SE452788B - Kopplingsanordning for tendning av en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

10 452 788 Med föreliggande lösning eftersträvas sådan vidareutveckling av.en datorstyrd tändanläggning av inledningsvis angiven art. att en enkel beräkningsenhet med så liten lagringsvolym som möjligt kan användas vid god tomgångsstabilisering. gott av- gasbeteende vid tomgång och optimal effektavgivning inom motorns arbetsvarvtalsområde. I Kopplingsanordningen enligt uppfinningen med de i huvudpatent- kravet angivna kännetecknen har fördelen, att beräkningsenhe- ten inom det nedre varvtalsområdet för motorn genom ingrepp i en förskjutningskoppling säkerställer tomgângsstabilisering och gott avgasbeteende hos motorn. I beroende av beräknings- enhetens lagringsvolym kan då inom det mittre varvtalsområdet beräkningsenhetens ingrepp i förskjutningskopplingen avslutas. så att för högre varvtal, dvs motorns egentliga arbetsområde, förskjutningskopplingen ensam bestämmer tändtidpunkten för optimal effektavgivning. Det är vidare fördelaktigt, att vid ett fel i beräkningsenheten denna själv kan frånkoppla sig från förskjutningskopplingen. så att tändanläggníngen även då ej blir obrukbar utan arbetar vidare med förskjutningskopp- lingens kurva. För en dylik kopplingsanordning kan dessutom en kostnadsgynnsam mikrodator användas. eftersom taktfrekvensen kan hållas låg. _ ' Till följd av de i underpatentkraven angivna åtgärderna blir det möjligt att fördelaktigt vidareutveckla och förbättra de i huvudkravet angivna kännetecknen. Härvid är det särskilt för- delaktigt, om beräkningsenhetens ingrepp i förskjutningskopp- lingen sker på ett sådant sätt. att den av förskjutningskopp- lingen förutbestämda tidpunkten fördröjes inom det aktuella avsnittet av varvtalsområdet medelst en vid beräkningsennetens styrutgâng uppträdande signal. Vid fel i haäknngsemmxen kan denna fördröjning upphävas, så att förskjutningskopplingen arbetar vidare.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i exempelform med ledning av åtföljande ritning. där fig. 1 visar kopplingsanordningen för en tândanläggning för en förbränningsmotor med styrning av 452 788 tändtidpunkten enligt uppfinningen. fig. 2 kopplíngsuppbyggna- den för förskjutningskopplingen och tändomkopplingssteget en- ligt fig. 1 och fig. 3 tändtidpunkt-förskjutningskurvan för tândanläggningen enligt fig. 1.

Den i fig. 1 visade kopplingsanordningen för tändning av en encylindrig förbränníngsmotor för en motorsåg är en transis- tor-spoltändanläggning. som omfattar en tändgenerator 10 för alstring av tändenergi. Tändgeneratorn 10 består av ett av motorn drivet roterande polhjul 11 i vilket ett permanentmag- netsegment 12 för alstríng av ett magnetiskt fält är inbäddat vid hjulets 11-periferi. Utanför polnjulets 11 periferi är ett tändankare 13 stationärt fastsatt, som med varje omloppsvarv hos hjulet ll genomtränges av det av segmentet 12 alstrade magnetfältet. Tändankaret 13 är försett med en prímärlindning 14 och en sekundärlindning 15, som är förbunden med en ände av primärlindningen 14. Den andra änden av sekundärlindningen 15 är förbunden med ett tändstift 16 via en tändxabel. Primär- och sekundärlindning bildar en tändspole. som är anordnad på en järnkärna 17 för tändankaret 13. Primärlindningen 14 är förbunden med tändanläggningens primärströmkrets. som omfattar ett tändomkopplingssteg 18 och två anslutningsledninqar 19 och . via vilka omkopplingssträckan i tändomkopplingssteget 18 är parallellkopplad med primärlindningen 14. Styringàngen 18a på omkopplingssteget 18 är förbunden med utgången på en tänd- tidpunkt-förskjutningskoppling 21. som på ingångssidan även via anslutningsledningarna 19 och 20 är parallellkopplad med primärlindningen 14. För styrning av tändtidpunkten finnes vidare en mikrodator 22. vars styrutgång 22a ingriper i för- skjutningskopplíngen 21. Styringângen 22b på mikrodatorn 22 är via ett motstånd 23 förbunden med anslutningsledningen 19 för primärlindningen 14 och dessutom i och för spänningsbegräns- ning via en zenerdiod 24 med anslutningsledningen 20 för pri- mär1indningen.14. Mikrodatorn 22 tillföres spänning via sin plusanslutning 25 och sin minusanslutning 26. Till spännings- matning tjänar även ytterligare en med primârlindningen 14 parallellkopplad Kopplingsgren med en kondensator 27, ett här- med seriekopplat motstånd 28 och en före detsamma inkopplad 452 788 diod 29. Denna kopplingsgren är med den positiva klämman på kondensatorn 27 förbunden med anslutningsledningen 20 och med katodanslutningen på dioden 29 förbunden med anslutningsled- ningen 19. I och för begränsning av mikrodatorns 22 matnings- spänning är med kondensatorn 27 en zenerdiod~(3m panæleluxmplæd med en zenerspänning av cirka S volt. Den positiva klämman på kondensatorn 27 är via anslutningsledningen 20 förbunden med mikrodatorns 22 plusanslutning 25. medan den negativa klämman på kondensatorn 27 i och för mikrodatorns spänningsmatning är direkt förbunden med dess minusanslutning 26.

Fig. 2 visar kopplingsuppbyggnaden för tändomkopplingssteget 18 och förskjutningskopplingen 21 i tändanläggningen enligt fig. 1. Omkopplingssteget 18 innehåller en av tvâ transístorer bestående Darlington-koppling 31. vars kollektor är förbunden med ledningen 19 och vars emítter är förbunden med ledningen . Hed omkopplingssträckan i Darlington-kopplingen 31 är en diod 32 seriekopplad såsom skydd mot backström. Basen i Darlington-kopplingen 31 är à ena sidan utförd såsom styrin- gång 18a och Å andra sidan förbunden med dess kollektor via ett motstånd 33. Förskjutníngskopplingen 21 innehåller en via ledningarna 19 och 20 med primärlindningen 14 parallellkopplad kopplingsgren med en diodanordning av en diod 34 och en zener- diod 35 och med en serie-RC-krets av ett motstånd 36 och en kondensator 37. Dioden 34 är på anodsidan förbunden med led- ningen 19 och den nedre kondensatoranslutningen är förbunden med ledningen 20. Dioden 34 är polariserad i samma ledríktníng som Darlington-kopplingen 31. För styrning av kondensatorns uppladdning är zenerdioden 35 motsatt polariserad mot dioden 34. Hed kondensatorn 37 är ett motstånd 38 och styrsträckan i en styrtransistor 39 parallellkopplade. Styrtransistorns 39 kollektor är förbunden med styringången 18a på omkopplingsste- get 18 och emittern är förbunden med ledningen 20. styrut- gången 22a på mikrodatorn 22 är förbunden med förbindnings- punkten mellan motståndet 36 och kondensatorn 37 i förskjut- ningskopplingen 21. Via en på mikrodatorns 22 utgângssída in- kopplad fälteffekttransistor 40 kan kondensatorn 37 i för- skjutningskopplingen 21 överbryggas. På detta sätt íngriper 452 788 mikrodatorn 22 i förskjutningskopplingen 21 inom ett begränsat varvtalsomrâde för förbränningsmotorn.

Verkningssättet för tändanläggningen kommer nu att förklaras närmare med hjälp av den i tig. 3 visade tändtidpunkt-för- skjutningskurvan. Som funktion av motorns varvtal n är här tändtidpunkten avsatt i vevaxelgrader före den övre dödpunkten. vid start av förbränningsmotorn måste till en början start- varvtalet nl uppnås för att möjliggöra start av motorn. Intill detta varvtalsvärde nl ingriper mikrodatorn 22 ännu ej i för- skjutníngskopplingen 21. Med början av varje positiv nalvvâg i primärlindningen 14 omkopplas följaktligen Darlington-kopp- lingen 31 via motståndet 33. så att en stigande primärström flyter i primärlindningen 14. om den positiva nalvvâgen i primärspänningen när reaktionsvärdet för zenerdíoden 35 i förskjutningskopplingen 21. uppladdas nu kondensatorn 37 via motståndet 36. Vid tändtídpunkten när kondensatorladdningen reaktionsspänningen för styrtransistorn 39 och omställer den- samma till strömledande tillstånd. Härigenom överbryggas bas- -emittersträckan i Darlington-kopplingen 31 av styrtransistorn 39 och övergår kopplingen 31 till spärrtillstånd. Primârström- men brytes och i sekundärlindningen 15 alstras en högspän- ningspuls. som vid tändstiftet 16 utlöser en tändgnista. vid uppnäende av startvarvtalet nl vid punkten A på förskjutnings- kurvan ligger tändningen vid ca l0° före den övre dödpunkten.

De av det roterande magnetsystemet 12 på polhjulet ll i pri- märlindniugen 14 alstrade och för tändning ej erforderliga ne- gativa halvvågorna användes för spänningsmatning av mikroda- torn 22. Såsom fig. l visar. år dioden 29 polariserad på så- dant sätt. att kondensatorn 27 uppladdas av dessa halvvågor via motståndet 28. Vid uppnâende av startvarvtalet nl säker- ställes på detta sätt spänningsmatningen av likrodatorn 22. så att mikrodatorn 22 via sin styrutgâng 22a nu kan ingripa 1 förskjutningskopplingen 21. I fig. 3 är det normala förloppet 'för förskjutningskurvan utan ingrepp av mikrodatorn 22 angivet streckat. Av detta framgår. att till följd av mikrodatorns 22 452 788 ingrepp vid punkt A den av förskjutningskopplíngen 21 förut- bestämda tidpunkten fördröjes. Detta sker därigenom. att mik- rodatorn 22 via sin styringâng 22b till följd av de positiva spänningshalvvågorna i primärlindningen 14 både fastställer varvtalet hos motorn och med början av varje positiv spän- ningshalvvåg erhåller en reíerenssignal för beräkning av tänd- tidpunkten. I beroende av varvtalet omställes nu fälteffekt- transistorn 40 vid utgången på míkrodatorn 22 av densamma före varje tändförlopp under en beräknad tidsperiod till ledande tillstånd och överbrygga: därmed kondensatorn 37 i förskjut- ningskopplingen 21. Härigenom fördröjes med avsikt uppladd- ningen av kondensatorn 37. så att tändtidpunkten följaktligen även fördröjes. Av fig. 3 framgår, att motorn efter starten intill tomgângsvarvtalet n2 vid punkten B på förskjutningskur- van drives med i det närmaste samma tândvinkel. Med ytterliga- re stigande varvtal förskjutes nu tändtidpunkten till följd av motsvarande ingrepp vid styrutgången 22a på mikrodatorn 22 i förskjutningskopplingen 21 sâsmåningom intill en vinkel av 200 före den övre dödpunkten. Vid ett mittre varvtal n3 upp- nås åter den förutbestämda. streckat angivna kurvan för för- skjutningskopplingen 21 vid punkten C på förskjutningskurvan och upphäves mikrodatorns 22 ingrepp. Inom det övre varvtals- omrädet bestämmes numera tändtidpunkten uteslutande av för- skjutningskopplingen 21 på tidigare beskrivet sätt. vid upp- nående av det maximalt tillåtna varvtalet nd sker varvtalsbe- gränsning medelst mikrodatorn 22 därigenom, att denna numera ständigt överbrygga: kondensatorn 37 i förskjutningskopplingen 21 via styrutgången 22a och därigenom förhindrar omställning av styrtransistorn 39 och Darlington-kopplingen 31. Härigenom uteblir tändningen. tills varvtalet n4 åter underskrides.

Medan tändvinkeln )9inom motorns arbetsområde med ca 200 före den övre dödpunkten är inställd till optimal effektavgiv- ning, bör den vid tomgång ej ligga över l0° före den övre dödpunkten med hänsyn till låg matning av avgaser från motorn.

Dessutom bör motorn stabiliseras med avseende på sitt tom- gångsvarvtal. Detta säkerställas medelst mikrodatorn 22 däri- genom, att en minskning av varvtalet under det stabilíserade 452 788 tomgângsvarvtalet n2 från ca 1000 r/m fastställes av mikroda- torn 22 och att i beroende härav tändtidpunkten förskjutes i riktning mot tidig tändning intill punkten D på kurvan i fig. 3. Till följd av denna kraftigt tilltagande förskjutning av tändtidpunkten accelereras motorn åter upp till tomgångsvarv- talet n2. Uppbyggnaden av och funktíonsförloppet för mikroda- torn 22 förklaras t.ex. i DE-OS 30 06 288.

Om fälteffekttransistorn 40 vid styrutgången 22a till följd av någon störning i mikrodatorn 22 ej skulle styras till ledande tillstånd eller alltför tidigt åter övergår till spärrtill- stånd. íörskjutes härigenom tändvinkeln åter till den streckat angivna förskjutningslinjen för förskjutningskopplingen 21.

Men om fälteffekttransistorn 40 alltför länge kvarstannar i strömledande tillstånd. kan detta fastställas medelst ett kontrollprogram för mikrodatorn 22 och frânkopplas då styrut- gången 22. Även då förskjutes tändvinkeln på kurvan för för- skjutningskopplingen 21 och förblir tändanläggningen dtiftbe- redd i fortsättningen.

Uppfinningen är ej begränsad till den visade utföríngsformen, eftersom bade tändomkopplíngssteget 18 och förskjutningskopp- lingen 21 jämte anordningen för spänningstillförsel till mik- rodatorn 22 kan vara uppbyggda på annat sätt. För ingrepp inom det nedre varvtalsområdet användes en kostnadsgynnsam beräk- ningsenhet. t.ex. COP 311 från National Semiconductor. I stäl- let för en mikrodator kan även en kundspecificerat integrerad kretskomponent användas. som kan arbeta digitalt eller analogt.

Beräkningsenheten kan dessutom fastställa felaktig rotations- riktning hos motorn. eftersom de från tändgeneratorn avgivna positiva och negativa halvvâgorna kan ha flerfaldigt avvikande anplituder eller dessutom olika avstånd eller frekvenser. He- delst ett motsvarande program för beräkningsenheten kan den vid backgång uppträdande omkastningen av de positiva och nega- tiva spänningshalvvågorna fastställas och ett backgângsskydd åstadkommas därigenom, att beräkningsenheten då varaktigt styr tändonkopplingssteget till ledande tillstånd.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 452 788 Patentkrav

1. Kopplingsanordning för tändning av en förbränningsmotor med en av densamma driven tändgenerator, med en generatorlindning i primärströmkretsen för en tändspole med ett tändstift i tänd- spolens sekundärströmkrets, med ett elektroniskt styrt tändom- kopplingssteg i primärströmkretsen och med en styrkoppling, som innehåller en beräkningsenhet och vid tändtidpunkten om- ställer omkopplingssteget och vars styringång är förbunden med generatorlindningen, k ä n n e t e c k n a d av att beräknings- enhetens (22) styrutgâng (22a) inom ett avsnitt (n1-n3) av mo- torns varvtalsomrâde inverkar på en tändtidpunktsförskjutande koppling (21), som är inkopplad före styringången (18a) på tänd- omkopplingssteget (18), på sådant sätt att den med en vid beräk- ningsenhetens (22) styrutgâng (22a) uppträdande signal förskju- ter den från den tändtidpunktsförskjutande kopplingen (21) i förväg givna tändtidpunkten.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den inom avsnittet (n1-n3) av varvtalsområdet vid beräkningsen- hetens (22) styrutgång (22a) uppträdande signalen fördröjer den av den tändtidpunktsförskjutande kopplingen (21) i förväg be- stämda tändtidpunkten speciellt vid stigande varvtal.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att signalen uppträder vid styrutgången (22a) inom varvtalsområdet mellan ett start (n1) och ett mittvarvtal (n3).

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att styrutgången (22a) på beräkningsenheten (22) är parallellkopp- lad med en kondensator (37) i den tändtidpunktsförskjutande kopplingen (21), med vilken styrsträckan i en styrtransistor (39) är förbunden, varvid denna sträcka vid tändtidpunkten om- kopplar styringângen (18a) på tändomkopplingssteget (18).

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den tändtidpunktsförskjutande kopplingen (21) innehåller en med generatorlindningen (14) parallellkopplad serie-RC-krets (36, 37) med en diodanordning (34, 35). 452 788

6. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att beräkningsenheten (22) avger en signal för att förhindra tänd- ning vid uppnående av ett maximalt tillåtet varvtal (m4) .