Sistema de encendido.

Un procedimiento para vigilar al menos un parámetro asociado a una sustancia gaseosa en una cámara,

sininflamar la sustancia gaseosa, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- utilizar un primer electrodo y un segundo electrodo, al menos uno de los cuales está expuesto a la sustanciay que configuran colectivamente un intervalo de separación y forman un condensador de electrodos, paragenerar un efecto corona en el al menos un electrodo;

- hacer que el efecto corona cambie un parámetro eléctrico en una región del al menos un electrodo que esindicativo del al menos un parámetro del gas;

- hacer que una señal que se refiere al parámetro eléctrico sea detectada por los circuitos electrónicosconectados al electrodo; y

- medir la señal detectada por los circuitos, para vigilar el al menos un parámetro del gas.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09003509.

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:

  • F02D35/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02D CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios para el control automático de la velocidad en vehículos, que actúan sobre una sola subunidad del vehículo B60K 31/00; control conjunto de subunidades del vehículo de diferente tipo o diferente función, sistemas de control de la propulsión de vehículos de carretera para propósitos distintos que el control de una sola subunidad B60W; válvulas de funcionamiento cíclico para los motores de combustión F01L; control de la lubrificación de los motores de combustión F01M; refrigeración de los motores de combustión interna F01P; alimentación de los motores de combustión con mezclas combustibles o constituyentes de las mismas, p. ej. carburadores, bombas de inyección, F02M; arranque de los motores de combustión F02N; control del encendido F02P; control de las plantas motrices de turbinas de gas, de las plantas motrices por propulsión a reacción o de las plantas motrices de productos de la combustión, ver las clases relativas a estas plantas). › F02D 35/00 Control no eléctrico de los motores en función de las condiciones exteriores e interiores a los motores no previsto en otro lugar. › de las condiciones interiores.
  • F02P3/08 F02 […] › F02P ENCENDIDO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIFERENTE AL ENCENDIDO POR COMPRESION; ENSAYO DE LA REGULACION DEL ENCENDIDO EN MOTORES DE ENCENDIDO POR COMPRESION (especialmente adaptados a motores de pistón rotativo u oscilante F02B 53/12; encendido de aparatos de combustión en general, bujías incandescentes F23Q; medida de variables físicas en general G01; control en general G05; tratamiento de datos en general G06; componentes eléctricos en general, ver la sección H; bujías de chispa H01T). › F02P 3/00 Otros sistemas de encendido por chispa eléctrica caracterizados por el tipo de almacenamiento de la energía de encendido. › Esquema de los circuitos (para baja tensión F02P 3/10).

PDF original: ES-2436295_T3.pdf

 


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 mando 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 un intervalo de separación 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, véase, por ejemplo el documento EP-A - 1 600 617, 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 mando 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:

- una bujía que tiene un primer extremo que define un intervalo de separación entre un primer electrodo y un segundo electrodo;

- un transformador que comprende un bobinado primario y un bobinado secundario, estando el bobinado secundario conectado por un circuito secundario al primer electrodo y el bobinado secundario que tiene una resistencia inferior a 1 kG y una inductancia inferior a 0, 25 H; y

- un circuito de mando conectado al bobinado primario. El circuito de mando puede comprender un dispositivo semiconductor de compuerta aislada y el bobinado primario del transformador puede conectarse en un circuito de fuente de drenaje del dispositivo semiconductor de puerta aislada.

El circuito de mando puede comprender un circuito de descarga de dispositivo de almacenamiento de carga que comprende al menos un primer dispositivo de almacenamiento de carga, tal como al menos un condensador.

El circuito... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para vigilar al menos un parámetro asociado a una sustancia gaseosa en una cámara, sin inflamar la sustancia gaseosa, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

− utilizar un primer electrodo y un segundo electrodo, al menos uno de los cuales está expuesto a la sustancia y que configuran colectivamente un intervalo de separación y forman un condensador de electrodos, para generar un efecto corona en el al menos un electrodo;

− hacer que el efecto corona cambie un parámetro eléctrico en una región del al menos un electrodo que es indicativo del al menos un parámetro del gas;

− hacer que una señal que se refiere al parámetro eléctrico sea detectada por los circuitos electrónicos conectados al electrodo; y

− medir la señal detectada por los circuitos, para vigilar el al menos un parámetro del gas.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que los electrodos forman parte de una bujía de encendido configurada de manera que la energía almacenada en el condensador de electrodos en un umbral de descarga por efecto corona en cualquiera de los electrodos es sustancialmente inferior a la energía requerida para crear una chispa en el intervalo de separación; y que comprende la etapa de accionar los electrodos con una señal para generar dicho efecto corona, o para generar dicho efecto corona antes de formar una chispa en el intervalo de separación.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la señal es una señal de tensión de tiempo de subida rápido, que es uno de entre un borde de un único impulso de tensión y un borde de una onda continua.

4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que el tiempo de subida de la tensión de tiempo de subida rápido es suficientemente elevado para generar un efecto corona positivo o negativo en uno o ambos electrodos.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que el tiempo de subida es más rápido que 100 kV/μs.

6. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que una amplitud de la señal es una inferior, igual o superior a una tensión de umbral de efecto corona positivo o negativo de la sustancia en una región del intervalo de separación entre electrodos.

7. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que la amplitud de la señal de tensión es una inferior, igual o superior a una tensión de ruptura para el intervalo de separación entre electrodos.

8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la señal es reintroducida en un lado primario de un transformador, del que un bobinado secundario está conectado a al menos uno de los electrodos y en el que la medición se hace en el lado primario.

9. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el parámetro del gas es vigilado antes y/o después del inflamado de la sustancia.

10. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el parámetro del gas se usa para determinar al menos uno de entre la temporización y la energía en una chispa en el intervalo de separación.

11. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el parámetro del gas es una cualquiera o varias de entre la presión en la cámara, la composición de la sustancia y la posición de un pistón que se desplaza en la cámara.

12. Un procedimiento según la reivindicación 2, que comprende la etapa de variar un nivel de potencia de salida de un circuito de mando para el electrodo entre un primer nivel inferior apropiado para crear dicho efecto corona para las mediciones, y un segundo nivel superior para formar la chispa y transferir la energía para el inflamado, siendo el segundo nivel de potencia dependiente de los resultados de las mediciones.

13. Aparato para vigilar al menos un parámetro asociado a una sustancia gaseosa en una cámara, sin inflamar la sustancia gaseosa, comprendiendo el aparato:

− un primer electrodo y un segundo electrodo que definen un intervalo de separación entre electrodos;

− un circuito de mando para el primer y el segundo electrodos para hacer que un efecto corona en al menos uno de los electrodos cambie un parámetro eléctrico en la región del al menos un electrodo y que dicho parámetro eléctrico es indicativo del al menos un parámetro asociado a la sustancia gaseosa; y

− un circuito electrónico conectado a los electrodos para detectar el parámetro eléctrico.

14. Aparato según la reivindicación 13, en el que el primer y el segundo electrodos están dispuestos en una bujía de encendido, en el que el primer electrodo se extiende axialmente como un núcleo para un cuerpo cilíndrico generalmente alargado de un material aislante que comprende un primer extremo y un segundo extremo; terminando el primer electrodo en un primer extremo del electrodo espaciado hacia el interior desde el primer extremo del cuerpo; definiendo el cuerpo un orificio ciego que se extiende desde el primer extremo del cuerpo y que termina en el primer extremo del primer electrodo; y estando el segundo electrodo situado hacia el primer extremo del cuerpo.


 

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