SE437286B - Tendsystem for flercylindrig fyrtaktmotor - Google Patents

Description

8204248-2 :Z fningarna för att vid höga kompressionstryck skapa en gnista som förmår gatt ge fullgod antändning av den i cylindern komprimerade bränsle- luftblandningen. Den ökade risken för överslag ställer dessutom höga gkrav på försiktighet vid manuella ingrepp i tändsystemet, exempelvis - vid service eller liknande.

Vid andra typer av förbränningsmotorer, exempelvis små tvåtaktmo-~ - torer av Ottotyp för motorsâgar eller liknande, är det känt att an- vända kapacitiva tändsystem med en till tändstiftet ansluten tändspole inbyggd i en enhet direkt anfästbar_pâ tändstiftet. Ett kapacitivt tändsvstem av detta slag saknar dock tändtidpunktreglering och upp- visar_dessutom.brister vad gäller radioavstörning, servicebarhet m m.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att utforma ett kapacitivt tändsystem för en flercylindrig fyrtaktmotor av Ottotyp för bildrift, med minst ett tändstift för varje cylinder, vilket tändsystem inne- fattar ett lâgspänningsblock och ett högspänningsblock samt ett till varje tändstift i motorn väsentligen kabelfritt anslutbart tändstycke.

I tändsystemets lâgspänningsblock ingår därvid en styrenhet som i beroen- de av motorns driftsförhâllanden avger signaler för utlösning av tänd- stiftens tändning i en förbestämd följd¿ Uppfinningen kännetecknas av att samtliga tändstycken ingår i åtminstone en för minst tvâ varandra närlig- Ia gande tändstift gemensam hanterbar enhet, en s k tändkassett, som är mon-, ,terbart fäst vid närliggande motordelar samt att väsentligen samtliga i tändsystemets högspänningsblock ingående elektriska komponenter är inne- ífattade i tändkassetter som upptager motorns tändstycken.

Högspänningsblocket innefattar ett mot tändstiftens antal svarande anrai tändstycken, viiket majiiggar ett säkert Den ratianeiif handha- vande av enheten, samtidigt som aysaknaden av högspänningsförande kab- lar och fördelare underlättar en god radioavstörning.

Vid den uppfinningsenliga lösningen påvisas en väsentligen direkt an- slutning av högspänningsblocket till tändstiften, vilket säkerställer att hög tändspänning med kort stigtid kan överföras till tändstiften.

Detta möjliggör att tändstiften kan utformas med stora gnistgap utan risk för utebliven gnistbildning. Ett dylikt relativt stort gnistgap befordrar en fullständig fördränning av cylinderns bränsle-luftbland- ning och speciellt halten kolväten (HC) i avgaserna kan därigenom be- gränsas. Vid en fördelaktig utföringsform av uppfinningen är motorn försedd med tändstift vars gnistgap överstiger l,0 mm. f 3204248-2 övriga uppfinningen utmärkande särdrag framgår av efterföijande patentkrav och nedanstående beskrivning av en uppfinningen exempiifi- erande utföringsform. Beskrivningen utföres med hänvisning tiii bi- fogade figurer av viika» . 1 Figur 1 schematiskt iiiustrerar ett uppfinningseniigt kapacitivt tändsystem för biiar, visar ett tvärsnitt genom en tändsystemets högspännings- biock innefattande tändkassett och visar en pianvy av en dei av tändkassetten eniigt figur 2.

Figur 2 Figur 3 Som framgår av figur 1 kan det uppfinningseniiga tändsystemet in- deias i ett högspänningsbiock 1 och ett iâgspänningsbiock 2, som är iedningsförbundna med varandra och med en strömförsörjningsenhet 3.

I den senare ingår fordonets batteri (ej visat), från viiket iågspänd ström matas via en iedning 25 tiii en'i iågspänningsbiocket 2 ingående spänningsstabiiisator 4 och via en iedning 20 tiii en i högspännings- biocket 1 ingående iaddningsenhet 9. I iågspänningsbiocket 2 ingår komponenter som huvudsakligen arbetar med iågspänd ström upp tiii 12 voit, medan högspänningsbiocket 1 innefattar komponenter som arbetar med strömspänningar därutöver.

Förutom spänningsstabiiisatorn 4 består iågspänningsbiocket 2 i huvudsak av ett antai på motorn anordnade givare 5,6,7, som avkänner motorns driftsförhåiianden, samt entrigger-koppiing 15 och en eiek- tronisk styrenhet 8 i form av en dator. Givarna 5-7 är iedningsför- bundna med styrenheten 8, viiken senare genom en iedning 30 erhåiier strömförsörjning via spänningsstabiiisatorn 4. Via en iedning 51 er- hâiier även trigger-koppiingen 15 strömförsörjning från spänningsstabi- iisatorn 4.

Högspänningsbiocket 1 innefattar förutom iaddningsenheten 9 en tänd- kondensator 10 samt för vart och ett av motorns fyra tändstift 11-14 en uriaddningskrets 16-19 och en tändkrets 21-24. I en i iaddningsen- heten 9 ingående spänningsomvandiare (ej visad) transformeras iågspän- ningen upp tiii en iaddningsspänning meiian 200 voit och 600 voit. Kon- densatorn 10 är anordnad meiian två från iaddningsenheten 9 utgående iedningar 35,45 och biidar tiiisammans med iaddningsenheten 9 en upp- iaddningskrets för iagring av tändenergi, varvid en i iaddningsenheten- 9 innefattad spänningsreguiator (ej visad) avbryter kondensatorns 10 uppiaddning vid en förvaid spänningsnivå.

Kondensatorn 10 är anordnad samverka med fyra uriaddningskretsar 8204248-'2 4 316-19 som är parallellt kopplade mellan ledningarna 35,45. Varje ur- laddningskrets 16-19 innefattar primärlindningen 26-29 hos en tänd- transformator 31-34 samt en med primärlindningen 26-29 seriekopplad kontaktlös strömbrytare 36-39, en s k triac..Varje tändtransformators 31-34 sekundärlindning 41-44 är kopplad till var sitt tändstift 11-14 i motorn. ' A I ~ Varje triac-element, d v s varje strömbrytare 36-39, utgör ett halv- ledarelement i form av två parallellkopplade och motriktade tyristorer.

Ett dylikt triac-element kan bringas växla mellan ett för strömgenom- gâng öppet eller stängt läge i beroende av en yttre styrsignal, som tillföres triac-elementet via en s k trigger-ledning 46-49 från låg- spänningsblockets styrenhet 8. Vid utsignal från styrenheten 8 till en trigger-ledning 46-49, exempelvis ledningen 46, intager triac-ele- mentet 36 ett slutet läge; Därvid urladdas tändkondensatorn 10 från laddningsspänningsnivån, exempelvis 400 volt på ledningen 35, genom 1 primärlindningen 26 och triac-elementet 36 till matningsspännings- nivån, cirka 12 volt, på ledningen 45, 1 tändtransformatorns 31 se- kundärlindning 41 induceras därmed en mot transformatorns lindnings- 'förhållande svarande tändspänning som via tändkretsen 21 tillföres gtändstiftet 11 för att mellan dess elektroder utlösa gnistbildning.

Styrenheten 8 fördelar utsignaler på trigger-ledningarna 46-49 i be- roende av för tändtidpunktstyrning sedvanliga insignaler från de på mo- torn anordnade givarna 5,6,7. Givaren 5 avkänner två markeringar be- lägna 180° från varandra på motorns svänghjul (ej visat) och avger till_ istyrenheten 8 via en ledning 40 en häremot svarande signal, lämpligen i form av en fyrkantsvâg, som ger information om kolvarnas läge relativt övre dödpunkten samt om motorns varvtal. Givaren 6 avkänner en marker- ing på motorns kamaxel (ej visad) och avger till styrenheten 8 via en ledning 50 en häremot svarande signal, vilken ger information om när en viss cylinder står i tur för tändning. Givaren 7 avkänner inlopps- trycket till motorn och avger till styrenheten 8 via en ledning 60 en häremot svarande signal. ' 5 .

Trigger-ledningarna 46-49 från styrenheten 8 till triac-elementen 36-39 genomgår den i lâgspänningsblocket 1 ingående trigger-kopplingen där trigger-signalerna från styrenheten 8 filtreras och anpassas för styrning av triac-elementen 36-39, Trigger-kopplingen 15 kan i detta syfte med fördel innehålla en s k opto-kopplare som medger.en störnings- fri och noggrann överföring av trigger-signalerna. _ 10 ' 725 307 787204248-2, Vid ett i figurerna 2 och 3 visat utförande är det i figur 1 åter- givna högspänningsblocket 1 integrerat iwen sammansatt enhet i form av en s k tändkassett 70. Denna begränsas utåt av ett metallhölje 71, som innefattar två längsgående sidopaneler 81,82, samt en som ett mellanstycke utformad överdel 72, företrädesvis av aluminium, och fyra i tändkassettens 70 underdel anbringade gummidamasker 76. I tändkassetten-70 är innefattade fyra tändstycken 61,62, ett för varje tändstift 11-14 i motorn, vilka tändstycken 61,62 är förbundna med varandra och med överdelen 72 via metallhöljet'71.> Varje tändstycke 61,62 innefattar i-sin tur en tändtransformator 31-34. Tändkondensatorn 10 och de i urladdningskretsarna 16-19 in- * gående triac-elementen 36-39 är samtliga innefattade i den som mel- -lanstycke utformade överdelen 72, vilken med undantag av tändstyckena 61,62 innefattar all elektronik ingående i tändsystemets högspännings- block 1. Uverdelens 72 ovansida är utformad som en metallskena 77 försedd med kylflänsar 78, vilken skena 77 sträcker sig_längs hela tändkassetten 70 och möjliggör bortledning av förlustvärme som alst- ras i överdelen 72, _ I Skenan 77 är utformad med två längsgående nedâtriktade flänsar 80, mot vilka sidopanelerna 81,82 anfästas medelst skruvar 85, och skenan 77 är dessutom försedd med hålförsedda längsgående sidoflänsar 79, varmed tändkassetten 70 kan anfästas till närliggande motordelar med hjälp av skruvar.

Undre delen av sidopanelerna 81,82 är förbundna med respektive tändstycken 61,62 genom att i metallhöljet 71 utskurna tungor 86,87 genom snäppverkan samverkar med på respektive tändstyckens 61,62 ytter- sidor utformade klackar 91,92. De av sidopanelerna 81,82 bildade gavel- ändarna, av vilka en visas i figur 3, igenslutas var och en av en från endera av sidopanelerna 81,82 bockad sidogavel. Metallhöljet 71 innefattar en ej visad bottenplåt, som är uppbockad från en av sido- panelerna 81,82 och utformad med ett antal urtag (ej visade) för att tändstyckena 61,62 skall kunna erhålla kontakt med tändstiften 11-14; Tändkondensatorn 10 och triac-elementen 36-39 i överdelen 72 är förbundna med tändtransformatorernas 31-34 respektive primärlind- ningar 26-29 via kablar 66,67, som i ändarna är försedda med sedvan- liga elektriska anslutningsdon 68,69. Kablarna 66,67 överför endast laddningsspänningar mellan 200 volt och 600 volt och kräver ej tänd- spänningsisolering. 82Û4248"2 :e Varje tändtransformators 31-34 sekundärlindning 41-44 är avsedd ' erhålla fbrbindelse med mittelektroden (ej visad) på ett tändstift 11-14 via_ett konventionellt anslutningsdon 73; Genom att tändkasset- 'ten 70 skall vara fast anbringad på motorn är det tillfyllest att an- " sluta tändstyckena 01,62 till respektive tändstift 11-14 med en i an- slutningsdonet 73 innefattad fjäder 74, vilken säkerställer att ett kontaktbleck 75 bringas till anliggning mot tändstiftets 11-14 mitt- elektrod. Respektive anslutningsdon 73 skyddas av var sin i kassetten- _ 70 ingående gummidamask 76. I ett vid tändstiftet 11-14 monterat läge I ansluter varje gummidamask 76 tätande mot respektive tändstifts 11-14 isolator. För 'att skydda tändtransformatorerna 3_1-34 mot yttre på- verkan är varje tändstycke 61,62 utformat i ett så kallat "solid state"- utförande där tändtransformatorn 31-34 är helt inbakad i ett plast-- material.

Elektronikkretsarna i överdelen 72 är också helt eller delvis in- _gjutna i en plastkropp enligt ovannämnda "solid state"-utförande.

Nämnda plastkropp är'i sin tur ingjuten mellan de längsgående nedåt- riktade flänsarna 80 på skenan 77. g . ' , Den så bildade tändkassetten 70 möjliggör ett synnerligen enkelt och säkert handhavande av tändsystemets högspänningsblock 1. De avse- värda risker som personer löper vid oförsiktiga ingrepp i dagens tänd- * system, i vilka en ansenlig mängd_högspänningskablar och den separata tändfördelaren är påtagliga riskkällor, har väsentligt reducerats.

Kassetten 70 kan snabbt monteras och demonteras såväl vid service som under tillverkning av motorn. Den mångfald av avstörningsdetaljer som ett konventionellt tändsystem erfordrar vid tändstift, tändfördelare och tändspole kan vid det uppfinningsenliga tändsystemet ersättas 1 helt av det metallhölje 71 som omger tändkassetten 70. Avstörningen ' blir däreigenom både effektivare och billigare. :_ _ 301 Genom väsentligen kabelfri anslutning av den högspänningsblocket 1 innehållande tändkassetten 70 till tändstiften 11-14 säkerställes över- föring av maximal tändspänning till tändstiften 11-14. Avsaknaden av långa kabelöverföringar och högspänningsblockets 1 kompakta Utförande begränsar även den kapacitiva belastningen på tändsystemet. Detta medför en synnerligen hög frekvens hos tändspänningen och en däremot svarande snabb stigtid hos densamma. Härigenom möjliggöres utnyttjan- - det av tändstift 11-14 med stor värmeavledande förmåga, s k kalla tändstift, enär risken för utebliven gnistbildning, exempelvis vid 8204248-2 kallstart, i praktiken väsentligt reduceras genom den snabba stigtiden hos tändspänningen. å Det innebär att fördelarna som följer med användningen av "kalla" tändstift vid hög motorbelastning och höga motorvarvtal kan utnyttjas även vid vanlig bilkörning. De kalla tändstiftens stora värmeavledande förmåga medför en ökad marginal mot okontrollerad förbränning, s k' knackning, i motorn när denna belastas hårt och/eller när alkoholhal- tiga bränslen användas. För en given motor betyder detta att man kan välja ett högre kompressionsförhållande än eljest gängse för motorn,_ vilket medför att motorn kan bättre utnyttja den tillförda energin, d v s uppvisa en lägre bränsleförbrukning.. _ ' Härutöver medför tändspänningens korta stigtid tillsammans med den elektroniskt arbetande tändfördelningen i styrenheten 8 att tändtid- punkten även vid höga motorvarvtal kan styras exakt för optimal bränsle- förbrukning och/eller effektavgivning. 1 Den korta stigtiden till ett högt spänningsvärde följs vid det kapacitiva tändsystemet av ett snabbt fall hos tändspänningen. Följ- aktligen blir varaktigheten hos gnistan mellan tändstiftelektroderna _ kort även om den överförda tändenergin är ansenlig. Den möjliga kon- takten mellan gnistan och bränsle-luftblandningen blir därmed begrän- sad medrdsk för ofullständig förbränning som följd. Speciellt kan där- vid halten oförbrända kolväten i avgaserna tendera att öka. En ökning av tändstiftens 11-14 elektrodavstând ökar emellertid gnistans volym och därmed ökar även möjligheterna till en fullgod antändning av bränsle-luftblandningen och därmed oçkså en fullständig förbränning med begränsade kolväteföroreningar i avgaserna.

Vid genomförda praktiska prov av ett uppfinningsenligt tändsystem på en fyrcylindrig fyrtaktmotor av Ottotyp för en personbil har elek- trodavståndet på härför avsedda tändstift överstigit 1,0 mm och med_ fördel legat mellan 1,1 mm och 1,5 mm. - Nämnda avstånd kan jämföras med elektrodavstând på cirka 0,7 mm vid ett induktivt tändsystem .- Föroreningshalten i motorns avgaser vid ovannämnda praktiska prov haru med marginal underskridit i lagbestämmelser uppställda gränsvärden.

Vid ovanstående beskrivning av en uppfinningen exemplifierande ut- föringsform är angivet en väsentligen kabelfri anslutning av tänd- styckena 61,62 till respektive tändstift 11-14. Detta utesluter dock inte möjligheten att kunna utnyttja korta kablar mellan tändstyckena 61,62 och tändstiften 11-14. s2o424s-2 _10 8 Inom ramen för uppfinningstanken är styrenheten 8 försedd med en trigger-signaïerna upprepande krets, viïken från tändtidpunkten för motorns respektive cyïindrar avger tvâ e11er fiera trigger-signaïer ti11 samma triac-eïement 36-39 i tät fö]jd, men ändock med tiïïräck- ïigt tidsmeïianrum för att tändkondensatorn 10 skalï hinna uppïaddas efter föregående urïaddning. Härigenom kan tändsystemet exempeivis avge två gnistor i följd så ïänge motorn arbetar vid låg arbetstempe- ratur.och låga motorvarvtal, t ex under 2000 varv/minut, och då om- ständigheter i övrigt ej säkerstäïïer bränsle-1uftbïandningens-an- tändning med endast en gnista. - Under den tid som gnistan vid ett sedvanïigt induktivt tändsystem varar, d v s över 1 ms, hinner ett uppfinningsenïigt kapacitivt tändsystem att generera åtminstone tre ' på varandra föïjande gnistor.

Den beskrivna utföringsformen får såïedes inte verka begränsande på uppfinningen, utan denna kan inom ramen för uppfinningstanken och efterföïjande patentkrav modifieras i ett fiertaï aïternativa utför- ingsformer.

Claims (9)

1. m 20 25 30 35 8204248-2 P A T E N T K R A V l. 'Tändsystem för en flercylindrig fyrtaktmotor av Ottotyp ut- rustad med minst ett tändstift för varje cylinder, vilket tänd- system innefattar ett lågspänningsblock och ett högspänningsblock samt ett till varje tändstift i motorn -väsentligen kabelfritt an- slutbart tändstycke (6l,62) och varvid i tändsystemets lågspännings- block också ingår en styrenhet (8) som i beroende av motorns drifts- förhållanden avger signaler för utlösning av tändstiftens tändning i en förbestämd följd, k ä n n e t e c k n a t av att samtliga tänd- stycken (6l,62) ingår i åtminstone en för minst två varandra närlig- gande tändstift gemensam hanterbar enhet, en s k tändkassett (70), (som är monterbart fäst vid närliggande motordelar samt att väsentli- gen samtliga i tåndsystemets högspänningsblock (l) ingående elektris- ka komponenter är innefattade i tändkassetter som upptager motorns tändstycken (6l,62).i

2. Tändsystem enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att tändstyckena (6l,62) till-alla tändstift i motorn ingår i' en enda gemensam tändkassett (70). '

3. Tändsystem enligt patentkrav l eller 2, k ä n_n e t e c k - n a t av att högspänningsblocket (l) innefattar komponenter i tändsystemet som är avsedda arbeta med spänning över l2 volt.

4. Tändsystem enligt patentkrav 3, k ä n n'e t e c k n a t av att tändsystemet är av kapacitiv typ och att högspänningsblocket (l) innefattar strömbrytarelement (36-39) och minst en tändkondensator '(l0) omslutna av ett plastmaterial, vilka strömbrytarelement styr tändkondensatorns urladdning och därmed tändstiftens tändning i be- roende av styrenhetens signaler.

5. Tändsystem enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t av att i varje tändstycke (6l,62) ingår en tändtransformator (3l-34)) som på i och för sig känt sätt vid tändkondensatorns (l0) urladd- ning genererar tändspänning för tändstiftets tändning} i 8204Q48-2 10 15 20 25 10

6. Tändsystem en1igt något av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n agt av att tändkassetten (70) är försedd med ett me- ta11hö1je (71) för radioavstörande avskärmning av högspännings- b1ocket (1) och att varje tändstycke (61,62) är anordnat att fjädrande anïigga mot tändstiften i motorn.

7. Tändsystem en1igt något av föregående patentkrav, k ä n n e- t,e c k n.a t av att tändstiften uppvisar ett e1ektrodavstând_ som överstiger 1,0 mm, företrädešvis_me11an 1,1 - 1,5 mm.

8. Tändsystem en1igt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att styrenheten (8) samverkar med en-e1ektronikkrets som upprepar utsigna1er ti11 strömbrytarelementen (36-39) att utïösa ur1addning i tändkondensatorn (10) genom tändtransformatorns primär1indning (26-29), varigenom tändning i motorns cy1indrar kan åstadkommas med minst tvâ på varandra fo1jande tändgnistor.

9. Tändsystem en1igt något av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n a t av att styrenheten (8) i 1âgspänningsb1ocket (2) utgöres av en dator ti11 vilken inmatas motorparametrar från ett 'anta1 på motorn anbringade givare (5-7).