Control de la frecuencia de excitación de bujía de radiofrecuencia.

Dispositivo de generación de plasma por radiofrecuencia compuesto por:

un módulo de mando (30) que genera una señal de mando (V1) a una frecuencia de mando,

un circuito de alimentación (20) que incluye un interruptor de mando (M) comandado por la señal de mando, aplicando el interruptor una señal de excitación (V2) en una salida del circuito de alimentación a la frecuencia definida por la señal de mando un resonador (10) que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz, conectado a la salida del circuito de alimentación y adaptado para generar una tensión (U(t)) para la producción de una chispa cuando es excitado por la señal de excitación,

dicho dispositivo unos medios (40, 50) de control del módulo de mando (30), adaptados para modificar la frecuencia de la señal de excitación de manera síncrona con la señal de mando, durante la aplicación de la citada señal de excitación,

adaptados los citados medios de control para comandar al menos un salto de frecuencia de la señal de mando desde un primer valor de la frecuencia (f0) a un segundo valor de la frecuencia (f1), inferior al citado primer valor, caracterizado porque los medios de control están adaptados para comandar una fase de basculamiento de duración tb de la señal de mando que precede a la aplicación del segundo valor de la frecuencia, estando la duración del basculamiento comprendida entre el 80% y el 120% de la duración de un semiperiodo de la citada señal al primer valor de la frecuencia.

Control de la frecuencia de excitación de bujía de radiofrecuencia.

El presente invento se refiere al campo de la alimentación por radiofrecuencia de resonadores, en particular de resonadores utilizados en los generadores de plasma.

Para una aplicación en el encendido de automóviles por generación de plasma, unos resonadores cuya frecuencia de resonancia es superior a 1 MHz están dispuestos al nivel de la bujía y están alimentados típicamente a alta tensión (por ejemplo superiores a 100 V) y sometidos a fuertes corrientes (por ejemplo a una intensidad superior a 10 A) .

El funcionamiento de la alimentación en alta tensión por radiofrecuencia de la bujía está basado en el fenómeno de la resonancia en serie en el resonador, cuya frecuencia de resonancia está determinada por el valor de unos parámetros intrínsecos del circuito que constituye el resonador.

La figura 1 ilustra un sistema de encendido por radiofrecuencia resonante del estado de la técnica. El resonador 10 de generación de plasma, que se ajusta a la bujía de radiofrecuencia, incluye una resistencia en serie Rs, una inductancia Ls y una capacidad Cs , cuyos valores son fijados durante la realización por la geometría y la naturaleza de los materiales utilizados, de tal manera que el resonador presente una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz.

El resonador 10 está conectado a una salida de un circuito de alimentación 20, presentando un transistor MOSFET de potencia M que hace las veces de interruptor, para aplicar una tensión intermedia Vinter en la salida del circuito de alimentación, a una frecuencia definida por una señal de mando V1 aplicada sobre la red del MOSFET por medio de un módulo de mando 30.

La tensión intermedia Vinter es entregada por ejemplo en la salida del circuito de alimentación a la frecuencia definida por la señal de mando, por medio de un circuito resonante paralelo que incluye una capacidad Cp en paralelo con una bobina LM que forma el bobinado primario de un transformador T, estando conectado el resonador 10 a los bornes del bobinado secundario LP del transformador.

Así, el módulo de mando 30 suministra la señal de mando V1, permitiendo controlar a una frecuencia sensiblemente igual a la frecuencia de resonancia del resonador de generación de plasma, por ejemplo alrededor de 5 MHz, las conmutaciones del transistor M que suministra al resonador paralelo 21 la tensión Vinter, comprendida típicamente entre 12 V y 250 V, que va entonces a ser amplificada. A la frecuencia de mando aplicada, se crea un intercambio de energía entre el resonador paralelo y el resonador 10 de la bujía de radiofrecuencia, permitiendo alcanzar a la salida del resonador 10 la tensión del umbral de ruptura a la temperatura y a la presión del medio en el que se desea producir la chispa.

La frecuencia de mando es pues elegida como la frecuencia de resonancia del resonador de generación de plasma

10.

Ahora bien, la formación de la chispa a la salida del resonador viene a perturbar y a desajustar el sistema. En efecto, una chispa en un gas, como en todo conductor eléctrico, está caracterizada por una capacidad. Partiendo de esta base, si en ausencia de chispa, sólo los parámetros Rs, Ls y Cs, propios del resonador, son los que determinan la frecuencia de resonancia del sistema, éste no es el caso durante la formación de una chispa, viniendo en efecto las características propias en esta última a modificar la frecuencia de resonancia.

La diferencia entre la frecuencia de resonancia efectiva del resonador con una chispa formada y la frecuencia de mando de la alimentación de radiofrecuencia de la bujía, elegida como la frecuencia de resonancia en vacio de la bujía ( f0 ) , es decir regulada por un sistema sin chispa, arrastra entonces una degradación del factor de calidad del resonador (o factor de sobretensión que define la relación entre la amplitud de su tensión de salida y su tensión de entrada en función de la frecuencia aplicada al resonador) .

También, parece útil poder reajustar la frecuencia de mando de la alimentación de radiofrecuencia en tiempo real en el interior de un tren de excitación del resonador, con el fin de mantener la amplitud de la tensión en la punta de la bujía y, por tanto, las propiedades de la chispa tales como su tamaño y el grado de su ramificación.

El presente invento contempla responder a este objetivo, sin disminución de la eficacia del sistema.

Con este objetivo a la vista, el invento se refiere pues a un dispositivo de generación de plasma por radiofrecuencia que está compuesto por:

- un módulo de mando que genera una señal de mando a una frecuencia de mando,

- un circuito de alimentación que incluye un interruptor comandado por la señal de mando, aplicando el interruptor una señal de excitación en una salida del circuito de alimentación a la frecuencia definida por la señal de mando,

- un resonador que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz, conectado con la salida del circuito de alimentación y adaptado para generar una tensión para la producción de una chispa cuando es excitado por la señal de excitación,

estando caracterizado el citado dispositivo porque incluye medios de control del módulo de mando, adaptados para modificar la frecuencia de la señal de excitación del resonador de manera síncrona con la señal de mando, durante la aplicación de la citada señal de excitación.

Preferentemente, los medios de control están adaptados para comandar al menos un salto de frecuencia de la señal de mando de un primer valor de la frecuencia hasta un segundo valor de la frecuencia, inferior al citado primer valor.

Los medios de control están adaptados para comandar una duración de la oscilación de la señal de mando hacia el segundo valor de la frecuencia, comprendida entre el 80% y el 120% de la duración de un semiperiodo de la citada señal en el primer valor de la frecuencia.

El primer valor de la frecuencia es sensiblemente igual a la frecuencia de resonancia del resonador sin chispa.

Ventajosamente, el segundo valor de la frecuencia está comprendido en una zona comprendida entre f0 – (∆f /2) y f0, siendo f0 igual a la frecuencia de resonancia del resonador sin chispa y correspondiendo el ∆ f a la banda de paso del resonador.

Según un modo de realización, los medios de control están adaptados para comandar un salto de frecuencia de la señal de mando en una fase transitoria de la señal de tensión generada por el resonador, que precede a una fase de estabilización de la citada señal.

Preferentemente, los medios de control están adaptados para comandar un salto de frecuencia de la señal de mando, sensiblemente en el momento de la formación de la chispa..

Según un modo de realización del invento, los medios de control del módulo de mando están compuestos por un oscilador comandado en tensión y de unos medios de modulación de la tensión de control del citado oscilador.

El invento se refiere igualmente a un motor de combustión interna, caracterizado porque incluye al menos un dispositivo de generación de plasma según el invento.

El invento se refiere además a un procedimiento de mando de una alimentación de un encendido por radiofrecuencia de un motor de combustión, en el que se aplica una señal de excitación en la entrada de un resonador a una primera frecuencia definida por una señal de mando, presentando el citado oscilador una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y siendo apto para generar una tensión para la producción de una chispa cuando es excitado por la señal de excitación, estando caracterizado dicho procedimiento por el hecho de que consiste en modificar la, frecuencia de la señal de excitación durante la aplicación de ésta, de manera síncrona con la señal de mando.

Otras características y ventajas del invento surgirán claramente con la descripción que se hará a continuación, a título indicativo y de ninguna manera limitativo, con referencia a los dibujos anexos, en los que:

- la figura 1 ilustra esquemáticamente un dispositivo de generación de plasma por radiofrecuencia del estado de la técnica;

- la figura 2a representa dos cronogramas enfrentados respectivamente,... [Seguir leyendo]

1.Dispositivo de generación de plasma por radiofrecuencia compuesto por:

un módulo de mando (30) que genera una señal de mando (V1) a una frecuencia de mando,

un circuito de alimentación (20) que incluye un interruptor de mando (M) comandado por la señal de mando, aplicando el interruptor una señal de excitación (V2) en una salida del circuito de alimentación a la frecuencia definida por la señal de mando

un resonador (10) que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz, conectado a la salida del circuito de alimentación y adaptado para generar una tensión (U (t) ) para la producción de una chispa cuando es excitado por la señal de excitación,

dicho dispositivo unos medios (40, 50) de control del módulo de mando (30) , adaptados para modificar la frecuencia de la señal de excitación de manera síncrona con la señal de mando, durante la aplicación de la citada señal de excitación,

adaptados los citados medios de control para comandar al menos un salto de frecuencia de la señal de mando desde un primer valor de la frecuencia (f0) a un segundo valor de la frecuencia (f1) , inferior al citado primer valor,

caracterizado porque los medios de control están adaptados para comandar una fase de basculamiento de duración tb de la señal de mando que precede a la aplicación del segundo valor de la frecuencia, estando la duración del basculamiento comprendida entre el 80% y el 120% de la duración de un semiperiodo de la citada señal al primer valor de la frecuencia.

2. Dispositivo según la reivindicación precedente, caracterizada porque el primer valor de la frecuencia es sensiblemente igual a la frecuencia de resonancia del resonador sin chispa.

3. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo valor de la frecuencia está comprendido entre en una zona comprendida entre f0 – (∆f/2) y f0 siendo f0 igual a la frecuencia de resonancia del resonador sin chispa y correspondiendo ∆ f a la banda de paso del resonador.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios de control están adaptados para comandar un salto de frecuencia de la señal de mando en una fase transitoria de la señal de tensión (U (t) ) generada por el resonador, precediendo a una fase de estabilización de la citada señal.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los medios de control están adaptados para comandar un salto de frecuencia de la señal de mando, sensiblemente en el momento de formación de la chispa.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los medios de control del módulo de mando incluyen un oscilador comandado en tensión (40) y unos medios de modulación de la tensión de control del citado oscilador.

7. Motor de combustión interna, caracterizado porque incluye al menos un dispositivo de generación de plasma según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Procedimiento de mando de una alimentación de un encendido por radiofrecuencia de un motor de combustión, en el que se aplica una señal de excitación (V2) a la entrada de un resonador (10) a una primera frecuencia definida por una señal de mando (V1) , presentando el citado resonador una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y siendo apta para generar una tensión (U (t) ) para la producción de una chispa cuando es excitado por la señal de excitación, modificando dicho procedimiento la frecuencia de la señal de excitación durante la aplicación de ésta, de manera síncrona con la señal de mando y, comandando al menos un salto de frecuencia de la señal de mando desde un primer valor de la frecuencia (f0) hasta un segundo valor de la frecuencia (f1) , inferior al citado primer valor, estando caracterizado el citado procedimiento por comandar una fase de basculamiento de duración tb de la señal de mando que precede a la aplicación del segundo valor de la frecuencia, estando comprendida la duración del basculamiento entre el 80% y el 120% de la duración de un semiperiodo de la citada señal con el primer valor de la frecuencia.