SE457831B - Foerfarande och arrangemang foer detektering av joniseringsstroem i en foerbraenningsmotors taendsystem - Google Patents

Description

457 831 10 15 20 25 30 35 2 9 är att indikera onormala förbrânningar, företrädesvis knacknin' gar och preignition, sker detta säkrast om en högre mätspänning utnyttjas, varvid de ovannämnda nackdelarna blir oundvikliga.

Anledningen till att tzändstiften på detta sätt sotbelägges är att sotpartiklarna är elektriskt laddade och attraheras till de elektriska poler som tändstiftens elektroder utgör vid en joniseringsströmsnätning. Samma fysikaliska egenskap utnyttjas xredvetet i s.k. elektrostatiska filter, i vilka ett spänningsfält mellan tvà poler utnyttjas för filtrering av partiklar i spänningsfältet.

Sotpartiklar i förbränningsrumlnet utgöres till väsentlig del av oförbränt bränsle. Vid startförlopp tillföres vanligen ett överskott av bränsle för att underlätta starten. Det :nedför dock att antalet sotpartüclar ökar och att det ovarmänmda problemet vid joniseringsströrrsnätning ytterligare förvärras.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att undanröja denna ovannämnda nackdel, men ändock säkerställa en tillförlitlig mätning av joniseringsströntrlen.

Enligt uppfinningen àstadkommes detta med ett förfarande som kännetecknas av de i bifogade patentkravet l angivna särdragen- *uppfinningen innefattar även ett arrangemang för genomförande av ett uppfinningsenligt förfarande. Arrangemanget utmärkas därvid av de i bifogade patentkravet 7 angivna särdragen.

Genom att uppfinningsenligt utnyttja en mycket låg mätspänning eller alternativt ingen spänning alls under ett startförlopp undvikes eller åtminstone reduceras problemet väsentligt. Med en lág mätspänning är det visserligen ej möjligt att med säkerhet indikera någon joniseringsström, vilket i sig medför nackdelar.

Dessa är dock enkla att åtgärda som frarngår av det följande.

Vid ett datorstyrt tändsystexn utan mekanisk högspânníngsfördelare kan en detekterad normal förbränning utnyttjas san utgångspunkt för lO 15 20 25 30 35 457 831 tändspänrzingstriggning till respektive cylinder i en förutbestämd turordning för motorns fortsatta drift. Härigenom bortfaller behovet av en i konventionella lösningar utnyttjad kamaxelgivare för cylinderidentifiering. För att undanröja den olägenhet uppfinningen medför är det nödvändigt att under startförloppet vid ett datorstyrt tändsystem láta tändning initieras varje gång en cylinder befinner sig vid sitt övre vändläge. För en fyrtaktsmotor medför det att under startförlopp tändning iriitieras två gånger i stället för en gång under en förbränningscykel. Detta är vid ett datorstyrt tändsystem enbart fråga om en modifierad programmering som ej erfordrar några ytterligare komponenter. Den ökade förslitningen av tändstiften som detta också medför är i sammanhanget helt försumbar med hänsyn till att startförloppen som regel är mycket kortvariga.

Uppfinningen medför även att onormal förbränning, exempelvis knackning, ej kan indikeras under startförloppet. Emellertid förekonmer dylik onormal förbränning enbart när motorn är varm och/eller när motorn belastas hårt. Då dessa driftsförhàllanden ej förekommer under ett normalt startförlopp är det ingen egentlig nackdel att ej kunna identifiera en dylik onormal förbränning.

Efter det att motorn har startat och varmkörts sker genom den normala gnistbildningen mellan tändstiftets elektroder en kontinuerlig bortbränning av eventuella sotpartiklar. Det är därför möjligt att då öka mätspänningen till en högre nivå san medger detektering av joniseringsströrn på ett i sig känt sätt.

Uppfinningen medför således att man kan tillgodogöra sig de fördelar som en joniseringsströmsmätning medför och samtidigt eliminera de nackdelar en dylik mätning medför under ett startförlopp.

Ytterligare uppfinningen utmärkande särdrag framgår av bifogade patentkrav samt efterföljande beskrivning av en uppfinningen exemplifierande utföringsform. Denna beskrives med hänvisning till bifogade ritning, vilken '457 831 10 15 20 25 30 35 Figur 1 schenatiskt visar ett kapacitivt tändsysten försett med ett uppfinningsenligt arrangemang för detektering av joniseringsströrn.

Det i figur 1 visade principiellt átergivna tändsystemet är av kapacitiv typ och tillämpas vid en flercylindrig Ottomotor, varvid dock i figuren endast tvâ för motorns cylindrar avsedda tändstift 2,3 visas. I tändsysternet ingår sålunda en uppladdningskrets 4, son erhåller spänningsmatning från en lágspännjngskälla 5, exempelvis av typ 12 V batteri. Uppladdningskretsen 4 levererar efter upptransformering en högspänning på ca 400 V på en ledning 10, till vilken även ansluter en ledning 11 med en till jord förbunden laddningskondensator 15. Denna är sålunda uppladdad till ca 400 V och står via ledningen 10 i förbindelse med parallellkopplade primärlindningar 12,13 hos ett rrot antalet cylindrar svarande antal tändspolar. Varje primärlindning 12,13 är inkopplad i en ledning 20,21 som via tyristor 22 respektive 23 är förbunden med jord.

Tyristorerna 22,23 kan via signaler på ledningar 24,25 frán en tändpuljstriggningserxhet 6 - fortsättningsvis benämnd triggenhet - öppna prinrärlindxiingarnas 12,13 jordförbindning 20,21. Triggenheten 6 avger utsignaler i beroende av pá ledningar 7,8,9,64 ingående signaler avseende rrotorvanftal, motorbelastning, vevaxelvirxkelläge och Inotorteatrperatur, vilka bearbetas i ett i enheten 6 ingående mikrodatorbaserat system. När primärlindningarnas 12,13 jordförbindning öppnar till följd av att en triggningssigrmal matats till tyristorn 22 alternativt 23 så sker urladdning av kondensatorn 15 till jord genom ledningen 20 alternativt 21. Primärlindningen ifråga inducerar därvid en hög tändspänning (ca 40 kV) i en mot den sanma svarande sekundärlindning 30 respektive 31. Denna ingår i en tändkrets 32 respektive 33 som levererar tändspänning till tändstiftet 2 respektive 3 för tändning av den i förbränningsrunnxet ifråga inmatade bränsle-luftblandrxingen.

Sekundärlindningens, 30 respektive 31, ena negativa ände har förbindelse med tändstiftens 2 respektive 3 centrala elektrod som sålunda erhåller en första negativ tändspänningspuls för gnistbildning till tändstiftets med jord förbundna masselektrod.

Den andra positiva änden 34 respektive 35 hos sekundärlindningen 30 ,\-1 10 15 20 25 30 35 457 831 respektive 31 har förbindelse med jord via en ledning 36 och en däri befintlig mätanordning 29. I denna ingår bl a en mätkondensator 40, som är seriekopplad med tre parallellkopplade ledningar 37,38,39 vilka var för sig fullständigar förbindelsen med jord och vilka även på nedan angivet sätt samverkar med en i zrätanordningen 29 ingående detektorerxhet 50.

I uppladdningskretsen 4 ástadkcnmes en för laddningskondensatorns l5 uppladdning utnyttjad spänning. Samma spänning utnyttjas i en spänningsdelare 'bestående av två seriekopplade motstånd 60,61, vilka är anslutna mellan uppladdningskretsen 4 och jord.

Motstàndens 60,61 resistanser är valda så att i en förbindelsepuzulct 62 mellan dem erhålles en konstant spänning på ca 70 V.

Förbindelsepunkten 62 är via en ledning l4, innefattande en diod 16, ansluten till ledningen 36 för spänningsmatning av mätkondensatorn 40. Förbindelsepunkten 62 är även ansluten till jord via en transistor 63, vars bas är ansluten till triggenheten 6.

Av de till jord ledande och med kondensatorn 40 förbundna ledningarna 37,38,39 innefattar ledningen 37 en Schottky-diod 27 vars katod är förbunden med kondensatorn 40 och vars anod är jordförbunden. Ledningen 38 innefattar tre seriekopplade motstånd 4l,42,43 av vilka det sistnämnda är direkt jordförbundet. Ledningen 3_9 innefattar en diod 45, vars katod är ansluten till en som en lâgspärmingskälla fungerande och över en ledning 44 jordförbunden spänningsstabilisator 46. Denna uppvisar dessutom en förbindning 47 till den lágspäliraingskälla 5 som även betjänar uppladdningskretsen 4.

Mellan motstånden 41,42 ansluter en med spänningsstabilisatorn 46 förbunden ledning 49 och mellan motstànden 42,43 sker spänningsöverföring via en ledning 51 till detektorenheten 50.

Nämnda ledning 51 överför en referensspärming till detektorenheten 50 medan en ledning 52 överför den mellan kondensatorn 40 och motståndet 41 befintliga spänningen som ärvärde till detektorenheten 50. I en ej visad komparator som ingår i 457 831 10 15 20 25 30 35 detektorenheten 50 sker en järnförelse mellan referensvärdet på ledningen 51 och ärvärdet på ledningen 52.

Till detektorerzlieten 50 matas även en signal på en ledning 53 från en Irvätfönsterexihet l7. Denna erhåller en insignal pà en ledning 18 avseende tidpunkten för triggning av tändpulsen från triggenheten 6 samt pâ en ledning 19 avseende existerande vevaxelvinkelläge.

Enhetens 17 utsignal på ledningen 53 representerar de vevaxelvirxkelornràden, s k rnäfiönster, där detektorenheten 50 skall arbeta för att avgöra om joniseringsstrün flyter i tändkretsen 32 respektive 33 eller inte. Pâ ledningar 54,55 avger sålunda detektorenheten 50 utsignaler som representerar antingen detekterad eller icke detekterad joniseringsstrëm i olika fönster.

Det beskrivna arrangemanget har följande funktion. Ett startförlopp påbörjas genom spänningsmatning till systemet via ett ej visat manuellt pàverkbart tändningslás. Därvid erhåller triggenheten 6 signaler på ledningarna 7-9,64, vilka tilledes en i triggenheten 6 ingående komparator för jämförelse med fasta referensvärden.

Sålunda kan exempelvis motorvarvtal understigande ett visst förutbestämt varvtal utnyttjas för detektering av att ett startförlopp föreligger. Detta förutbestämda motorvarvtal kan med fördel vara av samma storlek som motorns torngàngsvarvtal, men det :näste samtidigt överstiga det varvtal som motorns startrnotor kan bibringa motorn rotation med. Detta förutbestämda varvtal kan för en fyrcylindrig motor för personbilsbruk väljas till omkring 850 varv/ruin.

Alternativt kan motorns temperatur med hjälp av signa len på ' ledningen 64 på analogt sätt utnyttjas för att detektera att ett startförlopp ska anses föreligga när mtorternperaturø-:n understiger en viss förutbestämd temperatur. I ytterligare alternativa utföringsforrner kan startförlopp detekteras med hjälp av en signal som avgives under drift av en startmotor och/eller under en viss tid fràn en förutbestämd händelse, exempelvis att ett startförlopp anses föreligga en viss tid från det att tändsystemet spänningsättes. 10 15 20 25 30 35 457 831 Under startförlopp matar triggenheten 6 på basis av från vevaxelgivaren på ledningen 9 erhållna signaler triggningssignaler .till tändkretsarna 32,33 för att initiera tändning.

Triggningssignalerna avgives därvid varje gäng en cylinder befinner sig i ett övre dödläge. För en fyrtaktsmotor medför det att tändning även initieras under respektive cylinders utblåsningsfas.

Under startförlopp matar triggenheten 6 en positiv styrsfinning till transistorn 63 , vilken därmed förbinder punkten 62 med jord.

Som följd härav pàlägges ingen spänning över nwätkondensatorn 40 i det exemplifierade arrangemanget och joniseringsströmsmätning är således ej möjlig.

I en alternativ utföringsform kan en låg mätspänning påläggas.

Genom att ingen eller endast en låg mätspänning pàlägges undvikes att tändstiften beläggs med sot, sàsan visat sig bli fallet när en högre mätspärirxing pàlägges över tändstiftselektroderna.

När :rotorn startat indikerar triggenheten 6 att startförloppet är slut, genom att avbryta styrspänningen till transistorn 63, som därvid bryter punktens 62 direktförbindelse med jord. I stället erhåller punkten 62 en spänning som bestämnes av spänningsdelaren 60.61, vilken spänning enligt ovan är ca 70 V. Denna spänning pàlägges mätkondensatorn 40, som därigenom kan utnyttjas för .detektering av joniseringsstrën. Spänningen 70 V är tillräcklig för att med god säkerhet identifiera en normal förbränning. (än man dessutom eller alternativt enbart önskar identifiering av onormala förbränningar ökar säkerheten med identifieringen om spänningsdelarens motstånd 60,61 väljas med andra värden, sä att mätkondensatorn 40 pàlägges en högre zrätspänning, exempelvis 200- 400 volt.

När spänning pàlägges mätkondensatorn 40 uppladdas densamma. Därvid flyter ström från làgspänningskällan 5 via uppladdningskretsen 4, motståndet 60, ledningen l4 via dioden 16 till nätkondensatorns 40 ena platta. Mätkondensatorns 40 andra platta sluter strömkretsen via ledningen 39, dioden 45, spänningsstabilisatorn 46 och dess förbindning 47 med làgspänningskällan 5. Vid Uv- 457 831 10 15 20 25 30 35 tändspänningsinducering i tändkretsarna 32,33 uppträder en växelspänning scm med en första negativ puls tänder gnistan mel lan tändstiftens 2,3 elektroder. En ström flyter därvid från tändstiítets :nasselektrod till dess centralelektrod vidare genom sekundärlindningen 30 respektive 31, ledningen 36 till kondensatorns 40 ena platta. Strömkretsen sluts genom att ström från kondensatorns 40 andra platta flyter genan ledningen 39 med dioden 45 till sfinrxingsstabilisatorn 46 och via ledningen 44 till jord.

'Iändspänrfingerxs positiva pulser skapar pà motsvarande sätt en strërn i motsatt riktning mellan tändstiftselektroderna. Suömkretsen sluts därvid via den över ledningen 37 jordförbundrxa Schott-.kydioden 27 till kondensatorn 40 och vidare från denna via sekundärlindningen 30 respektive 31 till tändstiftet 2 respektive 3.

Mellan elektroderna uppträder í tändkretsarna enligt det första ovannämnda alternativet en positiv mätspänning på ca 70 V som levereras från spänningsdelaren 60,61 via ledningen 14.

Mätspänningen förekommer sålunda i tändkretsarna 2,3 under hela vevaxelvarvet.

När en förbränning inträffar skapar mätspänningen en joniseringsström mellan tändstiftselektroderna. Eftersom rnätspänningen är positiv erhålles en joniseringsströsn som flyter från tändstiftets centralelektrod till dess masselektrod. Från den som mätspänningskälla tjänstgörande mätkondensatorn 40 sluts sålunda en strömkrets via sekundärlindningen och tändstiftselektroderna ifråga, den jordförbundna spänningsstabilisatorn 46 och över motståndet 41 åter till kondensatorn 40. .Bn_ viss del av joniseringsströrmen leds till det som :nät-motstånd fungerande motståndet 41 även via de till jord seriekopplade rnotstànden 42 , 43 .

När joniseringsströrrnæen flyter genom nfäunotstàndet 41 inträffar ett spänningsfall däröver. Den potential som vid icke förekamxande joniséringsström råder i ledningen 52 faller därigenom från '10 15 20 25 30 35 457 831 exenpelvis ett värde 5 V som upprätthålls av spänningsstabilisatorn 46 till ett värde -0,2 V. Detta senare värde bestäms av Schotficydioden 27 i syfte att skydda detektorenheten 50 fràn större negativa spänningar. ledningen 52 överför den sänkta potentialen som ärvärde till detektorenheten 50. Jäxnförelserx med referensvärdet pá ledningen 51 medför ett omslag hos detektorenhetens 50 utsignal pà dess utgående ledningar 54,55, förutsatt dock att en jämförelse faktiskt genomförts. När jämförelsen sker bestämmes av rnätfönstersignalen på ledningen 53. Denna signal är en fyrkantsvàg, som när den är hög sägs uppvisa ett fönster, som tillåter att detektoreriheten 50 genomför nämnda jämförelse.

Den uppfinningsenliga lösningen utnyttjas för att efter startförloppet avgöra när förbränning sker i viss cylinder. Denna uppgift användes sedan som utgångspunkt i triggenhetens 6 mikrodatorsystem för framräkning av rätt ordning av påföljande tändpulser till övriga cylindrar. Detta sker pà ett sätt som är i och för sig förut känt genom vårt ovannämnda svenska patent SE 442 345. Dà det för förståelsen av föreliggande uppfinning ej är nödvändigt att i detalj känna till hur detta sker avgränsas beskrivning fràn detta .

Ge_nom att välja spänningsdelarens motstånd 60,61 med andra resistanser är det möjligt att utnyttja en högre Irätspänning än de _70 V som angivits ovan. _Exen1pelvis kan mätspänningen i stället vara 400 V. Em dylik hög mätspänning möjliggör, förutcm identifiering av normala förbränningsförlopp, även att icke-normala förbränningar, företrädesvis knackning och preignition, med god säkerhet kan identifieras. I ett dylikt fall uppträder i tändkretsarna en positiv nåtspänning på 400 V under hela vevaxelvarvet. Mätningen sker för övrigt på känt sätt och som utförligt beskrivits i ovannämnda SE 442 345.

I likhet med vad som tidigare beskrivits kan den högre nätspänningen på 400 V även utnyttjas för att samtidigt indikera normala förbränningsförlopp för cylinderidentifiering. 457 851 10 15 20 25 30 35 10 uppfinningen kan inan ranen av bifogade patentxrav utnyttjas vid andra tändsystem än det som angivits i beskrivningen.

Beskrivningsexemplet visar ett tändsystem för tvâ cylindrar. uppfinningen kan med fördel användas även för motorer med fyra cylindrar eller med ett godtyckligt antal cylindrar. För en fyrcylindrig motor kan i likhet med vad som utförligt beskrivits i den ingressvis amämxxda patentskriften SE 442 345 utnyttjas två mätanordningar, vilka vardera utnyttjas för två cylindrar. I en ytterligare alternativ utföringsfom är det även möjligt att utnyttja en rnätanordning för varje cylinder. uppfinningen är exemplifierad vid ett kapacitivt tändsystem, vilket inte utesluter att uppfinningen även kan tillämpas vid ett induktivt tändsystetn.

I exemplet utnyttjas en konstant rrätspänning under ett startförlopp och en annan mätspänning efter startförloppet. I alternativa utföringsformer är det tänkbart att både startförloppet och vad som därefter sker uppdelas i ytterligare förlopp. Exempelvis kan en första hög mätspäxming páläggas omedelbart efter startförloppet och en ännu högre spänning när rnotorvarvtalet eller motorternperaturen överstiger värden långt utöver de som motsvarar startförloppet.

I exemplet visas flera elektronikenheter som separata komponenter. fFördelvis kan flera kcxnppnenter i praktiken utgöras av en och samma elektronikkomponent med samma funktioner som angives i beskrivningen.

Sålunda kan flera av komponenterna ingå i en mikrodator.

Vad som i patentkraven angives om att signaler avkärmes och avgives förutsättes innefatta alla former av hur signalen i praktiken avgives.

Det är för en fackman uppenbart att uppfinningen kan utformas i ytterligare alternativa utföringsformer.

Claims (7)

ä? 10 15 20 25 30 35 457 831 ll PATENTKRAV

1. l. Förfarande för detektering av joniseringsströrn i en tändkrets (32,33) ingående i en förbränningsmotors tändsystem där en mätspänning pálägges tändkretsen (32,33) i åtminstone en sekundärlindrxing (30,3l) och en mätanordning (29) utnyttjas för detektering av eventuell i tändkretsen förekommande joniseringsströrn, kännetecknat av att en parameter representerande motorns startförlopp detekteras, att vid ett detekterat startförlopp pàlägges en första, väsentligen konstant mätspänning, alternativt att ingen mätspänning pàlägges, att när startförloppet upphört att detekteras pålägges en andra, väsentligen konstant mätspänning, och att den första mätspänningen är lägre än den andra mätspänningen.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att under motorns startförlopp pålägges en mätspänning som understiger ett värde som möjliggör detektering av joniseringsström, och att efter motorns startförlopp pàlägges en mätspänning med ett värde som möjliggör detektering av joniseringsströln.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att under motorns startförlopp pålägges en mätspänning som väsentligen är lika med 0 volt, och att efter motorns startförlopp pálägges en mätspänning som överstiger 70 volt.

4. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att motorns startförlopp detekteras medelst en motorvarvtalet representerande signal, varvid startförlopp föreligger när notorvanrtalet understiger ett visst förutbestämt värde, och att startförloppet är slut när Inotorvarvtalet uppnått detta värde.

5. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att motorns startförlopp detekteras medelst en motorterrxperaturen 457 831 10 15 20 25 30 35 12 representerande signal varvid Startförlopp föreligger när notortenperaturen understiger ett visst förutbestämt värde, och att startförloppet är slut när motortemperaturen uppnått detta värde.

6. Förfarande enligt patentkrav l varvid mätanordningen är anordnad i en jordförbindelse för sekundärlindningen (30,3l) och mätanordningen utgöres av en mätkondensator (40), kännetecknat a v att under startförlopp förbindes mätanordningens (40) spänningsmätningspumct (62) till jord varvid den pålagda rnätspänningen är väsentligen lika med 0 volt, och att efter startförloppet upphör spänningsmätninqspunktens (62) förbindelse med jord.

7. Arrangemang för detektering av joniseringsströxn i minst en tändkrets (32,33) ingående i en förbränningsmotors tändsystem, i vilken tändkrets (32,33) ingår minst en tändspoles sekundärlindning (30,3l) och 'rändorgan (2,3) för tändning av en i motorns förbränningsruxn befintlig bränsleluftblandning, varvid tändkretsen (32,33) är förbunden med en yttre spänningskälla som vid förbränning i förbränningsrummet ger upphov till jorLiseringsström i tändkretsen (32,33), vilken joniseringsström detekteras i en med sekundärlindningen (30,3l) förbunden Inätanordning (29), kännetecknat av att till tändkretsens (32,33) förbindelse med den yttre spänningskällan är anslutet en jordförbindelse innefattande en halvledarkomponent (63), företrädesvis en transistor, som erhåller styrsigrnler från en styrenhet (6), att styrenheten (6) är förbunden med givare sun avkänner åtminstone en motorparaneter som utnyttjas för att detektera motorstart, och att styrenheten (6) är utformad att avge signal till halvledarkornponenten (63) för att öppna jordförbindelsen under motorstart så att mätanordningen (29) pálägges en lägre spänning än då motorstart ej föreligger.