SE465525B - Elektroniskt styrd taendanordning foer foerbraenningsmotorer - Google Patents

Description

465 525 l 2 I förbränningsmotortändsystem där högspänningsgnista i tändstift används för tändning av den komprimerade blandningen av luft och bränsle när motorns kolv eller kolvar är i närheten av övre dödläget hos en kolv under kompressionsslag tidigareställs tändningen alltmer ju högre motorns varvtal blir, så att luft/bränsle-blandningen får lämplig tid att förbrinna och överföra maximal effekt till kolven. För genomförandet av detta sätt att reglera tändningens tidigareställning används vanligen två typer av gnistförställnings- mekanism, en centrifugalstyrd och en vakuumstyrd.

Vid den centrifugala mekanismen som illustreras av figur l förefinns tvâ vikter lA som slàr ut mot fjäderkraft lB allteftersom motor- varvtalet ökar. Denna rörelse överförs av ett hävarmsarrangemang till brytarkammen vilket gör att kammen förflyttar sig framåt i förhållande till fördelarens drivaxel så att brytningen sker tidigare.

I vakuummekanismen, som visas i figur 2, förefinns en fjäder- belastad och lufttät membran lC som är ansluten till den av ett lager burna brytarplattan lD med ett länksystem 1D så att plattan kan vrida sig i förhållande till fördelarhuset. Den kan blott vrida sig ett fåtal grader, eftersom länksystemet till den fjäderbelastade membranen förhindrar större vridning än så.

Den fjäderbelastade sidan av membranen är via en vakuum- ledning lF ansluten till en öppning som ligger på atmosfärssidan om gas- ventilen när denna är i tomgångsläge. Någon tidigareförställning av tänd- ningen på grund av vakuum föreligger inte i detta läge.

Så snart gasspjället öppnats svänger det emellertid förbi vakuum- kanalens öppning, varefter vakuum i inloppsröret kan dra luft från vakuum- röret och den lufttäta kammaren i den av vakuum påverkade tändförställ- ningsmekanismen. Därvid rör sig membranet mot verkan av fjädern, varvid brytarplattan vrids via länksystemet. Denna rörelse förskjuter kontaktpunk- terna så att kammen, när den roterar, sluter och öppnar tidigare i arbets- cykeln. Följaktligen kommer tändgnistan tidigare under kompressionsslaget.

När gasspjället ytterligare öppnas sjunker vakuum i inloppsröret och vakuum- tändförställningen blir mindre. Vid fullt öppet gasspjäll kommer vakuum inte att ha någon tändförställningsverkan alls, varför tändförställningen då är helt beroende av centrifugalförställningsmekanismen.

På tändningsfördelaren är vakuumförställningsmekanismen fäst vid dennas stomme så att stommen vrids för åstadkommande av' tändförställ- ningen. 3 Av den ovanstående beskrivningen av tändförställningsmekanis- merna kan man se att olika tändförställning uppträder i motsvarighet till olika motorvarvtal. Så exempelvis kan tändning ske 80 före övre dödpunkten ÖDP vid ett varvtal på 1000 vpm, varvid någon centrifugalförställning inte uppträder. Vid 2000 vpm blir centrifugalförställningen 260.

Generellt måste gnistan i tändstiftet alstras innan kolven når ÖDP i kompressionsslaget. Igångsättningen av förbränningen och tryckalstring är tillåtlig vid slutet av kompressionsslaget under den tid kolven passerar övre dödpunkten. Om tändningen sker när kolven börjat att röra sig neråt alstrar det tryck som bildas vid förbränningen av blandningen av luft och bränsle mindre effekt än det skulle kunna. Om tändningen sker med för stor tidigförställning byggs trycket från förbränningen upp till sitt högsta värde före slutet av kompressionsslaget vilket kommer att medföra knackning och skada på motorn.

Motoreffekten och motorns livslängd är intimt förknippade med precisionen i tändningsprocessen, eftersom plötslig spikning kan medföra höga påkänningar på vevaxeln och allvarlig skada på lager, kolvar och cylindrar.

På senare tid har alltfler bilmotorer försetts med elektroniskt styrda tändförställningsanordningar som ersätter de centrifugalt och i bero- ende av vakuum arbetande förställningsmekanismerna för att åstadkomma en precisare och säkrare tändning, som framgår av figur 3 som schematiskt illustrerar en allmänt använd tändningsförställning av elektronisk typ, vilken i anslutning till tändspole Gl och fördelare H1 har ett antal sensorer, såsom Il för styrning av förgasarinställning, Kl för avkänning av kylmedelstemperatur, Ll för lufttemperatur etc., och styrorgan Mi för inställning av spjäll samt tändstyrdator N l med tillhörande hjälpkretsar Ol.

Detta slag av elektronisk tändförställningsanordning är dock för- hållandevis dyrbar och svår att få kompatibel med de traditionella centri- fugal- och vakuumförställningsmekanismerna när dessa skall ersättas med elektronisk förställningsanordning.

Emellertid är det icke blott med avseende på tändinställningen som tändsystemet har vital betydelse för förbränningsverkningsgrad och tändning. Vid en konventionell tändningsprocess ien förbränningsmotor är det ju så att när en cylinder börjar sitt kompressionsslag rör sig en av kammarna på fördelaraxeln bort från brytararmen och när kontakten sluts i brytaren får primärlindningen i tändspolen ström så att det upprättas .ett magnetfält i tändspolen, samtidigt som kolven komprimerar luft/bränsle-blandningen. När 465 525 D 4 sedan nästa kam på fördelaraxeln lyfter brytararmen så att kontakten bryts, upphör strömmen genom tändspolens primärkrets och det föreliggande magnetfältet försvinner, varvid en gnista alstras i tändstiftet på grund av den då uppträdande högspänningen från spolens sekundärlindning via rotorn i fördelaren.

Spänningsuttaget från tändningsledningen kan varieras frân ett till ett annat i enlighet med det i verkligheten föreliggande arbetstillståndet, i princip måste det grundläggande kravet att en gnista alstras över gnistgapet uppfyllas. För olika gnistgap bestäms motsvarande olika spänningar i beroende därav. Dessutom är tätheten och volymen hos blandningen av luft och bränsle som inmatas i cylindrarna varierande i beroende av gasspjällets öppning och motorvarvtalet. För ändring av spänningen till gnistan måste den högspänning som alstras i tändspolen samtidigt varieras för olika arbets- tillstånd.

Tätheten hos luft/bränsle-blandningen under kompressionsslaget kan varieras med hjälp av förgasaren som ett resultat av att förhållandet mellan luft och bränsle ändras i motsvarighet till olika arbetskrav, exempel- vis: A. Tomgångskrets: En rikare bränsle/luft-blandning krävs för startning av en "kall" motor, som visat i figur 4, varvid det slutna läget hos gasspjället 3A medför hög proportion av bränsle i blandningen. Den blir något magrare när den blandas med den mindre mängd luft som kommer förbi det stängda gasspjället. Den slutliga blandningen är fortfarande tillräckligt rik för att motorn skall kunna arbeta i tomgång och med lågt hastighet.

B. Lågvarvtalskrets: Som framgår av figur 5 matas bränsle, när gasspjället 3A öppnas något, in i inloppssamlíngsröret genom låghastighetsöppningen. Detta bränsle blandas med den ytterligare luft som strömmar in förbi det något öppnade gasspjället så att det bildas en blandning som är tillräckligt rik för drift vid lågt varvtal med litet pådrag.

C. Högt varvtal/ delbelastningskrets: När gasspjället öppnas tillräckligt och ju mer det öppnas och ju snabbare luften strömmar genom luft/bränsle-blandningskammaren, desto högre vakuum bildas i dennas dysa. Detta innebär att ytterligare bränsle matas ut från huvudmunstycket (på grund av det högre vakuumet). Som resultat upprätthälles ett nära nog konstant bränsle/luft-förhållande av högvarvtalsl- delbelastningskretsen från delvis till helt öppet gasspjäll. 465 525 5 Emellertid är högspänningsuttaget från tändspolen i automobilens tändsystem nästan oförändrat utan variation i beroende av ändring i gas- spjällets öppning och motorvarvtalet, varför omfattningen av den gnista som alstras i stiften hålls konstant utan ändring.

När motorn arbetar i tomgång eller med lågt varvtal är bränsle/- luft-blandningen rikare och temperaturen hos stiftet sänks följaktligen av bränslet i sådan grad att kolpartiklar kan avsätta sig på isolationen kring stiftets i denna anordnade elektrod, där de kan medföra felande eller felaktig tändning, ofullständig förbränning och ökad bränsleförbrukning.

Ett varmare stift kan bränna bort på detta sätt avsatta kolpar- tiklar eller förhindra bildning av dem, men ett överdrivet hett stift kan medföra andra svårigheter och hög stiftförbrukning. För att eliminera dessa problem avser föreliggande uppfinning ett sätt att reglera omfattningen av gnistan och takten vid tändinställning i beroende av tätheten av blandningen av luft och bränsle.

Ett första ändamål med föreliggande uppfinning är sålunda att ange en elektroniskt styrd kopplingsanordning för elektrisk styrning av tändning i förbränningsmotorer med gnisttändning, vilken medför ökning av effekt och bränsleekonomi och vilken väsentligen omfattar signalförstärkare, rektangelvågbildare, vakuumsuganordning, transistorer och transistorswitch, som är anslutna till varandra mellan utgångskontakten på fördelaren och tändspolen, så att en signal kan förstärkas för påverkan av ett membran, varvid detta vibrerar uppåt och nedåt i enlighet därmed, härigenom bringande ett elektriskt ledande element att i kontakt med en variabel resistor glida i beroende av membranet och därmed ändra varaktigheten av en laddnings- och urladdningsprocess i en kondensator, som därefter kommer att styra den påverkande transistorn och transistorswitchen för öppnande eller slutande, så att laddnings- och urladdningstiden för tändspolen bestäms i motsvarighet därtill. Omfattningen av gnistan och tändförställningen kan sålunda regleras i beroende av densiteten hos bränsle/luft-blandningen och motorvarvtalet så att en fullständig förbränningsprocess och exakt tändinställning kan erhållas i och för erhållande av maximal effekt ur en motor.

Ett andra ändamål enligt uppfinningen är att åstadkomma ett elektroniskt styrt tändsystem för ökning av effekt och bränsleekonomi i vilket en likriktare används för överföring av alstrad sinusformad våg till rektangelvågform för att alstra tändsignal på exaktare sätt. .

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att ange ett elektro- niskt styrt tändsystem för ökning av effekt och bränsleekonomi i vilket den 465 525 F 6 nämnda vakuumsuganordningen bildas av en kolv som är anordnad i ett cylindriskt hus med en över kolven belägen förspänningsfjäder och ett elektriskt kopplingsarrangemang som är anordnat under kolven, samt ett anslutningsrör med vilket vakuumsugarrangemanget är kopplat till förgasa- rens venturirör, varvid det elektriska kopplingsarrangemanget utgörs av ett långsträckt stånglü vilka ett är i kontakt med en variabel resistor och det andra med en jordad nnetaflplatta, så att ändring i vakutuntiflståndet i venturiröret i förgasaren kan påverka kolven så att resistansen hos det variabla motståndet kan ställa in olika driftförhällanden i den elektriska kretsen. Ännu ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en elektroniskt styrd kopplingsanordning för ökning av effekt och bränsleekonomi med vilken omfattningen av vakuumtillståndet i förgasaren är direkt associerad till motorvarvtalet, dvs. ett tillstånd med hög vakuumnivå är relaterat tül högt varvtal hos nnotorn och den förefh1tüga vakutnnsug- anordningen är associerad med en större resistans och den automatiska laddningstiden för tändningsgnistan är i ett normaltillstånd, tändningsgnistan följaktligen normal och tändningen på rätt sätt tidigareförställd, medan vakuumsugkraften vid lågt motorvarvtal är förhållandevis liten, gnistalst- ringsorganet har lägre resistans, och laddningstiden för tändspoleri är för- längd, så att tändningsgnistan är förstorad samtidigt som tändningen inte är uidigarestäiid. i Ännu ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en elektroniskt styrd kopplü1gsanordning för reglering av tändningen i viH intensiteten hos tändningen ökas när motorn går med tomgångsvarvtal eller lågt varvtal, dvs. omfattningen av gnistan ändras i beroende av bränslelluft- blandningens densitet.

Figur l visar en konventionell centrifugalregulator för tändför- ställning, Figur 2 en konventionell vakuumreglerad tändförställning, Figur 3 en elektronisktstyrd tändförstäUningsanordning, Figur 4 i tvärsnitt visar en förgasare i tomgångsläge, Figur 5 visar samma förgasare vid lågt motorvarvtal, Figur 6 samma förgasare vid fullt pådrag, Figur 7 är ett diagram som visar luft/bränsle-förhållandet i förgasaren, 'f 7 465 525 Figur 8 är ett blockschema som illustrerar installationen enligt föreliggande uppfinning av en elektroniskt styrd kopplingsanordning enligt uppfinningen i motorns tändsystem för ökning av effekt och bränsleekonomi, Figur 9 visar den fördelare som används enligt föreliggande uppfinning i ett elektroniskt styrt tändsystem, Figur 10 visar en vakuumsuganordning som används enligt före- liggande uppfinning i en kopplingsanordning för elektrisk styrning av tänd- ningen, Figur ll är ett kopplingsschema som visar den elektroniska delen av kopplingsanordningen, och Figur 12 är ett diagram som visar kurvformen hos tändsignal i kopplingsanordningen enligt uppfinningen.

Av blockschemat i figur 8 framgår att kopplingsanordningen enligt uppfinningen består av, i anslutning till en utgångssignalkontakt hos fördela- ren l, en signalförstärkare 10, en rektangelvågbildare 20, en vakuumsug- anordning 30 som innefattar en av vakuum i förgasarens venturirör påverkad signalreglerande anordning, ett styrorgan 40 och en transistorswitch 50 i serie med tändspolens 2 primärlindning ZA.

Fördelaren l, som visas i figur 9, är av konventionellt utförande av det slag som används för alstring av elektriska pulssignaler härrörande från ändringar av ett magnetfält i en spole.

Signalförstärkaren 10 är anordnad för förstärkning av spännings- pulssignalen p och rektangelvågbildaren 20 omformar denna förstärkta sinus- formade spänningspuls p till en rektangulär våg, varigenom signalen p blir mera precis och stabil.

Figur 10 visar ett utförande av vakuumsuganordningen 30 vilken med en ledning 31 är ansluten till en öppning 3B i väggen på förgasarens 3 ett venturirör bildande förgasningskammare. Den visade vakuumsuganordningen bildas av ett cylindriskt hus 32, vilket innehåller en rörlig kolv 33 eller en membran som är rörlig i beroende av ändringar i vakuumtillståndet i venturiröret. Ovanför kolven ligger en fjäder 34 och under den finns ett par elektriskt ledande ben 35, av vilka det ena är förskjutbart i kontakt med en mångfald inbördes seriekopplade resistorer 36 och det andra benet glider mot en jordad metallplatta 37, så att rörelsen hos kolven 33 i beroende av ändringar i vakuumtillståndet i venturiröret som resultat av ändringar i gasreglagets läge medför olika resistansvärden när kolven förflyttar kontakt- benet utmed de med varandra seriekopplade resistorerna R, varigenom motståndet blir större ju högre vakuumet i venturiröret är. 465 525 0 8 Styrtransistorn 40, figur ll, används för styrning av transistor- switchen 50. Som framgår av figur ll fungerar transistorswitchen 50 som ett av Vakuumsuganordningen 30 påverkat omkopplingsorgan, som genom öppning och slutning bestämmer tiden för laddning av tändspolen 2 och tändningens tidigareförställning.

Vid tändsystemet enligt uppfinningen används inte den konventio- nella centrifugalförställningen eller vakuumförställningen för att tidigare- lägga tändningen och utsträckningen av tändningsgnistan kan också ökas genom tillämpning av systemet. Vakuumsuganordningen 30 är så utförd och anordnad att den åstadkommer tidigareförställningen av tändningen och förstoring av tändningsgnistan. När vakuumsugkraften i förgasaren 3 är liten, så att kolven 33 är belägen i ett undre läge som visat i figur 10 och sålunda den elektriska kopplingsanordningen under kolven 33 har en låg resistans i resistorn R|_, kan kondensatorn C när den förstärkta och likriktade rektangel- vågen av en inducerad signal p överförs genom Vakuumsuganordningen 30, blott uppnå en mindre förspänning över den parallellkopplade resistorn R|_, tills kondensatorn C är laddad för uppnående av arbetsspänningen för påverkan av transistorn TR3, varvid följaktligen transistorn TR4 aktueras och transistorn TR5 bryter, samt tändspolen 2 alstrar en högspänning för tänd- stiftet 4. När urladdningen av tändspolen 2 är färdig, avslutas omedelbart urladdningsprocessen i kondensatorn C, varvid transistorn TR; stänger och transistorerna TR4 och TR5 börjar fungera, varvid tändspolen 2 åter laddas.

Ju längre tändspolen laddas, desto högre spänning alstrar den därför, och sålunda ökas omfattningen av tändgnistan i stiftet 4 i motsvarig- het därtill. Eller med andra ord, ju mindre resistansen hos resistorn RL är, desto lägre blir förspänningen och desto längre tid tar det för laddning av kondensatorn C, omfattningen av tändgnistan i stiftet 4 ökas i beroende av förlängningen av laddningen av tändspolen 2 och tändningstiden fördröjs.

Det torde vara klart att föreliggande uppfinning omfattar en rörlig kolv eller membran i en vakuumsuganordning 30 för variering av resistansen hos en resistor RL i beroende av arbetsförhållandena, så att utsträckningen av tändningsgnistan och tändningstajmningen kan ändras i beroende därav.

Vid tomgång är bränsle/luft-blandningen mycket rik, varför en intensifierad gnista krävs för tändning av blandningen så att en ideal förbränning åstadkommas, och gasspjället 3A i förgasaren 3 är nästan stängt, så att sugkraften i dess venturirör är förhållandevis liten, varför kolven eller 465525 9 membranen 33 i huset 32 rör sig blott något litet eller icke alls uppåt, som visat i figur 10, så att den därav beroende resistansen är liten, varigenom laddningstiden hos tändspolen 2 förlängs och spolen alstrar en förhållandevis stor gnista i motsvarighet till tändningsbehovet vid tomgång.

Som framgår av figur 5 är bränsle/luft-blandningen när motorn arbetar vid lågt varvtal fortfarande mycket rik och vakuumtillståndet i förgasaren 3 blott något litet ökat, vilket också gäller motsvarande resistans hos resistorn RL, varför en "större" gnista fortfarande erhålles. Utsträck- ningen av tändnlngsgnistan ändras i överensstämmelse med densiteten hos bränsle/luft-blandningen och temperaturen hos tändstiftet 4 balanseras däri- genom på rätt sätt så att överhettning, som kan medföra alstring av olämplig avgas, undviks. Automobiler med motorer utrustade enligt uppfinningen kan köras med låg hastighet i stadstrafik med hög bränsleekonomi och utan att alstra överskott av avgas.

Som vidare framgår av figurerna 6 och 7 är vakuumsugkraften förhållandevis hög vid hög hastighet och bränsle/luft-blandningen är i för- hållande därtill lättare, varför det inte krävs någon intensifierad tändnings- gnista, och kolven 33 påverkas så att den rör sig uppåt, varvid resistansen RL ökas, kondensatorn C laddas snabbt för att nå arbetsspänning och laddnings- tiden för tändspolen 2 återgår till normalt tillstånd och tändningen tidigare- läggs för att motsvara vad som erfordras vid högt varvtal.

Figur 12 återger ett vågformsdiagram för ytterligare klargörande av uppfinningen (i överensstämmelse med vågformändringen med kopplingen enligt figur ll): (1) är en från fördelaren härrörande signal; (2) är en förstärkt signal; (3) är en rektangelvåg erhällen i rektangelvågbíldaren 20; (4) är en kurva som visar en vågform som motsvarar ett varken tidigare- eller senarelagt tändningstillstând med ett tändningsläge angivet.

(IOA visar ändringen av vågformen med en försening av tändningen och ökningen av tändgnistans utsträckning, vilket förhindrar spikning när bränsle/luft-blandningen är förhållandevis rik i situationer med snabb accele- ration, uppförsbacke, tung last och körning i nerförsbacke; (#)B visar tändningen tidigarelagd, varvid laddningstiden för tändspolen är förkortad och gnistan mindre, så att anordningen fungerar i enlighet med normal drift hos en motor i vilken ingen förstärkt gnistbildning erfordras.

Det har nu klart visats att föreliggande uppfinning avser en enkel och billig anordning för genomförande av en noga till driftförhållandena 465 525 % N anpassad tändning och ökning av tändningsgnistans omfattning i rätta situa- tioner, så att förbränningsverkningsgraden och effektuttaget från en motor förbättras.

Claims (5)

ll Patentkrav

1. Elektroniskt styrd tändningsanordning för förbränningsmotorer med gnisttändning anordnad mellan en induktionsutgâng (lB, figur 9) hos en fördelaranordning (1) och en tändspole (2), innefattande en vakuumsug- anordning (30) som är ansluten med en rörförbindelse (31) till en öppning utsatt för tryck i ett venturirör i motorns förgasare och som har en i beroende av föreliggande vakuum rörlig del (33), k ä n n e t e c k n a d därav, att vakuumsuganordningen (30) är anordnad att med nämnda rörliga del (33) påverka en resistans (RL) i en tidkrets anordnad för styrning av en transistor- switch (50) för öppnande och stängande av transistorswitchen för bestämning av tidperioden för laddning av tändspolen (2) och tändinställningsvinkeln.

2. Elektroniskt styrd tändningsanordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att vakuumsuganordningen (30) innefattar ett hus (32) som omsluter ett med ett anslutningsrör (31) till venturipartiet i motorns för- gasare (3) anslutet rum, som begränsas av ett rörlig membran (kolv 33) som är rörligt i beroende av ändringar av vakuumtillstândet i förgasaren, ett mem- bran (33) från ena sidan pâverkande, på membranet utövad vakuumkraft motverkande fjäder (34) och en till membranet ansluten anordning (35, 37, R) för variering av storleken av den i laddningskretsen ingående resistansen (RL).

3. Elektroniskt styrd tändningsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av en till fördelaranordningens induktionsutgâng ansluten signalförstärkare (10) och en signal från denna signalförstärkare (10) mottagande rektangelvågbildare (20), som omformar den förstärkta signalen till en rektangelvåg och vars utgång är ansluten till vakuumsuganordningen (30) för variering av signalen i beroende av den i laddningskretsen för kondensatorn (C) ingående resistansen (RL), samt transistorswitchningsorgan (TR3_ 5, 40, 50) för bestämning av tidperioden för laddning av tändningsspolen och tändningsförställningsvinkeln.

4. Elektroniskt styrd tändningsanordning enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att transistorswitchningsanordningen innefattar en med den i beroende av storleken av vakuum i förgasaren varierande resistansen (RL) parallellkopplad kondensator (C), vars spänning styr transistorswitch- ningsorganets bestämning av tidperioden för laddningsspolen och tändförställ- ningen av tändningen. 465 525 12

5. Elektroniskt styrd tändningsanordning enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att den till membranen (33) anslutna anordningen för varlering av resistansvärdet hos den variabla motstândsanordningen (36) innefattar ett ledande benpar (35), som är rörligt tillsammans med membranet med ett ben i glidbar kontakt med ett motstånd (R) och det andra benet i benparet (35) i glidbar kontakt med en jordad metallplatta (37). .fl