NO803241L

NO803241L - Ignition apparatus and combustion engine.

Info

Publication number: NO803241L
Application number: NO803241A
Authority: NO
Inventors: Basil Earle Wainwright
Original assignee: Ultimate Holdings
Priority date: 1979-11-07
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1981-05-08
Also published as: JPS56124672A; ZA806767B; PL227702A1; DD154232A5; FI803441L; EP0028899A1; PT72024A; IL61398A0; CA1161101A; BR8007189A; AU6387080A; PT72024B; DK467080A; GR72122B

Abstract

Et apparat tilveiebringer gnisttenning i en forbrenningsmotor hvor gnister ved tennpluggene blir igangsatt av en høyspenningspuls på typisk 20 kV og deretter blir opprettholdt av en likespenning på typisk 3 kV. I eh utførelsesform blir likespenningen frembrakt fra en 12 volt forsyning ved hjelp av en likestrømomformer, idet omformeren er anordnet for å levere en hovedsakelig konstant spenning uansett den strømmen som trekkes av gnisten, innenfor gitte grenser. Omformeren er også anordnet for å opphøre og virke i tilfelle av en kortslutning av en utgang. Omformeren er beskrevet i forbindelse med en PROCO-motor med mager forbrenning med det resultat at det bare er nødvendig med en tennplugg per sylinder. I en alternativ utførelsesform blir den gnistopprettholdende likespenningen utledet direkte fra en konvensjonell vekselstrømdynamo drevet av motoren.An apparatus provides spark ignition in an internal combustion engine where sparks at the spark plugs are initiated by a high voltage pulse of typically 20 kV and then maintained by a DC voltage of typically 3 kV. In one embodiment, the direct voltage is generated from a 12 volt supply by means of a direct current converter, the converter being arranged to supply a substantially constant voltage regardless of the current drawn by the spark, within given limits. The converter is also arranged to stop and operate in the event of a short circuit of an output. The inverter is described in connection with a PROCO engine with lean combustion, with the result that only one spark plug per cylinder is required. In an alternative embodiment, the spark sustaining DC voltage is derived directly from a conventional AC alternator driven by the motor.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for frembringelse av tenningsgnister for en forbrenningsmotor, og ved-rører spesielt, men ikke utelukkende, bilmotorer. The present invention relates to an apparatus for generating ignition sparks for an internal combustion engine, and relates in particular, but not exclusively, to car engines.

Det er velkjent at de elektriske gnistene som mates til tennpluggene i en forbrenningsmotor vanligvis blir frembrakt ved hjelp av en tennspole som har sin høyspente sekundærvikling It is well known that the electric sparks fed to the spark plugs in an internal combustion engine are usually produced by means of an ignition coil having its high voltage secondary winding

koblet til motorens tennplugg gjennom en fordeler, idet spolen har sin primærvikling koblet til en lavspenningskilde, vanligvis et 12 volt batteri eller en vekselstrømgenerator som drives av motoren. En motordrevet koblingsanordning, vanligvis en me-kanisk kontaktbryter, frembringer avbrytelser i strømmen som flyter i spolens primærvikling,.og følgelig blir det frembrakt høyspenningspulser i sekundærviklingen som blir tilført tennpluggene . connected to the engine's spark plug through a distributor, the coil having its primary winding connected to a low voltage source, usually a 12 volt battery or an alternator powered by the engine. A motor-driven switching device, usually a mechanical contact switch, produces interruptions in the current flowing in the primary winding of the coil, and consequently high voltage pulses are produced in the secondary winding which are supplied to the spark plugs.

Betydelig forskning er satt inn på å forbedre brenselsøkonomi og redusere forurensninger fra forbrenningsmotorer. Det er gjort anstrengelser for å konstruere en motor som vil gå tilfredsstillende med magrere brennstoff/luft-blanding matet til motorens sylindre. En slik magrere brennstoff/luft-blanding reduserer brennstofforbruket, men har den ulempe at brenn-stof f/luf t-blandingen blir vanskeligere å tenne med et konvensjonelt tenningssystem. Det økede luft/brennstoff-forholdet øker også sannsynligheten for at nitrogenholdige brennstoff^bestanddeler ved forbrenningen blir omdannet til oksyder av nitrogen, heretter referert til som NO . Slike NO -produkter er vanskelige å utskille fra motorens eksos, noe som er nød-vendig for å tilfredsstille reguleringer vedrørende forurens-ning. Considerable research has been devoted to improving fuel economy and reducing pollution from internal combustion engines. Efforts have been made to construct an engine that will run satisfactorily with a leaner fuel/air mixture fed to the engine's cylinders. Such a leaner fuel/air mixture reduces fuel consumption, but has the disadvantage that the fuel/air mixture becomes more difficult to ignite with a conventional ignition system. The increased air/fuel ratio also increases the probability that nitrogen-containing fuel constituents during combustion are converted into oxides of nitrogen, hereinafter referred to as NO. Such NO products are difficult to separate from the engine's exhaust, which is necessary to satisfy regulations regarding pollution.

For å redusere NO^ utsendt gjennom eksosen, har nyere forskning vært rettet mot å resirkulere eksosgasser fra motoren inn i motorens sylindre for å redusere brennstoff/luft-forholdet i blandingen som forbrukes i motorene under opprettholdelse av et magert brennstoffinnhold i blandingen. Slik resirkula-sjon av eksosgass, heretter referert til som EGR (exhaust gas recirculation), reduserer NO -utslippet, men nedsetter for-brenningstemperaturen og gjør det enda vanskeligere å antenne den brennbare blandingen i motorens sylindre. To reduce NO^ emitted through the exhaust, recent research has been directed at recirculating exhaust gases from the engine into the engine cylinders to reduce the fuel/air ratio of the mixture consumed in the engines while maintaining a lean fuel content of the mixture. Such recirculation of exhaust gas, hereafter referred to as EGR (exhaust gas recirculation), reduces NO emissions, but lowers the combustion temperature and makes it even more difficult to ignite the combustible mixture in the engine's cylinders.

Det er satt frem forskjellige forslag for å overvinne vanskelighetene med å antenne en mager brennstoff/luft-blanding. En løsning medfører nykonstruksjon av motoren, slik at det frembringes en såkalt lagdelt fylling (stratitued charge) i sylinderne. I en motor med lagdelt fylling har en brennstoff/ luft-blanding en ikke-uniform rommessig brennstoff-fordeling i sylinderen, slik at det er en høyere konsentrasjon av brennstoff ved tennpluggen enn i mesteparten av sylinderen. Når gnisttenning inntreffer, vil forbrenningen skje lettere i den forholdsvis høye brennstoffkonsentrasjonen ved tennpluggen, og den påfølgende varmen fra forbrenningen vil få forbrenningen til å spré seg til.den magrere blandingen i de andre delene av sylinderen. Ett eksempel på en motor med lagdelt fylling, er beskrevet i "A New Concept of Stratified Charge Combustion - The Ford Combustion<p>rocess (FCP)"SAE Paper No. 680041, januar 1968. Denne motoren ble utviklet til denPROCO-motoren som er beskrevet i "The Ford PROCO Engine Update" SAE Paper No. 780699, august 1978. Man vil se at i motsetning til FCP-motoren harPROCO-motoren et EGR-system for å redusere utslipp av NO x-eksos. Dessuten skal det bemerkes at for å oppnå tilfredsstillende forbrenning, er det nødvendig med to tennplugger per sylinder med den EGR-utstyrte PROCO-motoren, noe som ytterligere illustrerer vanskelighetene som oppstår med å igangsette tenning av en mager blanding når EGR brukes. Man vil forstå at når det brukes to tennplugger per sylinder, er det nødvendig med en komplisert fordeler, totalkostnaden for tenningssystemet økes betydelig. Et annet problem ved anvendelsen av to tennplugger per sylinder er at<p>ROCO-motorkonseptet bare kan benyttes for motorer med stor kapasitet, typisk 5 liter eller mer. For mindre motorer er det ikke nok plass i topplokket til å oppta tennpluggene og de nødvendige ventiler og injek-torer som brukes ved denne type motor. Various proposals have been put forward to overcome the difficulties in igniting a lean fuel/air mixture. One solution entails a new construction of the engine, so that a so-called stratified charge is produced in the cylinders. In an engine with stratified filling, a fuel/air mixture has a non-uniform spatial fuel distribution in the cylinder, so that there is a higher concentration of fuel at the spark plug than in most of the cylinder. When spark ignition occurs, combustion will take place more easily in the relatively high fuel concentration at the spark plug, and the subsequent heat from the combustion will cause the combustion to spread to the leaner mixture in the other parts of the cylinder. One example of a stratified charge engine is described in "A New Concept of Stratified Charge Combustion - The Ford Combustion<p>rocess (FCP)" SAE Paper No. 680041, January 1968. This engine was developed into the PROCO engine described in "The Ford PROCO Engine Update" SAE Paper No. 780699, August 1978. It will be seen that unlike the FCP engine, the PROCO engine has an EGR system to reduce emissions of NOx exhaust. Also, it should be noted that to achieve satisfactory combustion, two spark plugs per cylinder are required with the EGR-equipped PROCO engine, further illustrating the difficulties encountered in initiating ignition of a lean mixture when EGR is used. It will be understood that when two spark plugs are used per cylinder, a complicated distributor is required, the total cost of the ignition system is increased significantly. Another problem with the use of two spark plugs per cylinder is that the<p>ROCO engine concept can only be used for engines with a large capacity, typically 5 liters or more. For smaller engines, there is not enough space in the cylinder head to accommodate the spark plugs and the necessary valves and injectors used with this type of engine.

Et annet forslag for tenning av en brennstoff/luft-blanding er vist i US-patent nr. 4.033.316, som beskriver et arrangement hvor en høyspent likestrømkilde er seriekoblet med sekundærviklingen til en tennspole på en slik måte at den gnisten som istandbringes ved konvensjonell drift av spolen, blir opprettholdt. Gnisttenningen i sylinderen blir således innledet ved hjelp av en typisk 20 kV puls frembrakt på vanlig måte ved å avbryte strømmen i spolens primærvikling, og gnisten blir deretter opprettholdt av en høy spenning på typisk 2 til 4 kV fra den høyspente likestrømkilden, som er seriekoblet med spolens sekundærvikling, på en måte som er stort sett analog med den måte hvorved en sveisebue blir igangsatt av en høy-spenningspuls og blir opprettholdt ved en likestrøm ved lavere spenning. Det er velkjent at når en lysbue først er opprettet, kan den holdes i gang av en spenning som er mindre enn den som var nødvendig for å tenne lysbuen. Another proposal for igniting a fuel/air mixture is shown in US Patent No. 4,033,316, which describes an arrangement where a high-voltage direct current source is connected in series with the secondary winding of an ignition coil in such a way that the spark produced by conventional operation of the coil is maintained. The spark ignition in the cylinder is thus initiated by means of a typical 20 kV pulse produced in the usual way by interrupting the current in the primary winding of the coil, and the spark is then maintained by a high voltage of typically 2 to 4 kV from the high voltage direct current source, which is connected in series with the secondary winding of the coil, in a manner broadly analogous to the manner in which a welding arc is initiated by a high-voltage pulse and is maintained by a direct current at a lower voltage. It is well known that once an arc is established, it can be sustained by a voltage less than that required to ignite the arc.

I ovennevnte US-patent blir det fastslått at den spenning som er nødvendig for å opprettholde gnisten, er hovedsakelig . konstant, og at spenning/strøm-karakteristikken til likestrøm-generatoren bør være slik at det leveres en konstant strøm til gnisten. In the above-mentioned US patent, it is stated that the voltage required to maintain the spark is mainly . constant, and that the voltage/current characteristic of the direct current generator should be such that a constant current is delivered to the spark.

Den kretsen som er vist på figur 2 i dette US-patentet oppfyller denne betingelsen ved å anordne likestrømgeneratoren med en spenning/strøm-utgangskarakteristikk definert ved en kurve for hvilken en minsket utgangsspenning resulterer i en øket strøm, idet den maksimale strøm ved lav spenning blir be-grenset av likestrømgeneratorens utgangsimpedans. The circuit shown in Figure 2 of this US patent fulfills this condition by providing the DC generator with a voltage/current output characteristic defined by a curve for which a decreased output voltage results in an increased current, the maximum current at low voltage being limited by the output impedance of the DC generator.

Oppfinneren av den foreliggende oppfinnelse har funnet at selv om den spenning som kreves for å opprettholde lysbuen, har en hovedsakelig konstant middelverdi, er den i praksis utsatt for transiente fluktuasjoner som finner sted under forbrenn-ingstilstander med høy EGR, høy kompresjon, høye gassvirvlings-hastigheter i sylinderen og uhyre magre brennstoffblandinger. Under en slik forbigående fluktuasjon kan det være nødvendig med både en forholdsvis høy spenning og strøm for å opprettholde gnisten. Likestrømgeneratoren ifølge det forannevnte patentet leverer imidlertid en forholdsvis lav spenning ved høye strømnivåer og vil følgelig ikke opprettholde gnisten under slike forbigående tilstander, med mindre likestrømgeneratoren blir anordnet for å levere høyere effekt og dermed blir lite effektiv under mesteparten av sin drift. The inventor of the present invention has found that although the voltage required to maintain the arc has a substantially constant mean value, in practice it is subject to transient fluctuations that occur under high EGR, high compression, high gas swirl conditions of combustion. speeds in the cylinder and extremely lean fuel mixtures. During such a transient fluctuation, both a relatively high voltage and current may be required to maintain the spark. However, the direct current generator according to the aforementioned patent delivers a relatively low voltage at high current levels and consequently will not maintain the spark under such transient conditions, unless the direct current generator is arranged to deliver higher power and thus becomes inefficient during most of its operation.

Et annet problem oppstår med likestrømgeneratoren ifølge patentet i det tilfelle at det inntreffer en kortslutning over tennpluggen eller over generatorutgangen. En slik kortslut-ningstilstand kan oppstå når man kontrollerer virkemåten av tenningskretsen. Det er vanlig praksis å berøre motoren med tennpluggens leder for å se om det kan trekkes en gnist fra enden av lederen. Under en slik kontroll vil det ofte oppstå en kortslutning over likestrømgeneratorens utgang. Nå om fatter likestrømgeneratoren, i henhold til ovennevnte patent, en frittløpende oscillator som driver en opptransformator hvis utgang er tilkoblet en diode- og kondensator-krets som virker som en likeretter og spenningsmultipliserer, for å frembringe en høyspent likestrømutmatning over en utgangskondensator. I tilfelle av en kortslutning over utgangen virker generatoren til å pumpe en høy strøm inn i kortslutningen. Resultatet er at oscillatoren vil bli overopphetet og sannsynligvis svikte. Kretsen ifølge ovennevnte US-patent er følgelig farlig for vedlikeholdspersonell. Hvis en mekaniker ved et uhell berører den høyspente tennplugglederen slik at det frembringes en kortslutning , vil likestrømgeneratoren pumpe en høy strøm inn i kortslutningen med påfølgende farlige resultater for mekanikeren. Another problem arises with the direct current generator according to the patent in the event that a short circuit occurs across the spark plug or across the generator output. Such a short-circuit condition can occur when checking the operation of the ignition circuit. It is common practice to touch the engine with the spark plug lead to see if a spark can be drawn from the end of the lead. During such a check, a short circuit will often occur across the output of the direct current generator. Now, the DC generator, according to the above patent, comprises a free-running oscillator driving a step-up transformer whose output is connected to a diode and capacitor circuit which acts as a rectifier and voltage multiplier, to produce a high voltage DC output across an output capacitor. In the event of a short across the output, the generator acts to pump a high current into the short. The result is that the oscillator will overheat and probably fail. The circuit according to the above-mentioned US patent is therefore dangerous for maintenance personnel. If a mechanic accidentally touches the high voltage spark plug wire causing a short circuit, the DC generator will pump a high current into the short circuit with dangerous results for the mechanic.

Et annet problem med den nevnte kretsen er at driften av den høyspente likestrømkilden frembringer betydelige erosjonshastigheter for tennpluggens elektroder og elektrodene til fordeleren og dens tilhørende rotorarm. Dette problemet er særlig alvorlig hvis den energi som leveres av likestrømgeneratoren er valgt høy nok til å opprettholde gnisten under forbrenning ved høye EGR-verdier og høy forbrenningsvirvling for magre brenn-stof f blandinger . Another problem with the aforementioned circuit is that operation of the high voltage direct current source produces significant erosion rates for the spark plug electrodes and the electrodes of the distributor and its associated rotor arm. This problem is particularly serious if the energy supplied by the DC generator is chosen high enough to maintain the spark during combustion at high EGR values and high combustion swirl for lean fuel mixtures.

Et ytterligere problem med den nevnte kretsen er at like-strømgeneratorens utgangskondensator vil forbli oppladet i en betydelig tid etter at kretsen er koblet ut. Hvis derfor en mekaniker berører utgangen til tenningskretsen selv etter at den er slått av, vil han kunne få elektrisk støt. A further problem with the aforementioned circuit is that the output capacitor of the DC generator will remain charged for a considerable time after the circuit is switched off. Therefore, if a mechanic touches the output of the ignition circuit even after it is turned off, he will be able to receive an electric shock.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et forbedret tenningssystem for en motor med magert brennstoff. It is an object of the invention to provide an improved ignition system for a lean fuel engine.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å forbedre et tenningssystem hvor gnistene som frembringes av tennpluggene blir igangsatt ved konvensjonell drift av en tennspole og deretter blir opprettholdt ved bruk av en likestrømgenerator, idet like-strømgeneratoren er slik innrettet at den opprettholder gnistene selv under de forannevnte forbigående fluktuasjoner i spenningen og strømmen som opprettholder lysbuen. It is another object of the invention to improve an ignition system where the sparks produced by the spark plugs are initiated by conventional operation of an ignition coil and are then maintained by the use of a direct current generator, the direct current generator being so arranged that it maintains the sparks even during the aforementioned transient fluctuations in the voltage and current that maintain the arc.

Det er videre et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en slik likestrømgenerator som ikke pumper en stor strøm inn i en kortsluttet utgang, og som det er mindre sannlig vil gi vedlikeholdspersonell farlige elektriske støt. It is a further object of the invention to provide such a direct current generator which does not pump a large current into a shorted output, and which is less likely to give maintenance personnel dangerous electric shocks.

Det er ytterligere et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en forbrenningsmotor med lagdelt fylling som har et EGR-system og med et tenningssystem omfattende bare en tenn-■ plugg per sylinder. It is yet another object of the invention to provide a stratified charge internal combustion engine having an EGR system and with an ignition system comprising only one spark plug per cylinder.

Enda et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en PROCO-motor med et tenningssystem som har bare en tennplugg per sylinder. Yet another object of the invention is to provide a PROCO engine with an ignition system having only one spark plug per cylinder.

Det er også et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et tenningssystem som bidrar til å muliggjøre konstruksjon av PROCO-motorer med mindre dimensjoner. It is also an object of the invention to provide an ignition system which helps to enable the construction of PROCO engines with smaller dimensions.

En side ved oppfinnelsen vedrører et apparat for frembringelse av gnisttenning i en forbrenningsmotor der gnister over tennpluggene blir innledet av en elektrisk puls og deretter blir opprettholdt ved bruk av en likestrømgenerator som påtrykker en opprettholdelsesspenning på pluggene, idet generatoren er kjennetegnet ved at generatoren er innrettet for å frembringe en hovedsakelig konstant spenning over et forutbestemt område av strømverdier, for derved å opprettholde gnisten, og for å slutte å virke slik at den er i stand til å opprettholde gnisten hvis strømmen som tilføres tennpluggen overstiger en forutbestemt maksimumsverdi. Likestrømgeneratoren har den fordel at fordi dens spenning holder seg hovedsakelig konstant, vil generatoren opprettholde gnister selv under forhold med høy EGR, gassvirvlingsfylling og uhyre magert brennstoff. Hvis gnisten krever en forbigående høy strøm, kan gen-eratorens spenning levere strømmen uten at spenningen faller under den lysbue-opprettholdende spenning. One side of the invention relates to an apparatus for producing spark ignition in an internal combustion engine where sparks over the spark plugs are initiated by an electrical pulse and are then maintained using a direct current generator which applies a maintenance voltage to the plugs, the generator being characterized in that the generator is arranged for to produce a substantially constant voltage over a predetermined range of current values, thereby maintaining the spark, and to cease to operate so as to be capable of maintaining the spark if the current supplied to the spark plug exceeds a predetermined maximum value. The DC alternator has the advantage that because its voltage remains essentially constant, the alternator will maintain sparks even under conditions of high EGR, gas swirl filling, and extremely lean fuel. If the spark requires a transient high current, the generator voltage can supply the current without the voltage falling below the arc sustaining voltage.

Fordi generatoren vil slutte å virke når 'dens strøm overstiger en gitt maksimumsverdi, vil generatoren heller ikke pumpe en stor strøm inn i en kortslutning, og derfor er farene som vedlikeholdspersonell kan utsettes for hvis de ved et uhell berører tennplugglederne, betydelig redusert. I tilfelle av en kortslutning av utgangen vil heller ikke generatoren bli overopphetet eller svikte. Because the generator will stop working when its current exceeds a given maximum value, the generator will also not pump a large current into a short circuit, and therefore the hazards to which maintenance personnel may be exposed if they accidentally touch the spark plug conductors are significantly reduced. In the event of a short circuit of the output, the generator will not overheat or fail either.

I henhold til et foretrukket trekk ved oppfinnelsen utvikler likestrømgeneratoren sin utgangsspenning over en kondensator som er shuntkoblet med motstandselementer for å muliggjøre utladning av kondensatoren når generatoren er ute av drift. på denne måten vil kondensatoren spre den ladningen som ellers According to a preferred feature of the invention, the direct current generator develops its output voltage across a capacitor which is shunt-connected with resistance elements to enable discharge of the capacitor when the generator is out of operation. in this way the capacitor will spread that charge as otherwise

kunne gi vedlikeholdspersonell elektrisk støt.could give maintenance personnel an electric shock.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringer et apparat for frembringelse av gnisttenning i en forbrenningsmotor der den gnistopprettholdende spenning som frembringes av like-strømgeneratoren, har et selektivt variabelt nivå, idet nivået kan endres i avhengighet av motorens arbeidsbetingelser, noe som gir den fordel at forholdsvis høye gnistenergier bare be-høver å brukes ved ekstreme forbrenningsbetingelser og lavere gnistenergier kan brukes ellers , slik at eros jon av tennplugg-elektroden blir redusert. Another aspect of the invention provides an apparatus for producing spark ignition in an internal combustion engine where the spark sustaining voltage produced by the direct current generator has a selectively variable level, the level being changeable depending on the engine's operating conditions, which gives the advantage that relatively high spark energies only need to be used in extreme combustion conditions and lower spark energies can be used otherwise, so that erosion of the spark plug electrode is reduced.

I henhold til ytterligere en annen side ved oppfinnelsen blir det tilveiebrakt et forbedret tenningssystem for en motor med lagdelt fylling og mager forbrenning, spesielt, men ikke utelukkende, en PROCO-motor, hvor gnister over tennplugger i forbrenningskammere i motoren blir innledet ved hjelp av elektriske pulser og deretter blir opprettholdt ved hjelp av en likestrømgenerator som tilfører pluggene en gnistopprettholdende spenning. I henhold til dette aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt bare en tennplugg per forbrenningskammer siden tilfredsstillende tenning i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan oppnås med bare en tennplugg uten noen reduksjon i brennstofføkonomien og med en forbedring med hensyn til reduksjon i eksosforurensning. Med den foreliggende oppfinnelse kan videre motoren med lagdelt fylling arbeide med høye EGR-verdier uten opptreden av særlig tung gange. According to yet another aspect of the invention, there is provided an improved ignition system for a stratified charge lean burn engine, particularly, but not exclusively, a PROCO engine, where sparks over spark plugs in combustion chambers in the engine are initiated by means of electric pulses and is then maintained by means of a direct current generator which supplies the plugs with a spark-maintaining voltage. According to this aspect of the invention, only one spark plug per combustion chamber is provided since satisfactory ignition according to the present invention can be achieved with only one spark plug without any reduction in fuel economy and with an improvement in terms of reduction in exhaust pollution. With the present invention, the engine with layered filling can also work with high EGR values without the occurrence of particularly heavy running.

Ytterligere formål og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av utførelsesformer som er gitt som illustrerende eksempler under henvisning til de vedføyde teg-ninger, der: Figur 1 er et skjematisk diagram over et apparat for frembringelse av gnisttenning i henhold til oppfinnelsen; Figur 2 illustrerer i mer detalj kretsskjemaet over en likestrømgenerator vist på figur 1; Figur 3 viser bølgeformer som illustrerer likestrømgenera-torens virkemåte; Figur 3A viser strømmen i primærviklingen til transformatoren Tl på figur 2; Figur 3B viser den induser-te spenning i sekundærviklingen til transformatoren Tl; og figur 3C illustrerer spenning/strøm-utgangskarakteristikken til generatoren 7; Figur 4 illustrerer en modifikasjon av apparatet på figurene 1 og 2 hvor den spenningen som frembringes av generatoren 7 blir regulert i avhengighet av motorens arbeidsparametere for å redusere tennpluggerosjon; Figurene 5 til 7 illustrerer alternative arrangementer av kretsen på figur 4; Figur 8 er et skjematisk kretsdiagram av en anordning som tillater en separat induktans å bli forbundet i serie med tennpluggene ; Figur 9 er et skjematisk arrangement som muliggjør bruk av likestrømgeneratoren som en tilleggsenhet til et konvensjonelt tenningssystem; Figur 10 er et tverrsnitt gjennom en sylinder i en PROCO-motor; Figur 11 er et skjematisk oppriss av sylinderhodet til PROCO-motoren; Figur 12 er et skjematisk tverrsnitt av enPROCO-motor anordnet for å ha et tenningssystem i henhold til oppfinnelsen, og som har bare en tennplugg per sylinder; og Figur 13 er et kretsskjema av et annet eksempel på oppfinnelsen som benytter en konvensjonell vekselstrømdynamo. Further objects and advantages of the invention will be apparent from the following description of embodiments which are given as illustrative examples with reference to the attached drawings, where: Figure 1 is a schematic diagram of an apparatus for producing spark ignition according to the invention; Figure 2 illustrates in more detail the circuit diagram of a direct current generator shown in Figure 1; Figure 3 shows waveforms that illustrate the operation of the direct current generator; Figure 3A shows the current in the primary winding of the transformer Tl in Figure 2; Figure 3B shows the induced voltage in the secondary winding of the transformer T1; and Figure 3C illustrates the voltage/current output characteristic of the generator 7; Figure 4 illustrates a modification of the device in Figures 1 and 2 where the voltage produced by the generator 7 is regulated in dependence on the engine's working parameters to reduce spark plug erosion; Figures 5 to 7 illustrate alternative arrangements of the circuit of Figure 4; Figure 8 is a schematic circuit diagram of a device which allows a separate inductance to be connected in series with the spark plugs; Figure 9 is a schematic arrangement which enables the use of the direct current generator as an additional unit to a conventional ignition system; Figure 10 is a cross section through a cylinder in a PROCO engine; Figure 11 is a schematic elevation of the cylinder head of the PROCO engine; Figure 12 is a schematic cross-section of a PROCO engine arranged to have an ignition system according to the invention, and having only one spark plug per cylinder; and Figure 13 is a circuit diagram of another example of the invention using a conventional alternating current dynamo.

Det vises til figur 1 hvor det er vist en tennpulsgenerer-ende anordning som omfatter en tennspole 1 med primær- og sekundær-viklinger la, lb, en strømreguleringsanordning 2 som re-gulerer en lavspent strøm som flyter i primærviklingen, og en motordrevet gnisttidsstyreanordning 3 som driver strømreguler-ingsanordningen 2. Strømreguleringsanordningen 2 er anordnet for å frembringe en hurtig,forandring av strømmen i primærviklingen la som respons på drift av tidsstyreanordningen 3, for å indusere i sekundærviklingen lb en høyspenningspuls på typisk 20-40 kV. Denne høye spenningspulsen er i stand til å frembringe tenningsgnister i en forbrenningsmotor, og pulsen blir tilført gjennom en fordeler 4, som kan være av velkjent type, til tennplugger 5 innsatt i sylindre i motoren (ikke vist). Reference is made to Figure 1 where an ignition pulse generating device is shown which comprises an ignition coil 1 with primary and secondary windings la, lb, a current regulating device 2 which regulates a low-voltage current flowing in the primary winding, and a motor-driven spark timing control device 3 which operates the current control device 2. The current control device 2 is arranged to produce a rapid change in the current in the primary winding la in response to operation of the time control device 3, to induce in the secondary winding lb a high voltage pulse of typically 20-40 kV. This high voltage pulse is capable of producing ignition sparks in an internal combustion engine, and the pulse is supplied through a distributor 4, which may be of a well-known type, to spark plugs 5 inserted in cylinders in the engine (not shown).

Strømreguleringsanordningen 2 og tidsstyreanordningen 3 kan utgjøres av en konvensjonell kdntaktbryter drevet av en kam i fordeleren 4, som kobler en nominell 12 volt forsyning fra motorens vanlige batteri/dynamo-arrangement (ikke vist) på leder 6, for å avbryte strømmen og frembringe en hurtig strøm-forandring i primærviklingen la. Alternativt kan strømregu-leringsanordningen være en halvlederbryter som kan bevirke utladning av en kondensator gjennom primærviklingen la. Gnist-tidsstyreanordningen 3 kan også utgjøres av en kjent fotoelek- trisk, infrarød eller lignende detektor som reagerer på den vinkelmessige posisjon av motorens rotasjon. The current control device 2 and the timing device 3 may be constituted by a conventional kdntakt switch operated by a cam in the distributor 4, which connects a nominal 12 volt supply from the engine's usual battery/alternator arrangement (not shown) on conductor 6, to interrupt the current and produce a rapid current change in the primary winding la. Alternatively, the current regulating device can be a semiconductor switch which can effect the discharge of a capacitor through the primary winding la. The spark timing control device 3 can also consist of a known photoelectric, infrared or similar detector which reacts to the angular position of the engine's rotation.

Under drift av den gnistfrembringende anordningen blirDuring operation of the spark-producing device becomes

det således frembrakt høyspenningspulser i spolens sekundærvikling lb, som respons på suksessive operasjoner av gnisttids-styreanordningen 3, idet disse pulsene på riktig måte av fordeleren 4 blir tilført hver av tennpluggene 5 etter tur for å tilveiebringe gnister i suksessive sylindre og dermed tenne brenn-stof f /luft -blandingen i sylinderne. high voltage pulses are thus produced in the secondary winding 1b of the coil, in response to successive operations of the spark timing control device 3, these pulses being correctly supplied by the distributor 4 to each of the spark plugs 5 in turn to provide sparks in successive cylinders and thus ignite fuel f/air mixture in the cylinders.

I tillegg er det anordnet en likestrømgenerator 7 i serie-kobling med sekundærviklingen lb. Generatoren 7 påtrykker tennpluggene 5 en likespenning som er i stand til å opprettholde en gnist over tennpluggene etter at den høyspente gnistutløs-ende pulsen som frembringes av kretsen 2, har falt til et nivå som er for lavt til å opprettholde gnisten. Likestrømgenera-toren 7 omfatter en likestrømomformer anordnet for' å generere en høy utgangsspenning på nominelt 3 kV fra den lavspente forsyningen på leder 6. Generatoren 7 frembringer en likerettet likestrømutgang på leder 8 som blir matet gjennom sekundærviklingen lb til fordeleren 4 og derfra til tennpluggene 5. Utgangsspenningen fra generator 7 er av en størrelse valgt for å opprettholde, men ikke utløse en gnist over en av tennpluggene 5, og generatoren 7 er i og for seg i stand til å frembringe en kontinuerlig spenning av en slik størrelse. Når først gnisten er blitt igangsatt av en høyspenningspuls frembrakt ved drift av strømreguleringsanordningen 2, kan gnisten opprettholdes ved en noe lavere spenning, og likestrømgeneratoren 7 er egnet for frembringelse av en slik opprettholdende spenning. Det faktum at den gnistopprettholdende strømmen blir levert av en separat generator 7, har den fordel at det muliggjør tilveiebringelse av meget større gniststrømmer for lengre tids-perioder, noe som medfører bedre forbrenning og resulterer i bedret brennstofføkonomi og/eller en reduksjon av forurens-ningsutslipp. In addition, a direct current generator 7 is arranged in series connection with the secondary winding lb. The generator 7 applies to the spark plugs 5 a direct voltage capable of maintaining a spark across the spark plugs after the high-voltage spark-triggering pulse produced by the circuit 2 has fallen to a level that is too low to maintain the spark. The direct current generator 7 comprises a direct current converter arranged to generate a high output voltage of nominally 3 kV from the low voltage supply on conductor 6. The generator 7 produces a rectified direct current output on conductor 8 which is fed through the secondary winding lb to the distributor 4 and from there to the spark plugs 5 The output voltage from generator 7 is of a magnitude chosen to maintain, but not trigger, a spark across one of the spark plugs 5, and generator 7 is in and of itself capable of producing a continuous voltage of such magnitude. Once the spark has been initiated by a high voltage pulse produced by operation of the current regulating device 2, the spark can be maintained at a somewhat lower voltage, and the direct current generator 7 is suitable for producing such a maintaining voltage. The fact that the spark-sustaining current is supplied by a separate generator 7 has the advantage that it enables the provision of much larger spark currents for longer periods of time, which results in better combustion and results in improved fuel economy and/or a reduction in pollutant emissions .

I de her beskrevne formene av oppfinnelsen utvikler generatoren 7 en kontinuerlig utgangsspenning, og hver gnist blir slukket enten ved drift av fordeleren for å frakoble den opprettholdende spenningen og koble den til en etterfølgende tennplugg , eller på grunn av det økte gasstrykk som frembringes i sylinderen av den forbrenningen som igangsettes av gnisten. In the forms of the invention described here, the generator 7 develops a continuous output voltage, and each spark is extinguished either by operation of the distributor to disconnect the sustaining voltage and connect it to a subsequent spark plug, or due to the increased gas pressure produced in the cylinder by the combustion initiated by the spark.

Det økte gasstrykket presenterer en øket elektrisk impedans for lysbuen som er etablert mellom tennpluggelektrodene,' og The increased gas pressure presents an increased electrical impedance to the arc established between the spark plug electrodes,' and

det spenningsnivået som frembringes av generatoren 7 kan velges omtrent slik at det økte gasstrykket vil få gnisten til å slukke automatisk når gasstrykket stiger til et gitt nivå som indikerer at tilfredsstillende forbrenning er oppnådd i sylinderen. Når derfor det gitte trykknivået er nådd i sylinderen, er den the voltage level produced by the generator 7 can be chosen approximately so that the increased gas pressure will cause the spark to extinguish automatically when the gas pressure rises to a given level indicating that satisfactory combustion has been achieved in the cylinder. Therefore, when the given pressure level is reached in the cylinder, it is

spenning som tilveiebringes av generatoren 7 ikke tilstrekkelig til å opprettholde gnisten, og gnisten vil automatisk opphøre. voltage provided by the generator 7 is not sufficient to maintain the spark, and the spark will automatically cease.

I et alternativt arrangement blir likestrømgeneratoren 7. slått av og på igjen for å slukke gnisten. In an alternative arrangement, the DC generator 7. is cycled off and on again to extinguish the spark.

Fordi generatoren 7 i seg selv er i stand til å frembringe en kontinuerlig høy utgangsspenning, kan den tiden som generatoren kan tilkobles for å levere den gnistopprettholdende spenning til gnistene, velges uavhengig av karakteristikkene til kretsen til generatoren 7, og dermed kan varigheten av utgangsspenningen velges for eksempel fra et par millisekunder til en i virkeligheten uendelig varighet. Dette arrangementet tillater regulering av gnistvarigheten uavhengig av karakteristikkene til kretsen, og tillater den strømmen som flyter gjennom den lysbuen som er etablert over tennpluggen, å være hovedsakelig konstant over hele den perioden hvor gnisten blir opprettholdt av spenningen fra generatoren 7. Systemet i henhold til oppfinnelsen tillater følgelig gnistvarigheten å bli utvidet og energien å bli øket, noe som forbedrer motorens forbrenning. Because the generator 7 itself is capable of producing a continuous high output voltage, the time that the generator can be connected to supply the spark sustaining voltage to the sparks can be selected independently of the characteristics of the circuit of the generator 7, and thus the duration of the output voltage can be selected for example, from a few milliseconds to a virtually infinite duration. This arrangement allows regulation of the spark duration independent of the characteristics of the circuit, and allows the current flowing through the arc established above the spark plug to be substantially constant throughout the period during which the spark is maintained by the voltage from the generator 7. The system according to the invention thus allowing the spark duration to be extended and the energy to be increased, improving the engine's combustion.

Likestrømomformerkretsen til generatoren 7 vil nå bli beskrevet mer detaljert under henvisning til figur 2. Kretsen for generatoren 7 er vist innenfor de brutte linjer, og dens forbindelser med resten av tenningskretsen er vist skjematisk. Kretsen omfatter et oscillatortrinn 9, som driver en opptransformator Tl, idet utgangen fra transformatoren blir matet til et spenningsmultipliserer- og likerettertrinn 10. The direct current converter circuit of the generator 7 will now be described in more detail with reference to figure 2. The circuit of the generator 7 is shown within the broken lines, and its connections with the rest of the ignition circuit are shown schematically. The circuit comprises an oscillator stage 9, which drives a step-up transformer Tl, the output of the transformer being fed to a voltage multiplier and rectifier stage 10.

Oscillatortrinnet 9 blir energisert fra den lavspente 12 volt forsyningslederen 6 gjennom en interferensfilterkrets omfattende kondensatorer Cl til C3 og en induktor Li. Filter-kretsen hindrer falske transienter på lederen 6 fra å forstyrre den oscillerende tilstanden til oscillatortrinnet 9. Transformatoren Tl har en primærvikling med viklingsdeler lia, 11b og et midtuttak CT, en tilbakekoblingsvikling 12, en sekundærvikling 13 og en mettbar kjerne 14. Transistorer TRI og TR2 er anordnet for å regulere strømmen som går fra skinnen 6 i primærviklingsdelene, henholdsvis Ila og 11b, idet transistorenes basiselektroder mottar en forspenningskoblingsspenning utledet fra tilbakekoblingsviklingen 12 gjennom en forspenningsmotstand RI og dioder Dl og D2. The oscillator stage 9 is energized from the low voltage 12 volt supply conductor 6 through an interference filter circuit comprising capacitors Cl to C3 and an inductor Li. The filter circuit prevents spurious transients on the conductor 6 from disturbing the oscillating state of the oscillator stage 9. The transformer Tl has a primary winding with winding sections 11a, 11b and a center tap CT, a feedback winding 12, a secondary winding 13 and a saturable core 14. Transistors TRI and TR2 is arranged to regulate the current flowing from the rail 6 in the primary winding parts, respectively 11a and 11b, the base electrodes of the transistors receiving a bias switching voltage derived from the feedback winding 12 through a bias resistor RI and diodes Dl and D2.

Virkemåten til oscillatoren vil nå bli beskrevet under henvisning til bølgeformdiagrammene på figurene 3A og 3B.Anta at transistoren TRI er ledende. En strøm går fra lederen 6 gjennom viklingsdelen lia fra midtuttaket CT, idet strømmen bygger seg opp hovedsakelig lineært med en hastighet som be-stemmes hovedsakelig av induktansen til viklingsdelen lia. Den resulterende rampestrømmen i viklingsdelen lia er vist ved 15 på figur 3A. Virkningen av denne hovedsakelig konstante strøm-endringshastigheten i viklingen er å indusere en i det vesentlige konstant spenning i tilbakekoblingsviklingen, hvilken spenning har en slik polaritet at den forspenner basisen i transistor TRI for å holde transistoren i ledende tilstand. Ettersom strømmen som flyter i viklingsdelen lia bygges opp, blir kjernen 14 mettet med magnetisk fluks, og strømmen kan ikke øke ytterligere. Som et resultat faller spenningen over tilbakekoblingsviklingen hurtig, og forspenningen til transistoren TRI minker, noe som minsker strømmen i viklingsdelen lia bg dermed induserer en forspenning med motsatt polaritet over tilbakekoblingsviklingen 12. Denne forspenningen med motsatt polaritet kobler raskt på transistor TR2 og kobler av transistoren TRI. Strømmen bygger seg så opp i motsatt retning i viklingsdelen 11b inntil kjernen 14 mettes , på den måte som er vist ved 16 på figur 3A, på hvilket tidspunkt transistoren TRI igjen vil bli koblet på og transistor TR2 vil bli koblet av. Kretsen vil oscillere på denne måten. Rampestrømmene, slik som 15 og 16 induserer i transformatorens sekundærvikling, henholdsvis positive og negative spenninger, slik som 17 og 18 vist på figur 3B, idet spenningene blir opptransformert i forhold til den spenning som tilføres primærviklingsdelene 11 i avhengighet av viklingsforholdet mellom primærviklingsdelene og sekundærviklingen 11, 12. Under en ubelastet tilstand av omformeren 7, opptrer det koblingstransienter i oscillatoren som resulterer i spenningstopper 19 (figur 3B) som opptrer på spenningsbølgeformen til sekundærviklingen 12. The operation of the oscillator will now be described with reference to the waveform diagrams of Figures 3A and 3B. Assume that the transistor TRI is conducting. A current flows from the conductor 6 through the winding part 11a from the center outlet CT, the current building up mainly linearly at a speed which is mainly determined by the inductance of the winding part 11a. The resulting ramp current in the winding portion 11a is shown at 15 in Figure 3A. The effect of this substantially constant rate of change of current in the winding is to induce a substantially constant voltage in the feedback winding, which voltage is of such polarity as to bias the base of transistor TRI to keep the transistor in the conducting state. As the current flowing in the winding part 11a builds up, the core 14 becomes saturated with magnetic flux, and the current cannot increase further. As a result, the voltage across the feedback winding drops rapidly and the bias voltage of the transistor TRI decreases, which decreases the current in the winding part lia bg thus inducing a reverse polarity bias across the feedback winding 12. This reverse polarity bias rapidly turns on transistor TR2 and turns off transistor TRI . The current then builds up in the opposite direction in the winding part 11b until the core 14 is saturated, in the manner shown at 16 in Figure 3A, at which time the transistor TRI will again be switched on and transistor TR2 will be switched off. The circuit will oscillate in this way. The ramp currents, such as 15 and 16, induce positive and negative voltages in the transformer's secondary winding, respectively, such as 17 and 18 shown in figure 3B, the voltages being up-transformed in relation to the voltage supplied to the primary winding parts 11 depending on the winding ratio between the primary winding parts and the secondary winding 11 , 12. During an unloaded condition of the converter 7, switching transients occur in the oscillator resulting in voltage peaks 19 (Figure 3B) appearing on the voltage waveform of the secondary winding 12.

Spenningsmultiplisereren og likeretteren 10 omfatter hur-tigvirkende dioderD3, D4 , som hver pumper ladning inn i seriekoblede kondensatorerC4, C5 under motsatte polariteter av spenningen over viklingen 13. Når derfor utgangsspenningen over vikling 13 er positiv, leder diodenD4 og lader kondensator C5, og når utgangsspenningen er negativ blir kondensator C4 ladet gjennom dioden D3. Siden kondensatorene er seriekoblede, utgjør utgangen over dem begge en dobling av det positive spen-ningsutsvinget over viklingen 13. En siste utgangskondensator C6 er koblet i parallell med kondensatoreneC4, C5 for å glatte spenningen. Parallell-koblet med den siste utgangskondensatoren er en motstandskjede R2, R3 som bidrar til å glatte utgangen og som også utgjør en utladningsbane for utgangskondensato.renC6. En funksjonsindikator 20, vanligvis et neonrør, er koblet i parallell med motstanden R3 for å indikere at generatoren 7 er i drift. The voltage multiplier and rectifier 10 comprises fast-acting diodes D3, D4, each of which pumps charge into series-connected capacitors C4, C5 under opposite polarities of the voltage across winding 13. Therefore, when the output voltage across winding 13 is positive, diode D4 conducts and charges capacitor C5, and when the output voltage is negative, capacitor C4 is charged through diode D3. Since the capacitors are connected in series, the output across them both constitutes a doubling of the positive voltage swing across the winding 13. A final output capacitor C6 is connected in parallel with the capacitors C4, C5 to smooth the voltage. Connected in parallel with the last output capacitor is a resistor chain R2, R3 which helps to smooth the output and which also forms a discharge path for output capacitor.renC6. A function indicator 20, usually a neon tube, is connected in parallel with the resistor R3 to indicate that the generator 7 is in operation.

Spenning/strøm-karakteristikken for utgangen fra generatoren 7, som blir matet til lederen 8, er vist på figur 3C. Man vil se at generatoren 7 leverer en hovedsakelig konstant spenning over et forutbestemt strømområde. Når det derfor er slått en gnist over en tennplugg 5, vil generatoren 7 opprettholde en konstant spenning uten hensyn til det strømbehovet som definer-es av lysbuens impedans , opp til en maksimumsverdi for strømmen 22 (figur 3C). Strømverdien 22 er definert av det punkt ved The voltage/current characteristic of the output of the generator 7, which is fed to the conductor 8, is shown in Figure 3C. It will be seen that the generator 7 supplies a substantially constant voltage over a predetermined current range. When a spark has therefore been struck over a spark plug 5, the generator 7 will maintain a constant voltage regardless of the current requirement defined by the arc's impedance, up to a maximum value for the current 22 (figure 3C). The current value 22 is defined by the point at

hvilket basisene i TRI og TR2 ikke lenger metter transistorene, idet dette er regulerbart ved justering av verdien på motstand Ri. Strømmer over verdien 22 indikerer en kortslutning eller en annen feiltilstand ved tennpluggen, og generatoren er anordnet for å settes automatisk ut av drift hvis en slik tilstand inntreffer. Opptreden av en slik kortslutning blir reflektert tilbake til utgangsviklingen 13 til transformatoren Tl (figur 2) slik at transformatorens induktans endres og. forhindrer oscillatoren 9 fra å arbeide. which the bases in TRI and TR2 no longer saturate the transistors, as this is adjustable by adjusting the value of resistance Ri. Currents above the 22 value indicate a short circuit or other fault condition at the spark plug, and the generator is arranged to be automatically shut down if such a condition occurs. The occurrence of such a short circuit is reflected back to the output winding 13 of the transformer Tl (figure 2) so that the transformer's inductance changes and. prevents the oscillator 9 from working.

Et annet nyttig trekk ved generatoren 7 vil fremgå av figur 3C. Før en gnist blir slått over en av tennpluggene, blir det i det vesentlige ikke trukket noe strøm over lederen 8 fra generatoren 7. Under en slik tilstand blir kondensatorenC6 (figur 2) ladet opp til en spenning hovedsakelig lik to ganger verdien av spenningstoppene 19. Denne relativt høye spenningen fra generatoren 7 hjelper til å igangsette gnistene ved tennpluggene 5 siden denne spenningen adderer seg til høyspenningspulsene som induseres i tennspolens sekundærvikling lb. Etter at gnisten er slått, blir strøm trukket fra generatoren 7 og spenningstoppene 19 blir integrert av kondensatoreneC4 tilC6 med det resultat at utgangsspenningen på leder 8 faller til et hovedsakelig konstant platå skissert på figur 3C, og som er hovedsakelig lik to ganger spenningsnivået for bølgeformen 17 (figur 3B) . Another useful feature of the generator 7 will be apparent from Figure 3C. Before a spark is struck over one of the spark plugs, essentially no current is drawn across the conductor 8 from the generator 7. Under such a condition, the capacitor C6 (figure 2) is charged up to a voltage substantially equal to twice the value of the voltage peaks 19. This relatively high voltage from the generator 7 helps to initiate the sparks at the spark plugs 5 since this voltage adds to the high voltage pulses which are induced in the secondary winding lb of the ignition coil. After the spark is struck, current is drawn from the generator 7 and the voltage peaks 19 are integrated by the capacitors C4 to C6 with the result that the output voltage on conductor 8 falls to a substantially constant plateau outlined in Figure 3C, which is substantially equal to twice the voltage level of the waveform 17 (Figure 3B).

Spenning/strøm-karakteristikken til generatoren 7 har den fordel at den gjør det mulig for generatoren å opprettholde gnisten under forhold med uhyre magert drivstoff kombinert med betydelige verdier av EGR og gassvirvling inne i motorens sylindre. Under slike forhold kan impedansen til lysbuen utsettes for betydelige forbigående fluktuasjoner slik at det trekkes en øket strøm fra generatoren 7. Oppfinneren har funnet at for,å opprettholde lysbuen under disse ekstreme forhold, må generatoren kunne levere en tilstrekkelig strøm til lysbuen uten at den påtrykte spenningen til lysbuen faller. Hvis spenningen faller under et visst nivå, selv forbigående, vil lysbuen slukkes og vil ikke bli tent på nytt med mindre en annen 20 kV puls blir tilført fra tennspolen. på figur 3 er vist, med en brutt linje, spenning/strøm-karakteristikken for generatorer av den type som er beskrevet i det før nevnte US-patent nr. 4 033 316. Man vil se at hvis lysbuen forbigående krever en forholdsvis høy strøm, vil spenningen som påtrykkes fra generatoren falle. Derfor vil lysbuen enten slukke eller, hvis generatoren ifølge det nevnte patent er konstruert for å virke tilfredsstillende under disse forhold, vil den forbruke meget mer energi og vil vanligvis levere unødvendig høye spenninger til tennpluggene. The voltage/current characteristic of the generator 7 has the advantage of enabling the generator to maintain spark under extremely lean fuel conditions combined with significant amounts of EGR and gas swirl inside the engine's cylinders. Under such conditions, the impedance of the arc can be exposed to significant transient fluctuations so that an increased current is drawn from the generator 7. The inventor has found that in order to maintain the arc under these extreme conditions, the generator must be able to supply a sufficient current to the arc without the pressure the voltage until the arc drops. If the voltage drops below a certain level, even transiently, the arc will extinguish and will not be re-ignited unless another 20 kV pulse is applied from the ignition coil. Figure 3 shows, with a broken line, the voltage/current characteristic for generators of the type described in the previously mentioned US patent no. 4,033,316. It will be seen that if the arc transiently requires a relatively high current, the voltage applied from the generator will drop. Therefore, the arc will either extinguish or, if the generator according to the mentioned patent is designed to operate satisfactorily under these conditions, it will consume much more energy and will usually supply unnecessarily high voltages to the spark plugs.

Det skal bemerkes at generatoren 7 har et lite antall komponenter og derfor er billig å fremstille og mer pålitelig. It should be noted that the generator 7 has a small number of components and is therefore cheap to manufacture and more reliable.

En annen fordel med generatoren 7 er at i det tilfelle en mekaniker berører tennplugglederen for å frembringe en kortslutning, blir oscillatoren 9 i generatoren dempet og opphører å svinge. På denne måten unngås en tilstand der generatoren pumper en stor strøm inn i kortslutningen. Det er klart at en slik tilstand ville være farlig for mekanikeren, og den ville sannsynligvis også overopphete generatoren slik at den svikter. Et ytterligere sikkerhetstrekk ved generatoren 7 er at utgangskondensatoren C6 (figur 2) er shuntet med motstander R2, R3, slik at dens ladning kan spres når motoren slås av. Another advantage of the generator 7 is that in the event that a mechanic touches the spark plug conductor to produce a short circuit, the oscillator 9 in the generator is damped and ceases to oscillate. In this way, a condition is avoided where the generator pumps a large current into the short circuit. Obviously, such a condition would be dangerous to the mechanic and would also likely overheat the generator to failure. A further safety feature of the generator 7 is that the output capacitor C6 (figure 2) is shunted with resistors R2, R3, so that its charge can be dissipated when the engine is switched off.

Uten denne shuntkoblingen ville kondensatoren C6 beholde sin ladning over en betydelig tidsperiode slik at hvis en mekaniker skulle arbeide med motoren, kunne han motta et elektrisk sjokk fra kondensatoren C6 gjennom tenningslederne. Med den foreliggende generatoren 7 vil også neonrøret 20 indikere ikke bare om systemet er i drift, men også om ladningen fortsatt er tilstede på kondensatoren C6. Without this shunt connection, capacitor C6 would retain its charge for a significant period of time so that if a mechanic were to work on the engine, he could receive an electric shock from capacitor C6 through the ignition leads. With the present generator 7, the neon tube 20 will also indicate not only whether the system is in operation, but also whether the charge is still present on the capacitor C6.

Et trekk ved det nettopp beskrevne tenningssystemet er at betydelig økte midlere gnistenergier blir oppnådd sammenlignet med en konvensjonell kontaktbrytertenning , ved hjelp av strøm-mene som tilføres gnistene av generatoren 7. Når det benyttes betydelig EGR eller ekstremt mager forbrenning i en motor, må gnistenergiene være betydelige hvis det skal oppnås pålitelig tenning. En ulempe som kan oppstå, er at de økte gnistenergiene kan medføre uakseptable erosjonshastigheter på tennpluggelektrodene og elektrodene til fordeleren 4. I samsvar med et trekk ved den foreliggende oppfinnelse kan gnistenes energini-vå velges i avhengighet av arbeidsparametere for motoren, slik at gnister med høyere energi bare blir levert når det oppstår ekstreme forhold. På denne måten kan den midlere energien til gnistene reduseres uten at det går ut over de forbedrede motor-gangkarakteristikkene som er et resultat av oppfinnelsen. Et eksempel på et slikt arrangement er vist på figur. 4. Denne fi-guren viser generatoren 7 koblet i serie med tennspolen på lignende måte som på figur 2, men viser i tillegg et rele 23 som brukes til å koble om den spenningen som tilføres oscillatoren 9. Releet 23 har en spole 24 og kontakter 25 som er shuntkoblet med ehspenningsreduserende motstand R4. Vanligvis er kontaktene åpne, som vist på tegningen, slik at en del av 12 V forsyningen til oscillatoren 9 blir redusert over motstanden R4, for derved å redusere spenningen over primærviklingen 11 til en verdi mindre enn 12 V. Som et resultat blir den høy-spente likestrømutgangen som utvikles på leder 8 redusert til under sin maksimale verdi. Når imidlertid kontaktene 25 på releet 25 lukkes, blir motstanden R4 kortsluttet og den spenning som påtrykkes oscillatoren 9 øker med det resultat at like-st rømutgangsspenningen på leder 8 kommer opp i sin maksimale verdi. A feature of the ignition system just described is that significantly increased mean spark energies are achieved compared to a conventional contact switch ignition, by means of the currents supplied to the sparks by the generator 7. When significant EGR or extremely lean combustion is used in an engine, the spark energies must be significant if reliable ignition is to be achieved. A disadvantage that can arise is that the increased spark energies can lead to unacceptable erosion rates on the spark plug electrodes and the electrodes of the distributor 4. In accordance with a feature of the present invention, the energy level of the sparks can be selected depending on the working parameters of the engine, so that sparks with higher energy is only delivered when extreme conditions occur. In this way, the average energy of the sparks can be reduced without affecting the improved engine running characteristics which are a result of the invention. An example of such an arrangement is shown in figure. 4. This figure shows the generator 7 connected in series with the ignition coil in a similar way to figure 2, but also shows a relay 23 which is used to switch the voltage supplied to the oscillator 9. The relay 23 has a coil 24 and contacts 25 which is shunt-connected with voltage-reducing resistor R4. Usually the contacts are open, as shown in the drawing, so that part of the 12 V supply to the oscillator 9 is reduced across the resistor R4, thereby reducing the voltage across the primary winding 11 to a value less than 12 V. As a result, the high- the excited direct current output developed on conductor 8 is reduced to below its maximum value. However, when the contacts 25 on the relay 25 are closed, the resistor R4 is short-circuited and the voltage applied to the oscillator 9 increases with the result that the direct current output voltage on conductor 8 reaches its maximum value.

Releet blir styrt av en logisk krets 26 som vanligvis tilveiebringer en koblingsbane til jord for strøm som går gjennom relespolen 24. Den logiske kretsen 26 reagerer på avfølte arbeidsparametere for motoren som vist skjematisk ved 27. Den logiske kretsen 26 bestemmer når motorens arbeidsparametere indikerer at ekstreme forbrenningsbetingelser finner sted, og kretsen 26 kobler følgelig om releet 23. Som vist på figur 4 er motoren forsynt med et EGR-system hvor gass-strømningshas-tigheten blir selektivt styrt av en styre-enhet 28. Som fag-folk på området vil forstå, blir EGR-hastigheten vanligvis regulert som en funksjon av vakuumnivået i innløpsmanifolden. Den logiske kretsen 26 reagerer på EGR-verdien. The relay is controlled by a logic circuit 26 which typically provides a connection path to ground for current passing through the relay coil 24. The logic circuit 26 is responsive to sensed motor operating parameters as shown schematically at 27. The logic circuit 26 determines when the motor operating parameters indicate that extreme combustion conditions take place, and the circuit 26 consequently switches the relay 23. As shown in Figure 4, the engine is provided with an EGR system where the gas flow rate is selectively controlled by a control unit 28. As those skilled in the art will understand , the EGR rate is usually regulated as a function of the vacuum level in the intake manifold. The logic circuit 26 responds to the EGR value.

Den logiske kretsen 26 reagerer også på en brennstoffregu-lering 29 som bestemmer styrken på brennstoffblandingen. I en motor som ventileres ved hjelp av en konvensjonell forgasser, vil den logiske kretsen reagere på innstillingen av den konvensjonelle strupeventilen (choken), mens i en motor med lagdelt fylling forsynt med brennstoffinjektorer vil strømningsverdien av brennstoff til injektorene bli overvåket. The logic circuit 26 also responds to a fuel regulation 29 which determines the strength of the fuel mixture. In an engine vented using a conventional carburetor, the logic circuit will respond to the setting of the conventional throttle valve (choke), while in a stratified charge engine provided with fuel injectors, the flow rate of fuel to the injectors will be monitored.

Den logiske kretsen 26 reagerer også på motortemperaturen som avføles av en temperaturføler 30. Når derfor disse parame-terne sammen eller hver for seg definerer en tilstand som man vet representerer ekstreme forbrenningsbetingelser, blir releet 23 koblet inn for å frembringe en maksimal utgangsspenning på lederen 8, men ellers er utgangsspenningen koblet til et lavere nivå med en resulterende minskning av erosjon av tennpluggelektrodene. The logic circuit 26 also reacts to the engine temperature sensed by a temperature sensor 30. Therefore, when these parameters together or individually define a condition known to represent extreme combustion conditions, the relay 23 is connected to produce a maximum output voltage on the conductor 8 , but otherwise the output voltage is connected to a lower level with a resulting reduction in erosion of the spark plug electrodes.

Figurene 5 til 7 illustrerer alternative.måter for tilkobling av releet 25 til likestrømgeneratoren 7. på figur 5 er Figures 5 to 7 illustrate alternative ways of connecting the relay 25 to the direct current generator 7. in figure 5 is

motstanden R4 koblet inn i 12 volt forsyningsskinnen 6 i stedet for i returbaneri til jord. På figur 6 er spenningsfallmotstanden innkoblet i den høyspente utgangslederen 8 til generatoren 7. På figur 7 er spenningsfallmotstanden koblet inn i jordre-feranselederen for likeretterutgangstrinnet 10 til generatoren. the resistor R4 connected into the 12 volt supply rail 6 instead of in the return bus to earth. In Figure 6, the voltage drop resistor is connected in the high-voltage output conductor 8 of the generator 7. In Figure 7, the voltage drop resistor is connected in the ground reference conductor for the rectifier output stage 10 of the generator.

I de ovenfor beskrevne utførelsesformer av oppfinnelsen er likestrømgeneratoren 7 koblet i serie med sekundærviklingen lb til tennspolen. Dette arrangementet har den fordel at induktansen til sekundærviklingen lb virker til å øke den opprettholdende spenningen over det nivået som er innstilt ved hjelp av generatoren 7 som respons på øket lysbueimpedans , som for eksempel inntreffer ved høy gassvirvling. I visse tilfeller er induktansen til sekundærviklingen lb kanskje ikke tilstrekkelig for dette formål, og det kan være ønskelig å bruke en separat induktor som ballast. In the above-described embodiments of the invention, the direct current generator 7 is connected in series with the secondary winding 1b to the ignition coil. This arrangement has the advantage that the inductance of the secondary winding lb acts to increase the sustaining voltage above the level set by the generator 7 in response to increased arc impedance, which for example occurs with high gas swirl. In certain cases, the inductance of the secondary winding lb may not be sufficient for this purpose, and it may be desirable to use a separate inductor as a ballast.

Figur 8 viser et arrangement hvor en separat induktorspoleL2 er innkoblet i lederen 8 i stedet for å bruke tennspolevik-lingen lb som ballastimpedans. En spenningsisolerende anordning 31 er anordnet i serie med tennspolens sekundærvikling lb for å hindre likestrømmen fra generatoren 7 fra å flyte gjennom viklingen til jord i stedet for til tennpluggene gjennom- fordeleren 4. Figure 8 shows an arrangement where a separate inductor coil L2 is connected in the conductor 8 instead of using the ignition coil winding lb as ballast impedance. A voltage isolating device 31 is arranged in series with the secondary winding lb of the ignition coil to prevent the direct current from the generator 7 from flowing through the winding to earth instead of to the spark plugs through the distributor 4.

Den spenningsisolerende anordningen 31 er også anordnet for å tillate drift av tennspolen 1, slik at en høyspennings-puls som induseres i sekundærviklingen i forhold til jord, kan flyte til tennpluggene. Den spenningsisolerende anordningen 31 omfatter i en utførelsesform en kondensator som blokkerer like-strøm fra generatoren 7 til jord gjennom viklingen lb. Den spenningsisolerende anordningen kan også omfatte et gnistgap over hvilket pulser indusert i sekundærviklingen lb vil springe, eller en høyspenningsdiode. The voltage isolating device 31 is also arranged to allow operation of the ignition coil 1, so that a high voltage pulse induced in the secondary winding in relation to ground can flow to the spark plugs. In one embodiment, the voltage isolating device 31 comprises a capacitor which blocks direct current from the generator 7 to ground through the winding lb. The voltage isolating device can also comprise a spark gap across which pulses induced in the secondary winding lb will jump, or a high voltage diode.

I de ovenfor beskrevne utførelsesformene er tennspolen vist med fire klemmer, to for hver vikling. En slik spole kan lages billig ved å tilpasse fremstillingen av en konvensjonell tennspole. En konvensjonell tennspole har tre klemmer, slik at en ende av hver av primær- og sekundær-viklingene er forsynt med hver sin klemme og de andre endene er tilkoblet en felles klemme for forbindelse til jord. Hvis det er ønskelig å bruke likestrømgeneratoren 7 som en tilleggsenhet for et eksisterende konvensjonelt tenningssystem, kan den kretsanordningen som er vist på figur 9 brukes. In the above-described embodiments, the ignition coil is shown with four terminals, two for each winding. Such a coil can be made cheaply by adapting the manufacture of a conventional ignition coil. A conventional ignition coil has three terminals, so that one end of each of the primary and secondary windings is provided with its own terminal and the other ends are connected to a common terminal for connection to earth. If it is desired to use the direct current generator 7 as an additional unit for an existing conventional ignition system, the circuit arrangement shown in figure 9 can be used.

på figur 9 er vist en konvensjonell tennspole 32 med tre klemmer og med primær- og sekundærviklinger 32a, 32b, hver med sin egen klemme 33, 34 og en felles jordet klemme 35. Like-strømgeneratoren 7 er koblet til den konvensjonelle spolen og fordeleren 4 ved hjelp av lastinduktorenL2 og den forannevnte spenningsisolerende anordningen 31 koblet i serie mellom generatoren 7 og spolens sekundærvikling lb. Den spenningsisolerende anordningen 31 tjener til å dirigere strømmen fra generatoren 7 til fordeleren 4 og dermed til tennpluggene i stedet for å tillate den å gå gjennom sekundærspolen 32b til jord. Figure 9 shows a conventional ignition coil 32 with three terminals and with primary and secondary windings 32a, 32b, each with its own terminal 33, 34 and a common grounded terminal 35. The direct current generator 7 is connected to the conventional coil and distributor 4 by means of the load inductor L2 and the aforementioned voltage isolating device 31 connected in series between the generator 7 and the secondary winding of the coil lb. The voltage isolating device 31 serves to direct the current from the generator 7 to the distributor 4 and thus to the spark plugs instead of allowing it to pass through the secondary coil 32b to ground.

Den spenningsisolerende anordningen 31 tillater imidlertid høy-spenningspulser indusert i viklingen 32b å passere til fordeleren 4. Som før nevnt kan den isolerende anordningen for eksempel omfatte en kondensator, et gnistgap eller en diode. The voltage isolating device 31, however, allows high-voltage pulses induced in the winding 32b to pass to the distributor 4. As mentioned before, the isolating device can for example comprise a capacitor, a spark gap or a diode.

v Man vil forstå at forskjellige kombinasjoner av de nettopp beskrevne trekk ved kretsen kan benyttes. For eksempel kan en hvilken som helst av de spenningsnivåkoblingsanordningene som er vist på figurene 4 til 7, benyttes i kretsene på figurene 8 eller 9. v It will be understood that different combinations of the features of the circuit just described can be used. For example, any of the voltage level switching devices shown in Figures 4 to 7 may be used in the circuits of Figures 8 or 9.

Generatoren 7 kan således brukes sammen med konvensjonelt ventilerte motorer for å oppnå forbedringer i brennstofføkonomi og reduksjon av utslipp av forurensninger, som illustrert i det etterfølgende eksempel, og som også tilveiebringer lignende forbedringer ved motorer forsynt med EGR, som kan være eller ikke være konvensjonelt ventilert med en forgasser. The generator 7 can thus be used in conjunction with conventionally vented engines to achieve improvements in fuel economy and reduction of emissions of pollutants, as illustrated in the following example, and which also provides similar improvements in engines fitted with EGR, which may or may not be conventionally vented. with a carburetor.

Som nevnt vedrører et aspekt ved oppfinnelsen motorer med lagdelt fylling, og et eksempel på oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i forbindelse med FordPROCO-motoren for å illustrere de oppnådde fordeler. As mentioned, one aspect of the invention relates to engines with layered filling, and an example of the invention will now be described in connection with the FordPROCO engine to illustrate the advantages achieved.

Utviklingen av Ford PROCO-motoren vil fremgå av "Exhaust Emission Control by the Ford ProgrammedCombustion Process-PROCO", SAE Paper No. 720052,' januar 1972, og av den tidligere nevnte SAE Paper No. 780699-"The Ford PROCO EngineUpdate". The development of the Ford PROCO engine will appear in "Exhaust Emission Control by the Ford ProgrammedCombustion Process-PROCO", SAE Paper No. 720052,' January 1972, and of the previously mentioned SAE Paper No. 780699-"The Ford PROCO Engine Update".

En skjematisk illustrasjon av PROCO-motoren er vist på figurene 10 og 11. Motoren har et høyt kompresjonsforhold på typisk 11:1 og arbeider med et magert brennstoff/luft-forhold på typisk 15:1. Det vises til figur 10 som viser et snitt gjennom en sylinder i motoren, hvor en motorblokk 36 er utboret med en sylinder 37 som opptar ét stempel 38 utformet med et skålformet forbrenningskammer 39. Et topplokk 40 er boltet på blokken 36. Topplokket 40 mottar to tennplugger 41, 42 og også en brennstoffinjektor 43 som sprøyter brennstoff direkte inn i sylinderen slik at det etableres en lagdelt fylling i denne. Motoren har et EGR-system (ikke vist) for å redusere NO -utslipp. Konstruksjonen av topplokket er vist skjematisk i oppriss på figur 10, hvor man vil se at lokket omfatter innløps-og utløps-ventiler 44, 45 for luft og EGR, og en innløpsmani-fold 46. Innløpsmanifolden 46 og innløpsventilen er anordnet for å etablere en virvlende gassbevegelse i sylinderen, idet A schematic illustration of the PROCO engine is shown in figures 10 and 11. The engine has a high compression ratio of typically 11:1 and works with a lean fuel/air ratio of typically 15:1. Reference is made to Figure 10, which shows a section through a cylinder in the engine, where an engine block 36 is bored out with a cylinder 37 that accommodates a piston 38 designed with a bowl-shaped combustion chamber 39. A cylinder head 40 is bolted to the block 36. The cylinder head 40 receives two spark plugs 41, 42 and also a fuel injector 43 which injects fuel directly into the cylinder so that a layered filling is established in it. The engine has an EGR system (not shown) to reduce NO emissions. The construction of the cylinder head is shown schematically in an elevation in figure 10, where it will be seen that the lid comprises inlet and outlet valves 44, 45 for air and EGR, and an inlet manifold 46. The inlet manifold 46 and the inlet valve are arranged to establish a swirling gas movement in the cylinder, ie

gassbevegelsen er indikert skjematisk med pilene 47, 48.the gas movement is indicated schematically with arrows 47, 48.

Man har funnet det nødvendig å bruke to tennplugger per sylinder i en PROCO-motor fordi resultatet ellers vil være util-fredsstillende forbrenning ved tilstander med høy belastning og høy EGR. Resultatet er at det er nødvendig med en komplisert fordeler, og tenningssystemets totalkostnad blir øket i uønsket grad. Som man ser av figur 11, blir topplokket 40 også ganske fullt med komponenter, noe som gjør det vanskelig å konstruere en motor av denne typen med en kapasitet på mindre enn 5 liter, siden størrelsen av topplokket da er for lite til å romme alle de nødvendige komponenter. It has been found necessary to use two spark plugs per cylinder in a PROCO engine because otherwise the result will be unsatisfactory combustion under conditions of high load and high EGR. The result is that a complicated distributor is required, and the total cost of the ignition system is increased to an undesirable degree. As can be seen from figure 11, the cylinder head 40 also becomes quite full of components, which makes it difficult to construct an engine of this type with a capacity of less than 5 liters, since the size of the cylinder head is then too small to accommodate all the necessary components.

Oppfinneren har funnet at enPROCO-motor kan bringes til å gå tilfredsstillende med bare en tennplugg per sylinder når det brukes et tenningssystem av den type som er vist på figur 1. Et slikt arrangement i henhold til oppfinnelsen er vist på figur 12 hvor man kan se at motoren er blitt modifisert til å ha bare en tennplugg 42 som mottar en gnistinnledende puls fra en gnist-genererende anordning og deretter en gnistopprettholdende spenning fra en likestrømgenerator, som beskrevet under henvisning til figur 1 og følgende figurer. Den oppnådde forbedring frem-går av resultatene av en test som angitt nedenfor, hvor en enkel sylinder i en PROCO-motor ble kjørt med a) to tennplugger, b) en tennplugg og c) en tennplugg med tenningssystemet i henhold til oppfinnelsen, idet den andre pluggåpningen var forsynt med en blindplugg. I resultatene av test c) er systemet ifølge oppfinnelsen referert til som BWU-tenningssystemet. Testene ble gjennomført uten at man forsøkte å optimalisere innstillin-gene av motoren forBWU-systemet, bortsett fra at det ble inn-ført en 4° tenningstidsforsinkelse i forhold til den optimale innstilling forPROCO-motoren med 2 plugger. Det antas at ytterligere forbedringer i HC (hydrokarbon) - og CO (karbormonok-syd) -utslipp i eksosen kan oppnås ved ytterligere optimaliser-ing av motorens driftsparametere. The inventor has found that a PROCO engine can be made to run satisfactorily with only one spark plug per cylinder when an ignition system of the type shown in figure 1 is used. Such an arrangement according to the invention is shown in figure 12 where it can be seen that the engine has been modified to have only one spark plug 42 which receives a spark initiating pulse from a spark generating device and then a spark sustaining voltage from a direct current generator, as described with reference to Figure 1 and the following figures. The achieved improvement is evident from the results of a test as indicated below, where a single cylinder in a PROCO engine was run with a) two spark plugs, b) one spark plug and c) one spark plug with the ignition system according to the invention, as the the second plug opening was fitted with a blind plug. In the results of test c), the system according to the invention is referred to as the BWU ignition system. The tests were carried out without attempting to optimize the settings of the engine for the BWU system, except that a 4° ignition delay was introduced in relation to the optimal setting for the PROCO engine with 2 plugs. It is believed that further improvements in HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide) emissions in the exhaust can be achieved by further optimization of the engine's operating parameters.

Test- konklusjon Test conclusion

1. BWU-systemet er sammenlignbart med det standard 2 plugg PROCO-systemet med hensyn til utslipp og har en sammenlignbar brennstoff økonomi. 2. BWU-systemet er bedre enn etPROCO-system med en enkelt plugg, både med hensyn til utslipp og brennstofføkonomi. 3.BWU-systemet er minst like godt som PROCO-systemet med 2 tennplugger når det gjelder kjørbarhet og er betydelig •■ bedre enn et PROCO-system med enkel plugg. 1. The BWU system is comparable to the standard 2 plug PROCO system in terms of emissions and has comparable fuel economy. 2. The BWU system is better than a single plug PROCO system, both in terms of emissions and fuel economy. 3.The BWU system is at least as good as the 2 spark plug PROCO system in terms of drivability and is significantly •■ better than a single plug PROCO system.

BWU-systemet tilveiebringer øket EGR-toleranse. Under testen vil den standard 2 pluggPROCO-motoren gå til en forutbestemt minimum feiltenningsfrekyensgrense med en EGR-strøm-ningsverdi på 66% i forhold til strømningsverdien for frisk innløpsgass. Med 1 plugg og BWU-systemet gikk PROCO-motoren til 103 % EGR før feiltenningsgrensen ble nådd. The BWU system provides increased EGR tolerance. During the test, the standard 2 plug PROCO engine will go to a predetermined minimum misfire frequency limit with an EGR flow value of 66% relative to the fresh inlet gas flow value. With 1 plug and the BWU system, the PROCO engine went to 103% EGR before the misfire limit was reached.

Som før nevnt tilveiebringer tenningssystemet ifølge oppfinnelsen betydelig bedre brennstofføkonomi med konvensjonelt ventilerte motorer, med eller uten EGR. I tabell 2 nedenfor er gitt resultatene av tester utført med konvensjonelle motorer med tre forskjellige kapasiteter. As previously mentioned, the ignition system according to the invention provides significantly better fuel economy with conventionally ventilated engines, with or without EGR. Table 2 below gives the results of tests carried out with conventional engines with three different capacities.

Testene ble utført over 4000 miles. Tallene i parentes viser den totale forbedring av brennstofføkonomien gitt ved BWU-systemet uttrykt i prosent av en basislinje definert ved.en sammenlignbar kjøring av motoren med dens konvensjonelle tenningssystem. The tests were carried out over 4000 miles. The figures in parentheses show the overall improvement in fuel economy provided by the BWU system expressed as a percentage of a baseline defined by a comparable run of the engine with its conventional ignition system.

En fordel med likestrømgeneratoren 7, som er beskrevet under henvisning til figur 2 og de følgende figurer, er at den passer meget godt for masseproduksjon. Den har en høy omform-ningseffektivitet på mer enn 90 % som oppnås med et lite antall komponenter. An advantage of the direct current generator 7, which is described with reference to figure 2 and the following figures, is that it is very well suited for mass production. It has a high conversion efficiency of more than 90% which is achieved with a small number of components.

En annen praktisk utførelsesform av likestrømgeneratoren 7 er vist på figur 13. Denne utførelsesformen av generatoren ut-leder høyspenningen som leveres for å opprettholde gnistene, direkte fra den vanlige vekselstrømdynamoen som motoren er ut-styrt med for å energisere. de vanlige motorkret sene. På figur 13 er det vist en motor 50 som driver en elektrisk vekselstrøm-dynamo 51 ved hjelp av en rem 52 på konvensjonell måte. Vek-selspenningen fra dynamoen 51 blir matet til den vanlige likeretter og spenningsregulator som er vist skjematisk ved 53, og som leverer en normalt 12 volt likespenning til de elektriske kretsene 54, slik som for eksempel lavspenningskretsene som er forbundet med primærviklingen.la i tennspolen 1. I henhold til oppfinnelsen blir i tillegg utgangen fra dynamoen levert til en. isolasjons- og opp-transformator 55 og deretter til en likeretter- og glatte-krets med en diode D5, en kondensator C7 og en motstand R5. Likeretterarrangementet tilveiebringer en utgangsspenning på nominelt 3 kV for levering over leder 8 gjennom sekundærviklingen til tennspolen lb for å opprettholde gnistene, på den måte som er beskrevet under henvisning til figur 1. Another practical embodiment of the direct current generator 7 is shown in Figure 13. This embodiment of the generator derives the high voltage supplied to maintain the sparks directly from the usual alternating current dynamo with which the engine is equipped to energize. the usual engine circuits. Figure 13 shows a motor 50 which drives an electric alternating current dynamo 51 by means of a belt 52 in a conventional manner. The alternating voltage from the dynamo 51 is fed to the usual rectifier and voltage regulator which is shown schematically at 53, and which supplies a normally 12 volt direct voltage to the electrical circuits 54, such as, for example, the low voltage circuits connected to the primary winding 1a in the ignition coil 1 According to the invention, in addition, the output from the dynamo is delivered to a isolation and step-up transformer 55 and then to a rectifier and smoothing circuit with a diode D5, a capacitor C7 and a resistor R5. The rectifier arrangement provides an output voltage of nominally 3 kV for delivery across conductor 8 through the secondary winding of the ignition coil 1b to maintain the sparks, in the manner described with reference to Figure 1.

Kretsen kan fortrinnsvis inneholde et spenningsnivåkob-lingsarrangement, omtrent som beskrevet under henvisning til figur 7. På figur 13 er det vist en logisk krets 26 som kobler strøm for å energisere relespolen 24 og kontaktene 25 på den måten som er beskrevet i forbindelse med figur 7. Normalt reduserer således den spenningsreduserende motstanden R4 utgangsspenningen på leder 8, men når releet virker for å slutte kontaktene 25, blir motstanden R4 shuntet og utgangsspenningen på leder 8 øker. The circuit may preferably contain a voltage level switching arrangement, approximately as described with reference to Figure 7. Figure 13 shows a logic circuit 26 which connects current to energize the relay coil 24 and the contacts 25 in the manner described in connection with Figure 7 Thus, normally the voltage reducing resistor R4 reduces the output voltage on conductor 8, but when the relay operates to close the contacts 25, the resistor R4 is shunted and the output voltage on conductor 8 increases.

Det er klart at arrangementet på figur 13 kan brukes med en konvensjonelt ventilert motor, med eller uten EGR, og det kan også brukes med en motor med lagdelt fylling, slik som PROCO-motoren. It is clear that the arrangement of Figure 13 can be used with a conventionally vented engine, with or without EGR, and it can also be used with a stratified charge engine, such as the PROCO engine.

Claims

1. Ignition device for an internal combustion engine where combustion is effected by means of a spark plug in a cylinder in an engine, characterized by a spark pulse generating device for applying an electrical pulse to the ignition the plug capable of initiating a spark across the spark plug, and a DC converter arranged to produce a continuous output voltage applied to the spark plug to maintain sparks initiated by the spark pulse generating device, which converter is arranged to produce a substantially constant voltage over a predetermined range of current values supplied by the converter to maintain the spark, the converter being further arranged to substantially cease and operate when the current supplied by the inverter exceeds a predetermined maximum value.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the direct current converter comprises: a) a step-up transformer with a primary winding, a secondary winding and a feedback winding, as well as a saturable core, b) a semiconductor coupling device connected to the primary winding and to the secondary winding to define an oscillator which produces an oscillating current in the primary winding which saturates the core with magnetic flux thereby inducing an oscillating up-transformed voltage in the secondary winding of the transformer, c) a rectifier device connected to the secondary winding of the transformer and arranged to produce a rectified output voltage for application to the spark plug, d) the converter being arranged in such a way that in the event of the output voltage being shorted to ground, the oscillator is damped and essentially ceases to function.

3. Internal combustion engine equipped with a spark ignition system where combustion is effected by means of a spark plug in a combustion chamber in the engine, characterized by: a) an ignition coil with a primary winding and a secondary winding, which secondary winding is arranged to deliver high-voltage pulses to the spark plug, b) a voltage supply for relatively low voltage, c) a device which responds to said voltage supply and is arranged to produce in said primary winding a current rate of change to induce in the secondary winding voltage pulses suitable for initiating a spark at the spark plug, and d) a direct current converter arranged to produce a continuous output voltage for supply to the spark plug to maintain a spark initiated by one of the high voltage pulses, when this pulse is no longer capable of maintaining the spark, which converter comprises: a transformer with a primary winding, a secondary winding and a feedback winding, and a saturable core, a semiconductor switching device connected to the primary winding and to the feedback winding to form an oscillator capable of producing an oscillating current in the primary winding which saturates the core with magnetic flux, thereby inducing an oscillating up-transformed voltage in the secondary winding of the transformer, a rectifier device connected to the secondary winding of the transformer and arranged to produce a rectified output voltage for application to the spark plug, the converter being so arranged that in the event of the output voltage being shorted to ground, the oscillator is damped and up should work.

4. Motor according to claim 3, characterized by a voltage multiplying stage connected to the output winding of the transformer to provide a rectified multiple of the oscillating voltage developed across the output winding, an output capacitor being arranged to be charged as a function of the rectified multiplied voltage which is produced by the voltage multiplication stage, and by resistance elements connected in parallel with the output capacitor to provide a discharge path for it when the converter is out of operation.

5. Motor according to claim 4, characterized by a function indicator device to indicate that the converter is in operation.

6. Motor according to claim 5, characterized in that the function indicator device comprises a neon tube connected in parallel with the output capacitor.

7. Engine according to claim 3, characterized by a sensor device for providing an output signal indicating an operating parameter for the engine, and a device that responds to the output signal from the sensor device and is arranged to regulate the size of the output from the direct current converter to reduce spark erosion of the spark plug.

8. Motor according to claim 3, characterized by a separate inductor coil connected in series with and between the output from the DC converter and the secondary winding of the ignition coil, the spark plug output for connection to the spark plugs being taken out by the series connection of the separate coil and the secondary winding of the ignition coil, and by a voltage isolating device arranged to allow high-surge pulses induced in the secondary winding to pass to the spark plug output and to cause current from the DC converter to go to the spark plug output instead of through the ignition coil secondary winding.

9. Motor according to claim 8, characterized in that the ignition coil has four clamps, each of which is connected to a separate end of the primary and secondary windings, and in that a clamp on the secondary winding is connected to earth through the voltage isolating device.

10. Engine according to claim 8, characterized in that. the ignition coil has three terminals of which a first and a second are connected to each end of the primary winding and the secondary winding, and where the third terminal is connected in common to the other two ends of the windings and is grounded, and in that the voltage isolating device is connected to the other terminal and to the spark plug output.

11. Motor according to claim 8, characterized in that. the voltage isolating device comprises electrodes which form a spark gap.

12. Motor according to claim 8, characterized in that the voltage isolating device comprises a diode.

13. Motor according to claim 8, characterized in that the voltage isolating device comprises a capacitor.

14. Combustion engine characterized by a) a combustion chamber, b) a spark plug for producing spark ignition in the chamber, c) a spark pulse generating device for applying electrical pulses to the spark plug in a temporal relationship that is dependent on the operation of the engine, the pulses being able to initiate sparks over the spark plug, d) a generator device for producing a continuous output voltage for applying to the spark plug to maintain the spark initiated by the spark pulse generating device after this pulse is no longer capable of maintaining the spark, e) a sensing device for producing an output indicative of one of the engine's operating parameters; f) a device responsive to the output of the sensing device and arranged to regulate the magnitude of the output voltage of the generator device in such a way as to tend to reduce spark erosion of the spark plug.

15. Engine according to claim 14, characterized in that it comprises an EGR system and the sensor device comprises means which react to the engine's EGR value.

16. Engine according to claim 14 or 15, characterized in that the sensor reacts to the strength of the fuel mixture delivered to the engine.

17. Motor according to claim 14, 15 or 16, characterized in that the sensor device reacts to the motor temperature.

18. Motor according to claim 14, which comprises a voltage supply with a relatively low voltage, characterized in that the generator device comprises a direct current converter with a step-up transformer with a primary winding and a secondary winding, a semiconductor switching device connected to the primary winding of the transformer to disconnect current from the voltage supply and produce a oscillating current in the primary winding thereby inducing an oscillating high voltage in the secondary winding of the transformer, and a rectifier device connected to the secondary winding of the transformer and arranged to produce a relatively high rectified output voltage for delivery to the spark plug, by a voltage drop impedance device arranged to reduce the voltage which produced by the DC converter, and by a switching device which responds to the sensing device to disconnect the impedance device.

19. Motor according to claim 18, characterized in that the coupling device comprises a relay with a coil and switch contacts, the relay coil being energized from the voltage supply with low voltage depending on the effect of the sensor device, and in that the voltage drop device is shunt connected by means of the switch contacts.

20. Motor according to claim 19, characterized in that the voltage drop impedance device comprises a resistor connected to reduce the low voltage received by the converter.

21. Motor according to claim 19, characterized in that the voltage drop impedance device comprises a resistor connected to reduce the high output voltage produced by the DC converter.

22. Apparatus for producing spark ignition in an internal combustion engine where the combustion is effected by means of a spark plug in a combustion chamber in the engine, character- rice wood: a spark pulse generating device for repeatedly supplying the spark plug with an electrical pulse which can initiate a spark over the spark plug, a direct current converter for producing a continuous output voltage for supply to the spark plug to sustain a spark initiated by the spark pulse generating device after each pulse thereof is no longer capable of sustaining the spark, the converter comprising: a) a step-up transformer with primary, secondary and feedback windings and a saturable core, b) a semiconductor switching device connected to the primary winding and to the feedback winding in such a way as to provide an oscillator to produce an oscillating current in the primary winding which produces a magnetic field which saturates the core to induce an oscillating up-transformed voltage in the secondary winding, c) a rectifier device connected to the secondary winding and arranged to produce a rectified output voltage for supply to the spark plugs, d) in that the converter is arranged so that in the event of a short-circuit of the output voltage to ground, the oscillator is damped and stops working.

23. Apparatus for producing spark ignition for an internal combustion engine where combustion is effected by means of a spark plug in a combustion chamber in the engine, characterized by: a spark pulse generating device for repeatedly delivering to the spark plug an electrical pulse capable of initiating a spark across the spark plug, and a direct current converter which, from a relatively low voltage supply, can produce a relatively high output voltage for supply to the spark plug to maintain a spark initiated by the spark pulse generating device after the pulse therefrom is no longer capable of maintaining the spark, which converter includes: a) a step-up transformer with primary and secondary windings, b) a semiconductor switching device connected to the primary winding to produce in it an oscillating current so that an oscillating voltage is induced in the secondary winding, c) a voltage multiplier and rectifier device connected to the secondary winding and comprising an output capacitor across which a rectified multiple of the secondary winding voltage is developed during use, and d) a circuit element device which forms a resistance path in parallel with the capacitor to allow discharge of the latter when the circuit is not in operation.

24. Combustion engine, characterized by: a) a device constituting a combustion chamber, b) a single spark plug arranged to produce spark ignition in the combustion chamber, c) a fuel injection device for injecting fuel into the combustion chamber in such a way that a layered filling of fuel is created in the chamber with a higher fuel concentration in an area close to the spark plug than in areas distant from it, d) a spark pulse generating device for delivering to the spark plug an electrical pulse capable of initiating a spark across the spark plug, and e) a generator device arranged to produce a voltage for supply to the spark plug to maintain the spark initiated by the spark pulse generating device after it is no longer capable of maintaining the spark.

25. Engine according to claim 24, characterized by a piston and cylinder arrangement and a cylinder head, the cylinder head comprising an opening that receives the spark plug and an opening that receives the fuel injection device, and in that the piston has a head with a central bowl-shaped part which make up the combustion chamber.

26. Engine according to claim 25, characterized by inlet and outlet valves mounted on the cylinder head, and an inlet manifold connected to the inlet valve and arranged to produce a swirling movement of gas inside the cylinder substantially coaxial with the cylinder bore.

27. Engine according to claim 26, characterized by a recirculation system for exhaust gas connected to the outlet and inlet valves.

28. Motor according to claim 27, characterized in that the generator device comprises a direct current converter for generating the spark-maintaining voltage from a low-voltage ning supply.

29. Motor according to claim 28, characterized in that the converter comprises: a) a step-up transformer with a primary winding, a secondary winding and a feedback winding, as well as a saturable core, b) semiconductor switching means connected to the primary winding and to the feedback winding to form an oscillator which provides an oscillating current in the primary winding which saturates the core with magnetic flux, thereby inducing an oscillating up-transformed voltage in the secondary winding of the transformer c) a rectifier device connected to the secondary winding and arranged to produce a rectified output voltage for supply to the spark plug, and d.) as the converter is arranged in such a way that in the event of the output voltage being short-circuited to ground, the oscillator is dampened and stops working.

30. Engine according to claim 24, characterized by an electric dynamo machine driven by the engine and arranged to energize the spark pulse generating device, and in that the generator device comprises a device for deriving from the electric dynamo machine an output for delivery to the spark plug so that initiated sparks are maintained as mentioned.

31. Motor according to claim 30, characterized in that the generator device comprises a step-up transformer connected to the dynamo, and a rectifier connected to the transformer.

32. Engine according to claim 24, characterized by a sensor device for sensing at least one operating parameter for the engine, and a device designed to regulate the voltage level produced by the generator device in response to the sensor device.

33. Motor according to claim 31, characterized in that the electric dynamo machine comprises an alternating current dynamo.

34. Combustion engine characterized by : a) a piston and cylinder device that defines a combustion chamber, b) a single spark plug arranged to provide spark ignition in the combustion chamber, c) inlet and outlet devices in the chamber to allow inlet and outlet gases, respectively, to enter and leave the chamber, d) a waste gas recirculation device to recycle waste gas from the outlet device to the inlet device, e) a spark pulse generating device for repeatedly applying an electrical pulse to the spark plug, which pulse is capable of initiating an electrical spark across the spark plug, f) a generator device for producing a continuous output voltage for supply to the spark plug so that it maintains the spark initiated by the spark pulse generating device after the pulse from this is no longer capable of maintaining the spark.

35. Motor according to claim 34, characterized in that the generator device comprises a direct current converter which includes: a) a step-up transformer with a primary winding, a secondary winding and a feedback winding, as well as a saturable core, b) a semiconductor switching device connected to said primary winding and to the feedback winding so that an oscillator is formed to produce an oscillating current in the primary winding which saturates the core with magnetic flux, thereby inducing an oscillating up-transformed voltage in the secondary winding of the transformer. c) a rectifier device connected to the secondary winding of the transformer and arranged to produce a rectified output voltage for supply to the spark plug, and d) as the converter is arranged so that in the event of the output voltage being short-circuited to ground, the oscillator is damped and stops working.

36. Combustion engine characterized by : a) a combustion chamber, b) a spark plug for providing spark ignition in the chamber, c) a spark pulse generating device for repeatedly delivering to the spark plug an electrical pulse capable of initiating an electrical spark across the spark plug, d) an alternating current dynamo driven by the engine and arranged to energize the spark pulse generating device, e) a means for deriving from the alternating current dynamo an output voltage for supply to the spark plug to sustain the spark initiated by the spark pulse generating device after the pulse generated by it is no longer capable of sustaining the spark.

37. Engine according to claim 36, characterized in that said device e) comprises a transformer connected to the alternating current dynamo and a rectifier connected to the transformer.