BR102015027599A2

BR102015027599A2 - sistema de ignição corona

Info

Publication number: BR102015027599A2
Application number: BR102015027599A
Authority: BR
Inventors: Thomas Holzschuh; Torsten Schremmer
Original assignee: Borgwarner Ludwigsburg Gmbh
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-05-24
Also published as: DE102014116586A1; US10122155B2; DE102014116586B4; CN105604766B; CN105604766A; US20160141841A1

Abstract

sistema de ignição corona. um sistema de ignição corona é descrito para inflamar o combustível em uma câmara de combustão de um motor de combustão interna, com um circuito ressonante, que contém um eletrodo de ignição (1a), um gerador de alta frequência ligada ao circuito ressonante, a fim de gerar uma tensão alternada para estimular o circuito ressonante, uma fonte de tensão de corrente contínua, a fim de gerar uma tensão de entrada para o gerador de alta frequência. de acordo com a invenção, é feita provisão de que, paralelo com a fonte de tensão de corrente contínua de um capacitor (13) está ligado ao gerador de alta frequência, cujo capacitor em oscilação transitória do circuito ressonante compensa os desequilíbrios entre o circuito ressonante e a fonte de tensão da corrente contínua.

Description

"SISTEMA DE IGNIÇÃO CORONA" Descrição [001] A invenção refere-se a um sistema de ignição corona para inflamar o combustível em uma câmara de combustão de um motor de combustão interna.

[002] US 2011/0114071 Al descreve um sistema de ignição corona, pelo qual uma mistura de combust ível-ar pode ser inflamada em uma câmara de combustão de motor de combustão interna por meio de uma descarga de corona gerada na câmara de combustão. Este sistema de ignição corona tem um eletrodo de ignição, que está situado em um isolador. O eletrodo de ignição, em conjunto com a camada isolante e uma manga em torno do isolador, forma um capacitor elétrico. Este capacitor é parte de um circuito de ressonância elétrica do aparelho de ignição corona, que é acionado com uma corrente alternada de alta frequência, por exemplo, de 30 kHz a 50 MHz. Deste modo, uma tensão resulta em excesso no eletrodo de ignição, de modo que forma uma descarga de corona no último.

[003] A tensão alternada de alta frequência é gerada por um gerador de alta frequência, a tensão de entrada da qual é gerada por um transformador do sistema a bordo do veículo elétrico.

[004] Uma descarga de corona forma íons e radicais em uma mistura de combustível-ar na câmara de combustão de um motor. Quando uma concentração crítica de íons e radicais é atingida, a mistura de combustível-ar inflama. A taxa na qual os íons e radicais são produzidos depende do tamanho da descarga de corona e a sua potência elétrica. O tamanho e a saída de uma descarga de corona podem ser aumentados apenas até um limite crítico. Se este limite for ultrapassado, a corona descarrega transições na descarga da corona ou descarga de faisca.

[005] Sistemas de ignição corona são geralmente controlados de modo que a descarga de corona seja a maior possível, de modo que a mistura de ar e combustível possa ser inflamada o mais rapidamente possível e, por conseguinte, o momento de ignição possa ser pré-determinado do modo mais preciso possível, mas uma quebra através da descarga da corona em uma descarga do arco ou faísca é impedida.

[006] É objeto da invenção indicar um caminho para que este objetivo possa ser alcançado com mais eficiência.

[007] Este problema é resolvido por um sistema de ignição corona com as características indicadas na reivindicação 1. Aperfeiçoamentos vantajosos da invenção são o assunto das reivindicações dependentes.

[008] Circuitos ressonantes de sistemas de ignição corona têm um fator de qualidade muito elevada e, portanto, geram uma potência reativa alta durante a oscilação transitória. Isto resulta em desequilíbrios, de modo que apenas uma fracção da potência fornecida pelo gerador de alta frequência durante o processo transiente pode ser recebida pelo circuito ressonante. Por este motivo, a tensão ideal do gerador de alta frequência de entrada é menor durante o processo transiente do que no estado estacionário. Este efeito pode ser compensado em sistemas de ignição por uma corona por um controle que faz com que a fonte de tensão de corrente contínua do gerador de alta frequência gere uma tensão menor durante a oscilação transitória do circuito de ressonância, isto é, promovendo a ignição da descarga de uma corona, ao invés do caso de uma descarga de corona que queima de modo estável. O esforço envolvido com tal controle pode ser evitado pela medida, de acordo com a invenção, que paralelo com a fonte de tensão de corrente direta, por exemplo, um transformador, um capacitor é ligado ao gerador de alta frequência, cujo capacitor, durante as oscilações transitórias do circuito ressonante, compensa os desequilíbrios entre o circuito ressonante e a fonte de tensão em corrente contínua.

[009] Quando um sistema de ignição corona, de acordo com a invenção, é posto em funcionamento, o capacitor ligado ao gerador de alta frequência paralelo com a fonte de tensão de corrente contínua torna-se carregado, enquanto que o circuito ressonante fica em oscilação transitória. Por conseguinte, a tensão de entrada do gerador de alta frequência aumenta com o tempo durante o processo transiente do circuito ressonante, através do qual os desequilíbrios do sistema são compensados. Portanto, o capacitor conectado ao gerador de alta frequência paralelo à fonte de tensão em corrente contínua reduz tensões excessivas que ocorrem no gerador de alta frequência em ligar ou desligar.

[010] A fonte de tensão de corrente contínua pode ser, por exemplo, um conversor de CD/CD. Com um conversor, da tensão de entrada para o gerador de frequência elevada pode ser gerada, por exemplo, a partir do sistema elétrico de bordo do veículo. Isto pode ocorrer diretamente, ou seja, com um conversor de fase única, ou em várias etapas. A tensão gerada pelo conversor pode ser, por exemplo, 50 V a 400 V. De acordo com o desenho do gerador de alta frequência, no entanto, as tensões de entrada maiores ou menores também podem ser utilizadas.

[011] A capacidade máxima do capacitor depende das condições do gerador de alta frequência, do circuito ressonante e também da fonte de tensão de corrente continua, que fornece a tensão de entrada para o gerador de alta frequência e não pode, portanto, ser dado universalmente. De um modo geral, bons resultados podem ser obtidos com capacitores de uma capacitância entre 20 pF e 100 pF. Dependendo do desenho correspondente do sistema de ignição corona, no entanto, um capacitor com uma capacitância maior ou menor pode também ser apropriado.

[012] Quando o gerador de alta frequência é posto em funcionamento, o capacitor reduz a tensão aplicada a ele, por exemplo, por 10 V a 75 V. De acordo com a potência reativa do circuito ressonante, outros valores podem ser vantajosos. A tensão aumenta de acordo com a curva de carga do capacitor. Este aumento de tensão pode ser, no inicio, por exemplo, entre 0,5 V/ps e 5 V/ps ou então entre 0,5 V/ps e 3 V/ps.

[013] O capacitor, ligado à alta frequência do gerador, paralelo com a fonte de tensão, é vantajoso não só durante a fase de oscilação transitória do circuito de ressonância, isto é, na ignição de uma descarga de corona, mas também durante a extinção de uma descarga de corona, isto é, ao desligar do sistema de ignição corona. Neste caso, a fonte de tensão de corrente continua é separada do gerador de alta frequência, por exemplo, desligado. O gerador de alta frequência é abastecido do capacitor para um curto período de tempo, em que o capacitor descarrega e, por conseguinte, na extinção da descarga da corona, pode receber quaisquer tensões excessivas, que podem estar ocorrendo.

[014] A invenção é explicada adicionalmente a seguir com a ajuda de uma realização ilustrativa, com referência aos desenhos esquemáticos anexos. Elementos idênticos ou elementos que correspondem um ao outro são designados por números de referência consistente nas figuras.

[015] A Figura 1 mostra esquematicamente a estrutura de um primeiro sistema de corona ignição para um motor de veículo; e [016] A Figura la mostra detalhadamente como os componentes fundamentais de um dispositivo de ignição corona, que é, ao mesmo tempo, o componente essencial de um circuito ressonante de AF.

[017] A Figura 1 mostra uma câmara de combustão 20, que é delimitada por paredes 21, que se encontram no potencial de terra. Um acendedor de corona 1 projeta-se para a câmara de combustão 20. O dispositivo de ignição corona 1 tem um eletrodo de ignição la, que é circundado por uma parte do seu comprimento por um isolador lb. O isolador lb é circundado por um condutor externo metálico lc. 0 eletrodo de ignição la circundado pelo isolador lb e o condutor metálico externo lb sobressai de uma forma isolada eletricamente através da parede 21 para dentro da câmara de combustão 20. Se o dispositivo de ignição 1 não tem um condutor externo separado, a parede da câmara de combustão 21 pode também servir como condutor externo, em que o dispositivo de ignição 1 é colocado. O dispositivo de ignição 1 e as paredes 21 da câmara de combustão 20 são um componente de um circuito ressonante da série, no qual um capacitor 4, um indutor 3 e uma resistência ôhmica 3 pertencem. Obviamente, o circuito de ressonância da série pode ter outros indutores e/ou capacitores e outros elementos estruturais que são conhecidos dos técnicos no assunto como componentes possíveis da série de circuitos ressonantes.

[018] Para estimular o circuito ressonante de AF, um gerador de alta frequência é fornecido, que tem como conversor CD/CA 6 um transformador com uma derivação central 6d em sua lateral primária. O gerador de alta frequência é fornecido por um conversor CD/CD, que produz uma tensão de entrada Vcc de, por exemplo, 50 V a 400 V de um sistema elétrico de bordo do veículo. Paralelamente ao conversor CD/CD, um capacitor 13 está ligado ao centro da torneira 6d do gerador de alta frequência.

[019] Dois enrolamentos primários 6a e 6b estão ligados na derivação central 6d. As extremidades dos enrolamentos primários 6a e 6b remotos da derivação central 6d são alternadamente ligadas à terra por meio de um dispositivo de comutação de alta frequência que tem dois interruptores 7 e 8 . A frequência de comutação do dispositivo de comutação de alta frequência determina a frequência na qual a série do circuito ressonante (Fig. Ia) é estimulada e é capaz de ser alterada por meio de um circuito de controle 11. O enrolamento secundário 6c do transformador 6 fornece o circuito ressonante da série numa interface 22. O dispositivo de comutação de alta frequência com os interruptores 7, 8 é controlado por meio do circuito de controle 11, de modo a que o circuito ressonante de AF ligado à interface 22 é estimulado com a sua frequência de ressonância ou aproximadamente com a sua frequência de ressonância. A tensão é maior entre a ponta do eletrodo de ignição la e as paredes 21 que estão ao potencial da terra.

[020] Entre o circuito ressonante de AF e o enrolamento secundário 6c do transformador secundário 6, um circuito de detector 5 pode ser fornecido, de modo a detectar a passagem zero da intensidade da corrente do sinal da corrente no circuito ressonante de AF.

[021] Na realização ilustrativa, a derivação central do transformador 6 está ligada a um conversor CD/CD, que fornece a tensão de entrada Vcc para o gerador de alta frequência. As outras duas ligações dos enrolamentos primários 6a e 6b do transformador 6 são alternadamente ligadas à terra através do interruptor de alimentação 7 e 8. No entanto, seria também possivel ligar a derivação central 6d com a terra e ligar as duas outras conexões primárias dos enrolamentos 6a e 6b através dos interruptores 7 e 8 com a fonte de tensão, o que gera a tensão Vcc.

[022] 0 circuito de controle 11 controla quando e qual duração os interruptores de potência 7 e 8 estão fechados. Para este fim, o circuito do detector 5 sinaliza através de uma linha 12 que conduz ao circuito de controle 11 cada passagem zero da intensidade do sinal da corrente que flui no circuito ressonante de AF, após o que o circuito de controle 11 gera alternadamente os sinais de controle em forma de pulso para o fechamento do interruptor de potência 7 e a abertura do interruptor de potência 8, respectivamente, para o fechamento do interruptor de potência 8 e a abertura do interruptor de potência 7, em que estes sinais de controle podem ser ainda mais amplificados pelos amplificadores 9 e 10 .

[023] O circuito de controle 11 pode ser construído de várias maneiras. Por exemplo, pode ser um microcontrolador, que também pode ser um arranjo de porta programável de campo (abreviatura: FPGA), isto é, um circuito de comutação integrado de tecnologia digital, em que um circuito lógico pode ser programado. O dispositivo de controle 11 também pode ser um dispositivo de lógica programável complexa (DLPC) ou um ASIC, ou seja, um circuito integrado especifico da aplicação, ou outro circuito lógico.

[024] No transformador 6, um campo alternativo é gerado, que leva a uma alta tensão na lateral secundária do transformador e estimula o circuito ressonante de AF ligado ao transformador 6 com uma frequência que coincide com a frequência de ressonância do circuito ressonante ou fica perto da frequência de ressonância.

[025] Em oscilações transitórias do circuito ressonante de AF, o último envolve uma elevada reatância. Durante o processo transiente, a entrada de energia do circuito ressonante de AF é, por conseguinte, dificultada e é reduzida em comparação com a potência de entrada num circuito ressonante estável. Para evitar tensões excessivas, o gerador de alta frequência é, portanto, fornecido inicialmente com uma tensão reduzida de entrada, que é aumentada durante o processo transitório até que no final do processo transiente, um valor final é atingido, o qual é ajustado à entrada de energia do circuito ressonante estável.

[026] A diminuição inicial da tensão de entrada do gerador de alta frequência é obtida com o capacitor 13 na realização mostrada. Quando o gerador de alta frequência é posto em funcionamento, o capacitor 13 é carregado, de modo que nem toda a tensão VCC emitida pelo conversor CD/CD é aplicada ao gerador de alta frequência, mas apenas uma tensão reduzida. O gerador de alta frequência, portanto, recebe primeiramente uma saida elétrica correspondentemente reduzida. Enquanto o capacitor 13 é carregado, a tensão aplicada ao gerador de alta frequência aumenta, até que finalmente a tensão VCC completa fornecida pelo conversor CD/CD é aplicada ao gerador de alta frequência. O capacitor 13 reduz, portanto, um desequilíbrio que está presente durante o processo transiente entre o conversor CD/CD ou, respectivamente, a tensão Vcc liberada por este e o circuito ressonante.

[027] O tempo necessário para o carregamento do capacitor 13 e também a extensão da redução, produzida pelo capacitor da tensão aplicada ao gerador de alta frequência são determinados pela capacidade do capacitor 13. A capacidade do capacitor 13 deve ser selecionada apropriadamente dependendo dos requisitos de um sistema especifico. Geralmente, capacitâncias entre 20 pF e 100 pF são suficientes, a fim de compensar em grande parte dos desequilíbrios entre o circuito ressonante e um conversor CD/CD. Durante o processo transiente do circuito ressonante, o capacitor 13 da realização mostrada limita a alteração da tensão de entrada do circuito ressonante em não mais do que 5 V/ps, por exemplo, 3 V/ps ou menos.

Lista de números de referência 1 Ignição de AF la eletrodo de ignição la isolador lc condutor externo 2 resistor ôhmico 3 indutor 4 capacitor 5 circuito do detector 6 conversor CD/CA, transformador 6a enrolamento primário 6b enrolamento primário 6c enrolamento secundário 6d derivação central 7 interruptor de potência 8 interruptor de potência 9 amplificador 10 amplificador 11 circuito de controle 12 linha 13 capacitor 20 câmara de combustão 21 parede da câmara de combustão 22 Interface

Claims

1. Sistema de ignição corona, para inflamar o combustível em uma câmara de combustão de um motor de combustão interna, compreendendo: - um circuito ressonante, que compreende um eletrodo de ignição (la), - um gerador de alta frequência, o qual está ligado ao circuito ressonante e configurado para gerar uma tensão alternada para estimular o circuito ressonante, - uma fonte de tensão de corrente contínua configurada para gerar uma tensão de entrada para o gerador de alta frequência, caracterizado pelo fato de paralelo com a fonte de tensão de corrente contínua de um capacitor (13) estar ligado ao gerador de alta frequência, cujo capacitor em oscilação transitória do circuito ressonante compensa os desequilíbrios entre o circuito ressonante e a fonte de tensão da corrente contínua.

2. Sistema de ignição corona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o condensador ter uma capacidade entre 20 pF e 100 pF.

3. Sistema de ignição corona, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o capacitor (13) e a fonte de tensão de corrente contínua estar ligada à mesma entrada de tensão do gerador de alta frequência.

4. Sistema de ignição corona, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 ou 3, caracterizado pelo fato de o gerador de alta frequência compreender um transformador (6) com uma derivação central (6b) e fonte de tensão da corrente direta e também o capacitor (13) estar ligado à derivação central (6d).

5. Sistema de ignição corona, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de a fonte de tensão de corrente continua liberar uma tensão entre 50 V e 400 V.

6. Sistema de ignição corona, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de a fonte de tensão de corrente continua ser um conversor.

7. Sistema de ignição corona, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de durante o processo transiente do circuito ressonante do capacitor (13) limitar uma alteração da tensão de entrada do circuito ressonante em não mais do que 5 V/ps.