningen UL har ett negativt förlopp som efter en viss tid övergår i ett positivt förlopp där den väsentliga ladd- ningen tillförs kondensatorerna 26 och 43. Spänningen över kondensatorn 43, i diagrammet i fig. 5 benämnd UG, är låg ända tills laddningsspänningen UL åter får ett positivt förlopp då kondensatorn 43 börjar laddas igen. När spänningen på kondensa- torn 43 stigit till en viss nivå övergår fälteffekttransistorn 42 till ledande tillstånd och drar ned potentialen på basen på transistorn 33 till den som gäller på ledaren 30, dvs noll volt. Transistorn 33 spärrar därvid och eventuellt inducerad spänning i trigglindningen 22 kan därefter inte passera transistorn 33 och generera felaktiga triggpulser. I fig. 5 framgår att spänningen över kondensatorn 43 har ett förlopp som »- 10 15 20 25 7 504 180 bildar ett fönster där spänningen är låg (noll volt) och där triggning kan ske. Man har därvid ordnat så att den nyttiga delen av triggspänningen UT har ett förlopp som infaller just i detta fönster. När sålunda motorn roterar åt rätt håll kommer triggpulser att släppas genom transistorn 33 och generera tändgnistor på önskat sätt.

Skulle nu av någon anledning motorn rotera i motsatt riktning mot den normala kommer lindningarna 21 och 22 att passeras innan enablespolen 37 nås av magneten 15. Spännings- pulsen UE från enable-spolen kommer' i detta fall att vara negativ. Transistorn 40 kommer således inte att leda och kondensatorn 43 kan därmed inte ladda ur sig genom denna.

Spänningen över kondensatorn 43 håller fälteffekttransistorn 42 ledande vilket innebär att transistorn 33 är spärrad när spänning induceras i. trigglindningen 22. Några triggpulser kommer därför inte att släppas igenom till styrelektroden på tyristorn 27 i detta fall.

I fig. 5 framgår att triggspänningen UT har ytterligare en period då den är positiv, kallad triggspänningens svans. Denna svans uppträder dock vid en tidpunkt som ligger utanför fönstret och kan inte åstadkoma några feltriggningar av tyristorn. Nivån på svansen är i figuren liten men växer med varvtalet och kan vid höga varvtal ge upphov till feltrigg- ningar av tyristorn 27 i det fall enablespolen 37 med till- hörande komponenter inte skulle vara anordnade.

Claims (7)

504 180 a 10 15 20 25 30 35 P a t e n t k r a v

1. Tändsystem för en förbränningsmotor, i synnerhet för användning i en motorsåg eller liknande, innefattande en magnetiskt ledande kärna (10) som uppbär en laddningslindning (21) och en trigglindning (22), ett med åtminstone ett magnet- fältgenererande organ (15) försett svänghjul (14) inrättat att samverka med den magnetiskt ledande kärnan (10) för att vid förbifart åstadkomma att spänningar induceras i lindningarna (21, 22) och ett elektroniskt strömbrytarorgan (27) inrättat att i beroende av en av trigglindningen (22) genererad trigg- puls utlösa urladdning av en kondensator (26), som laddats av en i laddlindningen (21) alstrad spänning, genom primärlind- ningen (18) på en tändspole (17) vars sekundärkrets innefattar ett tändstift (20) , lindning (37) är så anordnad att svänghjulet (14) under sin normala rotation först passerar denna innan det svänger in över den magnetiskt ledande kärnans (10) ben (11, 12, 13), varvid den i den ytterligare lindningen (37) inducerade spänningen är inrättad att förhindra att triggpulser når strömbrytarorganet (37) om motorn har en rotationsriktning motsatt den normala. kännetecknat därav, att en ytterligare

2. Tändsystem enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att strömbrytarorganet utgörs av en tyristor (27) med en triggkrets (32) innefattande en första transistor (33), varvid den ytterligare lindningen (37) är så förbunden med den första transistorn (33) att denna spärrar mellan trigglindningen (22) och styrelektroden på tyristorn (27) vid avsaknad av inducerad spänning i den ytterligare lindningen (37).

3. Tändsystem enligt patentkravet 2, kännetecknat därav, att den ytterligare lindningen (37) är förbunden med den första transistorn (33) via en krets så utförd att den i den ytterli- gare lindningen (37) aktiverar en elektronisk strömställare (42) att inta ett läge där den första transistorns (33) spärrverkan upphör under en tidsperiod som är oberoende av förekomsten av inducerad spänning i den ytterliga- inducerade spänningen re lindningen (37).

4. Tändsystem enligt patentkravet 3, kännetecknat därav, att den mellan den 'ytterligare lindningen (37) anordnade kretsen innefattar en fälteffekt- och den första transistorn (33) 10 15 20 25 30 9 504 180 transistor (42) vars styrelektrod är ansluten till en konden- sator (43) inrättad att laddas av en i laddningslindningen (21) inducerad spänning via ett motstånd (44), varjämte kondensa- torns motsatta belägg är kopplat till en gemensam kopplings- punkt (30) utgörande gemensam referenspotential för tändsyste- met och kondensatorn (43) är överbryggad av kollektor-emitter- sträckan i en andra transistor (40) inrättad att vid förekomst- en av inducerad spänning i den ytterligare lindningen (37) kortsluta och därmed åstadkomma urladdning av kondensatorn (43).

5. Tändsystem enligt patentkravet 4, kännetecknad därav, att tyristorns (27) styrelektrod är kopplad till trigglindningen (22) via emitter-kollektorsträckan i den första transistorn (33), varvid basen på denna transistor (33) via fälteffekt- transistorn (42) är förbunden med den gemensamma kopplings- punkten (30) för att när fälteffekttransistorn (42) leder anta referenspotentialen och därmed inta sitt den gemensamma spärrande tillstånd.

6. Tändsystem enligt patentkravet 5, kännetecknad därav, att basen på den första transistorn (33) via ett motstånd (36) är kopplad till tyristorns anod och till en laddningskondensator (26) inrättad att leverera energi till tändspolen (17) vid urladdning genom tyristorn (27), varvid kopplingspunkten.mellan motståndet (36), kondensatorn (26) och tyristorns anod via en diod (29) är ansluten till laddningslindningen (21).

7. Tändsystem enligt något av föregående patentkrav, känne- tecknad därav, att den magnetiskt ledande kärnan (10) nefattar åtminstone tre ben (11, 12, 13), varvid trigglind- ningen (22) är lindad runt de i rotationsriktningen för svänghjulet sett två första benen (ll, 12) i kärnan (10) medan det tredje benet (13) uppbär laddningslindningen (22). in-