SE447750B - Forfarande for automatisk reglering av tendningsogonblicket hos en forbrenningsmotor jemte anordning for utforande av forfarandet - Google Patents

Description

10 40 447 750 2 början, exempelvis med hjälp av en piezoelektrisk omvandlare som en förutbestämd nivå, varvid man modifierar tändningstidpunkten i syfte att den avger en signal i och med att trycket stiger över andra etappens början skall ske vid ett bestämt vevaxelläge. Ett förfarande av detta slag är behäftat med nackdelen att erfordra en avsevärd modifiering av motorn för att möjliggöra inplacering av den piezoelektriska omvandlaren. I praktiken visar det sig dessutom svårt att erhålla en tillräckligt exakt detektering av den andra etappens början.

Under SAE-kongressen nr. 750 883 i Detroit, Michigan, mellan 13 och 17 oktober 1975 föreslogs användning av piezoelektriska trvckdetektorer i form av ringar belägna mellan tändstiften och motorns cylinderlock. Dylika givare borde ge mycket goda resultat, men i gengäld blir tändstiftsbyte en komplicerad procedur. Man måste försäkra sig om att givarna icke skadas det minsta samtidigt som fullgod_tätníng vid insättning av det nya Stiftet måste vara säkerställd. Dessutom kan de mot tändningsgnistorna svarande elek- triska impulserna i vissa fall förorsaka genomslag genom eller t.o.m. helt förstöra givarna om man icke vidtager säkerhetsâtgärder som gör åtgärder i samband med byte eller kontroll av tändstiften en än mer delikat process. _ Föreliggande uppfinning har till syfte att eliminera de ovan nämnda olägenheterna med de kända anordningarna. Enligt uppfinning- en uppnås detta genom att förfarandet resp. anordningen uppvisar de i.efterföljande patentkrav angivna kännetecknen. _ Uppfinningen och dess fördelar framgår tydligare av nedanstå- ende beskrivning av en i den bifogade ritningen visad utförings- fi". 1 schematiskt en motor försedd med en form. I ritningen visar g Fig. 2 visar schema- tiskt en elektronisk krets för styrning av tändningen. Fig. 3 och Z schematiskt illu- í enlighet med uppfinningen utförd anordning. 1 visar mer i detalj uppbyggnaden av den i fig. strerade elektroniska kretsen. §ig¿_§ visar en variant av fig. 4.

I fi". 1 visas som exempel en fyrcylindrig motor 1 försedd med en elektronisk tändningskrets som i sin helhet betecknas med 3.

I denna krets ingår en spänníngskälla 3 som matar en krets huvud- saklígen bestående av en kondensator 5 i serie med tündspolens pri- märlindning 9 samt av en för kondensatorns urladdning ínräïtfld fïristor 4 avgrenad från huvudkretsen. Tändspolens sekundärlindning matar i tur och ordning vart och ett av motorns 1 tändstift 13, 14, 15 och 16 via en tändfördelare 11, vars fördelararm 12 T0ï@rflr bl UI 40 447 750 i takt med motorns vevaxel 17 medelst ett icke visat drivorgan.

I enlighet med uppfinningen är motorn försedd med en accele- rometer 18 i ett stycke med motorns cylinderlock 19 samt med organ för bestämning av åtminstone ett referensläge hos vevaxeln.

Accelerometern 18 och positionsdetektern 20 avger data i form av signaler som via ledarna 21 resp. 22 sänds till en elektronisk en- het 23, som automatiskt alstrar en styrsignal för tändningskretsen och som via en ledning 24 matas till tyristorns 4 styre.

Fig. 2 visar summariskt de viktigaste elektroniska kretsarna i enheten 23.

Såsom framgår av denna figur sänds de av lägesdetektorn 20 alstrade signalerna till en krets 25 kapabel att alstra en signal som är representativ för vevaxelns vinkelläge. Accelerometerns 18 signal och den från kretsen 25 kommande signalen tíllföres till en krets 26 som avger en signal representativ för vevaxelns vínkelläge när trycket är maximalt i åtminstone en av motorcylindrarna. Sist- nämnda signal jämföres med en referens- eller börvärdessignal i en krets 27, i vilken automatiskt frambringas styrsignalen för tänd- ningskretsen.

Accelerometern 18 kan vara av godtycklig känd typ och behöver icke beskrivas i detalj. Rent allmänt skulle den kunna'utgöras av en piezoelektrisk keramikkropp och en vibrerande massa anbringad mel- lan keramikkroppsdelarna medelst elastiska organ.

Organet 20, exempelvis en givare, som är inrättad att fast- ställa vevaxelns passage förbi ett förutbestämt referensläge, kan üvenledes vara av känt slag. Speciellt skulle organet kunna utgöras av en optisk detektor, såsom en Fotocell, och en skiva försedd med minst en markering som modifierar detektortillstândet vid sin pas- Suge framför detektorn när skivan roterar. Skivan kan vara fastki- lad pa vevaxeln eller, företrädesvis, på en axel (icke visad) som star i rotationsförbindelse med vevaxeln och roterar med halva den- nas hastighet. Likaså kan mekaniska system användas, såsom de som innefattar en med vevaxeln förbunden kam som periodiskt öppnar el- ler sluter en brytare.

Fig. 3 visar en utföringsform av den elektroniska kretsen , som från givaren 20 tíllföres en signal bestående av tvâ pul- ser I] och Iz vars mellanliggande intervall är representativt för en vridning àfi hos vevaxeln. Värdet pá denna vinkel, som företrä- desvis är en undermultipcl till 360°, dock vanligen maximalt lika med 3600 beror i huvudsak på givarens 20 utförande. Tidsinterval- 9 |a UI #0 447 750 4 let T mellan de båda pulserna är omvänt proportionellt mot vev- axelns 17 varvtal N och direkt proportionellt mot vinkeln CZK, nämligen T ÖÜfR / N där T är tiden i serna, N varvtalet mätt i varv/minut och lika med medelhastigheten för vevaxelvarvtalet under tidsintervallet T och där CMR slutligen mätes i grader.

Pulsfrekvensen är uppenbarligen F = 1/T.

Den av givaren 20 avgivna signalen matas till en första in- sekunder mellan de båda på varandra följande pul- gang pá en OCH-grind 29.

En oscíllator, exempelvis av RC-typ, med frekvensen P1 är förbunden med en krets 31 för delning med K (där K är ett heltal större än 1). Denna krets 31 är via en ledning 32 förbunden med OCH-grindens 29 andra ingång, till vilken den matar pulser med frekvensen P3 = F1/K och vars periodtíd således är T2 = KT1. Grin- dens 29 utgång är anshnen till räkneingángcn C33 hos en räknare 53 för elektriska pulser. Räknaren 33 kan vara av välkänt slag, av fackmannen känd under benämningen "Type 7493" och tillverkad av ett flertal fabrikanter.

Vid mottagningen av pulsen II, och närmare bestämt vid upp- trädandet av den bakre flanken 34B hos denna puls, avger kretsen 29 vid sin utgång de av kretsen 31 alstrade pulserna, vilka härvid kommer att räknas av räknaren 33 till dess att den främre flanken 34A hos pulsen I, uppträder, dvs under tidsintervallet mellan pul- serna I1 och I2.“ Víppstegen i räknaren 33 är medelst ledare anslutna paral- lellt till andra oberoende element av vipptyp 1 en mínneskrets 54.

Sístnämnda krets kan vara av den typ som är känd under benämningen "Type 7474".

Räknaren 33 är försedd med en nollställníngsíngâng RAZ33 som är förbunden med givaren 20 via en ledare 35 med kända fördröjníngs- Organ 35A för fördröjning av pulsernas I1, I, framflanker vid nollställningsíngången RAZ33. g Minneskretsen 34 är försedd med en laddningsingäng Ch3¿ an- sluten till givaren Z0 medelst en ledning 36.

När pulsen Iz uppkommer efter en vevaxelvridning om GKR så kommer under dessa villkor pulsens I, Eramflank 34A att förorsaka överföring av raknarens 33 innehåll,-lika med FZ x T, till minnes- kretsen~34, varefter framflanken 33A, som mottages av räknaren 35 s 447 750 med en viss fördröjning relativt flanken 34A (denna fördröjning är kortare än pulsvaraktigheten och påverkar ej organen 35A) bringar räknaren 33 att nollställas. Denna är härefter redo att registrera nya pulser från OCH-grinden 29 under en ny vridning C axeln.

Minneskretsen 34 är försedd med utgângsklämmor förbundna med var sin triggingång hos ett nedräkningsorgan 37 (exempelvis av ty- pen 74 193).

Detta organ 37 är försett med en nedräkningsingâng D37 som medelst en ledning 38 står i förbindelse med utgången på oscilla- torn 30 för frekvensen F1. Kretsen 37 är dessutom försedd med en klämma Ro37 på vilken en signal uppträder vid varje nollgenomgáng hos nedräkningsorganet.

Det tidsintervall TS som erfordras för nollställning av orga- net 37 - vars numeriska innehåll ursprungligen lämnats av minnes- kretsen 34 och uppgår till F,T och som tillföres nedräkningspulser av frekvensen F1 - är definierat av relationen TS - P1 = FZ - T, och frekvensen för organets 37 nollpassager är således lika med F är härvid pulsernas 11, Iz --- frekvens- Med andra ord uppträder K pulser på klämman Ros? hos nedräk- níngsorganet 37 under loppet av varje vridning v och periodiciteten hos dessa konsekutiva pulser svarar mot en vrid- ning om öíR/K hos vevaxeln 17. _ Nedräkningsorganet 37 är försett med en laddningsingâng Ch37 som är förbunden med klämman RO37 via en ledare 39. Under dessa be- tingelser kommer varje nollgenomgàng hos organet 37 att medföra av- givníng av en signal på klämman Ros? och automatiskt återställa detta organ i laddningsläge.

Nedräkningsorganets 37 utgângsklämma Ros? är medelst en leda- re 40 krets förbunden med räkneingángen C78 till en schematiskt visad innehålla m stycken elementära skiftregister- fackmünnen välkänd typ [exempelvis typ 74164) 28, som kan kretsar av en för innefattande åtta utgángsklämmor, var och en inrättad att utsända en puls i Form av en "bild" av varje enhetsvinkel för rotationen av vevaxeln och av värdet IKR/K. Arrangemanget av dessa utgångar tillåter en dífferens av 0 till (Sm-1) pulser avgivna av kretsenšï. ~ b! 01 447 750 6 Varje från kretsen 3? härrörande puls åstadkommer en inkre- mentell framstegning av kretsen 28, som vid varje tidpunkt avger en signal representativ för antalet pulser mottagna under tidsin- tervallet T' = (sm - 1) rs = (sm - 1) T/K där x 2 sm - 1 Kretsen 28, som utgör en "vinkelklocka", uppför sig med andra ord som en krets av skiftregistertyp med Bm utgängsklämmor beteck- nade från 0 till (Sm - 1) i fiv. 3, vilket möjliggör följning av vevaxelns rotation steg för steg inom successiva vinkelintervall lika med åh/K med utghgspmüm från ett referensläge (bestämt av fastsättningen av den med optiska markeringen försedda skivan).

Vevaxelhastigheten betraktas som konstant under det tidsintervall - som átskiljer tvâ efter varandra följande pulser I. Det är således uppenbart att lämpligt val av värdena på än och K möjliggör mycket noggrann följníng av vevaxelns rotation. Vanligen väljes värdena~ på C¥R och K så att värdet pä vinkeln 0 vis Oo 30' och nägra grader. Kretsen 38 kan bestå av tre elemen- tära kretsar av skiftregístertyp, vardera med åtta utgângsklämmor.

Räknaren 28 har en nollstüllníngsklämma RAZ28 som via en led- ning 41 är förbunden med räknaren 20 på så sätt att nollställning sker för varje puls IT.

Skiftregístret 28 medger val avett "vinkelfönster" vars an- vändning och fördelar framgår av det följande.

De tvâ utgångar på skiftregístret 28 vilka motsvarar vinkel- fönstrets båda vinkelgränser är förbundna med var sin ingångskläm- ma hos en SR-vippa 42.

Vippan avger pâ sin utgång således en tríggsignal mellan de båda vinkellägen som begränsar det valda "vinkelfönstret": trigg- signalen börjar när en första signal uppträder på registrets 28 utgång svarande mot fönstrets första vinkelgräns (första till- stàndsändringon hos vippan 42) och triggsignalen upphör när en andra signal uppträder på regístrets 28 utgång svarande mot fönst- rets andra vinkelgräns (andra ändring av vippans 42 tillstånd).

Fig. 4 visar schematiskt uppbyggnaden av kretsarna 26 och 27 (jämför fig. 2), vilka tillsammans med kretsen 25 bildar elektro- níkenheten.

Accelerometern 18 matar sin signal till ett lâgpassfilter 44 vars gränsfrekvenser exempelvis ligger mellan 1 H: och nägra 100 Hz.

Filtrets uppgift är att undcrtrycka signaler härrörande från n.

LN UI 40 1 447 750 cylinderhuvudvibrationer förorsakade av andra fenomen, såsom stängning av ventiler, etc och som vanligtvis ger upphov till signaler av högre frekvenser än de som är resultatet av tryckva- riationer inne i motorcylindrarna. Den av accelerometcrn 18 avgiv- na signalen integreras därefter i en första integrator 45 och se- dan i en andra integrator 46. Den av sistnämnda integrator avgivna signalen matar en tröskelkrets 47, som avger en puls när den till- förda signalen passerar ett maximivärde. Kretsens 47 pulssignal matas till en första ingång på en OCH-grind 48, som - om den sam- tidigt tillföres öppningssignaler på sina båda övriga ingångar - matar pulssignalen vidare till en vippa 49. Den ena av nyssnämnda båda öppningssignaler kommer från en logisk inverterare 50, vars ingång är ansluten till den första integratorns utgång. När denna inverteras den i invertcraren till integrator har utsignalen noll, en validitets- eller öppningssígnal, som motsvarar maximum av den av integratorn 46 avgivna signalen.

Vid den i fifl. 1 visade utföríngsformen har man valt att en- bart betrakta den andra íntegratorns signaldel svarande mot maxi- malt tryck i en cylinder C] (fig. 1). Det är uppenbart att samma fenomen råder vid de andra cylíndrarna och att tändningsreglering- en är densamma för alla cylindrarna.

I detta syfte används som andra öppníngssígnal den signal som avges av vippan 42, vilken är ansluten till kretsen 28 (fin. 3) på sådant sätt att denna andra signal endast uppträder för de för- utbestämda vevaxellägen då maximalt tryck i cylindern C1 kan för- väntas uppträda under motorns drift. Exempelvis är en av vippans 42 ingångar ansluten till kretsens 28 utgång svarande mot i huvud- sak en första vevaxelställning då kolven i cylindern C1 befinner Sig vid sin övre dödpunkt, under det att den andra ingàngsklämman är förbunden med en utgångsklämma hos kretsen 28 svarande mot en andra vevaxelställning då vevaxeln förflyttat sig ytterligare 600.

Förutom den av OCH-grinden 48 avgivna signalen matas vippan 49 med en synkroniseringssignal som kan utgöras av pulserna I alstrade av givaren 20 när vevaxeln befinner sig vid ett förutbe- stümt referensläge. Detta referensläge väljes så att det íntages av vevaxeln 17 innan tändning sker i cylindern C1 oberoende av motorns arbetstillstånd. Exempelvis kan detta referensläge vara beläget en vevaxelvridning om 650 innan cylinderns C1 kolv uppnar den övre dödpunkten.

Givetvis kan synkroníseringssignalen vara den signal som DI UI 40 447 750 S avges av en av kretsens 28 utgångar förutsatt att denna referens- signal under alla förhâllnaden alstras före tändstiftsgnistan i cylindern C1.

Vippans 49 utgång, som inledningsvis befinner sig vid 0-nivå, stiger till 1-nivå vid mottagandet av synkroniseringssignalen och återgår till 0-tillståndet vid mottagning av en validitetssignal från grinden 48. Härigenom erhåller man en signal i form av ett fönster vars storlek är en funktion av vevaxelns vridningsvinkel 9 mellan referensläget och det läge då trycket är maximalt i cy- lindern C1. Denna signal matas till en första ingång på en OCH- grind 51, som på en andra ingång mottager pulserna från kretsens 28 utgång eller vínkelklockpulserna H. Pâ en tredje ingång av kretsen 51 anbringas utsignalen från en vippa S2, som styrs av synkroniseringssignalen och av utsignalen från en räknare 53 av skiftregistertyp (exempelvis typ 74 164). OCH-grinden 51 räknar synkroniseringspulserna och avger på sin utgång en signal repre- senterande ett antal n funktionscykler hos motorn.

Vid uppträdandet av en första synkroniseringssignal mottager OCH-grinden S1 samtidigt den från vippan 49 utsända signalen, lik- som även signalen från vippan 52, vilka signaler utgör validitets- signaler eller öppningssignaler så att grinden 51 tillåter passage av GK/ܧR pulser härrörande från klockan H under hela varaktighe- ten för signalen alstrad av vippan 49. Samma fenomen uppträder un- der n funktionscykler hos motorn, och cykelräknaren S3 avger en signal som ändrar vippans 52 tillstànd. Antalet pulser som passe- rat OCH-grinden 51 divideras med cykelantalet n i kretsen 54, som avger ett medeltal pâ pulserna uppgående till rm = 9mK/¿?R och representerande medelvärdet pa den vevaxelvridning som skett mellan passagen förbi referensläget och läget svarande mot maxi- malt tryck i cylindern C1.

Dessa pulser påtryckes pa nedräkníngsklämman D55 hos en re- versibel räknare 55 (exempelvis typ ?4 193) som förinställts pa det teoretiska värdet r av antalet pulser svarande mot den teoretiska vinkelavvikelšgn Qth mellan vevaxelns referensläge och det läge då trycket i cylindern C1 är maximalt.

Absolutvärdet av skillnaden rth-rm är representativt för avvikelsen í.= Qth - Gm uppträdande vid kretsens S5 utgåflåfiklüm' mor, vilka är förbundna med ingangsklümmorna hos minnet S6 (exem- Delvis av typ 74 174), under det att tecknet på nyssnämnda skill- nad anges med en utsignal som inom anglosaxiska sprükomrâdet be- Y\ 40 = 5 ?com Pth 9 447 750 nämnes "carry" eller "borrow", dvs överförings- eller minnes- siffra i beroende av om tecknet är positivt eller negativt. Överföring av informationen E fràn upp/nedräknaren 55 till minnet 56 utförs av pulsen alstrad av periodräknaren 53 vilken fördröjs av en fördröjningskrets 57a. Samma puls, fördröjd ytter- ligare i en fördröjningskrets S7b återställer upp/nedräknaren S5 till dess begynnclsetillstånd medelst en ingång Ch SS. In- formationen E lagrad i minnet tillförs en additions-subtraktions- krets S8 (Typ 7483) till vilken även tillförs det teoretiska värdet 18th för vinkeln hos vevaxelns rotation mellan referens- läget och det teoretiska läget där tändning skall inträffa i cylindern C1, för att trycket i denna cylinder skall vara vid ett maximum då vevaxeln har roterat en vinkel Gth med hänsyn till roferensläget.

Kretsen 58 tillför en signal vilken representerar vinkeln ” 1 2 för vevaxelns rotation mellan referensläget och det verkliga läget vid vilket aktivering av tändningen i cylindern C1 skall inträffa. Denna signal tillförs till uppsätt- ningen initieringsterminaler hos en upp/nedräknare 59 (Typ 74 193), vars nedräknande terminal D59 är ansluten till utgången av en OCH-grind 60 vilken mottar synkroniseringssignalen vid en ingàngsterminal och vinkelklocksignalen H vid en andra ingångs- terminal. Vid nollpassering alstrar kretsen S9 vid en terminal RO59 lig krets 61 till triggelektroden hos tyristorn 4 och till en belastande eller återställningsterminal Chsg hos upplnedräk- naren S9 och tillåter därigenom âterställning eller återigâng- hos denna en tändstyrsignal, vilken överförs av en lämp- sättande av upp/nedräknaren 59.

Modifikationer kan utföras i ovan beskrivna anordning.

Exempelvis är det möjligt att åstadkomma separat styrning av tändningen i var och en av cylindrarna hos motorn 1 genom att använda så många kretsar omfattande kretselementen 48 till 61 som kan erfordras.

I vissa tillstånd under maskinens gång måste tändinställ- ningen vara skild från optimalt framátskridande över en period av större eller mindre längd; exempelvis om det är önskvärt att höjningen i maskintemperaturen skall vara snabbare vid upp- startning. Allmänt införs en additions-subtraktionskrets 62 (vilken är visad med brutna linjer i fig 4), vilken ändrar värdet på ficom genom att algebraiskt addera ett korrektions- 447 750 W värde j, mellan kretsarna 58 och 59. Denna ändring kan utföras permanent eller enbart temporärt. I det senare fallet kan korrektionens varaktighet vara konstant eller kan åter bero av det värde som antas av en parameter uppmätt av en detektor 63.

Korrektioner av detta slag skulle lika väl kunna användas mot knackningsfenomen eller för att erhålla så rena avgaser som möj- ligt.

Det är givet att värdena rth och ßth i kretsarna S5 och 58 måste bestämmas mycket noggrant för varje enskild motor. Indike- ring av dessa i förväg mätta värden som funktion av motorfunk- tionens exakta tillstånd skulle kunna programmeras som funktion av samma tillstånd.

Pig. 5 visar schematískt apparaten enligt uppfinningen. Den på motorns cylinderlock anbragta accelerometern 18 avger en sig- nal till ett lågpassfilter 44 vars gränsfrekvenser exempelvis ligger mellan 1 Hz och nâgra hundra Hz. Detta filter har till uppgift att undertrycka signaler härrörande från cylinderlocks- vibrationer förorsakade av fenomen såsom ventílstängningar, etc och som vanligen har högre frekvens än signaler som resulterar av tryckvariationerna inuti motorcylindrarna.

Den av accelerometern 18 avgivna signalen behandlas av en integrator 45, vars utgángsklämma är förbunden med ingången till en logisk inverterare 50, som avger en signal när den av inte- gratorn 45 avgivna signalen har värdet noll. Inverterarens SO utgång är förbunden med en ingângsklämma hos en OCH-grind 48, som samtidigt på en andra ingång tillföres en signal representa- tiv för motoraxelns vinkelläge. Denna signal erhålles med den í fíg. 3 visade kretsanordningen.

Den av OCH-grinden 48 avgivna signalen behandlas därefter såsom anges i fig. 4.

Claims (2)

n 'i 447 750 gatentkrav

1. Förfarande för automatisk reglering av tändnings~ ögonblicket hos en förbränningsmotor styrd till optimalt funktionstillständsvärde svarande speciellt mot maximal effekt och maximal verkningsgrad hos motorn, vid vilket förfarande regleringen modifieras för att maximum av trycket i åtminstone en av motorcylindrarna skall uppträda vid ett förutbestämt vinkelläge av motoraxeln, k ä n n e t e c k- n a t av kombinationen av följande delsteg: - åtminstone ett referensvinkelläge hos motoraxeln detekteras, vilket läge gör det möjligt att fastställa motoraxelns vinkellägen; - de accelerationer för vilka motorns cylinderlock är utsatta detekteras, och under åtminstone en del av motoraxelrota- tionen alstras en första signal representerande dessa accelerationer; ' - nämnda första signal integreras en enda gång av en integra- tor (46) för erhållande av en andra signal, vars nollvärde bestämmes med avseende på motorns vinkelläge; samt - regleringen av tändningsögonblicket modifieras som funktion av det vinkelläge motoraxeln intar då nämnda andra signal har värdet noll -

2. Anordning för automatisk reglering av tändningsögon- blicket hos en förbränningsmotor, för genomförande av förfaran- det enligt kravet 1, vilken anordning innefattar tändnings- styrande organ-(2) och en detektor (20) för detektering av motoraxelns vinkelrotation, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen vidare innefattar, delsen på motorns cylinderlock fixt anbragt accelerometer (18), som alstrar en första signal representativ för de accelerationer cylinderlocket är utsatt för; dels en till accelerometern (18) ansluten integrator (46) som alstrar en andra signal; dels till integratorn an- slutna organ, anordnade att mottaga endast nämnda andra signal för detektering av dess nollvärde under åtminstone en del av motoraxelrotationen; dels till nämnda detekteringsorgan och rotationsdetektorn anslutna organ (26) som fastställer motor- axclns vinkelläge svarande mot nollvärde hos den andra signa- len; dels till sistnämnda fastställningsorgan anslutna jäm- förelseorgan (27) för dctektering av avvikelsen mellan nämnda vinkelläge och en referensposition; och dehstill nämnda jäm- 441 750 ” förelseorgan anslutna inställnings- eller justeringsorgan för modifiering av de tändningsstyrande organen såsom funk- tion av nämnda avvikelse.