SE437064B - Elektronisk anordning for alstring av tendsignaler for en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

7909687-1 i - l0 l5 2 bandpassfilter för eliminering av grundbullret men för att undvika onödig inverkan av avkännaren söker man reducera dess aktivitet till den bråkdel av cykeln, då knackningen kan tänkas uppträda. Det har konstaterats, att knackningsfenomenet under en cylinders arbetscykel uppträder först under början av arbetstakten och närmare bestämt till ett område från ca 300 (bestämt med avseende på vevaxelns rotation) efter det övre dödläget, varvid en cylinders fullständiga arbetstakt motsvarar l80° efter den övre dödpunkten. Det inses sålunda, att det är önskvärt att kunna verksamgöra knackningsavkännaren medelst en signal, som uppträder vid den övre dödpunkten eller något senare och som försvinner ca 300 efter den övre dödpunkten. Naturligtvis skulle denna signal kunna åstadkommas medelst ett närhetskännande don, som drives av motorn och alstraren signal under hela passagen av ett vinkelområde för kännaren. Man skulle även kunna använda en lägeskännare, som registrerar den övre död- punkten,och med utgångspunkt häri definiera början och slutet på den önskade signalen medelst en elektronisk krets. Detta tillvägagångssätt kräver emeilertid använd- ning av en speciell kännare för verksamgöring av den för undvikande av knackning avsedda vibrationskännaren.

I ändamål att nedbringa tillverkningskostnaderna är det naturligtvis önskvärt att i högsta möjliga grad reducera antalet kännare. Ändamålet med uppfinningen är sålunda att möjliggöra verksamgöring vid en lämplig tidpunkt av den knackningsmotverkande vibrationskännaren utan användning av något närhetskännande don eller någon lägeskännare, som registrerar den övre dödpunkten, genom utnyttjande endast av den av tändanordningen alstrade tändsignalen.

Svårigheten härvidlag ligger däri, att tändsignalen alstras vid en tidpunkt, som är förskjuten i förhållande till den övre dödpunkten, varvid förskjutningen är en funktion av motorns rotationshastighet. Vid uppfinningen har man konstaterat, att de vid förbränningsmotorer vanligen föreliggande tändkurvorna - enligt en grafisk 7909687-1 3 återgivning, som på ordinatan visar förskjutningsvinklarna och på abskissan rotationshastigheterna - ligger inom ett relativt smalt band, som är symmetriskt i förhållande till en rät linje, som passerar genom origo. Man kan sålunda definiera en rät medellinje, som passerar genom origo,och för en given rotationshastighet förblir skillnaden mellan den verkliga tändförskjutningen och den tändförskjutning, vars värde motsvarar ovan nämnda räta linje, mindre än ett relativt lågt maximifel. I flertalet fall understiger felmarginalen l0°, varvid denna felmarginal svarar mot, hälften av bredden på bandet, som innehåller tändkurvan, och varvid denna bredd mätes parallellt med axeln för nämnda kurvas ordinatør.

Man har vid uppfinningen sålunda konstaterat, att man, om man för ett givet värde för motorns rotationshastighet från tändförskjutningsvinkeln subtraherar den mot ovan definierade räta medellinje svarande vinkeln, erhåller ett vinkelförskjutningsvärde med medelvärdet noll, dvs att man på en avvikelse när, som svarar mot halva bredden på bandet, som innehåller tändkurvan, erhåller den övre dödpunk- ten. Det inses sålunda, att man genom att utnyttja tänd- signalen kan definiera en signal, som på en felmarginal när motsvarar passagen vid den övre dödpunkten. För att erhålla denna signal måste man från värdet för tändför- skjutningen subtrahera ett mot rotationshastigheten propor- tionellt_värde, dvs vid den tidpunkt, då tändsignalen uppträder, måste man dra ifrån en viss tid, som motsvarar det av ovannämnda genomsnittliga räta linje givna värdet, för att erhålla en signal, som på en felmarginal när motsva- rar passagen vid den övre dödpunkten. Tiden, som skall läggas till, är den, som motsvarar en mot rotations- hastigheten proportionell vinkelförskjutning, dvs en konstant tid. Om man sålunda från tändsignalen subtraherar en konstant tid, erhåller man med andra ord - med ringa felmarginal - information om passagen vid den övre dödpunk- ten. Med detta arrangemang kan man sålunda undvara en ytterligare avkännare.

Om man då med utgångspunkt från den övre dödpunkten 7909687-1 4 önskar definiera ett vinkelläge, inom vilket knacknings- kännaren skulle kunna arbeta, behöver man från den mot passagen vid den övre dödpunkten närmelsevis svarande signalen endast subtrahera en tid, som motsvarar en rota- tionsrörelse över en konstant vinkel, dvs en tid, som svarar mot en bestämd bråkdel av arbetscykeln. Man kan sålunda på ett föga kostsamt sätt åstadkomma en krets, som medger temporär funktion i det önskade området av cykeln av den för detektering av knackningar avsedda vibrationsavkännaren. Ändamålet med föreliggande uppfinning är sålunda att åstadkomma en ny industriell produkt i form av en elektro- nisk anordning, som är ansluten till en periodisk generator för alstring av tändsignaler för en förbränningsmotor, särskilt för motorfordon, varvid tändsignalen under varje period i knackningsförhindrande syfte förskjutes i förhål- lande till den övre dödpunkten hos cylindern, som tänds, med ett värde, som är variabelt i beroende av motorns rota- tionshastighet, varvid anordningen alstrar en periodisk signal, vars början och slut under varje period bestämmes i förhållande till tidpunkten för passage vid den övre död- punkten på ett väsentligen konstant sätt med en på förhand fastställd felmarginal, och kännetecknas därav, att den innefattar dels åtminstone ett första steg, som alstrar en signal, vilken är förskjuten en konstant tid i förhållande till den signal, som det mottager, dels åtminstone ett andra steg, som alstrar en signal, som i förhållande till den signal, som det mottager, är förskjuten en tid, som motsva- rar en konstant vridningsvinkel för motorn, varvid dessa båda steg är anordnade i serie för bestämning av början och/eller slutet av den resulterande signalen. I vid en fördragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen ett enda steg, som åstadkommer en förskjutning en konstant tid och som mottar tändsignalen och styr åtminstone ett andra steg, vilket åstadkommer en för- skjutning, som motsvarar en konstant vridningsvinkel.

Steget, som åstadkommer en förskjutning en konstant tid, utgöres av en monostabil krets, som innefattar en konden- l0 7909-6874 sator, vilken kan urladdas via en transistor vid mottagan- det av en tändsignal och vars laddningsspänning medelst en komparator jämföres med en konstant spänning för alstrande av en signal vid en tidpunkt, då de båda jämförda spänningar- na är lika stora. Det andra steget, som åstadkcmner förskjutning, som motsvarar en konstant vridningsvinkel för motorn, utgöres av en sågtandsspänningsgenerator, som är kopplad till en toppspänningsdetektor, varvid den medelst sågtands- spänningsgeneratorn erhållna toppspänningen uppdelas och jämföres med sågtandsspänningen. Sågtandsspänningsgenera- torn innefattar en kondensator, som är anordnad att ur- laddas via en transistor vid mottagandet av signalen från det steg, som åstadkommer en förskjutning, som svarar mot en konstant vridningsvinkel för motorn, Vinkelförskjut- ningen, som motsvarar början på den medelst anordningen uppfinningen alstrade signalen, är nollfoch anord- innefattar ett enda steg, vilket alstrar en signal, förskjuten en mot en konstant vridningsvinkel för svarande tid, och vilket är kopplat i serie efter enligt ningen som är motorn det i anordningen ingående steget av den andra typen.

Den medelst anordningen åstadkomna signalen styr verksam- göringen av en vibrationsavkännare under hela nämnda signals varaktighet. Vibrationsavkännaren är avsedd att detektera en eventuell knackning vid den till anordningen anslutna motorns drift.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar. I fig l âskådliggöres grafiskt en tändkurva, varvid på ordinatan visas tändvinkel- förskjnznngaiö sanen funktion av motorns rotationshastig- het N på abskissan. Fig 2 är ett blockschema över anord- ningen enligt uppfinningen. Fig 3 visar i detalj utföran- det av den i fig 2 schematiskt visade anordningen och fig 4 visar signaler, som alstras vid olika punkter i schemat enligt fig 3.

Såsom visas i fig 1, har motorn, tilf vilken den nedan beskrivna anordningen enligt uppfinningen är ansluten en förtändningskurva, som är bildad av fyra rätlinjiga segment OA, AB, BC och CD. Vid det visade diagrammet anger 7909687-1 lO 6 7 ordinatan tändförskjutningarna G (uttryckta i grader för vevaxelns rotation) och betecknar abskissan motorns rota- tionshastigheter N. Förtändningen är noll så länge som rotationshastigheten icke uppnått den mot punkt A svarande hastigheten. Det kan konstateras, att tändkurvan OABCD helt och hållet ligger inom ett band, som definieras av två parallella räta linjer F och G, vilka är väsentligen symmetriska med avseende på en rät medellinje OE. Om man från kurvans OABCD ordinata subtraherar den mot den räta linjen OE svarande ordinatan, erhålles en kurva OAlBlClDl, vars räta medellinje utgöres av abskissan. Emellertid motsvarar den räta linjen OE tändförskjutningar, som är proportionella mot rotationshastigheten, dvs som uppnåtts under en konstant rotationstid T. Detta innebär, att om man drar ifrån den konstanta tiden T efter den mot kurvan OABCD svarande tändsignalen, erhålles en signal, med en vinkelförskjutning i förhållande till den övre dödpunkten, som bestäms av en punkt på kurvan OAlBlClDl. Denna sistnämnda kurva har emellertid som medelvärde en vinkelförskjutning lika med noll, dvs dess medelvärde motsvarar den övre dödpunkten. Om man med andra ord drar ifrån tiden T efter tidpunkten för tänd- signalen, får man den övre dödpunkten med en felmarginal, som motsvarar hälften av bredden på det här icke visade, med abskissan parallella bandet, som innehåller kurvan OAlBlClDl. Detta band har emellertid en bredd, lika med avståndet mellan de räta linjerna F och G, mätt fig 1. Vid det här beskrivna som är parallellt med ordinatan i fallet är bandets bredd ca 100 (vevaxelns rotation),dvs felmarginalen för bestämning av den övre dödpunkten medelst vilken som helst punkt på kurvan OAlBlClDl är ca 50.

Om man definierar en signal genom att till den signal, som motsvarar kurvan 0AlBlClDl, lägga en tid, som är lika med den tid, som motsvarar en rotation av motorn en given vinkel, exempelvis 300, erhålles en signal, som visas i fig l medelst kurvan O2A2B2C2D2 och som med samma felmarginal, som angetts ovan, alstras vid en 79096 87-1 7 tidpunkt, som motsvarar passagen vid 300 (vevaxelns rotation) efter den övre dödpunkten.

Det framgår sålunda, att man med utgångspunkt från tändkurvan OABCD med en felmarginal av ca 50 kan definiera en signal, som inträffar vid passagen vid den övre död- punkten, helt enkelt genom att dra ifrån den konstanta tiden T, varefter man kan definiera en signal, som in- träffar 30o efter den övre dödpunkten helt enkelt genom att efter den första signalen subtrahera en tid, som motsvarar en given bråkdel av tiden, som åtskiljer två på varandra följande tändpulser, dvs i det här speciella fallet en sjättedel av tiden, som åtskiljer två på var- andra följande tändpulser.

I fig 2 och 3 visas en anordning, som med utgångs- punkt från tändpulserna möjliggör erhållande av en signal, vars början motsvarar en punkt på kurvan OAlBlClDl och vars slut motsvarar en punkt på kurvan O2A2B2C2D2, dvs som på felmarginalen när möjliggör erhållande av en signal, vars början är vid den övre dödpunkten och vars slut inträffar 300 efter den övre dödpunkten. Av fig 2 framgår, att tändsignalen alstras vid H och anslutas till en monostabil krets l, som frånräknar en tid T och vid sin utgång I avger en signal, som är förskjuten den konstanta tiden T, dvs en signal, som motsvarar en punkt på kurvan OAlBlClDl i fig l. Denna signal anslutes till en sågtands- generator 2, som matar dels en toppvärdesdetektor 3, dels den negativa ingången till en komparator 4. Detektorn 3 matar i sin tur en spänningsdelare 5, vars utgång är ansluten till komparatorns 4 positiva ingång. Komparatorns 4 utgång avger vid M en signal, vars stigande kant och vars fallande i-fig 1. motsvarar en punkt på kurvan 0AlBlClDl kant motsvarar en punkt på kurvan O2A2B2C2D2 Det i fig 2 visade arrangemanget visas närmare i fig 3.

Den monostabila kretsen l utgöres av en deriverande krets, som innefattar en kondensator 6 och ett motstånd 7. Kondensa- torn 6 är seriekopplad med ett motstånd 8, som är anslu- tet till basen hos en transistor 9, varvid motståndet 7 är kopplat mellan å ena sidan kondensatorn 6 och motstån- 7909687-1 i. 8 det 8 (punkten H1) och å andra sidan jord, som utgör den negativa matningen. Transistorns 9 emitter är an-, sluten till jord. Transistorns 9 kollektor är kopplad till förbindningspunkten H2 mellan ett motstånd 10 och en kondensator 11, varvid denna förbindningspunkt är ansluten till en komparators 12 positiva ingång. Motstån- det 10 är kopplat till den positiva matningen. Komparatorns 12 negativa ingång är kopplad till en spänningsdelare, som utgöres av två motstånd 13 och 14, av vilka motståndet 13 är anslutet till positiv matning och motståndet 14 till jord.

Spänningen vid punkten H visas vid den första vågformen i fig 4. Denna spänning motsvarar tändsignalen, vars stigande kant utlöser tändningen. Den deriverande kretsen 6, 7 alstrar vid punkten H1 en spänning, som visas vid den andra vågformen i fig 4. Mellan två på varandra följande pulser, som alstras vid tändögonblicket, upplad- das kondensatorn ll, vilket medför en väsentligen linjär ökning av spänningen vid punkten H2. Vid uppträdandet av pulsen, som alstras vid H1 av tändsignalen, blir den tidigare spärrade transistorn 9 ledande, varigenom konden- satorn ll kan urladdas och det vid H2 sålunda uppstår en sågtandsspänning, vilken visas vid den tredje vågíormen i fig 4. Denna sågtandsspänning jämföres av komparator 12 med den konstanta spänning, S0m bestämmes aV SPännin9S' delaren 13, 14. Denna konstanta spänning visas med en strec- kad rät linje vid den tredje vågformen i fig 4. Kompa- ratorn 12 avger vid sin utgång en signal, som är på nivån 1, när spänningen vid den positiva ingången överstiger spänningen viå den negativa ingången, och på nivån 0 i motsatt fall. Komparatorns 12 utgång representerar sålunda en signal, som är på nivån 0«i det ögonblick' då kondensatorn ll urladdas, och som återgår till nivån 1, när de till den negativa och den positiva ingången anslutna spänningarna är lika stora- Denna signal, som alstras vid punkten I, visas vid den fjärde vågformen i fig 4. Det kan konstateras, att O-nivån upprätthålles under en konstant tid T, eftersom denna tid svarar mot kondensatorns 7909687-1 9 ll laddningstid för uppnående av den av spänningsdelaren 13, 14 fastställda nivån.

Den till punkten I avgivna signalen påföres sågtands- generatorn 2, vars ingång innefattar en deriveringskrets, som utgöres av en kondensator 15, som är seriekopplad med ett motstånd 16, varvid ett motstånd 17 ansluter denna enhet till jord. Enheten 15, 16, 17 är kopplad till basen hos en transistor 18 och den spänning, som är ansluten till transistorns 13 bas,dvs vid punkten Il i fig 3, visas vid den femte vâgformen i fig 4. Transistorns 18 bas mottar sålunda en puls vid ankomsten av varje stigande kant hos den av den monostabila kretsen 1 alstrade signalen. Transistorns 18 emitter är ansluten till jord och dess kollektor är ansluten till punkten I2. Denna punkt I2 är via ett motstånd 19 kopplad till den positiva matningen och ansluten till jord via en kondensator 20.

Punkten I2 är ansluten till sågtandsgeneratorns 2 utgång J. Kondensatorn 20 uppladdas på progressivt vis, så att spänningen vid J ökar väsentligen linjärt med tiden till dess att en puls på transistorns 18 bas gör denna transis~ tor ledande och medger plötslig urladdning av kondensatorn . Det inses sålunda, att man vid J erhåller en sågtands- spänning, som visas vid den sjätte vågformen i fig 4.

Spänningen vid J anslutes till en toppvärdesdetektor 3.

Detektorn 3 innefattar en operationsförstärkaren 21, vars positiva ingång är kopplad till punkten J. Förstärkarens 21 utgång har en diod 22 och en krets, som är återkopplad till förstärkarens 21 negativa ingång för att kompensera spänningsfallet vid diodens 22 anslutningar. Diodens 22 utgång är ansluten till jord via en kondensator 23 och bildar toppvärdesdetektorns 3 utgång K. Detektorn 3 av- känner den vid J givna spänningens toppvärde, vilket anges med den prickstreckade räta linjen vid den sjätte våg- íormen i fig 4. Spänningen vid K anslutes till en potentio- meter, som utgöres av ett motstånd 24, som har en glid- kontakt och är anslutet till jord. Potentiometern 24 bildar sålunda en spänningsdelare, som uttar en del av spänningen vid K, så att spänningen vid L vid spänningsdelarens 5 790968?-¶ utgång representeras av den streckade räta linjen vid den sjätte vågformen i fig 4.

Den vid punkten L erhållna spänningen anslutes till den positiva ingången hos en komparator 4, vars negativa ingång mottar den vid punkten J erhållna spänningen.

Komparatorns 4 utgång ger en signal, som visas vid den sjunde vågformen i fig 4. Denna signal uppträder vid nivån l vid urladdning av kondensatorn 23, eftersom spänningen vid den negativa ingången blir lägre än spän- ningen vid den positiva ingången. Signalen förblir vid- denna nivå till dess att sågtandsspänningen vid punkten J blir lika med den vid L givna spänningen, varefter den övergår till 0-nivån. Det inses sålunda, att denna signals början inträder vid uppträdandet av signalen vid punkten I, dvs då tiden T avräknats från tändpulsen. Signalens slut inträder, då en bestämd bråkdel av den period, som åtskiljer två på varandra följande tändpulser, förflutit, varvid denna bråkdel bestämmes av det medelst spännings- delaren 5 fastställda förhållandet. Detta medför, att den vid M erhållna signalens varaktighet motsvarar en konstant vridningsvinkel för motorn.

För väljande av en lämplig tid T inträder sålunda början av den vid M erhållna signalen vid en punkt, som motsvarar en punkt på kurvan OAlBlClDl i fig l och inträ- der den vid H erhållna signalens slut vid en punkt, i fig l. Med andra ord kommer på en felmarginal när, som i föreliggande som motsvarar en punkt på kurvan O2A2B2C2D2 fall är ca 50, den vid M erhållna signalens början att in- träda vid passagen vid den övre dödpunkten och den vid M erhållna signalens slut att inträda 300 efter den övre dödpunkten. Det inses sålunda, att man kan utnyttja den vid M erhållna signalen för att verksamgöra en vibrations- avkännare, som igångsättes inom omrâdet 0-300 från den övre dödpunkten för detektering av eventuellt uppträdande knackning under drift av den motor, till vilken anordningen är ansluten. Detta resultat har uppnåts utan att det varit nödvändigt att utnyttja ett speciellt kännar- don, vilket innebär en stor ekonomisk fördel.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 neoa-seav- 1 11 PATENTKRAV

1. Elektrisk anordning, som är ansluten till en periodisk generator för alstring av tändsignaler för eng förbränningsmotor, särskilt för motorfordon, varvid tänd-0 signalen under varje period i knackningsförhindrande syfte är förskjuten i förhållande till den övre dödpunkten i den cylinder, som utsättes för tändning, ett variabelt värde såsom funktion av motorns rotationshastighet, varvid an- ordningen avger en periodisk signal, vars början och slut under varje period inträder i förhållande till tidpunkten för passage vid den övre dödpunkten på ett väsentligen konstant sätt med en förutbestämd felmarginal, k ä n n e - t e o k n a d därav, att den innefattar dels åtminstone ett första steg (1), som alstrar en signal (I), vilken är förskjuten en konstant tid (T) i förhållande till den sig- nal (H), som det mottar, dels åtminstone ett andra steg (2, 3, 4, 5), som alstrar en signal (M), som i förhållande till den signal, som det mottar (I), är förskjuten en tid, *som motsvarar en konstant vridningsvinkel för motorn, var- vid dessa tva steg är-anordnade i serie för att definiera början och/eller slutet av den resulterande signalen.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k 8 n n e - t e o k n a d därav, att det första steget (1), som åstadkommer en förskjutning en konstant tid, är en mono- stabil multivibrator, som innefattar en kondensator (ll), som urladdas via en transistor (9) vid mottagandet av tändsignalen (H) och vars laddningsspänning medelst en komparator (12) jämföras med en konstant spänning, för alstring av en signal vid en tidpunkt, da de båda jämförde spänningarna är lika stora.

3. Anordning enligt patentkravet l eller 2, k 8 n - n e t e o k n a d därav, att det andra steget (2, 3, 4, 5), som åstadkommer en förskjutning, som motsvarar en konstant vridningsvinkel för motorn, är en för alstring av ságtands- - spänning avsedd generator (2), som är ansluten till en toppvärdesdetektor (3), varvid den toppspänning, som 7909637-1 10 15 20 12 erhålles medelst sågtandsspänningsgeneratorn, uppdelas och jämföres med sågtandsspänningen.

4. Anordning enligt patentkravet 3, t e c k n a d därav, att sågtandsspäñningsgeneratorn (2) innefattar en kondensator (20), som är anordnad att ur- laddas via en transistor (18) vid mottagandet av den sig- k ä n n e - nal (I), som mottas av det andra steget, som åstadkommer en förskjutning, som motsvarar en konstant vridnings- vinkel för motorn.

5. Anordning enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att vinkelförskjutningen, som i förhållande till den övre dödpunkten i den cylinder, som utsättes för tändningen, hänför sig till början av den medelst anordningen alstrade signalen, är väsentligen lika med noll.

6. Anordning enligt något av patentkraven l-5, k ä n n e t e c k n add därav, att den medelst anordningen åstadkomna signalen (M) styr verksamgöringen av en vibra- tionsavkännare under hela varaktigheten av nämnda signal.

7. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t'e c k n a d därav, att vibrationsavkännaren, vars verksamgöring styres av anordningen, är avsedd att detek- tera en eventuell knackning vid den till anordningen anslutna motorns drift.