SE430354B - Elektronisk styranordning for forbrenningsmotorer - Google Patents

Description

H0 en åttacylindrig till en fyrcylindrig motor ökar perioden för en in- tegrators sågtands-vågform från 900 till 1800. I ett i sluten slinga uppbyggt system, exempelvis av det slag, som är beskrivet i amerikanska patentskriften 3 885 534, har man funnit att bristande noggrannhet fö- religger speciellt under transienta förhållanden till följd av de där- med förknippade tidskonstanterna. Dylika problem blir mera utpräglade vid en fyrcylindrig motor på grund av dennas mera dynamiska reaktion.

Uppfinningen åstadkommer en förbättring genom vilken nämnda för- sämring av noggrannheten avsevärt reduceras eller t.o.m. helt elimi- neras, så att tidgivningsnoggrannheten förbättras. Ehuru uppfinningen är speciellt väl lämpad för en fyrcylindrig motor, inses lätt att de här beskrivna principerna kan tillämpas även vid andra typer av mo- torer.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till ett på bifogade ritning med fig. l och 2 visat föredraget utfö- ringsexempel. Fig. 1 är ett elektriskt principschema för en motorstyr- anordning i enlighet med principerna för uppfinningen, och fig. 2 är ett diagram som åskådliggör ett flertal.vågformer (ej nödvändigtvis skalenligt) i valda punkter av den i fig. 1 visade kretsen, vilka våg- former gör det lättare att förstå verkningssättet för kretsen enligt uppfinningen, Ett belysande exempel på en elektronisk motorstyrkrets 10 en- ligt principerna för uppfinningen beskrives i form av ett elektro- niskt tändningstidgivningssystem för en fyrcylindrig motor; Var och en av cylindrarna tänder en gång per 7200 vevaxelrotationsvarv, var- vid fyra tändningar inträffar per 7200. Den i fig. l visade kretsen innefattar en avkännare 12, en integrator lä; ett jämförelsesteg 16, ett tändningssteg 18, återställnings- och släckningskretsar 20 samt i vanlig ordning tändspole, drivorgan, fördelare och tändstift i enlighet med vad som allmänt visas vid 22. Avkännaren 12, vilken såsom ett exempel är visad som en Hall-effekt-anordning, strömförsörjes från matningskällan B+ och är funktionsmässigt kopplad till motorns vev- axel Zü för att alstra en utsignal på ledningen 36 i form av en rek- tangelvågsignal av det slag, som visas överst i fig. 2. I det valda exemplet har utsignal-vågformen en period motsvarande 1800 vevaxelro- tation (d.v.s. 7200/U) och varje period är sammansatt av två lika sto- ra halvperioder motsvarande 900 vevaxelrotation. Återställnings- och spärrkretsarna 20 är funktionsmässigt kopplade till avkännaren 12, integratorn lä och jämförelsesteget 16. Integratorn lä innehåller en integreringskondensator 56 och andra kretsar för alstring av en linjär 55 H0 utgångsspänningsramp. Exempel på lämpliga kretsar för integratorn är beskrivna i amerikanska patentskriften 3 885 53H och även i amerie kanska patentskriften 4.102.3fl. Integreringskondensatorn 56 åter- ställes i förutbestämda motorvevaxelvinklar, så att en periodisk ut- gångsrampsignal alstras, vilken kan ha formen av en sågtandskurva.

I de íntegratorkretsar som är beskrivna i nyssnämnda patentâuifter regleras integratorns toppamplitud i sluten slinga, så att en sågtandspänning med en period lika med 720°/N (N = motorns cy- linderantal) alstras, varigenom vid icke-transienta motorhastighets- förhållanden sågtandens amplitud i varje ögonblick är representativ för motorvevaxelns momentana vinkelläge. Återställning av integratorn åstadkommes genom att ett kort ögonblick försätta en transistor 26 i ledande tillstånd i förutbestämda motorvevaxellägen för urladdníng av i kondensatorn 56 ackumulerad laddning. Dessa återställningskretsar innefattar även en transistor 28, resistorerna 30, 32 och en kondensa- tor 3H, vilka komponenter är hopkopplade på det visade sättet. Om man antar, att utsignalvågformen på ledningen 36 år hög, så är kondensa- torn 3M fulladdad, och transistorn 28 leder till följd av den genom resistorn 32 tillförda basströmmen.När“transistorn 28 är ledande, hål- les transistorn 26 i oledande tillstånd. När rektangelvågsignalen på ledningen 36 övergår från hög till låg, kopplar den åt det negativa hållet gående kanten momentant laddningen på kondensatorn 3U som en negativ spikpuls till transistorns 28 bas, så att denna transistor plötsligt spärras. I motsvarighet härtill övergår transistorn 26 till ledande tillstånd för urladdning av kondensatorn 56. Den tidskonstant som bestämmes av kondensatorn 3ü och resistorn 32 är sådan, att kon- densatorn 3H snabbt laddas så att den ger en positiv spänning på tran- sistorns 28 bas och åter försätter denna transistor i ledande till- stånd, varvid transistorn 26 samtidigt spärras. Tidskonstanten är så- dan, att återställning inträffar inom ett mycket litet vevaxelvinkel- område även vid lägsta vevaxelhastighet. Nästa gång rektangelvågen övergår från låg till hög medför detta, att kondensatorn 34 fullt uppladdas, så att nästa åt det negativa hållet gående övergång kan åstadkomma nästa återstållning. På detta sätt kopplas åt det negativa hållet gående övergångar hos rektangelvågsignalen på ledningen 36 ge- nom kondensatorn 3ü, så att integratorn återställes av varje åt det negativa hållet gående övergång hos rektangelvågen. Ä Kretsen 20 innehåller ytterligare kretsar, vilka ej endast åter- ställer integratorn vid varje åt det positiva hållet gående kant i rektangelvågen utan även åstadkommer släckningsfunktionen enligt upp- H0 finningen. Dessa kretsar innehåller en seriespänningsdelare, som inne- fattar de seriekopplade resistorerna 58, HO och Ä2, vilka är anslutna till B+-matningsklämman, en transistor UH, en resistor H5 och konden- satorn U6. Resistorn H5 förbinder transistorns HH kollektor med posi- tiva anslutningsklämman B+ och kondensatorn H6 förbinder transistorns ÄN kollektor med transistorns 28 bas. Förbindningspunkten mellan re- sistorerna 38 och 40 är ansluten till avkännarens 12 utgång genom led- ningen 36. Transistorns UM bas är kopplad till förbindningspunkten mellan resistorerna H0 och H2. Med denna anordning erhålles på tran- sistorns HH kollektor (d.v.s. på ledningen SH) en rektangelvågsignal i likhet med den andra vågformen i fig. 2, vilken är inverterad i för- hållande till signalvågformen på ledningen 36. Kondensatorn H6 kopplar den åt det negativa hållet gående kanten av signalen på ledningen Sü tilltransistorns28 bas, så att transistorn 28 momentant göres ole- dande som svar på varje åt det negativa hållet gående kant av vågfor- Man inser så- åt det posi- men på ledningen 5U för återställning av integratorn lfl. lunda, att integratorn återställes som svar på såväl den tiva hållet som den åt det negativa hållet gående kanten av vågform- signalen på ledningen 36, m.a.o. för var 90:e grads vevaxelrotation.

Den tredje i fig. 2 visade vågformen illustrerar den signal, som upp- träder på ledningen 52 (d.v.s. på transistorns 28 bas) för återställ- ning av integratorn med 900 vevaxelrotationsintervall. Kondensatorer- na 48 och 50 för radíofrekvensfiltrering är anslutna på det i figuren visade sättet.

Släckningsfunktionen åstadkommes genom att man kopplar transis- torns UM kollektor genom en diod 60 till en ledning 58, som förbinder integratorutgången med en ingång hos jämförelsesteget 16. För att släckningsfunktionen enligt uppfinningen bättre skall kunna förklaras, antages för tillfället, att diodens 60 katod kopplas bort från led-' ningen 58, så att släckning ej sker. Den fjärde vågformen i fig. 2 åskådliggör sågtandsintegratorns utgångssignal, när detta tillstånd råder. När släckning ej sker, har sågtandkurvan en period av 900 och en tändningstidgivningssignal skulle då avges en gång för varje period av den ej släckta sågtandsspänníngen istället för med det intervallet 1800.

Antag nu att dioden 60 återigen anslutes till ledningen 58, så korrekta att släckning sker. Den femte vågformen i fig. 2 åskådliggör integra- torns utgångssignal, när släckning sker. Denna vågform är en "släckt sågtandsvågform", där varannan period av integratorns sågtands-utgångs- spänning är släckt. Denna “släckta sågtandsvågform" har en period av H0 18o° gång per period av den släckta sågtandsvågformen. När transistorn HU , så att en tändningssignal avges med det korrekta intervallet en ej är ledande, är dioden 60 förspänd i framriktningen genom resistorn H5 till den positiva polen B+, så att potentialen på ledningen 58 blir något högre än sågtandsvågformens topp. När transistorn UH är le- dande, är dioden 60 förspänd i backriktningen, så att potentialen på ledningen 58 följer sågtandsvågformen. På detta sätt bildas den nederst i fig. 2 visade signalvågformen på ledningen 58. Tändning förhindras sålunda under varannan av halvperioderna av avkännings-rektangelvågen.

Med andra ord, tändning tillåtes endast mellan konsekutiva par åter- ställningar av integratorn.

Jämförelsesteget 16 innehåller en jämförare 62, en kondensator 6H samt tre resistorer 66, 68 och 70, av vilka samtliga är kopplade i en krets i enlighet med figuren. En önskad gnisttidgivningssignal, härledd ur en eller flera parametrar, som är användbara för styrning av tändningstidgivningen tillföres via resistorn 68 till jämförarens 62 ej inverterande ingång, och den släckta vågformen på ledningen 58 tillföres genom resistorn 66 till den inverterande ingången hos jäm- föraren 62. Den femte vågformen i fig. 2 åskådliggör en jämförelse mellan den önskade tändningstidgivningssignalen och den släckta såg- tandssignalen, varvid en utgångssignal erhålles på jämförelsestegets 16 utgång varje gång den önskade tändningstidgivningssignalen skär den släckta signalvågformen. Man ser sålunda, att tändning sker en gång per period av den släckta sågtandsvågformen i en motorvevaxelvinkel, som bestämmes av den önskade tändningstidgivningssignalstorleken. I kontrast härtill visar den fjärde vågformen (som åskådliggör det fall då dioden 60 är bortkopplad från kretsen) att frånvaro av släckning skulle innebära, att tändning sker tvâ gånger per period för rektan- gelvåg-avkänningssignalen.

En viktig fördel med uppfinningen är att lutningen för ramp- signalen är ökad i förhållande till vad den skulle vara i ett system, där sågtandsvågformen har en period av 1800. Detta innebär, att man får en mera distinktskärning mellan kurvorna, vilket betyder förbätt- rad noggrannhet i tidgivningen i förhållande till vad som eljest skul- le vara möjligt. En ytterligare fördel erhålles, när en integrator med sluten slinga användes, eftersom man då ej behöver godta några appro- ximationer beträffande de med integratorn förknippade tidskonstanterna.

Resten av kretsen innehåller ett tändningsutlösningssteg med ett par transistorer 72, 7H, ett antal resistorer 76, 78, 80, 82, 8U och 86, en kondensator 88 samt en diod 90. En spärrkrets innefattande en lO transistor 92 och en resistor 9Ä är anordnad, och alla dessa kompo- nenter är hopkopplade på det på ritningen visade sättet. Den av jäm- förelsesteget l6 avgivna utgångssignalen har formen av en åt det nega- tiva hållet gående puls, som via resistorn 86 och kondensatorn 88 till- föres för att i backriktningen förspänna dioden 90 och spärra transis- torn 72.-Spänningshöjningen på transistorns 72 kollektor tillföres via 'resistorn BH för att bringa transistorn YÄ i ledande tillstånd och därigenom ntlösa tändspolens drivsteg (ej visat), vilket i sin tur bringar tändspolen att avge en gnistspänning via fördelaren till ve- derbörande tändstift. Spänningshöjningen på transistorns 72 kollektor bringar transistorn 92 i ledande tillstånd under en "anti-kvardröj- nings"-tidgivningsperiod. Varaktigheten för transistorns 72 ledande tillstånd bestämmes av "anti-kvardröjnings"-tidgivningsegenskaperna för resistorerna 76, 78 och kondensatorn 88 samt Vhast-signalen, vil- ken är en analog hastighetssignal, som kan tas ut från integratorn lä.

Därigenom bibringas kretsen en hastighetsberoende "anti-kvardörjnings“- karaktäristik, vilket är önskvärt för erhållande av optimala egenskaper.

När transistorn 72 övergår till ledande tillstånd, spärras transistorn 92 och kretsen återgår med ett transient förlopp till sitt initial- tillstånd för att avvakta nästa tändningspuls från jämförelsesteget 16.

Under det att en speciell föredragen utföringsform av uppfinning- en har beskrivits är dess principer tillämpliga även vid andra kon- figurationer. Andra typer av avkännare och integratorer kan användas.

Uppfinningen kan användas vid motorer med andra cylinderantal än fyra.

Uppfinningen kan användas även vid andra motortidgivningsstyrninge- funktioner än tändningstidstyrning, exempelvis bränsleínsprutningstid- styrning. Ansökningsföremålet är sålunda en ny och inom ett brett re- gister användbar motorstyranordníng. '

Claims (6)

P.ans. 771üH19-Ä PATENTKRAV

1. Elektronisk styranordning för förbränningsmotorer, vid vilken en motorstyrsignal alstras i styrd relation till vridningsläget för motorns vevaxel, vilken anordning är k ä n n e t e o k n a d av att den innefattar dels ett referensorgan (Hall-elementet 12), som avger en såsom referens tjänande växelvågform (nr 1 i fig. 2) med en period motsvarande ett givet vevaxelrotationsområde, varvid varje period omfattar två halvperioder av i stort sett samma varaktighet, dels ett integreringsorgan, som innehåller en integrator (14) för alstring av en utgångsrampfunktion, dels ett àterställningsorgan (kretsen 20), som kopplar referensorganet och integreringsorganet för återställning av integratorn för varje halvperiod av den såsom referens tjänande vågformen, dels ett signalgivningsorgan som avger en signal (t.ex. vågformerna nr 4, 5 i fig. 2), vars värde represen- terar ett vevaxelvinkelläge, som är en funktion av åtminstone en parameter, vilken är användbar för styrning av motorn, dels ett jämförelseorgan (16), som är kopplat till integreringsorganet och signalgivningsorganet för att jämföra den sistnämnda signalen och utgångsrampfunktionen och alstra nämnda motorstyrande signal, när ett förutbestämt samband råder mellan dessa båda, samt dels ett spärrorgan (60), som är kopplat till referensorganet (12) och jämförelseorganet för att spärra avgivning av den motorstyrande signalen under varannan av referensvågformens halvperioder.

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att spärrorganet (60)innefattar ett organ för att släcka utgångsramp- funktionen under nämnda varannan av referensvågformens halvperioder.

3. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att referensorganet (12) innefattar organ för att avge nämnda växelvåg- form såsom en rektangelvågsignal (vågformen 1 i fig. 2).

4. Elektronisk styranordning för förbränningsmotorer, vid vilken en motorstyrsignal alstras i styrd relation till vridningsläget för motorns vevaxel, vilken anordning är k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar dels ett rampsignalorgan (14), som innehåller en integrator, vilken avger en ramputgångssignal, dels ett återställ- ningsorgan (20) som funktionellt kopplar vevaxeln och rampsignal- organet för återställning av integratorn i förutbestämda motorvev- axelvridningslägen, dels ett signalgivningsorgan, som avger en signal (t.ex. vågform ü,5 i fig. 2), vars värde representerar ett vevaxelvridningsläge, som är en funktion av åtminstone en parameter, som är användbar för styrning av motorn, dels ett jämförelseorgan 3 (16), som är kopplat till rampsignalorganet och signalgivningsorga- net för att jämföra den sistnämnda signalen med ramputgångssignalen och alstra nämnda motorstyrsignal, när ett förutbestämt samband råder mellan dem, samt ett grindorgan (60), som är kopplat till återställningsorganet (20) och jämförelseorganet (16) för att tillåta att motorstyrsignalen avges endast mellan konsekutiva par återställningar av integratorn.

5. Anordning enligt kravet Ä, k ä n n e t e c k n a d av att återställningsorganet innefattar organ för återställníng av integra- torn med likformiga motorvevaxelrotationsintervall.

6. Anordning enligt kravet U, k ä n n e t e c k n a d av att grindorganet innefattar organ för att släcka ramputgångssignalen under intervall mellan de båda återställningarna i varje par.