SE447154B - Kopplingsanordning for tendning av en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 447 154 fördelaktigt sätt medelst den styrbara halvledarströmställaren med isolerad styrelektrod. företrädesvis en fälteffekttran- sistor av MOS-typ. på sådant sätt. att de kan inläsas av mikrodatorn.

Till följd av de i underkraven angivna åtgärderna blir fördel- aktiga vidareutvecklingar och förbättringar av de i huvud- kravet angivna kännetecknen möjliga. Särskilt fördelaktigt är det härvid att anordna ytterligare en nalvledarströmställare med isolerad styrelektrod pâ beräkningsstegets utgångssida, vars omkopplingssträcka är förbunden med styringången på tänd- omkopplingssteget. så att beräkningsstegets utsignal på detta sätt anpassas till tändomkopplingssteget.

Uppfinningen beskríves närmare nedan i exempelform med ledning av åtföljande ritning, där fig. 1 visar en kopplingsanordning enligt uppfinningen för en tändanläggning. fig. 2 kopplings- uppbyggnaden för det i fíg. 1 visade tändomkopplingssteget, fig. 3 spänningsförloppet i primärlindningen på magnetgenera- torn i tändanläggningen och fig. 4 en andra utföringsform av en i förhållande till fig. 1 på annat sätt uppbyggd styr- koppling för tändanläggningen.

Den i fig. 1 visade kopplingsanordníngen för tändning av en encylindrig förbränningsmotor för en motorsåg är en transistor-spoltändanläggning. som är försedd med en magnet- generator 10. Generatorn 10 består av ett av motorn drivet, roterande polhjul ll, i vilket ett magnetsegment 12 är inbäd- dat för alstring av ett magnetiskt fält vid polnjulets peri- feri- På polhjulets 11 utsida är vid dess períferi ett tänd- ankare 13 stationärt fastsatt, som med varje omloppsvarv hos polhjulet 11 genomtränges av det magnetiska fältet nos segmen- tet 12. Tändankaret 13 är försett med en primârlindníng 14 och en sekundârlindning 15, som med en ände är förbunden med prímärlindningen 14 och med den andra änden med ett tändstift 16 via en tändkabel. Primär- och sekundärlindningarna 14, 15 bildar en tändspole. som är anordnad på en järnkärna 17. Via anslutningsledningar 18 och 19 är primärlindningen 14 förbun- x 10 15 20 25 30 35 447 154 den med tändanläggningens primärströmkrets, 1 vilken ett tänd- omkopplíngssteg 20 är anordnat. En styringång 21 på tändom- kopplingssteget 20 är förbunden med en styrkoppling, som om- fattar en mikrodator 22. Spänningstillförseln till mikrodatorn 22 sker via ett lagríngssteg 23, bestående av en RC-seriekopp- ling av en kondensator 24 och ett motstånd 25 och en före densamma inkopplad diod 26. Plusklämman på kondensatorn 24 bildar både in- och utgång för lagringssteget 23 därigenom, att den å ena sidan är förbunden med en ände 14a av primär- lindningen 14 och å andra sidan med plusklämman 27 på mikro- datorn 22. Minusklämman på kondensatorn 24 bildar en andra utgång 24a för lagringssteget 23, som är förbunden med minus- klämman 28 på mikrodatorn 22. För begränsning av matningsspän- ningen till ca 15 V är en i beroende därav dimensionerat zenerdiod 29 parallellkopplad med kondensatorn 24 i lagrings- steget 23. Díoden 26 på stegets 23 íngångssida är motsatt polaríserad mot tändomkopplingsstegets 20 ledríktníng. På anodsidan är den via anslutningsledningen 18 förbunden med primärlindningens 14 andra lindningsände l4b.

Med styríngången 30 på mikrodatorn 22 är såsom halvledarström- ställare med isolerad styrelektrod en självspärrande fält- effekttransístor 31 av MOS-typ (N-kanal-anríktningstyp) för- bunden. Transístorns kollektor D och emitter S bildar transistorns 31 omkopplingssträcka och är förbundna med ut- gångarna på lagringssteget 23. varvid kollektorn D via ett belastningsmotstånd 32 är förbunden med ninusklämman 28 på míkrodatorn 22 och emittern S är förbunden med plusklämman 27 på míkrodatorn 22. Styringången 30 på míkrodatorn 22 är direkt förbunden med kollektorn i transistorn 31. medan styrelektro- den G via ett spänningsbegränsande steg och anslutningsled- ningen 18 är förbunden med änden 14b av prímärlíndningen 14.

Det spänníngsbegränsande steget består härvid av en med primärlindningen 14 parallellkopplad gren med en zenerdíod 13 och ett före densamma inkopplat motstånd 34. vars uttag 35 är förbundet med styrelektroden G via ytterligare ett motstånd 36. På anodsidan är dioden 33 via ledningen 19 förbunden med plusklämman 27 på mikrodatorn 22 och med prímärlindningens 14 10 15 20 25 30 35 447 154 ände 14a. medan motståndet 34 via ledningen 18 är förbunden med den andra änden 14b av primärlindningen 14. ä Ytterligare en fälteffekttransistor 37 av MOS-typ (P-kana1- å -anriktníngstyp) är förbunden med styfutgången-38 och är med en kopplíngssträcka förbunden med styringången 21 på omkopp- lingssteget 20, varvid den med öppen kollektor D är förbunden med styringången 21 på steget 20. Transistorn 37 är vidare med styrelektroden G förbunden med styringången 38 på mikrodatorn 22 och är med emittern S via ledningen 19 förbunden med den med prímärlíndningen 14 förbundna plusklämman 27 på mikro- datorn 22.

Fig. 2 visar kopplingen för tändomkopplíngssteget 20. Detta steg omfattar en Darlington-kopplad tändtransistor 40. vars omkopplingssträcka är inkopplad i prímärströmkretsen, varvid den på kollektorsídan är förbunden med ledningen 18 och på emittersidan med ledningen 19- Basen i transistorn 40 är via ett motstånd 41 förbunden maidess)«flladxm.'Tändtransístorns 40 styrsträcka mellan bas och emitter är överbryggad av omkopp- lingssträckan í en styrtransistor 42, vars emitter är förbun- den med emíttern i tândtransistorn 40. Basen i transístorn 42 bildar å ena sidan styringång 21 för omkopplingssteget 20 och är ä andra sidan via en zenerdiod 43. en förkopplad diod 44 och ett motstånd 45 förbunden med ledningen 18 och via ytter- ligare ett motstånd 46 med ledningen 19. Dioden 44 i denna kopplingsgren är polariserad på sådant sätt. att den ligger 1 ledriktning för de för tändning erforderliga halvvägorna i prímärlindningen 14. Díoden 43 är däremot inkopplad i motsatt ledriktning.

Med hjälp av det i fig. 3 visade förloppet för spänningen Ul4 över primärlindningen 14 under ett omloppsvarv hos polhjulet i 11 förklaras nu närmare verkningssättet för tändanläggningen *- enligt fig. 1 och 2. För spänningsförloppet antages härvid den - nedre änden l4a av primärlindningen 14 vara referens. Så snart magnetsegmentet 12 närmar sig tändankaret 13. uppträder till en början 1 prímärlindningen en negativ spänningshalvvåg. som 10 15 20 25 30 35 447 154 enbart dämpas så kraftigt av den med primärlindningen 14 parallellkopplade kopplingsgrenen med zenerdioden 33 och mot- ståndet 34, att de övriga komponenterna 1 tändanläggningen ej kan förstöras till följd av alltför hög spänning. Den negativa spänningshalvvâgen uppladdar dessutom via motståndet 25 och díoden 26 kondensatorn 24 i lagringssteget 23. så att mikro- datorn 22 klämmor 27 och 28 tager tillräcklig matningsspänning av 3,5 - 5 V. Till följd av den med kondensatorn 24 parallell- kopplade zenerdíoden 29 bäflänsasmatningsspänníngen till 5 V.

Fälteffekttransístorn 31 är till en början fortfarande spärrad till följd av brist på styrspänning vid styrelektroden. så att kondensatorns 24 minuspotential via belastningsmotståndet 32 även uppträder vid styríngängen 30 på mikrodatorn 22. vid styrutgângen 38 på mikrodatorn 22 uppträder även minus- potential, så att transistorn 37 är strömledande och därmed tillför styringången 21 på tändomkopplingssteget 20 potentialen för ledningen 19. Styrtransistorn 42 i omkopp- lingssteget 20 förblir därför spärrad.

Med början av den positiva špänningshalvvägen i primärlind- ningen 14 styres i omkopplingssteget 20 tändtransistorn 40 via motståndet 41 till strömledande tillstånd och börjar en prímärström flyta, medelst vilken primärspänningen Ul4 be- gränsas till nâgra få volt. För denna spänningshalvvâg befin- ner sig díoden 26 i lagringssteget 23 i spärriktning. så att kondensatorn 24 ej kan omladdas. Vid motstånden 34 och 36 matas emellertid denna spänning till styrelektroden i fältef- fekttransistorn 31. Styrelektrodens potential blir därmed högre än pluspotentialen vid emittern i transistorn 31, så att denna styres till strömledande tillstånd. Via transistorn 31 flyter numera en av kondensatorn 24 driven styrström genom belastníngsmotståndet 32 och uppträder härigenom vid styrin- gången 30 på mikrodatorn 22 även pluspotentialen. Med denna insignal räknar nu mikrodatorn 22 tändtidpunkten i beroende av motorns varvtal. Beräkningen av tändtidpunkten förklaras närmare t.ex. i DE-OS 30 06 288. Till följd av denna beräkning omkopplas vid tändtidpunkten Zzp styrutgången 38 från minus- potential till pluspotential hos matningsspänningen. så att 10 15 20 25 30 35 447 154 styrelektrod och emitter i transistorn 37 erhåller samma potential. Transistorn 37 spärras härigenom. Styrtransistorn : 42 i omkopplíngssteget 20 styres därmed omedelbart via mot- ståndet 45. dioden 44 och zenerdioden 43 till strömledande tillstånd och överbryggar därmed styrsträckan i tändtran- sistorn härigenom brytes primärströmmen sprângartat och upp- träder i sekundärlindningen 15 nu en högspänníngspuls, som vid tändstiftet 16 ger upphov till en tändgnista. Till följd av tändförloppet alstras även i primärlindningen 14 en oscil- lerande hög spänningstopp, som emellertid begränsas av zener- dioderna 29 och 33. Vid slutet av den positiva spänningshalv- vågen Ul4 spärras åter fälteffekttransistorn 31 i och med den positiva spänningshalvvågens upphörande punkt vid styrutgângen 38 på mikrodatorn 22 styres genom omkoppling till minuspoten- tíal transistorn 37 åter till ledande tillstånd. så att även styrtransistorn 42 åter spärrar. Med varje omloppsvarv hos polhjulet ll upprepas nu ovan beskrivna förlopp periodiskt.

Fig. 4 visar i ett annat utförande en styrkoppling för en tändanläggning enligt fig. 1, varvid lika komponenter är försedda med samma hänvisningsbeteckningar. Kondensatorn 24 i lagríngssteget 23 är i detta fall via anslutningsledningen 18 förbunden med den övre änden l4b av primärlindningen 14 och följaktligen är även minusklämman 28 för matníngsspänningen till mikrodatorn 22 förbunden med ledningen 18. På mikro- datorns 22 styringângssida är i detta fall en självledande fälteffekttransistor 3la av HOS-typ (N-kanal-utarmningstyp) anordnad och är zenerdioden 33 i det spänningsbegränsande steget i detta fall på katodsidan förbunden med anslutninge- ledningen 18. Med styrutgången 38 på mikrodatorn 22 är ytter- ligare en självspärrande fälteffekttransistor 37a (P-kana1- -utarmningstyp) förbunden. vars emitter i detta fall är för- bunden med anslutningsledningen 18. Även i detta fall användes den negativa spänníngshalvvågen i den i fig. 3 visade spän- ? ningen Ul4 i primärlindningen 14 för uppladdning av kondensa- torn 24 i lagringssteget 23. varvid transistorn 3la vid styringången 30 på mikrodatorn 22 är självledande och transistorn 37a vid styrutgången 38 är spärrad till följd av 10 15 20 25 30 35 447 154 vid styrelektroden uppträdande pluspotentíal. Via ett med kol- lektorn förbundet belastníngsmotstånd 47 bringas härígenom potentialen på ledningen 19 att uppträda vid styringången 21 på omkopplingssteget 20. Med början av den positiva spännings- halvvågen blir potentialen vid styrelektroden i transistorn 3la negativ i förhållande till potentialen vid emittern och spärrar transistorn 3la. Härigenom ökas potentialen vid styr- ingången 30 på mikrodatorn 21 via belastníngsmotståndet 32 till pluspotential för matningsspänníngen. I beroende härav avger nu mikrodatorn 22 vid tändtidpunkten minuspotentialen för matníngsspänningen från sin styrutgâng 38. så att transistorn 37a numera blir jälvledande. Potentialen på an- slutningsledníngen 18 omkopplas nu via transistorn 37a till styringången Zl på omkopplingssteget 20 och utlöses därmed på tidigare beskrivet sätt ett tändförlopp.

Uppfinningen är ej begränsad till de visade utföringsformerna. eftersom både tändomkopplingssteget 20, mikrodatorn 22 och lagríngssteget 23 kan ha annan uppbyggnad. I stället för fält- " effekttransistorer kan dessutom även andra. företrädesvis effektlöst omkopplande komponenter såsom optokopplare eller liknande användas. I stället för magnettändgeneratorn 10 kan en magnetgenerator med separat tändspole användas. Väsentligt är emellertid. att de för tätning ej erforderliga generator- halvvâgorna i primärströmkretsen användes för matning av spän- ning till ett beräkningssteg och att de för tändning utnytt- jade generatorhalvvågorna omvandlas till följd av koppling på ingångssidan vid styringången på beräkningssteget på sådant sätt. att de i beräkningssteget kan behandlas såsom varv- tals- och referenssignal för bestämning av tändtidpunkten. Med fördel kan härvid fälteffekttransistorerna vid beräknings- stegets ingång och utgång vara integrerade i detsamma. De visas såsom diskreta komponenter i detta fall uteslutande för bättre förklaring av verkningssättet. Det är även oväsentligt om anslutningsledningen 19 eller såsom visas i fig. l och 4 anslutningsledningen 18 är förbunden med jord. Såsom mikro- dator 22 kan vid en kopplíngsanordníng enligt de båda ut- 447 154 föríngsfozmerna följande míkrodatox: användas: COP 311 från National Semíconductor.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 447 154 Patentkrav

1. Kopplingsanordníng för tändning av en förbränningsmotor, omfattande dels en av motorn driven magnetgenerator, dels en generatorlindning i en tändspoles primärströmkrets. dels ett tändstift i tändspolens sekundärströmkrets, dels en styr- koppling, som omställer ett tändomkopplingssteg vid tändtid- punkter och omfattar ett beräkningssteg. vars styringâng är förbunden med generatorlindníngen. och dels ett för beräk- ningsstegets spänningsmatning avsett lagringssteg, vars utgång är förbunden med beräxníngssteget och vars ingång är förbunden med generatorlíndníngen via en diodanordning. k ä n n e - t e c K n a d av att diodanordningen (26) på ingångssidan av lagríngssteget (23) är inkopplad motsatt polaríserad mot tänd-1 omkopplingsstegets (20) ledríktning, att omkopplingssträckan i en halvledarströmställare (31) med isolerad styrelektrod och ett vid dess utgång anordnat belastníngsmotstånd (32) är parallellkopplade med utgången (24a) på lagríngssteget (23), att strömställarens (31) utgång (D) är förbunden med styrin- gången (30) på beräkningssteget (22) och att styrelektroden (G) i strömställaren (31) är förbunden med generatorlind- l4b) är förbunden både med lagringssteget (23) och med en spän~ níngens (14) ena ände (14b, 14a), vars andra ände (lda. ningsmatningsklämma (27, 28) på beräkníngssteget (22).

2. Anordning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att halvledarströmställaren (31: 31a) är en fälteffekttransistor av MOS-tYP. vars kollektor (D) är förbunden med styríngången (30) och via ett belastníngsmotstând (32) med en spânningsmat~ ningsklämma (27. 28) på beräkningssteget (22), vars emítter (S) är förbunden med den andra spänníngsmatningsklämman (28. 27) på beräkningssteget (22) och vars styrelektrod (G) via en spänningsbegränsare (33. 34) är förbunden med generatorlínd- níngens (14) ena ände (14b. 14a). K ä n n e t e c k n a d

3. Anordning enligt krav 2. av att spänningsbegränsaren består av en med generatorlindningen (14) 10 15 20 25 30 447 154 10 parallellkopplad gren med en zenerdíod (33) och ett för- f kopplíngsmotstånd (34). vilkas förbindníngspunkt (35) via ytterligare ett motstånd (36) är förbunden med transistorns 2 (31) styrelektrod (G). k ä n n e t e c k n a d av att zenerdioden (33) för dämpning av de för tändníng outnyttjade

4. Anordning enligt krav 3. spänningshalvvågorna i generatorlíndningen (14) är inkopplad med samma ledríktníng som dioden (26) í lagringssteget (23).

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det av en RC-seriekopplíng med en med en hmmkmaator (24) paral- lellkopplad zenerdíod (29) uppbyggda lagringssteget (23) med plusklämman (27) på kondensatorn (24) bildar en in- och utgång på detta steg. som är förbunden med beräkníngsstegets (22) plusklämma och med en anslutning (l4a) på generatorlindningen (14), och att kondensatorns (24) mínusklâmma bildar en med be- räkníngsstegets (22) mínusklämma (28) förbunden utgång (24a, fig. 1).

6. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att ytterligare en nalvledarströmställare (37: 37a) med isolerad styrelektrod är förbunden med beräkníngsstegets (22) utgång (38) och med sin omkopplíngssträcka är förbunden med tändom- kopplingsstegets (20) styringång (21). k ä n n e t e c k n a d

7. Anordning enligt krav 6. av att nalvledarströmställaren (37: 37a) är en fälteffekttransistor av MOS-typ. vars styrelektrod (G) är förbunden med styrut- gången (38) på beräkníngssteget (22), vars emítter (S) är för- bunden med beräkníngsstegets (22) med generatorlindningen (14) förbundna spänníngsmatníngsklämma (27. 28) och vars kollektor är förbunden med styringângen (21) på tändomkopplingssteget (20). *M