FI63994B - Anordning i foerbraenningsmotorns taendningssystem - Google Patents

Description

63994

Laite polttomoottorin sytytysjärjestelmässä.

Anordning i förbränningsmotorns tändningssystem.

Tämä keksintö kohdistuu polttomoottoriin ja erityisesti uuteen laitteeseen sen induktiivisessa syty tysjär jestelmässä jolla tehokkaasti ja taloudellisesti nostetaan polttomoottorin hyötysuhdetta.

5 Keksintö tarkoittaa laitetta induktiivisessa sytytysjärjestelmässä jossa sinänsä tunnetun sytytysmuuntajän ensiövirran katkoja saatetaan ohjaamaan auki- tai kiinniol1essaan virtalähteestä saatava sähkövirta erilliseen katkojalaitteeseen joka suurella taajuudella katkoo sytytysmuuntajan ensiövirtaa 10 niin, että jokaista sytytystä ja sylinteriä kohden syntyy sytytysmuuntajan toisiolta moottorin kierrosluvusta riippumatta useampi kuin yksi sytytysjännitepulssi, jolloin polttoaineen täydellisemmän palamisen ansiosta moottorin hyötysuhde ratkaisevasti paranee. Tunnetaan erilaisia 15 polttomoottoreiden sytytysjärjestelmiä, joita on selvitetty kirjal1isuudessa: 1. Eero Hämäläinen, Moottoriai an sähköoppi Suomen Autoteknillinen Liitto ry ISBN 951-9155-02-3 (2. uud. painos) 1976 s. 322-389 2 63994 2. BOSCH, Elektroniset akkusytytysjärjestelmät 34 s.

Oy Alftan Ab Karjalankatu 2 PL 5 00521 Helsinki 52 5 Näissä induktiivisissa ja kapasitiivisissa sytytysjärjestelmissä on kuitenkin epäkohtia. Niinpä vaikka transistoroi-dulla katkoja]la varustetussa induktiosytytysjärjestelmässä on katkojan koskettimien kuluminen onnistuttu vähentämään, 10 toisiojännitteen aleneminen nopeuden kasvaessa pienentämään eikä sytytysjännite alene virtalähteen jännitteen alentuessa verrattuna normaaliin katkojalla varustettuun induktiosy tytysjärjestelmään nähden, on siinä haittana herkkyys sytytystulpan likaantumiselle, mistä on seurauksena, että 15 nokeentunut tai kostunut tulppa sytyttää huonommin kuin normaalijärjestelmässä. Kapasitiivisessa järjestelmässä on voitu poistaa kuluvia osia, mutta muita osia on pitänyt huomattavasti lisätä. Sekä transistoroidussa induktiojärjestelmässä että kapasitiivisessa järjestelmässä katkojan tehtävänä 20 ei ole sytytysmuuntajan ensiövirran katkominen vaan sen kaut ta kulkee kulkee induktiivisessa järjestelmässä kytkentälaitteessa olevan transistorin kantavirta ja kapasitiivisessa järjestelmässä heikko purkauspiirin ohjausvirta, jolloin mekaaninen katkoja on voitu korvata sähköisellä pulssi-25 laitteella jossa ei ole ollenkaan katkojaa eikä muitakaan kuluvia osia.

Polttomoottorin polttoaineseoksen täydellisempää polttamista, jota tietä suurempaa tehoa ja pienempää häkäkaasu-pitoisuutta sekä alemman oktaaniluvun omaavan polttoaineen 30 käyttämistä eivät edellämainitut katkojalla varustettu transistoroitu järjestelmä eikä kapasitiivinen järjestelmä ole saavuttaneet, vaikka kuluvua osia on voitu vähentää.

Tästä syystä normaali katkojalla varustettu induktiosytytys-järje stelmä yksinkertaisuutensa vuoksi on jäänyt yleisim-35 mäksi käytössä olevaksi järjestelmäksi.

Keksintö kohdistuu laitteeseen edellä kuvatuissa sytytys-järjestelmissä, jonka tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat. Keksinnön mukaisen laitteen tunnusomaiset

II

3 6399 4 piirteet ilmenevät patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki-osasta. Keksinnön mukaista laitetta ohjataan pienjännite-katkojalla, joka ohjaa virtalähteen sähkövirran sytytys-hetkellä ja -ajalla elektroniseen katkojalaitteeseen, 5 joka katkoo suurella taajuudella sytytysmuuntajan ensiövirtaa, jolloin jokaista sytytystä ja sylinteriä kohden syntyy sytytysmuuntajan toisiopuolelta moöttorin kierros-luvusta riippumatta useampi kuin yksi kipinä.

Keksinnön tarkoituksena on myös pidentää kuluvien laittei-10 den ikää sekä mahdollistaa menetelmän mukaisen laitteen yksinkertainen liittäminen nykyisiin polttomoottoreihin, jotka toimivat normaalilla ensiövirran katkojalla ja sytytysmuuntajal1 a varustetulla induktiivisella sytytys-järjestelmällä.

15 Keksinnössä on oleellista, että laite katkoo suurella taajuudella sytytysmuuntajaan syötettävää ensiövirtaa sytytysaikana pienjännitekatkojän ohjaamana niin, että jokaista sytytystä ja sylinteriä kohden syntyy sytytys-muuntajan toisiopuolel ta jatkuva korkeajännitekipinävirta. 20 Oleellista on myös se, että moottorin käynnistyshetkellä kipinävirta jokaiseen sylinteriin tuodun polttoaineseok-sen sytyttämiseksi on suurin ja laskee lukumääräisesti moottorin kierrosluvun kasvaessa, ollen kuitenkin useampi kuin yksi kipinä sytytystä kohti. Oleellista on myös se, 25 että moottorin ohjaaman pienjännitekatkojän, joka määrää sytytyshetken ja -ajan, yli ei kulje sytytysmuuntajan ensiöpiirin itseinduktion jännite, minkä vuoksi katkojan rinnalta puuttuu kondensaattori.

Sytytysjärjestelmässä on näin ollen pienjännitekatkoja 30 tai katkojat, jotka ohjaavat oikealla sytytyshetkellä ja kestoajalla virtalähteen sähkövirtaa keksinnön mukaiseen erilliseen katkojalaitteeseen. Katkojalaite, joka suurella taajuudella katkoo sytytysmuuntajan ensiövirtaa pienjänni tekatko jän määräämänä aikana ja joka vastaanottaa itse 35 jokaisella ensiövirran katkaisuhetkellä syntyvän jännite- huipun.

Sytytysmuuntaja tai sytytysmuuntajat, jonka tai joiden toisiopuolelta kutakin siihen suoraan tai virranjaoittimen kautta kytkettyä sylinteriä kohden syntyy sytytysaikana 63994 4 jatkuva kipinävirta, joka ohjautuu pienjännitekatkojän määräämänä aikana sylinterin sytytystulppaan poltto-aineseoksen sytyttämiseksi.

Keksinnön mukaisella laitteella induktiivisessa sytytys-5 järjestelmässä on lisäksi seuraavat edut: a) Kondensaattorin puuttuminen pienjännitekatkojam rinnalta nostaa sytytysmuuntajan ensiöjännitettä ja nopeuttaa elektronisen katkojalaitteen toimintaa useamman kipinän aikaansaamiseksi sytytysaikana.

10 b) Jatkuva kipinävirta sytytystul pan elektrodien välillä sytytysaikana, tulpan toimiessa kuumempana, polttaa pois tulppaan mahdollisesti kertyvän karstan.

c) Normaalin katkojän toimiessa pienjännitekatkojana ei sen kosketinpintojen yli kulje itseinduktion jännite, 15 jonka vuoksi katkojan elinikä pitenee.

d) Jatkuvan kipinävirran ansiosta voidaan pintapurkaus-tulppia käyttää, jolloin itsepuhdistuvuus paranee.

e) Tavallisista nykyisistä sytytystulpista voidaan tehdä yksinkertaisempi versio jättämällä sivuelektrodi pois 20 tarpeettomana.

f) Katkojalaitteen avulla, jota ohjaa pienjännitekatkoja, saavutetaan koeajotulosten mukaan induktiivisella sytytys-järjestelmällä seuraavat lisäedut: - siirtyminen aiempioktaanisen polttoaineen käyttämiseen 25 mahdollistuu ilman että sytytystä siirretään myöhäisemmäksi - täydellisemmän polttoaineseoksen palamisen ansiosta pakokaasujen häkäpitoisuus vähenee merkittävästi käytettäessä samaa polttoainetta - yhdessä matalampioktaanisen polttoaineen käytön ja 30 täydellisemmän palamisen ansiosta pakokaasujen aiheut tama saastemäärä vähenee, mikä johtaa siihen, että tehoa kuluttavia pakokaasupuhdistimia ei tarvita, koska esim. autoa kaupunkiajossa ajetaan pienellä nopeudella ja moottorin kierrosluvulla, jolloin joka sytytykseen syö- 35 tettävä kipinämäärä on suuri - täydellisemmän palamisen ansiosta moottori, esim. auton, vetää tehokkaammin suurella vaihteella pienemmällä nopeudella 63994 5 - polttoaineen kulutus vähenee samalla polttoaineella tehon lisääntyessä täydellisemmän palamisen ansiosta - kylmäkäynnistys paranee - mahdollistaa nykyisin yleisesti käytössä olevan induk- 5 tiivisen sytytysjärjestelmän käytön parannettuna ilman peruslaitteiden muutosta.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin, viitaten oheisiin piirustuksiin, jotka esittävät kaavioilisesti keksinnön erästä suoritusmuotoa.

10 Kuva 1 esittää kaaviollisesti nelisylinterisen polttomoottorin yhdellä katkojalaitteella varustettua induktiivista sytytysjärjestelmää.

Kuva 2 esittää kaaviollisesti pienjännitekatkojän ohjaaman keksinnön mukaisen katkojalaitteen sähköistä kyt-15 kentää sen eräässä suoritusmuodossa induktiivisessa sytytysjärjestelmässä.

Kuviossa 1 tarkoittaa 1 virtalähdettä, joka voi olla esim. akku, 2 virtalukkoa, jonka avulla virtalähteen virta 3 ohjautuu käynnistettäessä ja moottorin 4 käy-20 dessä sytytysmuuntajan 5 ensiökäämiin 6 sekä 7:n kautta katko jalai tteeseen 8, jota ohjataan katkomalla 9 virran-jaoittimen 10 akselilla 11 olevan nokkapyörän 12 avulla siten, että katkojan 9 kosketinkärkien 13 ollessa auki-asennossa sähkövirta kytkeytyy katkojalaitteeseen 8 25 7:n kautta.

Katkojan 9 kosketinkärkien ollessa kiinniasennossa kulkee katkojan läpi ainoastaan heikko ohjauksen maadoitusvirta 14 , samanaikaisesti kun sytytysmuuntajan 5 ensiökäämin6 läpi kulkee sytytyksen kipinämuodostukseen tarvittava 30 ensiövirta 15, jota katkojalaite 8 katkoo katkojakärkien 13 ollessa auki suurella taajuudella. Tällöin sytytys-muuntajan 5 toisiokäämiin 16 indusoituu joka ensiöpiirin katkaisulla korkeajännitepulssi jota johdetaan korkeajan-nitejohtimen 17 kautta virranjaoittimen 10 kanteen 18.

35 Kansi 18 on yhdistetty 1iukukoskettimen kautta pyörtimeen 19, joka ohjaa korkeajännitepulssin kannessa oleviin liittimiin yhdistettyjen korkeajännitejohtojen 20 kautta aina sen sylinterin sytytystulppaan 21 joka on sytytys- 6 63994 järjestyksen mukaan sytytysvuorossa, jolloin katkojan 9 määräämänä sytytysaikana syntyy kyseisessä sytytystulpassa jatkuva sytytyskipinävirta. Nokkapyörässä 12 on nokkia yhtä monta kuin moottorissa on sylintereitä, niinpä esim.

5 nelitahtimoottorissa jaoittimen 10 akseli 11 saa käyttövoimansa vent ti i1ikonei stoa käyttävältä nokka-akselilta tai erityiseltä apuakseli1 ta. Kaksitahtimottorissa jaoittimen akseli pyörii samalla nopeudella kuin kampiakseli. Viitenumero 22 tarkoittaa sinänsä tunnettua keskipakois-10 säädintä ja 23 aiipainesäädintä, joilla sytytysennakko säätyy moottorin kierrosluvusta riippuen.

Katkojalaitteen 8 transistori- tai tyristori tehoaste vastaanottaa itse jokaisessa ensiökäämin 6 virtapiirin katkaisussa syntyvän jännitehuipun, jolloin sytytystä ohjaa-15 van katkojan 9 rinnalta on voitu poistaa sinänsä tunnettu kondensaattori. Katkoja 9 voidaan korvata sähköisellä sinänsä tunnetulla pulssilaitteel1 a tai optisella pulssi-1aitteel1 a.

Katkoja!ai te 8 voidaan kytkeä myös siten, että sytytys-20 aikaa ohjaavan katkojan 9 kosketinkärkien ollessa kiinni sähkövirta kytkeytyy katkojalaitteeseen 8 7:n kautta ja kosketinkärkien ollessa auki maadoittuu ohjausvirta invert-terin avulla. Tämä edellyttää kuitenkin, että katkojan 9 määräämää sytytyshetkeä varten joudutaan katkojan asema 25 siirtämään sitä käyttävän nokkapyörän 12 nokalta nokka- pyörän suoralle osalle, mikä merkitsee esim. nelisylin-terisessä moottorissa neljäsosakierroksen siirtoa, sekä muuttamaan sytytyksen kestoaikaa katkojan kosketinkärki-välin uudelleen säädöllä.

30 Kuviossa 2 tarkoittaa 8 keksinnön mukaista katkoja!aitetta jonka ensimmäisen asteen muodostavat Schmitt-triggeri 24 ja integroiva RC-piiri 25, 26. Asteen tarkoitus on eliminoida pienjännitekatkojen 9 kytkentävärähtelyt. Aika RxC

(25)x(26) on niin lyhyt, ettei sillä ole käytännön vaiku-35 tusta varsinaiseen sytytysjaksoitukseen. Toisen asteen muodostavat invertteri 27 ja mahdollinen vaihtokytkin 28, jolla kytkentä voidaan asettaa toimimaan joko avautuvalla, asento 29, tai sulkeutuvalla, asento 30, katkojalla 9.

li 63994 7

Kolmannen asteen muodostavat suuri taajuinen pulssigene-raattori 31 ja NAND-portti 32.

Neljäs aste on transistori- tai tyristori tehoaste 33, joka käyttää sytytysmuuntajaa 5.

5 Katkojalaitteen 8 toimiessa avautuvan pienjännite- katkojan 9 kytkennällä avautuu sytytyshetkellä pien-jännitekatkoja 9. Tällöin nousee invertterin 27 jälkeen potentiaali 29 ylös ja ohjaa NAND-portin 32 toista sisäanmenoa, jolloin 32 läpäisee pulssigene-10 raattorilta 31 lähtevät katkaisupulssit. Nämä ohjaavat tehoastetta 33, joka katkoo sytytysmuuntajan 5 ensiö-virtaa 15:n kautta, jolloin syty tysmuuntajan 5 toisiolta saadaan sytytysjännitepul sseja pui ssigeneraattorin 31 määräämällä taajuudella. Kytkimeltä 28 annetaan lisäksi 15 tahdistustieto pulssigeneraattorille 31, jotta ensim mäinen katkaisupulssi ajoittuu sytytyshetkeen. Kun pien-jännitekatkoja 9 sulkeutuu, estää NAND-portti 32 pulssien pääsyn tehoasteelle 33, joka nyt jää johtavaan t i1aan.

20 Kun käytetään pieni-impedanssista (nopeaa) sytytysmuuntajaa 5, voidaan pulssigeneraattorin 31 taajuutta suurentaa, jolloin tahdistus käy tarpeettomaksi. Tällöin voi tehoaste 33 olla johtamattomassa tilassa sytytysten välissä. Näin saadaan lämpöhäviötehoa vähennetyksi.

25 Kuviossa tarkoittaa lisäksi 1 virtalähdettä, 10 virran-jaoitinta, 21 sytytystulppia, 4 matalajännitejohdinta sekä 17 korkeajännitejohdinta, jonka kautta sytytys-muuntajan 5 toisio!ta pulssigeneraattorin määräämällä taajuudella syntyvät sytytysjännitepulssit ohjataan 30 sinänsä tunnetun virranjaoittimen 10 kautta sytytys- tulpilla 21.

On selvää, että keksinnön mukainen laite ei rajoitu vain esimerkkeinä esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä 35 keksintö on liitettävissä yksi- tai useampi sylinterisiin polttomoottoreihin, joihin kuuluu sytytysmuuntaja ja katkojalaite tai virtalähteenä on magneetti ja varauskäämi sekä ulkopuolinen sytytysmuuntaja, jonka ensiökäämin 8 63994 virtaa ylläpidetään varauskäämin avulla ja katkotaan katkojalaittee]la. Yksi- tai useampisy]interistä moottoria varten on tällöin kutakin sylinteriä kohden oma sytytysjärjestelmänsä, joka voi olla rakennettu esim.

5 kaksitahtimoottorin vauhtipyörän sisälle, kuten on magneettisytytysjärjestelmän ollessa kysymyksessä, tai ulkopuolisilla sytytysmuuntajilla, joiden ensiövirtaa ylläpidetään vauhtipyörään kiinnitettyjen magneettien ja varauskäämien avulla, joiden ensiövirtaa katkotaan 10 sylinterien lukumäärää vastaavien katkojen avulla, kunhan vain jokaista sylinteriä sytyttävää sytytysjär-jestelmää kohden on katkojän ohjaama oma, keksinnön mukainen katkojalaite, joka suurella taajuudella katkoo sytytysmuuntajan ensiövirtaa jatkuvan kipinävirran 15 aikaansaamiseksi sytytysaikana.

li

Claims (4)

63994

1. Katkojalaite yksi- tai monisylinterisen polttomoottorin induktiivisessa sytytysjärjestelmässä jossa on yhdellä tai useammalla ensiövirran katkojalla (9) varustettu sytytys-muuntaja (5) tai vastaavat sytytysmuuntajat, tunnettu 5 siitä, että ensiövirran katkojan (9) ohjaama katkojalaite (8) käsittää neliasteisen elektroniikkapiirin jonka ensimmäisen asteen muodostavat Schmitt-triggeri (24) ja integroiva RC-piiri (25, 25), toisen asteen muodostavat invertteri (27) ja vaihtokytkin (28) jolla kytkentä voi-10 daan asettaa toimimaan joko katkojan (9) avautuvalla asennolla (29) tai sulkeutuvalla asennolla (30), kolmannen asteen muodostavat suuri taajuinen pulssigeneraattori (31) ja NAND-portti (32) siten, että pulssigeneraattori on kytketty NAND-portin toiseen sisäänmenoon ja elektroniikka-15 piirin toinen aste NAND-portin toiseen sisäänmenoon, neljäs aste on NAND-portin ohjaama transistori- tai tyristori teho-aste (33) joka käyttää sytytysmuuntajaa (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen katkojalaite, tunne t tu siitä, että tahdistustieto pulssigeneraattorille (31) anne- 20 taan kytkimellä (28), jolloin ensimmäinen katkaisupulssi ajoittuu sytytyshetkeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen katkojalaite, tunnettu siitä, että se taajuudella joka on suurempi kuin

50 Hz katkoo sytytysmuuntajan (5) ensiövirtaa niin, että 25 jokaista sytytystä ja sylinteriä kohden syntyy sytytys- muuntajan toisiolta moottorin kierrosluvusta riippumatta useampi kuin yksi sytytysjännitepulssi samalla kun laite vastaanottaa kullakin katkaisuhetkellä sytytysmuuntajan ensiöllä syntyvän jännitehuipun.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen katkojalaite, tunnett u siitä, että sen aikaansaama sy ty tyspul ssien lukumäärä jokaista sytytystä ja sylinteriä kohden vähenee moottorin kierrosluvun kasvaessa, ollen aina kuitenkin suurempi kuin yksi.