Sistema de encendido.

Un sistema de encendido que comprende

- una bujía que tiene un primer extremo que define una distancia disruptiva entre un primer electrodo y un segundo electrodo;

- un transformador que comprende un bobinado primario y un bobinado secundario

, siendo el acoplamiento electromagnético entre el bobinado primario y el bobinado secundario inferior al 80%, teniendo el bobinado secundario una resistencia inferior a 1 kΩ y una inductancia inferior a 0,25 H y que está conectado con el primer electrodo en un circuito secundario que tiene una frecuencia de resonancia, y

- un circuito de excitación conectado al bobinado primario y dicho circuito de excitación comprende un oscilador de potencia configurado para oscilar a la frecuencia de resonancia del circuito secundario y para transferir energía al circuito secundario durante ciclos sucesivos de oscilación, hasta que se alcanza una tensión de ruptura de la distancia disruptiva.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2007/051704.

Solicitante: NORTH-WEST UNIVERSITY.

Nacionalidad solicitante: Sudáfrica.

Dirección: 1 Hoffman Street, Joon van Rooy Building 2531 Potchefstroom SUDAFRICA.

Inventor/es: VISSER, BAREND, KRUGER,PETRUS PAULUS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > ENCENDIDO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIFERENTE... > Otros sistemas de encendido por chispa eléctrica... > F02P3/08 (Esquema de los circuitos (para baja tensión F02P 3/10))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios... > Control no eléctrico de los motores en función... > F02D35/02 (de las condiciones interiores)

PDF original: ES-2533577_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de encendido Introducción y antecedentes La presente invención se refiere a un sistema de encendido y más en particular a un sistema de encendido para un motor de combustión interna. La invención se refiere también a una bujía alternativa, un circuito de excitación para una bujía y procedimientos asociados.

Es conocido que un sistema de encendido para un vehículo comprende una pluralidad de bujías distribuidas conectadas por los respectivos cables de alimentación de alta tensión a un medio de generación remoto y central de alta tensión. En un sistema de encendido de descarga de condensador conocido, el medio de generación de alta tensión comprende un condensador conectado a un dispositivo de conmutación de potencia, tal como un conmutador SCR, en serie con un bobinado primario de un transformador. Un bobinado secundario está conectado a los cables de alta tensión. En uso, cuando un pistón del motor alcanza una posición predeterminada, el dispositivo de conmutación de potencia se conmuta al estado cerrado. La energía en el condensador se transfiere entonces al bobinado primario que da como resultado una tensión mucho mayor en el secundario, debido a la relación de bobinado secundario-primario. Una vez que la tensión en el secundario alcanza la tensión de ruptura de una distancia disruptiva entre electrodos de chispa de la bujía, se crea una descarga de plasma entre los electrodos de chispa.

En los sistemas conocidos, el circuito de conmutación restringe la inductancia mínima del transformador que se puede utilizar. Los factores de restricción son la corriente nominal máxima del interruptor, lm, la velocidad de conmutación del conmutador tS, la tensión de conmutación del conmutador, Vs, y el coste del conmutador. Estas limitaciones dan como resultado una inductancia de bobinado secundario muy elevada, la cual tiene varios inconvenientes incluyendo el coste. La gran inductancia normalmente requiere kilómetros (decenas de miles de bobinados) de alambre de cobre fino, que es caro. Los sistemas son ineficientes porque los kilómetros de alambre de cobre fino tienen una resistencia de unos pocos kiloohmios. Para transferir suficiente energía para una chispa fiable, se requiere una gran cantidad de energía adicional para cada chispa. Debido a la gran cantidad de energía que debe ser manejada, así como la gran cantidad de cobre necesaria, los sistemas son voluminosos. La pérdida de energía debida a la resistencia del cobre, calienta el transformador. Esto pone un límite severo en la cantidad máxima de energía que puede ser transferida a la chispa y también afecta a la colocación del transformador para enfriamiento. La eficiencia del combustible, integridad de combustión, tiempo de combustión, limpieza de escape y variabilidad en la combustión de ciclo a ciclo son limitados. Debido a que el transformador es grande y se calienta, normalmente se coloca lejos del motor. Esto requiere cables de alta tensión entre bujías y el transformador. Estos cables de alta tensión generan una gran cantidad de radiación electromagnética, que puede influir en otro equipo electrónico. Con el fin de eliminar los cables de alta tensión, se usan sistemas de bobina en bujía que comprenden una bobina de encendido en cada bujía. Debido a que estas bobinas están muy cerca del motor, normalmente con muy poco flujo de aire alrededor de las mismas, se recalientan con facilidad, lo cual las hace poco fiables.

Se han sugerido algunas bobinas de encendido que tienen una resistencia secundaria muy baja. Esto se logra mediante el uso de una trayectoria magnética que tiene una alta permeabilidad, para reducir el número de bobinados al tiempo que se mantiene la inductancia suficientemente alta para el circuito de conmutación. La desventaja de este enfoque es que el material magnético de alta permeabilidad se satura fácilmente y por lo tanto se requiere un gran núcleo.

Algunos otros sistemas de encendido tienen una segunda trayectoria de transferencia de energía en el lado secundario. Todos ellos tienen la desventaja de que la energía debe ir a través de ya sea el bobinado secundario o a través de un dispositivo semiconductor. Si la energía pasa a través del bobinado secundario, la transferencia es muy ineficiente debido a la alta resistencia de bobinado. Por otra parte, el dispositivo semiconductor debe ser un dispositivo de alta tensión (normalmente por encima de 30 kV) , de corriente elevada (normalmente por encima de 1A) . Estos dispositivos son costosos y también dan lugar a pérdida de energía.

Otra desventaja de todos estos sistemas es que la frecuencia de auto-resonancia del bobinado secundario es baja (típicamente menos de 20 kHz) . La baja frecuencia de auto-resonancia es debida a la gran longitud del cable secundario y la gran inductancia de bobinado secundario. Cuando el bobinado secundario está conectado a un circuito de lado secundario, la frecuencia de resonancia del circuito de lado secundario es incluso más baja que la frecuencia de auto-resonancia del bobinado secundario, debido a la capacitancia de la bujía y del cable. Debido a la baja frecuencia de resonancia secundaria, se necesitan algunas decenas de microsegundos para cargar la capacitancia de la bujía o el electrodo para una tensión de ruptura y también algunas decenas de microsegundos para disipar la energía secundaria restante. Esto limita el número de impulsos sucesivos que pueden ser generados en múltiples sistemas de encendido por chispa, lo cual limita la cantidad de energía que puede ser proporcionada durante el encendido. La eficiencia y la cantidad de energía transferida en algunos sistemas de encendido se incrementan mediante la colocación de un condensador en paralelo con la bujía. En estos sistemas, la frecuencia de resonancia secundaria será aún más baja. Incluso en sistemas en los que se calcula un tiempo de chispa óptimo

(como se menciona a continuación) , la chispa no puede ser controlada con una precisión de unas pocas decenas de microsegundos. A 6000 rpm, esta imprecisión es superior a un grado de giro de motor.

Una técnica conocida es utilizar la bujía para medir la corriente en o la resistencia del gas ionizado después del inflamado para obtener información acerca de la temperatura, presión o la composición del gas después de la combustión. Esta información se utiliza entonces como una de las entradas a un sistema de gestión de motor para calcular un tiempo de chispa medio óptimo. Debido a la pérdida elevada del transformador de encendido, la medición debe realizarse en el lado secundario del transformador, lo cual hace que el circuito de lado secundario sea complejo.

Debido a las variaciones de ciclo a ciclo, el tiempo de chispa medio óptimo puede ser bastante diferente del tiempo de chispa óptimo para un solo ciclo. Aunque hay una serie de técnicas disponibles para medir las condiciones dentro de la cámara de combustión antes del inflamado, ninguna de ellas se utiliza de manera generalizada ya que todas requieren puntos de acceso adicionales para la cámara de combustión, son caras, y la mayoría tiene baja fiabilidad y son complejas.

Cuando se usa la bujía para mediciones, la baja frecuencia de resonancia secundaria limita por lo tanto la frecuencia de medición después del Inflamado y también hace que sea muy difícil, si no imposible, medir las propiedades del gas antes del Inflamado.

Objeto de la invención En consecuencia, un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de encendido alternativo, una bujía, un circuito de excitación para una bujía y procedimientos asociados con los que el solicitante cree que las desventajas antes mencionadas pueden al menos ser mitigadas.

Sumario de la invención Según la invención, un sistema de Encendido comprende:... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de encendido que comprende -una bujía que tiene un primer extremo que define una distancia disruptiva entre un primer electrodo y un segundo electrodo;

- un transformador que comprende un bobinado primario y un bobinado secundario, siendo el acoplamiento electromagnético entre el bobinado primario y el bobinado secundario inferior al 80%, teniendo el bobinado secundario una resistencia inferior a 1 kΩ y una inductancia inferior a 0, 25 H y que está conectado con el primer electrodo en un circuito secundario que tiene una frecuencia de resonancia, y -un circuito de excitación conectado al bobinado primario y dicho circuito de excitación comprende un oscilador de potencia configurado para oscilar a la frecuencia de resonancia del circuito secundario y para transferir energía al circuito secundario durante ciclos sucesivos de oscilación, hasta que se alcanza una tensión de ruptura de la distancia disruptiva.

2. Un sistema de encendido según la reivindicación 1, en el que el circuito secundario está conectado a una fuente 15 de energía.

3. Un sistema de encendido según la reivindicación 2, en el que la fuente de energía es la misma que la fuente de energía para el circuito de excitación.

4. Un sistema de encendido según la reivindicación 2, o la reivindicación 3, en el que fuente de energía comprende un dispositivo de almacenamiento de carga.

5. Un sistema de encendido según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la fuente de energía comprende una fuente de alimentación limitada de tensión y/o corriente.

6. Un sistema de encendido según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el circuito de excitación, el transformador y la bujía están todos situados en un único alojamiento con la distancia disruptiva expuesta en un extremo del alojamiento.

7. Un sistema de encendido según la reivindicación 6, en el que la fuente de alimentación limitada de tensión y/o corriente está situada en el exterior del alojamiento y se puede conectar al alojamiento por cables que se extienden desde el alojamiento hacia un segundo extremo del alojamiento.

8. Un sistema de encendido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acoplamiento electromagnético entre el bobinado primario y el bobinado secundario del transformador es inferior al 60%.

9. Un sistema de encendido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el transformador comprende un núcleo que tiene histéresis cuadrada.

10. Un sistema de encendido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resistencia del bobinado secundario es inferior a 100 Ω.

11. Un sistema de encendido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resistencia del 35 bobinado secundario es inferior a 20 Ω.

12. Un sistema de encendido según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la inductancia del bobinado secundario es inferior a 100 mH.