BR102016018612A2 - circuito transformador de tensão e método para medir uma corrente iônica de uma vela de ignição - Google Patents

Abstract

“circuito transformador de tensão e método para medir uma corrente iônica de uma vela de ignição” um circuito transformador de tensão é descrito para o fornecimento a uma vela de ignição (5) com energia de ignição e para a medição da corrente iônica, tendo um transformador (1) tendo lados primário (1a) e secundário (1b), um circuito primário, que estão contidos o lado primário (1a) do transformador (1), um conector para uma fonte de tensão primária (2) e um comutador (3) para fechar o circuito primário, e um circuito secundário, que estão contidos um capacitor (6), o lado secundário (1b) do transformador (1), um diodo de supressão de centelha de ligação (4) e um conector para a vela de ignição (5), conectados em série, sendo que o circuito secundário está disposto entre o capacitor (6) e o conector para a vela de ignição (5), e ambos estão, em cada caso, dispostos entre o aterramento e o lado secundário (1b), o capacitor (6) está ligado em ponte por um diodo zener (7) e é disposto em um circuito fechado, sendo que um primeiro elemento (8) está disposto no primeiro lado do capacitor (6), e um segundo elemento (9) está contido em um segundo lado do capacitor (6), o qual está configurado para permitir apenas uma corrente de descarga através do capacitor (6). além disso, é descrito um método para medir uma corrente iônica de uma vela de ignição (5).

Description

"CIRCUITO TRANSFORMADOR DE TENSÃO E MÉTODO PARA MEDIR UMA CORRENTE IÔNICA DE UMA VELA DE IGNIÇÃO" Descrição [0001] A invenção refere-se a um circuito transformador de tensão para uma vela de ignição e um método para medir a corrente iônica.

[0002] Uma descarga em forma de centelha é criada entre os eletrodos de uma vela de ignição através da aplicação de uma tensão elevada, a fim de queimar o combustível na câmara de combustão de um motor. Se nenhuma descarga em forma de centelha está queimando, é possível, por aplicação de uma tensão ligeiramente mais baixa, medir a condutância elétrica da mistura de gás entre os eletrodos da vela de ignição. Uma medição de corrente iônica deste tipo torna possível obter informações valiosas sobre o estado da câmara de combustão do motor. Os sistemas de ignição que permitem medições de corrente iônicas são, por exemplo, conhecidos a partir da US 5866808 e DE 3934310 Al.

[0003] Os sistemas de ignição deste tipo consistem de uma vela de ignição e um circuito transformador de tensão, que gera uma tensão secundária de mais que 10 kV a partir de uma tensão primária, em geral, a tensão do sistema veicular de um veículo, por meio de um transformador. Quando a tensão primária é aplicada ao transformador, uma forte alteração no campo magnético ocorre imediatamente no lado secundário do mesmo, de modo que uma tensão é induzida nos eletrodos da vela de ignição. Sob certas circunstâncias, esta já pode conduzir a uma descarga em forma de centelha e, assim, efetuar uma ignição prematura indesejada da mistura na câmara de combustão do motor. Para evitar isso, sistemas de ignição modernos são frequentemente equipados com um diodo de supressão de centelha de ligação, que está disposto entre a vela de ignição e o transformador. 0 diodo de supressão de centelha de ligação bloqueia uma corrente secundária, que é causada pela comutação no sistema de ignição, isto é, a aplicação da tensão primária e, consequentemente, impede um aumento de tensão prematuro nos eletrodos da vela de ignição.

[0004] Os sistemas de ignição que contêm um diodo de supressão de centelha de ligação e permitem a medição de corrente iônica são problemáticos sendo que a tensão do sistema veicular de um veiculo não é suficiente para a medição da corrente iônica em função da resistência elétrica relativamente alta dos conteúdos da câmara de combustão, ao contrário uma maior tensão é necessária, tipicamente cerca de 100 V ou maior. Em sistemas de ignição sem um diodo de supressão de centelha de ligação, a tensão para a medição da corrente iônica é entregue por um capacitor, o qual é alterado pela tensão secundária do circuito do transformador de tensão, enquanto a tensão secundária é aplicada na vela de ignição. Um circuito correspondente está representado na figura 1. Após a descarga em forma de centelha ser extinta, o capacitor é descarregado por meio de uma corrente iônica, que flui entre os eletrodos da vela de ignição. Usando este circuito, a corrente iônica pode ser medida como uma queda de tensão no resistor. A corrente de descarga do capacitor de tal circuito flui na direção oposta através da vela de ignição para a corrente de carga do mesmo, que efetua uma descarga em forma de centelha da vela de ignição. Um diodo de supressão de centelha de ligação pode, consequentemente, bloquear a corrente de descarga do capacitor e, consequentemente, também a corrente iônica.

[0005] É inerentemente possível, gerar a tensão para uma medição de corrente iônica a partir da tensão do sistema veicular por meio de um transformador de tensão adicional. No entanto, esta possibilidade é muito complexa, e, portanto, não sendo possível ganhar popularidade.

[0006] É um objetivo da presente invenção mostrar uma maneira na qual as vantagens de baixo custo de um diodo de supressão de centelha de ligação podem ser combinadas com a opção de medição da corrente iônica.

[0007] Este objetivo é alcançado por meio de um circuito transformador de tensão com as características especificadas na reivindicação 1 e por meio de um método de acordo com a reivindicação 10. Os aperfeiçoamentos vantajosos da invenção são o assunto das reivindicações dependentes.

[0008] De acordo com a invenção, a tensão secundária gerada por um transformador do circuito transformador de tensão é utilizada para carregar um capacitor, o qual está disposto em um circuito fechado ("loop"), que está conectado em série ao lado secundário do transformador. Consequentemente, o circuito fechado é composto por uma primeira ramificação que conduz, a partir de um ponto de ramificação, a um primeiro lado do capacitor, e uma segunda ramificação que conduz, a partir do ponto de ramificação, ao segundo lado do capacitor. Assim, os dois lados do capacitor são conectados à mesma extremidade do lado secundário do transformador. A corrente pode fluir através da primeira ramificação para carregar o capacitor e através da segunda ramificação para a descarga. No lado secundário do transformador, a corrente de carga e a corrente de descarga do capacitor têm, portanto, a mesma direção e, consequentemente, pode tanto fluir através de um diodo de supressão de centelha de ligação disposto entre a vela de ignição e o lado secundário do transformador.

[0009] A fim de impedir que o capacitor descarregue prematuramente, os diodos podem estar contidos na primeira e na segunda ramificação do circuito fechado, as quais estão orientadas de forma oposta e, consequentemente, asseguram que apenas uma corrente de carga flua através de uma ramificação e apenas uma corrente de descarga flua através da outra ramificação. Um ou ambos diodos podem, no entanto, também ser substituído por um comutador que é fechado apenas se a corrente fluir através da ramificação relevante. Desta maneira, pode também ser de forma semelhante conseguido que a corrente de carga flua apenas através de uma das duas ramificações, e a corrente de descarga flua apenas através da outra das duas ramificações do circuito fechado.

[0010] O capacitor disposto no circuito fechado entrega cargas para uma corrente iônica após a extinção da descarga em forma de centelha. As cargas armazenadas no capacitor podem ser utilizadas diretamente para uma corrente iônica neste caso, que então flui como uma corrente de descarga do capacitor. Uma opção diferente consiste em utilizar o capacitor para carregar um segundo capacitor que, em seguida, alimenta a corrente iônica. Neste caso, a corrente iônica pode ser alimentada tanto pelo primeiro e pelo segundo capacitor ao mesmo tempo. Como as cargas do segundo capacitor originam-se a partir do primeiro capacitor, as cargas da corrente iônica são também entregues, em última análise, pelo primeiro capacitor quando utilizando um segundo capacitor.

[0011] O segundo capacitor pode ser disposto em uma ramificação do circuito o qual se ramifica a partir da primeira ramificação do circuito fechado e conduz ao potencial do aterramento. Um resistor de medição pode ser disposto nesta ramificação do circuito, o qual é conectado em série ao segundo capacitor. Em um resistor de medição deste tipo, uma queda de tensão proporcional à corrente iônica pode ser medida com menos esforço que um resistor o qual, por exemplo, está disposto na segunda ramificação do circuito fechado.

[0012] Um aperfeiçoamento vantajoso da invenção provê que um resistor esteja disposto na segunda ramificação do circuito fechado, através do qual a corrente iônica flui, por exemplo, um resistor de 10 kOhm ou maior, particularmente, de 100 kOhm a 1 MOhm. Esta resistência assegura que a corrente de carga flua primeiro através da primeira ramificação do circuito fechado.

[0013] Quando um diodo ou a tensão de ruptura de um diodo são mencionados no contexto da presente invenção, sucessões de diodos também devem ser incluídas com os mesmos, isto é, uma pluralidade de diodos conectados em série a qual, como um todo, naturalmente tem uma tensão de ruptura mais elevada do que um único diodo.

[0014] Detalhes adicionais e vantagens da invenção são explicados com base em uma concretização ilustrativa, com referência aos desenhos anexos. Nas figuras: [0015] A Figura 1 mostra um diagrama do circuito de acordo com a técnica anterior;

[0016] A Figura 2 mostra um diagrama do circuito de uma concretização de um circuito transformador de tensão de acordo com a invenção;

[0017] A Figura 3 mostra o diagrama do circuito mostrado na Figura 2 com o percurso da corrente que flui durante uma descarga em forma de centelha da vela de ignição;

[0018] A Figura 4 mostra o diagrama do circuito mostrado na Figura 2 com o percurso da corrente que flui após uma descarga em forma de centelha; e [0019] A Figura 5 mostra o diagrama do circuito mostrado na Figura 2 com o percurso da corrente iônica.

[0020] O circuito transformador de tensão mostrado na Figura 2 tem um circuito primário e um circuito secundário, que estão acoplados por meio de um transformador 1. Um conector para uma fonte de tensão primária 2, por exemplo uma batería de veículo, um lado primário la do transformador 1 e um comutador 3, por exemplo, um comutador de transistor, estão contidos no circuito primário. Quando o comutador 3 está fechado, uma corrente primária flui através do lado primário la do transformador 1, como um resultado de que uma tensão secundária é induzida no lado secundário lb do transformador 1. O lado primário la e o lado secundário lb podem ser construídos como espiras, as quais estão acopladas por meio de um núcleo do transformador 1.

[0021] No circuito secundário, o lado secundário lb do transformador 1 está conectado em série a um diodo de supressão de centelha de ligação e um conector para uma vela de ignição 5, de modo que a tensão secundária efetue uma descarga em forma de centelha entre os eletrodos da vela de ignição 5. O percurso básico da corrente secundária, que flui enquanto uma descarga em forma de centelha queima, está desenhado na Figura 3.

[0022] Um capacitor 6, o qual está ligado em ponte através de um diodo Zener 7, está conectado em série ao lado secundário 1b do transformador 1. Como pode ser visto, o lado secundário lb do transformador 1 está disposto entre o capacitor 6 e o conector para a vela de ignição 5. Tanto o capacitor 6 e o conector para a vela de ignição 5 são dispostos entre o aterramento e o lado secundário lb do transformador 1 em cada caso.

[0023] O capacitor 6 é disposto em um circuito fechado, que consiste de uma primeira ramificação com um primeiro elemento de circuito 8, por exemplo um diodo, e uma segunda ramificação com um segundo elemento de circuito 9, por exemplo um diodo. Um resistor 10 de, por exemplo, 10 kOhm ou maior, adicionalmente, pode ser disposto na segunda ramificação. Ambos os lados do capacitor 6 estão conectados em série com a extremidade do mesmo do lado secundário lb do transformador 1 por meio de um circuito fechado. Neste caso, os elementos do circuito 8, 9 são configurados de tal maneira que apenas uma corrente de carga do capacitor 6 possa fluir através do primeiro elemento de circuito 8 e apenas uma corrente de descarga do capacitor 6 possa fluir através do segundo elemento de circuito 9. Os elementos do circuito 8, 9 podem ser controlados, de forma correspondente, comutando o transistor ou diodos, por exemplo, que estão dispostos em orientação oposta entre si.

[0024] Se uma descarga em forma de centelha está ocorrendo na vela de ignição 5, o capacitor 6 é, consequentemente, carregado até à tensão de ruptura do diodo Zener 7. Em seguida, a corrente da descarga em forma de centelha flui através do diodo Zener 7.

[0025] Uma ramificação de circuito, que leva ao aterramento e que contém um diodo 11 ou um elemento de um circuito diferente o qual apenas permite a corrente através na direção da corrente secundária fluindo durante uma descarga em forma de centelha, se ramifica a partir da segunda ramificação do circuito fechado entre o capacitor 6 e o segundo elemento de circuito 9.

[0026] Adicionalmente, uma outra ramificação de circuito pode ramificar a partir da segunda ramificação do circuito fechado, no lado do segundo elemento de circuito 9 voltado afastado a partir do capacitor 6, na qual a ramificação de circuito de um segundo capacitor 12 e um resistor de medição 13 conectado em série ao mesmo estão dispostos. A ramificação de circuito igualmente leva ao aterramento.

[0027] A primeira ramificação do circuito fechado pode ser conectada através de um comutador do transistor 18 a uma fonte de tensão, por exemplo, a batería do veículo, entre o primeiro elemento de circuito 8 e o capacitor 6. O comutador do transistor 18 é controlado de tal maneira que ele é aberto enquanto uma descarga em forma de centelha queima.

[0028] Após uma descarga em forma de centelha ser extinta, o comutador do transistor 18 é fechado para uma medição de corrente iônica. O comutador do transistor 18 pode para esse fim ser acionado por um sinal de controle, cujo o valor indica se a tensão primária é aplicada sobre o lado primário la do transformador 1. Um sinal de controle deste tipo pode, conforme mostrado na Figura 2, ser gerado utilizando um amplificador operacional 14, que detecta o potencial no comutador do transistor 3, por exemplo, no coletor do mesmo.

Outra opção consiste em avaliar o sinal de controle do comutador 3.

[0029] Quando o circuito primário do circuito transformador de tensão é aberto, a corrente primária chega a uma interrupção e não mais tensão secundária é induzida no lado secundário lb do transformador 1, de modo que a descarga em forma de centelha da vela de ignição 5 se extingue. No circuito transformador de tensão mostrado, o comutador do transistor 11 é então fechado, de modo que a fonte de tensão é aplicada sobre o resistor 15 no capacitor 6. O capacitor 6 em seguida carrega o segundo capacitor 12, conforme é ilustrado de maneira simplificada na Figura 4. Para carregar o segundo capacitor 12, que não é absolutamente necessário que o capacitor 6 esteja conectado a uma fonte de tensão através do resistor 15. Ao contrário de estar conectado à fonte de tensão, o capacitor 6 podería, de forma básica, também estar conectado ao aterramento, como a tensão de uma batería do veículo é consideravelmente menor de qualquer maneira que a tensão de carga do capacitor 6, que é maior que 100 V.

[0030] De modo que, durante a carga do segundo capacitor 12, o resistor de medição 13 conectado em série com o mesmo ou um dispositivo de medição de tensão detectando a queda de potencial no resistor de medição 13 não é carregado desnecessariamente, o resistor de medição 13 pode ser ligado em ponte por um diodo 16, que permite o carregamento de corrente através. O segundo capacitor 12 pode ser ligado em ponte por um diodo Zener 17, de modo que só possa ser carregado até a tensão de ruptura do mesmo.

[0031] Após um período de carga, por exemplo, o qual é apenas de 1 a 10 ms e pode, portanto, ser executado em cada ciclo do motor, o comutador do transistor 18 pode ser novamente aberto, a fim de executar uma medição de corrente iônica. Alternativamente, o comutador do transistor 18 pode também permanecer fechado até a próxima descarga em forma de centelha, conforme o carregamento do segundo capacitor 12 em breve terá ocorrido até o nível de tensão do capacitor 6.

[0032] Após a fase de recarga ilustrada esquematicamente na Figura 4, uma corrente iônica flui a partir do capacitor 12, conformo está esboçado de forma simplificada na Figura 5. Os fluxos de corrente iônica sobre um lado do capacitor 12 através do resistor 10 na segunda ramificação do circuito fechado, o lado secundário lb do transformador 1, o diodo de supressão de centelha de ligação 4, a vela de ignição 5 a partir desta através do conteúdo da câmara de combustão do motor para o aterramento. Por outro lado, a corrente iônica flui a partir do aterramento por meio do resistor de medição 13 para o capacitor 12, de modo que a corrente iônica possa ser medida como uma queda de tensão no resistor de medição 13, a qual é indicada na Figura 5 por meio da especificação Uion * [0033] As cargas entregues a partir do capacitor 12 para a corrente iônica originam, portanto, a partir do capacitor 6. Independentemente do fato se a corrente iônica é alimentada diretamente a partir do capacitor 6, o que é possível em princípio, ou a partir do capacitor 12, que é carregado pelo capacitor 6, as cargas do capacitor 6 são, consequentemente, usadas no método descrito para a corrente iônica, isto é, o capacitor 6 alimenta a corrente iônica de forma direta ou indireta através do segundo capacitor 12.

Lista de referência 1 transformador la lado primário do transformador 1b lado secundário do transformador 2 fonte de tensão primária 3 comutador 4 diodo de supressão de centelha de ligação 5 vela de ignição 6 capacitor 7 diodo Zener 8 elemento do circuito 9 elemento do circuito 10 resistência 11 elemento do circuito 12 capacitor 13 resistor de medição 14 amplificador operacional 15 resistência 16 diodo 17 diodo Zener REIVINDICAÇÕES

Claims (13)

1. Circuito transformador de tensão, para o fornecimento com energia de ignição e para a medição de corrente iônica em uma vela de ignição (5), caracterizado pelo fato de compreender: - um transformador (1) que tem um lado primário (la) e um lado secundário (lb), configurado para gerar uma tensão secundária a partir de uma tensão primária aplicada no lado primário (la), - um circuito primário compreendendo o lado primário (la) do transformador (1), um conector para uma fonte de tensão primária (2) e um comutador (3) para o fechamento do circuito primário, e - um circuito secundário compreendendo em uma conexão em série de um capacitor (6), o lado secundário (lb) do transformador (1), diodo de supressão de centelha de ligação (4) e um conector para a vela de ignição (5), - sendo que no circuito secundário, o lado secundário (lb) do transformador (1) estar disposto entre o capacitor (6) e o conector para a vela de ignição (5) e ambos o capacitor (5) e o conector para a vela de ignição (5) estarem cada um disposto entre o aterramento e o lado secundário (lb) do transformador (1), - o capacitor (6) está ligado em ponte por um diodo Zener (7) e está disposto em um circuito fechado, que conecta ambos os lados do capacitor (6) para a mesma extremidade do lado secundário (lb) do transformador (1), - sendo que um primeiro elemento de circuito (8) está arranjado no circuito fechado em um primeiro lado do capacitor (6) entre o capacitor (6) e o lado secundário (lb) do transformador (1), o referido primeiro elemento de circuito (8) sendo configurado para permitir apenas uma corrente de carga do capacitor (6) para passar, e um segundo elemento de circuito (9) é contido em um segundo lado do capacitor (6) entre o capacitor (6) e o lado secundário (lb) do transformador (1), o referido segundo elemento de circuito sendo configurado para permitir apenas passar uma corrente de descarga do capacitor (6).

2. Circuito transformador de tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro elemento de circuito (8) ser um primeiro diodo e o segundo elemento de circuito (9) ser um segundo diodo, que está opostamente orientado ao primeiro diodo.

3. Circuito transformador de tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de uma ramificação se ramificar a partir do circuito fechado entre o capacitor (6) e o segundo elemento de circuito (9), o que leva ao aterramento e contém um terceiro elemento de circuito (11), o qual está configurado para permitir apenas uma corrente de carga através do capacitor (6).

4. Circuito transformador de tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o terceiro elemento de circuito (11) ser um diodo.

5. Circuito transformador de tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de o circuito fechado ser conectado a uma fonte de tensão entre o primeiro elemento de circuito (8) e o capacitor (6) por meio de um comutador de transistor (18), sendo que o comutador de transistor (18) é acionado por um sinal de controle, cujo o valor indica se a tensão primária é aplicada sobre o lado primário (la) do transformador (1).

6. Circuito transformador de tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de uma ramificação de circuito adicional ramificar a partir do circuito fechado no lado do segundo elemento de circuito (9) voltado para fora a partir do capacitor (6), o que leva ao aterramento e contém um segundo capacitor (12).

7. Circuito transformador de tensão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o segundo capacitor (12) ser ligado por um segundo diodo de Zener (17).

8. Circuito transformador de tensão, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de o segundo capacitor (12) no circuito de ramificação adicional estar conectado em série a uma resistência de medição (13) para a medição da corrente iônica.

9. Circuito transformador de tensão, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a resistência de medição (13) ser ligada por um diodo de Zener (16) adicional.

10. Circuito transformador de tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de uma resistência (10) estar disposta no circuito fechado no lado do segundo elemento de circuito (9) voltado para fora a partir do capacitor (6).

11. Método para medir uma corrente iônica de uma vela de ignição, caracterizado pelo fato de: - gerar uma tensão secundária a partir de uma tensão primária por meio de um transformador (1), na qual a tensão secundária é aplicada à vela de ignição (5) a fim de disparar um arco elétrico ,* - carregar um capacitor (6) para uma tensão de ruptura de um diodo de Zener (7) ligado o mesmo, por meio de uma corrente efetuada pela tensão secundária, através de uma primeira ramificação, que conduz a partir do transformador (1) a um primeiro de dois lados do capacitor (6); - desconectar a tensão primária do transformador (1) a fim de extinguir o arco elétrico; - fornecer carregamentos para uma corrente iônica através de uma segunda ramificação através do capacitor (6), o qual se conecta ao segundo lado do capacitor (6) para o transformador (D, e - obter um sinal de medição da corrente iônica através da medição de uma queda de tensão em uma resistência de medição (13) .

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção das cargas fornecidas a partir do capacitor (6) para uma medição da corrente iônica ser temporariamente armazenada em um segundo capacitor (12) o qual está disposto em uma terceira ramificação, a qual se ramifica a partir da segunda ramificação.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o segundo capacitor (12) estar conectado ao aterramento através da resistência de medição (13).