SE527259C2 - Metod och anordning för att styra strömmen i ett tändstift - Google Patents

Description

OI I OO O OO OO I 0 I 0 0 0 00 0 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0 000 0 000 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0 0 0 O OO OOO OO OOOO IO 10 15 20 25 30 P18l9 2 En griistiirladdning kan karakteriseras av ett antal faser. Först levererar tändsystem en högspänningspuls till tändstiftet. När spärmingen stigit till typiskt 10-20 kV, sker ett överslag mellan elektroderna. Den första fasen kallas ”Breakdown Phase” med en varaktighet på några nanosekunder. Spänningen är då hög över stifiet och strömmen genom stiftet kan vara 10-tals Ampere. Nästa fas är ”Arc phase”, med en typisk varaktighet på ett antal mikrosekunder. Spänningen mellan elektroderna är då typiskt 50-100V och strömmen i storleksordningen 1-10A. Den sista fasen är ”Glow phase” med en typisk varaktighet på några millisekunder för ett normalt induktivt tändsystem. Spänningen mellan elektrodema är då typiskt 500-1000 V och tändsystemets tändspole levererar då en ström på i storleksordningen 10-100 mA som faller relativt linjärt ner mot noll. Huvuddelen av energifrigörelsen över tändstifiet sker normalt under ”Glow Phase” för de flesta tändsystem idag.

För att underlätta antändning av speciellt magra men även feta blandningar, liksom inhomogena blandningar vars bränsle-luft förhållande i närheten av tändstiftet varierar med tiden, vore det en ßrdel om man kunde konstruera ett tändsystem, som levererar en kraftigare gnista med högre ström och större effektiv yta på plasmakanalen under en kortare och mer väldefinierad tid. Med andra ord vore det en fördel om man kunde konstruera ett tändsystem som i huvudsak arbetar i ”Arc Phase” och där ”Arc Phase” utsträcks i tiden till att vara åtminstone några hundra mikrosekunder eller upp till ca en millisekrmd beroende på önskad varaktighet av gnistan.

För en motor som skall kunna gå på olika bränslen kan det också vara en fördel att kunna variera gnistan beroende hur lättantändligt bränslet är. Detta kan även vara intressant under andra fall, t ex vid kallstart eller vid fuktig väderlek, då antändning av bränsleblandningen kan vara svårare än norrnalt. Vidare förekommer det idag motorer med variabel EGR (Exhaust Gas Circulation). Vid hög EGR är halten av inerta gaser högre i cylindern vilket kan försvåra antändning av bränsleblandningen och där kan det vara av intresse att ha en kraftigare gnista med större energiinnehåll.

En kraftigare gnista kan dock ge upphov till ökat tändstiftsslitage och ökad förbrukning av elektrisk energi varför man inte i onödan önskar ha en för kraftig gnista eller en gnista med för lång varaktighet. Det vore med andra ord en fördel om gnistans varaktighet och strömstyrka kunde varieras beroende på en rad omständigheter. Vidare så kan det i det fall 00 0 00 00 00 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 000 0 000 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000 00 0000 00 000 GOOD 000 10 15 20 25 30 tfl ua xt n.) m so Pl819 3 motorn går på mycket högt varvtal vara onödigt att ha en mycket lång varaktighet på gnistan, då gnistan har betydelse endast för att starta förbränningen i cylindern.

Tändstift kan också användas som en sensor för att få information om förbrännings- processen. För att åstadkomma detta kan man efter avslutad gnista lägga på en relativt låg spänning över tändstiftet, tex 50 - 200 V, och mäta den ström som passerar mellan stiftets elektroder. Denna ströms utseende som funktion av tiden ger information om konduktiviteten i den gas som befinner sig nära tändstifiet under förbränningsprocessen, vilket bl. a. kan ge information om förbränningens tidsförlopp efter avslutad gnista.

Tändsystem som använder tändstiftet som sensor brukar sägas vara utrustade med jonströms-system, där jonström är den ström som flyter mellan stiftets elektroder vid en viss pålagd spänning över stifiet efter avslutad gnista. Denna ström är normalt låg i förhållande till gnistströmmen. Ionströmmen är vanligtvis i storleksordningen 1-1000 uA under en förbränningsprocess. För att kunna utnyttja ett jonströmssystem till fullo, är det viktigt att gnistans varaktighet är kort relativt den tid som förbränningen varar i cylindem.

Detta eftersom information om förbränningen kan fås först efter det att gnistströmmen försvunnit. I samband med att gnistströmmen gått ned till ett värde nära noll, brukar även ett annat fenomen inträffa som kallas för spolringning. När gnistan över tändstiftet försvinner, ökar irnpedansen mellan tändstifiets elektroder kraftigt, vilket leder till att en självsvängning startar i tändspolens sekundärkrets i vilken tändstiftet ingår som en del.

Efter att denna självsvängning har dämpats ut kan mätning av jonström påbörjas.

För tändsystem som använder tändstiftet som jonströms-sensor, är det således viktigt att gnistans varaktighet är kortjärnfört med den tid som förbränning pågår i cylindern, liksom att tiden för spolringning är kort.

Genom US 5,l97,448, US 4,033,3l6, US 4,l36,30l, US 4,30l,782 och US 4,345,575 är förut känt olika slags metoder för att tillföra energi på sekundärsidan av en tändspole, för att öka gnistströmmen eller förlänga gnistströmmen efter det att tändning skett av tändstifiet, dessa metoder emellertid är behäftade med vissa nackdelar.

US 5,l97,448 använder ett CDI system på prirnärsidan (Capacitive Discharge Ignition) och en uppladdad kondensator placerad på tändspolens sekundärsidan för att tillföra energi till tändstiflet antingen via en högspänd diod eller en via tändspole med mättningsbar kärna för 0 0 000000 20 25 30 n o Q o I ~ o o c P1s19 4 att öka strömmen genom tändstifiet med hjälp av den energi som lagrats i kondensatom på sekundärsidan. Typisk spänning på spänningskällan anges till 600 V på primärsidan resp. -600V på sekundär sidan. Således framgår att kostsarn och komplex utrustning krävs, bl. a. i fonn av en 40 kV högspänd diod (alternativt tändspole med mättningsbar käma). Denna anordning gör det heller inte direkt enkelt att på ett kontrollerat sätt styra vare sig gnist- strömmen eller dess varaktighet. Istället kommer den uppladdade kondensatom snabbt ladda ur sig via dioden och tändstifiet och ge upphov en kraftig men kort strömstöt genom tändstiítet efier det att stifiet har tänt, med en varaktighet på kanske något tiotal mikrosekunder.

US 4,033,316, använder ett konventionellt induktivt tändsystem kombinerat med en spänningskälla på sekundärsidan med en typisk amplitud på lkV - 4kV för att förstärka och förlänga gnistan. Inte heller denna uppfinning visar på någon bra metod att styra strömmen i gnistan eller dess varaktighet utan bara ett sätt att förlänga den. US 4,136,301 visar en vidareutveckling av US 4,033,3 16, varvid man tillfört användandet av en DC/DC- omvandlare innehållande bland annat en transformator och likriktare för att på sekundär- sidan kunna erhålla en variabel utspänning, till exempel mellan spänningarna lkV och 4 kV, för anpassning av spänningskällan till aktuella motorförhållanden, Här åstadkommer man en viss möjlighet att anpassa gnistan i förhållande till motorförhållanden, men uppfinningen visar inte på någon metod att styra strömmen genom gnistan under själva gnistans varaktighet för att till exempel åstadkomma en viss kurvform på strömmen eller för att åstadkomma en gnista med förutbestämd varaktighet.

US 4,301,7 82, använder en DC/DC-omvandlare med strömutgång som ansluts via en induktor till tändstiftets högspänningssida för att öka strömmen i tändstifcet efter antändning skett. US 4,345,575 använder en högspänd kondensator som laddas till en hög spänning som laddas ur via en resistor som ansluts till tändstifiets högspänningssida, för att öka strömmen i tändstifiet efter det antändning skett. Gemensamt för dessa båda sistnämnda kända metoder är nackdelen att energin tillförs på tändspolens högspärmingssida vilket är mer komplicerat än om energin tillförs på tändspolens lågspänningssida.

Samtliga ovan nämnda metoder visar på nyttjande av en högvoltsspänningskälla ñr att kunna påverka gnistströmmen, vilket i sig är ofördelaktigt ur synvinkeln att en hög spänning är relativt svår att åstadkomma jämfört med en lägre spänning. Vidare visar ingen 10 15 20 25 30 Pl8l9 5 av uppfinningarna på en metod att åstadkomma en gnista som där man enkelt kan kontrollera gnistans strömstyrka och varaktighet i Arc discharge mode.

Det finns således idag ingen riktigt bra metod eller anordning för att kunna styra gnistströmmen genom en tändanordning, t. ex. tändstift i en törbränningskarnmare.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att eliminera eller åtminstone minimera något eller några av ovan nämnda problem, vilket åstadkommes med en metod enligt patentkrav l.

Tack vare uppfinningen erhålles på ett överraskande vis en både enkel och kostnadseffektiv metod att åstadkomma ett tändsystem med kontrollerbar griistsuöm och varaktighet hos gnistan. Kostnadseffektivitet erhålles bl. a. genom att behovet av högspända elektronik- komponenter, t.ex. högspänd diod, kan elimineras. Enkelhet erhålles bl. a. genom att en lägre styrspärining är enklare att åstadkomma än en högre spänning.

Uppfmningen möjliggör ett fördelaktigt tändsystem som kan åstadkomma en kraftig gnista under en förutbestämd brinntid. Gnistgapet eller tändstiftet opererar under huvuddelen av brinntiden i Arc discharge mode vilket leder till en kraftig gnista med stor ”yta” for antändning av en bränsle-luft blandningen vilket är speciellt fördelaktigt i de driftfall då bränsleblandningen är svårare att antända, exempelvis vid anändning av mycket magra blandningar.

Vidare möjliggör en töredragen utiöringsforiri av uppfinningen att på ett fördelaktigt vis oberoende av varandra kunna variera såväl gnistströmmens styrka som dess varaktighet beroende på det drififall som motorn befinner sig i eller på yttre omständigheter som t ex bränslekvalitet eller väderlek.

Dessutom är det tack vare en töredragen uttöringsform av uppfinningen möjligt att låta styrkretsen vara inkopplad i ett skede då det ej går någon ström på primârsidan av tändspolen, vilket innebär att man eliminerat behovet av att försöka minimera kopplingen mellan spänningskällan på sekundärsidan och primärsidan.

O OC O IQ O O Û IÛ O I I 0 I I 0 0 I I ll 000 IJ! I 10 15 20 25 30 5 2 7 2 s 9 i . -j:= Pl8l9 5 Extra fördelaktig är uppfmningen då tändstifiet används som jonströmssensor, eftersom det då är speciellt viktigt att kunna begränsa gnistans varaktighet samt att kunna begränsa tiden för spolringning till förbränningens initiala skede, varigenom tändstifiet kan användas som sensor under huvuddelen av fórbränningsförloppet.

Ytterligare aspekter och fördelar med uppfinningen kommer att tydliggöras i samband med den följande detaljbeskrivningen.

KORT FIGURBESKRIVNING I det följande avsnitt kommer uppfinningen att beskrivas mer i detalj med hänvisning till de bifogade figurema i vilka, Fig. l visar ett schematiskt kopplingsschema av en föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig. 2 visar en något modifierad krets enligt Fig. l, och med anordnade av en kompletterande jonströmsanordning, Fig. 3 visar en ytterligare alternativ utföringsform av uppfinningen, i form av späimings generering med annan polaritet, Fig. 4 visar en ytterligare alternativ utföringsforrn av uppfmningen, och, Fig. 5 visar ett diagram hur gnistströmmen enligt uppfinningen kan genereras över tiden.

DETALJERAD FIGURBESKRIVNING Fig. l, visar en föredragen utföringsform av ett tändsystem enligt uppfinningen. Det visas att tändsysternet, som matas med spänning från en spänningskälla l, t ex. ett 12, 24 eller 42Volts batteri, vilket är anslutet till jord 13. Spänningskällans pluspol 10 är ansluten till en första ände av primärspolen 30 hos en tändspole 3. Minuspolen ll är ansluten till en första reglerenhet 5, som utgörs av en första transistor 5, som via emittem är ansluten till nämnda minuspol 11. Kollektom hos nämnda första transistor S är ansluten till den andra änden av primärspolen 30 hos tändspolen 3, varigenom det kan slutas en första krets över primärspolen 30. Denna första krets, kallad primärkrets, skiljer sig inte kretsmässigt från ett konventionellt induktivt tändsystem.

I det följande kommer tändsystems sekundärkrets beskrivas, vilken skiljer sig kretsmässi gt ifrån ett konventionellt induktivt tändsystem. En första ände av sekundärspolen 31 är via en I O 000000 00 00 00 0 0 0 I 0 0 00 000 0 000 0000 0 0 0 0 0 0 000 00 0000 00 000 10 15 20 25 30 P1819 7 förbindelse 9 i anslutning med tändstiftet gap 80 och tändstiftets jordpunkt 82, på ett konventionellt vis, så att sekrmdärspolen 31 kan påverka spänningen över det gap 80 som bildas av tändstifiets gnistdon 91, 81. Mellan en andra ände hos sekundärspolen 31 (ingående i tändspolen 3) och en jordpunkt 15 firms anordnat en reglerkrets 6, 7, 14. Denna krets innefattar en första delkrets med en andra transistor 6 och en andra spänningskälla 14.

En lämplig likspänningsomvandlare, av i sig känd typ (ej visad), omvandlar lämpligen spänningen från spänningskällan 1 till att erhålla en andra spånningskälla 14, med lämplig negativ spänning, normalt ca. -100 V, vilket emellertid kan varieras inom området t. ex. -60 - -140 V. Transistom 6 är med sin kollektor, även kallad drain, ansluten till nämnda andra ände hos sekundärspolen 31 och med sin emitter, även kallad source, till den andra spånningskällans negativa pol. I en parallell krets med transistom 6 och spänníngskällan 14, finns anordnat en diod 7, vilken möjliggör ström att flyta enbart i riktning fi-ân primärspolen, över den andra delkretsen, dvs. förbi delkretsen med den andra transistorn 6.

En styrenhet 4 finns anordnad för styrning av de båda transistorema 5,6. Styrenheten får insignaler från ett överordnat motorstyrdon som bestämmer tidpunkt för gnistan, dess varaktighet och strömstyrka eller som alternativt väljer mellan några olika förprogrammerade kurvforrner på gnistan. Styrenheten 4 innefattar en logikenhet 41 för tidsreglering, för att styra de olika enheterna med optimal timing. Styrenheten 4 kan också innehålla en reglerenhet 42, för strömreglering av strömmen genom primärspolen 30 respektive sekundärspolen 31, varvid dessa strömmar kan mätas exempelvis över ett lämpligt mätmotstånd anordnat i serie med primärspolen respektive sekundärspolen (ej visat i figur). Dessutom innefattar styrenheten 4 drivenheter för i reglerkretsen ingående reglerelement. Transistorn 5 styrs av denna styrenhet 4 på ett för ett induktivt tändsystem konventionellt sätt, dvs. transistorn bringas att leda under en bestämd tid, ofta kallad ”dwell time", varvid ström flyter genom tändspolen 3 primärspole 30, varvid energi lagras i ündspolen. Då transistom 5 stängs av bildas en hög spänningspuls över tändspolens sekundär-spole 31, som fi-arnbringar en gnista över tändstiftets gap 80 och den energi som lagrats i tändspolen laddas ur i tändsystemets sekundärkrets. För att kunna styra gnistans varaktighet och strömstyrka oberoende av varandra har enligt uppfinningen en styrkrets 6, 7, 14 adderats till tändspolens sekundärsida 31. Denna styrkrets tillför energi till sekundärkretsen efter det att en gnista har etablerats över tändstiftet. Genom att under gnistans brinntid med hjälp av transistorn 6 koppla in och ur en spärmingskälla 14 i serie med tändspolen 3, kan man styra såväl gnistans strömstyrka som dess varaktighet.

Pl819 3 Spänningskällan 14 bör vara av samma storleksordning som summan av spänningsfallet över tändstifiet och det resistiva spärmingsfallet i tändspolen. Om spänningsfallet över tändstiftet antas vara ca 60-80 V och det resistiva spänningsfallet över tändspolen något tiotal volt så kan en lämplig styrspänning vara ca 100V, men denna kan varieras till 5 exempel i intervallet 50-150 V. Om styrspänningen är lägre än nyss nämnda spärmingsfall, kan den tilltörda energin endast användas fór att förlänga varaktigheten på gnistströmmen, ej för att öka gnistströmmen utöver det maximala värde som tändspolen genererar. Om styrspänningen är högre än nyss nämnda spänningsfall, kan också gnistströmmen ökas.

Genom att med ett lämpligt styrfórfarande, under gnistans brinntid, koppla in och ur denna 10 spänningskälla 14, så kan gnistströmmens kurvform styras som funktion av tiden för att åstadkomma en önskad kurvfonn (se Fig. 5). Genom att mäta strömmen som flyter genom sekundärspolen 31 kan man reglera gnistsu-ömmen mot ett börvärde eller mot en önskad kurvform eller varaktighet på strömmen. Styrkretsen 4 styr således såväl strömmen i prirnärkretsen som strömmen i sekundärkretsen efter det att tändstiitet tänt, t.ex. 15 varaktigheten för gnistan genom tidsstyming av transistor 5 och 6.

För att åstadkomma en kort och krafiig gnista med lågt spärmingsfall, har tändspolen 3 mycket låg induktans på sekundärsidan 31 (typiskt 1-100 mH), i jämförelse med en normal tändspole (typiskt 1-100 H). En låg induktans innebär också få varv i spolen, varvid en 20 grövre tråd kan användas vilket också ger en låg inre resistans hos spolen (typiskt 1 -10 ohm) istället fór som normalt en resistans på i storleksordningen kilohm. Om nu ungefär samma energi lagras i denna tändspole 3 enligt uppfinningen som i en normal tändspole, så kommer den maximala ström som spolen 3 levererar vara 1-2 storleksordningar större än strömmen från en normal tändspole vilket innebär en maximal ström på i storleksordningen 25 IA eller större, i jämförelse med de 10-200 mA som en normal tändspole levererar. Detta innebär att tändstiftet 8 under huvuddelen av tiden kommer befinna sig i Arc discharge mode, med ett typiskt spänningsfall över tåndstíitet på S0-100V, till skillnad från ett normalt tändsystem där tändstifiet under huvuddelen av tiden arbetar i glow disharge mode, med ett typiskt spärmingsfall över tändstifiet på i storleksordningen 500-1000 V. Den tid 30 som tändspolen 3 enligt uppfinningen kan leverera en gnista i Arc discharge mode beror på tändspolens konstruktion och hur mycket energi som lagrats i tändspolen 3, men typiskt är _. . ._ en tid på några hundra mikrosekunder. 0000 O 0 0 0 I O C OO 10 15 20 25 30 527 q r f". rfl: 's “ef an: ä. Ouv: i J OI O I I --vJ š.q'šø:e..a=.:u?.: :g P1819 9 Lindningsförhållandet mellan primärspole och sekundärspole i tändspolen 3 är lämpligen i området 1:20 men kan varieras till exempel mellan 1:8 och 1:30, i beroende av det ström/ spärmingsförhållande som önskas över den första transistom 5 och den maximala spänning som erfordras över ett tändstift 8 till vilket tändsystemet är anslutet.

För att kunna lagra en lämplig energimängd, t. ex. 20-100 mJ, i en tändspole 3 med så mycket lägre induktans än vad som vanligtvis används, används i prímärkretsen lämpligen en switch transistor 5, t ex en IGBT. Switchtransistom 5 har en relativt sett hög strömtålighet och spärmingstålighet järnfört med ett konventionellt induktivt tändsystem system.

Typisk spänningstålighet på denna transistor 5 kan vara 1700 - 2500 V men spänningar inom intervallet 1000 V - 5000 V kan också komma till användning. Transistom bör beroende på krav på gnistström, kunna hantera en primärström på i storleksordningen 10 - 200 A, ju högre ström desto lägre spärmingstålighet.

Den andra transistom 6 har lämpligen en spänningstålighet på 150 - 400 V.

Märkbelastningen för strömmen igenom denna transistor 6 beror på strömstyrkan på den gnista som önskas, men normalt ligger den i ett område runt ca 1-5 A.

I Fig. 2. visas en alternativ utföringsform vilken är anordnad med en kompletterande jonströmsanordning. Många av komponenterna i Fig. 2 är desamma (med samma hänvisningssiffra) som i Pig. l och kommer därför inte beskrivas i detalj, utan enbart ytterligare tilltörda komponenter. Det visas bl.a. att samma spänningskälla 14 används för att mata såväl tändsystemets primärkrets 5, 30 som dess styrkrets 6, 31, vilken enligt uppfmningen tillför energi i tändsystemets sekundärkrets 6, 31, 9. Således är här även den andra transistom 6 i anslutning med minuspolen 11, via dess emitter, även kallad source. I detta fall kan en och samma spänning användas, med t ex spänningen 50-150 V, vilket ger möjlighet till en enkel och kostnadseffektiv implementering. Såväl primärkretsen som sekundärkretsen kan i detta fall enkelt kombineras i samma fysiska enhet (se Fig. 4) och tändenheten med tändspole kan till exempel placeras nära varje tändstift 8. Spännings- omvandling mellan motoms batterispärming och den spänning som behövs för att driva tändanordningen kan då ske på en central plats, med hjälp av en likspünings-omvandlare (ej visad), vilket är en redan känd teknik. 10 15 20 25 30 P1s19 10 Vidare visas en styrenhet 4, vilken bl.a. innefattar en logikenhet 41 för tidsreglering, för att styra de olika enheterna med optimal timing och företrädesvis även en reglerenhet 42 för strömreglering av strömmen i primärkrets och sekundärkrets. Dessutom innefattar det drivenheter för i reglerkretsen ingående reglerelement. Styrkretsen styr således tänd- strömmen, varaktigheten för gnistan respektive triggningstiden för olika styrvariabler.

Under tiden då en gnista existerar i gapet 80, kommer antingen den andra 6 eller den tredje 12, transistom att vara aktiv, beroende på om det önskas tillföras mer energi till gnistan eller inte. Vid slutet av gnistbildningen kommer båda dessa transistorer 6, 12 att vara avstängda och en gnistström kommer då att ladda kondensatom 16. Denna kondensator 16 kommer att ge en positiv spänning över tändstiftet 8, efter det att gnistan upphört, och den därvid genererade låga strömmen genom tändstifiet kommer att kunna nyttjas för jonströmsmätning.

Vidare visar Fig. 2 att två ytterligare kretsar A, B finns anordnade till sektmdärsidan 31, varigenom tändsystemet också är utrustat med jonströmsfunktionalitet, vilket ger en rad extra fördelar. Gnistan är normalt mycket kort och med kort varaktighet på spolringningen tack vare den låga induktansen i tändspolens sekundärkrets 31. Vidare så kan gnistans varaktighet styras så att man vid snabb förbrärming, t ex vid höga varv eller vid larnbda = 1 har en kort varaktighet på gnistan medan man vid andra driftsförhållanden med mer långsam förbränning kan tillåta sig en längre varaktighet på gnistan utan att förlora värdefull information från jonströmssignalen, då man vill ha tillgång till denna signal under huvuddelen av förbränningsprocessen. ~ Således visas att kretsen A innefattar en diod A1 vilken möjliggör snabb uppladdning av kondensatom 16 i slutet av gnistströmmen och en resistor A2 som tillsammans rned dioden A1 förhindrar snabb urladdning av kondensatorn 16 under tiden för gnistan. Nyss nämnda resistor A2 används också för att jonströmmen skall kurma kan passera utan stort spärmingsfall.

Kretsen B används för att mäta jonströmmen och förstärka densamma till en användbar mätsignal som kan användas för styming och övervakning av förbränningsmotom.

Kondensatorn 16 utgör spänningskällan som driver jonströmmen och den med kondensatom 16 parallella zenerdioden Bl används vid uppladdning av kondensatom 16 o ooooo 0 o o oo oo oo oo o o o o o o ooo o ooo oooo o o o o o o o o oo ooo oo oooo oo 20 25 30 P18l9 11 för att bestämma kondensatoms spänningsvärde. I kretsen ingår också ett rnätrnotstånd B2 som jonströmmen passerar, vilken förstärks i en tillhörande förstärkare B3, där ingången på förstärkaren skyddas av en ytterligare skyddsdiod B4 vilken begränsar spänningen över mätmotståndet B2 vid uppladdning av kondensatorn 16 och vid urladdning av kondensatorn 16 under gnistans varaktighet.

I Fi g. 3 visas ytterligare en alternativ utföringsform, vilken ävenledes innehåller många komponenterna som är de samma som i Fig. l (med samma hänvisningssiffra) och som därför inte kommer beskrivas i detalj. Modifieringen består i kretsen är konstruerad för att användas för ett tändstift där man önskar att jordelektroden skall fungera som katod, dvs. emittera elektroner. Detta innebär att elektroden 91, vilken vanligtvis är tändstiftets mittelektrod, kommer att ha en positiv spänning under gnistan.

Fig. 4, visas ytterligare utföringsform av ett tändsystem enligt uppfmningen, varvid i princip samma slags uppkoppling för styrkretsen 6, 7 nyttjas, som i Fig. 2, men utan jonströmsanordning. Det visas att tändspole 3, styrenhet 4, och styrkrets 5, 6, 7 kan låta sig anordnas i en samma fysiska enhet 2, vilket i vissa fall är fördelaktigt.

I Fig. 5 visas ett diagram som åskådliggör att man genom att mäta gnistströmmen eller genom att ha kärmedom om förekommande spänningsfall i kretsen, kan få en styrenhet 4 att påverka en krets enligt uppfinningen att leverera en med vissa begränsningar valfri eller förutbestämd kurvform på gnistströmmen. Styrenheten 4 kan t ex vara förprogrammerad att kunna leverera ett antal olika förutbestämda kurvformer på gnistströmmen med olika varaktigheter, för att på så sätt kunna leverera den kurvform på gnistan som bäst överensstämmer med motoms behov vid denna givna tidpunkt, t. ex. beroende på motoms varvtal, moment, bränsle-luft förhållande, EGR halt, typ av bränsle, motortemperatur, luftfuktighet eller andra parametrar som kan påverka det tidiga skedet av förbränningen i cylindem och därmed också behov av gnistström samt dess varaktighet.

Specifikt visas i Fig.5 olika kurvor som styr ett tändsystem enligt uppfinningen, varvid Y- axeln avser storleken hos strömmen och X-axeln visar på tiden. Il visar därvid ett fall där den första transistom 5 stängs av vid låg ström i primärkretsen och där den andra transistom 6 överhuvudtaget inte är aktiv. 12 visar en kurva där den första transistom 5 stängs av vid en hög ström, medan den andra transistom 6 inte är aktiv överhuvudtaget. 13 20 30 o! 0 P1819 12 visar ett fall där den första transistom 5 stängs av vid en hög ström och där den andra transistom 6 aktiveras utan någon fördröjning och hålls aktiverad för en mellanlång period.

I4 visar en situation då den första transistom 5 stängs av vid en låg ström och där den andra transistom 6 aktiveras utan fördröjning och hålls aktiv för en medellång period. 15 visar ett fall där den första Iransistorn 5 stängs av vid låg ström (följer då samma kurva som Il) och där den andra transistorn 6 aktiveras med en liten fördröjning och hålls aktiverad en lång tid. Diagrammet visar på en situation där spärmingskällan 14 enligt figur l till 4 har en spänning som är i stort sett lika med summan av spänningsfallet över tåndstiftets gap 80 och det resistiva spänningsfallet i tändspolens sekundärspole 31. Eftersom gnistans spänningsfall ofta varierar är det dock fördelaktigt att anordna en reglering av strömmen under gnistans förlopp vilken åstadkommes genom att koppla in och ur spärmingskällan 14 med hjälp av transistorn 6 under gnistans varaktighet, för att på så sätt reglera strömmen genom sekundärkretsen mot ett börvärde. Således fi-amgår att man med hjälp av uppfinningen på ett mycket varierat vis kan erhålla olika slags griistström över tändstifiet, som kan låta sig anpassas till alla olika slags situationer som kan vara önskvärda.

Varje tändanordning enligt uppfinningen kan styras med hjälp av en styrsignal för att kontrollera såväl tidpunkten för gnistan, en annan styrsignal som bestämmer gnistans varaktighet och en tredje som bestämmer dess strömstyrka. Alternativt kan en styrsignal användas som beordrar någon av ett antal förprogrammerade kurvfonner hos gnistan. Dessa styrsignaler kan också tänkas kombineras till en enda styrsignal som t ex med en lämplig pulskod bestämmer såväl tidpunkt som strömstyrka och varaktighet hos gnistan.

Uppfinningen är inte begränsad till vad som ovan beskrivits utan kan varieras inom ramen för patentkraven. Således inses bland annat att styrprinciperna enligt uppfinningen också kan användas för att styra gnistströmmen i ett konventionellt tändsystem, som i huvudsak arbetar i glow discharge mode med ett högre spänningsfall över tändstiftet. Men här går en hel del av vinsten förlorad, efiersom gnistans varaktighet ofta är tillräckligt lång och det finns normalt inget större behov av att förlänga varaktigheten ytterligare. Dessutom behövs i detta fall en energikälla med relativt hög utspärming, i storleksordningen 500-IOOOV ßr att på ett bra sätt kunna påverka gnistströmmens kurvform, vilket gör implementeringen mera kostsam. Û O. II II oc o v 0 n o n oc; o con annu I I I Û i oo» oo noen oo 10 15 P1819 13 Det inses dessutom att man inte nödvändigtvis behöver nyttja uppfmningen i anslutning till varje tändstift, utan att också uppfinningen kan anordnas i en centralenhet som med tändkablar ansluts till motorns olika tändstift.

TERMIIÉNOLOGI Det inses att begreppet tändsystem inte skall ges någon begränsad tolkning. Inte minst mot bakgrund av att fackmannen vet att olika delar i tändsystemet kan levereras i form av moduler. Med begreppet tändsystem enligt patentkraven skall således förstås att åtminstone någon eller några väsentliga komponenter ingår för att kunna utöva uppfmningen.

IGBT står för lnsulated Gate Bipolar Transistor MOSFET är den engelska beteckningen för en fälteffekttransistor med metal oxid styre.

Claims (1)

1. II OI I O U O O 0 0 III 000! I I O O o; CGI. en Q O I I. I O O I O O lo os: I 0 u 10 15 20 25 30 5 2 7 2 5 ag: . - 1,23 P18l9 14 PATENTKRAV 1 . Metod för att styra gnistsu-ömmen genom ett tändstift (8), omfattande en spänningskälla (1; 14), ett till spänningskällan anslutet tändsystem (2) och ett till tändsystemet anslutet tändstift (8), vilket tändsystem (2) innefattar en tändspole (3) och åtminstone en reglerenhet (5, 6) samt en styrenhet (4), vilka möjliggör reglering av gnistströmmens styrka och/eller dess varaktighet, k ä n n et e c k n a d av att nämnda tändspole (3) innefattar en sekundärsida (6, 31) anordnad att regleras i syfte att kunna kontrollera gnistans varaktighet i arc disharge mode. . Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda sekundärsida (6, 31) regleras med låg spänning, understigande 500 V, företrädesvis 50-300 V. Metod enligt något av patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reglering sker medelst åtminstone en transistor (5, 6) och en diod (7). Metod enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda åtminstone ena transistorer (5, 6), styr en extra spänning som tillförs sektmdärspolen (31), varvid företrädesvis nämnda extra spänning tillförs sekundär-spolen (31) på dess lågspänningssida. Metod enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda extra spänning hämtas från samma spänningskälla (14), som driver primärsidan (30). Metod enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda extra spänning hämtas från en andra spärmingskälla (14). Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att en transistor (5) är ansluten till primärsidan (30) av nämnda tändspole (3). Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e e k n a d av att strömmen genom sekundärkretsen (31) regleras att åstadkomma ett spänningsfall över tändstifiet (8) mellan 20 - 200 V, företrädesvis 60 - IOO V vid arc disharge mode. 10 15 20 25 30 P1819 0 00 0 0 00 00 0000 0 0 0 0 0 00 0 000 GOOD 0 15 9. Metod enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda ström ligger mellan 0,5 -10 A, företrädesvis 1-8 A, mer fördraget över 1 A men under 5 A. 10. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k å n n e t e c k n a d av att en lcrets ll. 12. 13. 14. 15. (A,B) finns ansluten för mätning av jonström via tändstiftet (8). Metod enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda krets (A,B) innefatta: en första delkrets (A) anordnad att snabbt kunna ladda upp en kondensator (16) i en andra delkrets (B), som innefattar komponenter (Bl, B2, B3, B4) anordnade att kunna alstra en mätbar signal från jonströmmen. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda styrenhet (4) reglerar åtminstone något, företrädesvis alla, av följande variabler: griistströmmen, varaktigheten hos gnistan, antändningstidpunkt. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att nänmda reglering åstadkommes genom att mäta gnistströmmen i syfie att leverera en förutbestämd kurvform på gnistströmmen sett över tiden, företrädesvis medelst ett antal i styrenheten 4 förprogrammerade kurvformer på gnistströmmen med olika varaktighet, som är anpassade till motoms olika behov vid olika förhållanden. Tändsystem, för att styra gnistströmmen genom ett tändstift (8), omfattande tändspole (3) och reglerdon (5,6,7; 5,6, 7,14; 5,6, 7,12) anordnade att reglera driften av nämnda tändspole (3), vilken innefattar en primärspole (30) och en sekundärspole (31), k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reglerdon (5,6,7; 5,6, 7,14; 5,6, 7,12) innefattar åtminstone en första transistor (5) ansluten till primärsidan (30) samt en andra transistor (6) och en diod (7) ansluten till sekundärsidan (31). Tändsystem enligt patent 14, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda sekundär-spole (31) har en induktans understigande 1000 mH, företrädesvis 0,5-500 mH, mer föredraget 1- 100 mH. 0' 0 vn ao n c n on o g g g 0 loo o oo: ovan i I o n g 00 Oo coon oo 10 15 20 Pl819 16 16. Tändsystem enligt patent 15, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda sekundärspole (31) har en inre resistans under-stigande 500 ohm, företrädesvis 0,5-100 ohm, mer föredraget 1-20 ohm. 17. Tändsystem enligt patent 14, k ä n n e t e c k n a d av att den första transistorn (6) är en switch transistor. 18. Tändsystern enligt patentlcrav 14 eller 15, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone en av nämnda transistorer (5,6) är av MOSFET-typ. 19. Tändsystern enligt patentkrav 14, k ä n n e t e c k n a d av att tändspolen (3) är av induktiv typ. 20. Tändsystem enligt något av patentkraven 14 - 19, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda styrenhet (4) innefattar en logikenhet (41) för tidsstyming av närrmda reglerenheter (5, 6). 21. Tändsystem enligt något av patentkraven 14 - 20, k ä n n e t e c k n a d av att lindningstörhållandet mellan primär- och sekundärspole (30,31) i nänmda tändspole (3), ligger mellan 1:5- 1:50, företrädesvis 1:8-1:30, mer föredraget omkring 1:20.