SE437063B - Kondensatortendsystem for forbrenningsmotor - Google Patents

Description

8000022-7 patentskrifterna 3 941 111 och 4 056 088. Hos tändsystemen en- ligt dessa patent är tändningstidpunkterna en funktion.av mel- lanrummet mellan kärnans ben eftersom laddningsspolen är belä- gen på kärnans sett i rotationsriktningen först påverkade eller främre ben i förhållande till magnetfältets rotationsriktning under det att tändspolen (tändtransformatorn) är belägen på det bakre benet. Hos dessa tändsystem altras sidopulsspänningar i laddningsspolen av läckflöde i det främre kärnbenet när den ro- terande magneten först kommer i linje med detta. Amplituden hos dessa sidopulser varierar med rotationshastigheten hos magnetf fältet och vid höga varvtal kan sidopulserna medföra felaktiga tändningstidpunkter.

Avsikten med föreliggande uppfinning är att erbjuda ett förbättrat tändsystem av ovannämnda typ. Enligt uppfinningen uppnås detta med ett tändsystem enligt bifogade patentkrav 1.

En speciell avsikt med uppfinningen är att erbjuda ett brytarlöst kondensatortändsystem hos vilket elektronikkretsen, kondensatorladdningsspolen och tändspolen samtliga ingår i en enhetmodul, som är anordnad på statorkärnans främre ben. En an- nan avsikt med uppfinningen är att erbjuda ett kondensatortänd- system av ovan nämnd typ hos vilket laddningsspolen och tändspo- lens primär- och sekundärlindningar är anordnade på samma bendel hos järnmagnetkärnan och lindningarna är åtskilda utefter bendelen.

Ytterligare en avsikt med uppfinningen är att erbjuda ett kondensatortändsystem av ovannämnd typ, hos vilket laddnings- lindningen uppvisar i benets länqdrfldïdng åtskilda delar för att säkerställa fullständig uppladdning av kondensatorn såväl vid höga som låga varvtal.

Två utföringsexempel av uppfinningen beskrivs nedan närmare under hänvisning till åtföljande ritningar, där fig. 1 från sidan och delvis i snitt visar ett tänd- system enligt uppfinningen, fig. 2 i större skala visar ett snitt av en del av tändsystemet enligt fig. 1, fig. 3 som sprängskiss visar kärnan och spolmodulen i fig. 2, fig. 4 är ett schema visande elektronikkretsen hos tändsystemet enligt uppfinningen, 8000022-7 3 fig. 5 är ett spänningsdiagram, som visar de vågformer, vilka alstras av tändsystemet under drift, fig. 6 visar en alternativ utformning av kärna och modulenhet enligt uppfinningen, och fig. 7 och 8 schematiskt visar ett tändsystem, som ic- ke är utfört i enlighet med uppfinningen.

Fig. l visar en stator 10 och en rotor 12 hos ett bry- 2 tarlöst kondensatorurladdníngständsystan för förbränningsmotorer.

Rotorn har en permanentmagnet l4 anordnad mellan ett par polskor 16 och 18. Magnetenheten uppbäres vid periferin av ett omagne- tiskt svänghjul 22, som är roterbart medelst en axel 24, vilken drives synkront med motorn.

Såsom framgår uppvisar statorenheten 10 en bottenplatta 32 av omagnetiskt material försedd med en öppning för axeln 24.

Plattan 32 är monterad på motorramen med hjälp av exempelvis skru- var 34 och uppbär en spol- och modulenhet omfattande en lamine- rad järnmagnetkärna 36 och en tändningsmodul 38.

Fig. 2 och 3 visar mer detaljerat uppbyggnaden av kär- nan och spolmodulen. Kärnan består av stållameller och har hu- vudsakligen U-form med radiellt riktade poler 40 och 42, som sam- ' manbinds av ett liv 43.

En lindningsmodul 38 är anbragt på kärnans främre ben 42, räknat i förhållande till rotationsriktningen hos rotorn 12, varvid polskorna 16 och 18 roterar i den med pil i fig. 1 angiv- na riktningen. Modulen omfattar ett tunt skålformat hus 46 av plast, vilket innehåller tre elektriska lindningar. Dessa lind- ningar utgör tändspolens primärlindning 48 och sekundärlindning 50 samt en uppladdningsspole 52, avsedd att uppladda en kondensa- tor i den elektriska tändenheten 66, vilket beskrivs närmare ne- dan. När den av rotorn 12 uppburna magnetenheten rör sig förbi den stationära kärnan 36 kommer ett varierande magnetflöde att koncentreras genom kärnan, varigenom spänningar induceras i upp- laddningsspolen 52 och primärlindningen 48.

I det i fig. 3 visade utföringsexemplet är primärlind- ningen 48 och uppladdningsspo1eñ'É2 anomiuræ på en rörformaä linå- ningsform 54, utförd i ett stycke med olika diametrar. Primär- Iindningen är lindad på lindningsformens undre ändparti under 8000022-7 det att den övre eller yttre änden av lindningsformen är för- sedd med med mellanrum belägna flänsar 56, mellan vilka laddnings- spolen 52 är lindad. Såsom framgår av ritningen är primärlind- ningens 48 axiella längd avsevärt större längs kärnbenet 42 än motsvarande axiella längd hos uppladdningsspolen 52. Lindnings- formens 54 innerdiameter är avsedd att passa tätt på kärnbenet 42 och dess undre del är inrättad att upptagas i den rörformiga stosen 60 hos plasthuset 46. Tändspolens sekundärlindning 50 har en centrumöppning 51, som passar tätt kring stosens 60 utsida, varigenom primär- och sekundärlindningarna 48, 50 är tätt mag- netiskt kopplade. Laddningsspolen 52 är däremot belägen på radi- ellt avstånd från primär- och sekundärlindningarna, mätt i ro- torns 14 rotationsriktning, för att minska den magnetiska kopp- lingen mellan laddningsspolen och tändspolens lindningar. Om laddningsspolen ej är frikopplad på detta sätt, skulle den ha en tendens att uppträda som kortslutningsspole och den motrikta- de spänning, som alstras i denna spole skulle försämra alstrin- gen av högspänningen i sekundärlindningen. Genom att den längs kärnbenet radiella längden av laddningsspolen begränsas och genom att laddningsspolen anordnas på avstånd från primär- och sekun- därlindningarna kommer den största delen av det magnetflöde, som strömmar genom delar av primär- och sekundärlindningarna, ej att strömma genom laddningsspolen i tillräcklig grad för att försäm- ra tändsystemets funktion.

Förutom den uppstående rörstosen 60 har huset 46 såsom framgår av fig. 2 och 3 även en tvärvägg 62, som bildar en kam- mare 64, avsedd att upptaga tändsystemets elektriska komponen- ter, vilka kan vara kapslade såsom visas vid 66 i fig. 2.

Den elektriska kretsen, primärlindningen 48, sekundär- lindningen 50 och laddningsspolen 52 är elektriskt förbundna med varandra på det sätt, som visas i fig. 4. De elektriska komponen- terna är inkapslade i ett plasthölje 46 med hjälp av lämplig plast- gjutmassa 70, fig. 2. Modulen 38 är mekaniskt fäst vid polen 42- på lämpligt sätt, exempelvis med hjälp av lämpligt lim på de mot varandra vända ytorna hos lindningsformen 54 och benets 42 ut- sida. En isolerad högspänningsledare 76, fig. 1, utnyttjas för att förbinda spolmodulen 38 med ett ej visat tändstift 78 hos 8000022-7 5 en förbränningsmotor, till vilken tändsystemet används.

Som framgår av schemat 1 fig. 4 är laddningsspolen 52 ansluten parallellt med en kondensator 80 med hjälp av en ladd- ningskrets omfattande dioder 82 och 83. Kondensatorn 80 är även ansluten parallellt med tändspolens primärlindning 48 med hjälp av en elektronisk strömställare såsom en styrd kisellikriktare 68. Den styrda likriktaren är förspänd så, att den normalt är oledande och utnyttjas för att selektivt urladda kondensatorns 80 laddning genom primärlindningen 48 synkront med förbrännings- motorns arbetscykel. Primärströmmen alstrar högre spänning i sekundärlindningen 50, varigenom en tändgnista alstras vid för- bränningsmotorns tändstift 78.

Den styrda kisellikriktaren 68 har en katod 69, en anod 71 och en styrelektrod 73. Anod-katodövergången förbinder de med punkter betecknade ändarna av laddningsspolen 52 och pri- märlindningen 48 samtidigt till samma spänning. Styrelektroden 73 är genom ett förspänningsmotstånd 84 förbunden med motsatt ände av primärlindningen 48, varigenom styrelektroden 73 erhål- ler en spänning, som induceras ï primärlindningen och har mot- satt polaritet mot den spänning, som uppträder på kisellikrik- tarens anod-katodövergâng. Tändsystemets funktion förklaras närmare under hänvisning till fig. 5, som visar den spänning (Eg), vilken alstras i laddningsspolen 52 för uppladdning av kondensatorn 80 visad vid (Ec), samt den spänning (Ep), vilken induceras i primärlíndningen 48 genom att magnetenheten 14 rote- rar förbi kärnan 36. När polskon 16 (fig. l) först kommer i lin- je med polen 42 induceras en positiv spänning i laddningsspolen och primärlindningen. De ändar\_hos dessa lindningar, som har samma polaritet, förbinds genom den styrda kisellikriktarens 68 anod-katodövergång, under det att styrelektroden 73 är förbunden med motsatt ände av primärlindningen 48. _ Den positiva spänningen Eg uppladdar kondensatorn 80 fullständigt genom den i en riktning ledande laddningsdioden 83.

Under denna uppladdning är den styrda kisellikriktaren 68 för- spänd till sitt icke-ledande tillstånd. Primärlindningen 48 är lindad på benet 42 i sådan riktning, att den däri inducerade 8000022- 7 6 spänningen Ep ligger i motfas mot laddningsspänningen Eg. Kon- densatorn 80 uppladdas således under hela den positiva puls, som induceras i laddningsspolen 52 och urladdas under nästa halvvågspuls hos primärspänningen Ep. Under därpå följande posi- tiva halvvågsspänning alstrad i primärlindningen och tillförd styrelektroden 73 kommer primärspänningen Ep att stiga till ett förutbestämt värde, vilket utgör den utlösningsnivå, som marke- ras med en horisontell streckprickad linje i fig. 5. Vid denna spänning kommer den styrda kisellikriktaren att omkopplas till sitt ledande tillstånd och hela den spänning Ec, som är upplag- rad i kondensatorn 80, kommer att utlösas genom primärlindningen 48, varigenom en tändgnistpuls induceras i sekundärlindningen 50 och tillförs gnistgapet 78. Eftersom lindningarna 52 och 48 är belägna på samma ben eller radiella del av magnetkärnan 36 utsätts de alltid samtidigt för samma magnetflöde. De spänningar, som alstras i laddningsspolen 52 och primärlindningen 48, alst- ras således samtidigt och har inbördes motsatt polaritet.

Alternativa utföringsexempel av uppfinningen visas i fig. 6, där komponenter med motsvarighet i det första utförings- exemplet erhållit samma hänvisningsbeteckningar. Fig. 6 visar således en ferromagnetkärna 36 liknande den i fig. 2 visade kär- nan men med annat lindningsarrangemang. Primärlindningen 48 och sekundärlindningen 50 är anordnade den ena efter den andra på kärnbenet 42 och kondensatorladdningsspolen 52 är anordnad på benet 42 utanför sekundärlindningen 50, varigenom den ligger på avsevärt avstånd från primärlindningen 48. Genom detta arrange- mang förlängs längden av sekundärpulserna jämfört med pulser alstrade av koncentriskt monterade primär- och sekundärlind- ningar enligt fig. 2. Denna längre pulslängd är fördelaktig för större motorer där längre varaktighet hos gnistan ger förbättrade motorprestanda.

Fig. 6 visar laddningsspolen 52 belägen kring den ytt- re änddelen av benet 42 utanför sekundärlindningen 50, som i sin tur är belägen utanför primärlindningen 48. Primär- och se- kundärlindningarnas lägen kan emellertid omkastas på benet 42.

Om sekundärlindningen 50 är belägen närmare det roterande mag- netfältet än primärlindningen kommer de alstrade tändpulserna 8009022-7 7 att ha relativt lång varaktighet. Om å andra sidan primärlind- ningen ligger närmare det roterande magnetfältet förbättras tid- styrningen av tändningen på bekostnad av en viss förlust i puls- varaktighet.

Fig. 6 antyder även en annan utföringsform enligt uppfinningen, enligt vilken en andra laddningsspole 88, visad i fig. 4 och 6 med streckade linjer, kan anordnas på den inre än- den av benet 42 längst bort från laddningsspolen 52. Spolen 88 och tillhörande spärrdiod 89 visas i fig. 4 anslutna parallellt med laddningsspolen S2 för uppladdning av kondensatorn 80. Med detta arrangemang får laddningsspolen tvâ separata delar på var sin sida om tändspolelindningarna 48 och 50. Laddningsspolen 52 på benets 42 yttre ände har företrädesvis förhållandevis stort lindningstal, exempelvis 3000 varv, under det att den andra laddningsspolen 88 på benets 42 inre ände har avsevärt mindre lindningstal, exempelvis 600 varv. Vid höga varvtal hos motorn kommer den i den yttre laddningsspolen 52 alstrade spänningen att uppvisa en tendens att sjunka, varigenom den i kondensatorn 80 lagrade spänningen sjunker. Vid dessa höga varvtal kommer emellertid den andra laddningsspolen 88 att kompensera denna spänningsförlust, varigenom kondensatorn uppladdas till likfor- mig spänning inom ett brett omrâde motorvarvtal.

Fig. 7 visar ett tändsystem, som icke är utfört i en- , lighet med uppfinningen. En spolmodul 138 för ett kondensator-_ tändsystem visas anbragt på en järnmagnetkärna 136. Modulen 138 är anbragt på kärnans bakre ben 140 i förhållande till rota- tionsriktningen hos det magnetpolsystem, som visas vid 114. Med detta arrangemang kommer uppladdningen och urladdningen av hu- vudkondensatorn att bli obestämd vid höga motorvarvtal, vilket medför drastiska förändringar i tändningstidpunkterna.

Fig. 8 illustrerar denna oregelbundna tidsstyrning vid höga varvtal. En avsevärd sidopuls 160 alstras i primärlind ningen när magnetgruppens ll4 nordpol roterar mitt framför det främre kärnbenet 142, vilket antydes med streckade linjer 162.

När sedan magnetgruppen passerar det ben 140, på vilket ladd- ningsspolen 152 och primärlindningen l48 är belägna, kommer en spänningspuls Eg att alstras i laddningslindningen och en spän- 8-000022-7 8 ning Ep med motsatt fas uppladdar huvudkondensatorn i tänd- systemet till en spänning Ec, varefter denna kondensatofspän- ning urladdas när tändsystemets fyra kisellikriktare göres le- dande. Sidopulsspänningen 164, som alstras i uppladdningsspo- len l52, medför att kondensatorn åter uppladdas såsom visas vid Ec'. Denna återuppladdning av kondensatorn inträffar under sam- ma rotationsvarv hos magneterna 114 som den första uppladdning- en och urladdningen av kondensatorn enligt Ec. Denna återladd- ning med spänningen Ec' kvarligger i kondensatorn tills mag- netgruppen under nästa rotationsvarv rör sig förbi det främre kärnbenet 142. I detta ögonblick kan den i primärlindningen alstrade sidopulsen 160 vid höga varvtal ha tillräcklig ampli- tud för att utlösa den styrda kisellikriktaren till ledande tillstånd, varigenom kondensatorspänningen-Ec' urladdas. Denna kondensatorurladdning genom primärlindningen kan medföra för tidig tändgnista, vilket medför driftsstörningar för förbrän- ningsmotorn.

Genom att laddningsspolen och tändspolen enligt upp- finningen monteras på magnetkärnans främre ben undvikes tids- styrningsproblem av den typ, som uppträder vid tändsystem en- ligt fig. 7. Dessutom kan lindningarna lätt tillverkas i en en- hetsmodul, som enkelt kan monteras på ett radiellt riktat ben hos statorkärnan.

Claims (4)

8000022-7 Patentkrav

1. ; Kondensatortändsystem för en förbränningsmotor, omfattande per- manentmagnetbestyckade flödesalstringsorgan (14, 16, 18), vilka är roterbara i förhållande till en i ett stycke U-formad ferromagnet- kärna (36), vilken bildar flödesväg för ett varierande magnetflö- de, vilket alstras av den relativa rotationsrörelsen mellan magnet- organen (14, 16, 18) och kärnan (36), varvid kärnan (36) uppvisar ett med hänsyn till rotationen radiellt riktat ben (42), som utgör den i rotationsriktningen räknat först påverkade delen av kärnan (36) och bildar väg för sagda magnetflöde under varje rotationsvarv för magnetorganen i förhållande till kärnan, varjämte tändsystemet uppvisar dels en laddningsspole (52), dels en tändspole bestående av magnetiskt med varandra kopplade primär- och sekundärlindningar (48, 50), dels en kondensator (80), som uppladdas av den spänning, som alstras i laddníngsspolen (52) under varje rotationsvarv för magnetorganen (14, 16, 18) samt dels en elektronisk strömställare (68) förbunden med kondensatorn (80) och primärlindningen (48) för urladdning genom primärlindningen (48) av den i kondensatorn lagra- de laddningen, k ä n n e t e c k n a t av att laddningsspolen (52) och tändspolen (48, 50) är monterade på magnetkärnans (36) vid ro- tationen först påverkade ben (42) och åtskilda i benets riktning, för laddning och urladdning av kondensatorn (80) under varje rota- tionsvarv för magnetorganen (14, 16, 18) i förhållande till sagda först påverkade ben (42) till magnetkärnan (36).

2. Tändsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tänd- spolens primär- och sekundärlindningar (48, 50) är koaxiellt anord- nade kring magnetkärnans (36) först påverkade ben (42) och är an- ordnade på radiellt avstånd 1 förhållande till rotationscentrum från laddningsspolen (52) utefter benet (fig. 1-3).

3. Tändsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ladd- ningsspolen (52), primärlindningen (48) och sekundärlindningen (50) är anordnade den ena efter den andra utefter magnetkärnans (36) först påverkade ben (42). 8000022- 7 lo

4. Tändsystem enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att ladd- ningsspolen omfattar en första (52) och en andra (88) lindningsdel, varvid den första lindningsdelen (52) är belägen på järnkärnans (36) först påverkade ben (42) utanför tändspolens primär- och sekundär- lindningar (48, 50) och laddningsspolens andra lindningsdel (88) är belägen innanför sagda primär- och sekundärlindningar (48, 50) med avseende på rörelsebanan för sagda magnetorgan (14, 16, 18) och att laddningsspolens andra lindningsdel (88) har avsevärt färre antal lindningsvarv än dess första lindningsdel för att alstra en vid högt varvtal hos förbränningsmotorn genererad spänning, som garanterar likformig uppladdning av kondensatorn (80) vid alla motorvarvtal.