ES2200136T3 - Un dispositivo de ignicion para un motor de combustion interna. - Google Patents
Un dispositivo de ignicion para un motor de combustion interna.Info
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Abstract
DISPOSITIVO DE ENCENDIDO PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA CAPAZ DE SUPRIMIR NO SOLO UNA DISMINUCION DE LA ENERGIA DE DESCARGA DE UNA BUJIA SINO TAMBIEN LA MISMA RESONANCIA LC. CUANDO UN ENCENDEDOR 13 ES CONECTADO POR UNA UNIDAD DE CONTROL DE ENCENDIDO 14 Y LA CORRIENTE PASA A UNA BOBINA PRIMARIA 111 DEL ENCENDEDOR 11, UN TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO 31 ES DESCONECTADO POR LA UNIDAD DE CONTROL DE ENCENDIDO 14, A CONSECUENCIA DE LO CUAL LA BOBINA PRIMARIA QUEDA AISLADA DE UN RESISTOR DE ABSORCION DE RESONANCIA LC 32 PARA IMPEDIR UNA BAJADA DE LA CORRIENTE QUE AFLUYE A LA BOBINA PRIMARIA. LA UNIDAD DE CONTROL DE ENCENDIDO 14 DESCONECTA EL ENCENDEDOR 13 Y CONECTA EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO 31 EN UN PERIODO PREFIJADO DESPUES DE LA INICIACION DE LA DESCARGA DE LA BOBINA SECUNDARIA 112, DE DONDE LA BOBINA PRIMARIA Y EL RESISTOR ABSORBENTE DE RESONANCIA LC SE INTERCONECTAN PARA ABSORBER LA RESONANCIA LC DESPUES DE LA DESCARGA DE LA SEGUNDA BOBINA, AL OBJETO DE SUPRIMIR LA PRODUCCION DEL RUIDO CAUSADO POR LA RESONANCIA LC.
Description
Un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de ignición para un motor de combustión interna, y en particular, a
un dispositivo de ignición para un motor de combustión interna
capaz de evitar la reducción de la energía de descarga de una
bujía, y de suprimir el ruido provocado por resonancia LC tras la
terminación de la descarga de la bobina de ignición.
En un motor de combustión interna que utiliza
gasolina como combustible, la mezcla gaseosa comprimida por un
pistón se prende mediante la descarga eléctrica de una bujía. En un
dispositivo de ignición de los que se utilizan en general, una alta
tensión de 20 a 30 kV inducida en el secundario de una bobina cuando
se interrumpe un flujo de corriente por la bobina primaria, se
alimenta a la bujía.
De hecho, sin embargo, la energía acumulada en la
bobina primaria o en la bobina secundaria, no se consume
completamente mediante la descarga eléctrica de la bujía, y la
energía sobrante provoca la resonancia LC, tras la ignición, debido
a la inductancia parásita y a la capacitancia parásita del cable de
alta tensión que conecta el distribuidor con la bujía. La
resonancia LC afecta a diversos dispositivos en forma de ruido.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que
ilustra un circuito de ignición para un motor de combustión
interna, en el que un extremo de una bobina primaria 111 de una
bobina de ignición 11, se ha conectado al electrodo positivo de una
batería 12, y el otro extremo se ha conectado a masa a través del
colector y del emisor de un transistor 13 de conmutación incluido
en un dispositivo de ignición.
La base del transistor 13 se ha conectado a una
unidad 14 de control del instante de ignición. El transistor 13
pasa a conducción cuando se presenta una señal de ignición IGT a la
salida de la unidad 14 de control del instante de ignición.
Un extremo de una bobina 112 secundaria de la
bobina 11 de ignición, se ha conectado también al electrodo positivo
de la batería 12, pero su otro extremo se ha conectado a la bujía
18 a través de un diodo 15 que evita la corriente inversa, un
distribuidor 16, y un cable 17 de alta tensión.
Cuando la señal de ignición IGT procedente de la
unidad 14 de control de instante de ignición, está disponible, un
pulso generado en la bobina secundaria 112 queda bloqueado por el
diodo 15 de prevención de corriente inversa. Cuando no existe la
señal de ignición IGT, sin embargo, un pulso generado en la bobina
secundaria 112 pasa a través del diodo 15 de prevención de
corriente inversa, de modo que tiene lugar una descarga en la bujía
18.
Un dispositivo que puede verse afectado por el
ruido debido a la resonancia LC, puede ser un detector de corriente
iónica para detectar una corriente que fluya mediante los iones
generados por la combustión del gas de la mezcla.
El detector 19 de corriente iónica se encuentra
conectado en paralelo con la bujía 18, por el lado de salida del
distribuidor 16,
La corriente iónica es conducida, a través del
diodo de protección 191, hasta un circuito serie que consiste en un
resistencia 192 convertidora de corriente- tensión, y una fuente 192
de energía polarizada. Una tensión generada en un punto en el que se
han conectado entre sí la resistencia 192 convertidora de
corriente-tensión y el diodo 191 de protección, es
conducida a través de un condensador 194 de corte de la componente
de DC, hasta un circuito 195 amplificador compuesto por un
amplificador operacional y por resistores.
Por lo tanto, se presenta a la salida una señal
de tensión proporcional a la componente de AC de la corriente
iónica, en el terminal de salida 196 del detector 19 de corriente
iónica.
Sin embargo, la corriente iónica es tan débil que
el circuito amplificador debe tener una gran ganancia y una gran
impedancia de entrada, y el circuito amplificador puede verse
afectado fácilmente por el ruido externo. Con el fin de resolver
este problema, se ha propuesto ya "un detector de corriente
iónica" en el que la salida de un detector iónico 19 se
enmascara mientras está teniendo lugar la resonancia LC (véase la
Publicación de Patente japonesa sin publicar núm.
6-299941).
Cuando la velocidad del motor se incrementa, sin
embargo, el período de resonancia LC se hace tan próximo al período
de observación de corriente iónica para la detección de golpeteo o
de fallos de encendido que hace que resulte difícil controlar el
instante de apertura y cierre de la máscara.
En otras palabras, aunque el período de
resonancia de LC no se ve afectado por la velocidad del motor, el
período de observación de la corriente iónica se aproxima al
período de resonancia LC de acuerdo con un incremento de la
velocidad del motor.
Además, si se enmascara la resonancia de LC, esta
resonancia de LC no se elimina sustancialmente, y los dispositivos
distintos al detector de corriente iónica, no están libres de verse
afectados por el ruido provocado por la resonancia LC.
Resulta ventajoso controlar la propia resonancia
LC después de la descarga eléctrica de la bobina secundaria de la
bobina de ignición. A este efecto, se puede idear el hecho de
proporcionar lo que se conoce como amortiguador, para absorber la
resonancia LC en paralelo con la bobina primaria o con la bobina
secundaria de la bobina de ignición.
La Figura 2 es un diagrama que explica las formas
de proporcionar el amortiguador. Se pueden distinguir dos formas,
de las que la primera forma proporciona el primer amortiguador 21
constituido por un diodo y un resistor conectados en serie (o un
resistor y un condensador conectados en serie), en la bobina
primaria 111, y la segunda forma proporciona el segundo
amortiguador 22 que consiste en un resistor en la bobina 112
secundaria.
El primer amortiguador 21 debe tener un diodo
para mejorar la eficacia de transferencia de energía acumulada en la
bobina primaria 111 a la bobina 112 secundaria. Cuando la tensión a
través del diodo se hace inferior a la caída de tensión directa en
el diodo (alrededor de 0,6 V), sin embargo, el efecto de
amortiguador para absorber la resonancia LC ya no se presenta
más.
El segundo amortiguador 22 consume parte de la
energía, provocando inevitablemente una disminución de la energía de
ignición. Además, la tensión a través del segundo amortiguador
alcanza de 20 a 30 kV, y por ello, el propio dispositivo debe tener
una tensión ruptora alta.
La presente invención ha sido realizada en vista
de los problemas mencionados en la que antecede, y proporciona un
dispositivo de ignición para un motor de combustión interna capaz
de suprimir el ruido debido a la resonancia LC tras la descarga de
la bobina de ignición sin disminución de la energía de descarga de
la bujía.
El documento
US-A-5 220 describe un sistema de
ignición electrónico para un vehículo a motor. El sistema comprende
una bobina de ignición que tiene un arrollamiento primario al que
se aplica una señal de control para el ciclo de producción de
chispa, y un arrollamiento secundario que genera la tensión de
formación de chispa. Una unidad conmutadora contra el ciclo de
producción de chispa del arrollamiento secundario sobre el
arrollamiento primario de la bobina de ignición. Una unidad de
control realiza el control del instante de la ignición al conmutar
la bobina entre conducción y corte.
Un dispositivo de ignición para motores de
combustión interna de acuerdo con la invención, se encuentra
descrito en la reivindicación 1.
De acuerdo con el dispositivo de la invención, un
resistor absorbedor de resonancia LC se conecta con la bobina
primaria mientras los medios de detección de corriente iónica
conectados en paralelo con la bujía, están detectando corriente
iónica, con el fin de suprimir la resonancia LC, así como también
para evitar que un pequeño ruido se superponga a la corriente
iónica.
La Figura 1 es un diagrama que ilustra
esquemáticamente un circuito de ignición para un motor de
combustión interna;
La Figura 2 es un diagrama que explica modos de
proporcionar un amortiguador;
La Figura 3 es un diagrama que ilustra la
constitución de un dispositivo de ignición para motor de combustión
interna de acuerdo con una realización de la presente
invención;
Las Figuras 4A a 4D son diagramas que ilustran un
método de determinación de instantes para la apertura y el cierre
de una puerta FET, y
La Figura 5 es un diagrama de flujo de una rutina
de control de una puerta FET.
La Figura 3 consiste en un diagrama que ilustra
la constitución de un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna de acuerdo con una realización de la presente
invención, en el que los mismos elementos que los mostrados en la
Figura 1, han sido indicados con los mismos números de
referencia.
Un extremo de la bobina primaria 111 de la bobina
de ignición 11, ha sido conectado a la batería 12, y el otro extremo
se ha conectado a masa a través del colector y del emisor de un
transistor 13 que constituye un dispositivo ignitor.
Una conexión serie de un transistor 31 de efecto
de campo (FET) y de un resistor 32 absorbedor de resonancia, ha
sido conectada en paralelo con la bobina 111 primaria. El FET 31
controla la conexión del resistor 32 de absorción de resonancia LC
con la bobina primaria, y el resistor 32 absorbedor de resonancia
LC absorbe la resonancia LC después de la descarga de la bobina 112
secundaria.
La puerta del FET 31 se ha conectado al colector
del segundo transistor 34 de control de puerta. El emisor del
segundo transistor 34 de control de puerta se ha conectado a la
batería 12 a través de un multiplicador 33 que constituye un
convertidor de DC-DC, y que aplica una diferencia
de potencial de alrededor de 5 V entre la fuente y la puerta para
activar el FET 31.
La base del segundo transistor 34 de control de
puerta se ha conectado al colector del primer transistor 35 de
control de puerta, estando su emisor conectado a masa, y se aplica
una señal de control a su base, procedente de una unidad de control
de instante de ignición.
También se han dispuesto un resistor 311 de
polarización de FET para la polarización de la puerta del FET 31, un
segundo resistor 341 de colector para limitar la corriente de
colector cuando el segundo transistor 34 de control de puerta está
en conducción, un segundo resistor 342 de polarización para
polarizar la base del segundo transistor 34 de control de puerta, y
un primer resistor 351 de colecto para limitar la corriente de
colector cuando el primer transistor de control de puerta se
encuentra en conducción.
Cuando la unidad 14 de control de instante de
ignición pone a su salida una señal de comando de apertura de
puerta de FET de nivel "H", el primer transistor 35 de control
de puerta pasa a conducción, y el potencial de base del segundo
transistor 34 de control de puerta cambia del nivel "H" al
nivel "L". Entonces, el segundo transistor 34 de control de
puerta se vuelve conductor, la puerta del FET 31 se invierte desde
el nivel "L" hasta el nivel "H", y el FET 31 pasa a
conducción. Cuando el FET 31 pasa a conducción, el transistor 32
absorbedor de resonancia LC se conecta en paralelo con la bobina
primaria de la bobina 11 de ignición.
Las Figuras 4A a 4D son diagramas que ilustran un
método de terminación de instantes para apertura y cierre de la
puerta del FET, y muestran una señal de comando IGT, una tensión de
bobina primaria (punto P), una corriente iónica, y una señal de
control de puerta de FET. La abcisa representa el tiempo.
Es decir, la señal de comando de ignición IGT
pasa a conducción en un momento t_{1}, y la tensión cambia hacia
el lado negativo en el punto P donde la bobina 111 primaria se ha
conectado a masa. Cuando el comando IGT de ignición pasa a corte en
un momento t_{2}, la tensión en el punto P se invierte
súbitamente hacia el lado positivo, y comienza la descarga
eléctrica de la bobina secundaria.
Desde un momento t_{4}, en el que termina la
descarga eléctrica de la bobina secundaria, hasta un momento
posterior t_{5}, se produce resonancia LC debido a un exceso de
energía acumulada en la bobina 11 de ignición. Se genera una
corriente iónica a partir del momento t_{5} hasta un momento
posterior t_{6}, pero la salida del detector 19 de corriente
iónica se ve afectada por la resonancia LC desde el momento t_{4}
hasta el momento t_{5}.
Por lo tanto, los instantes de apertura y cierre
de la puerta del FET pueden ser determinados como sigue:
(1) Mientras se está produciendo la señal de
ignición IGT, es decir, durante el período comprendido entre el
momento t_{1} y el momento t_{2}, el FET 31 debe estar en
corte, para evitar una reducción del flujo de corriente hacia la
bobina 111 primaria debido a la corriente que pasa a través del
resistor 32 absorbedor de resonancia LC.
(2) Inmediatamente después del momento t_{2},
cuando la señal IGT de comando de ignición pasa a corte, el gas de
la mezcla se enciende por descarga de la bobina 112 secundaria. Con
el fin de evitar una reducción de la energía de descarga, el FET 31
debe pasar a corte.
(3) La resonancia LC ocurre después del momento
t_{4} en el que termina la descarga de la bobina 112 secundaria.
Por lo tanto, la bobina 111 primaria y el resistor 32 absorbedor de
resonancia LC deben ser conectados entre sí con anterioridad al
momento t_{4}.
Desde (1) a (3) descritos en lo que antecede, la
puerta del FET debe ser cerrada en un momento t_{3}, entre el
momento t_{2} y el momento t_{4}. En la práctica, el momento
t_{3} se establece de modo que sea de 200 a 300 microsegundos
después del momento t_{2}.
Teóricamente, la puerta del FET debe abrirse en
cualquier momento adecuado posterior al momento t_{5} en el que
termina la resonancia LC. En la práctica, sin embargo, se deben
tomar en consideración los siguientes aspectos:
(1) El momento t_{5} en el que termina la
resonancia LC, varía considerablemente dependiendo de las
condiciones operativas.
(2) El ruido puede superponerse a la corriente
iónica debido a la apertura de la puerta del FET.
(3) Se puede reducir una pequeña cantidad del
ruido superpuesto a la corriente iónica mediante la conexión del
resistor 32 absorbedor de resonancia LC con la bobina primaria a
partir del momento t_{5} hasta el momento t_{6} cuando circule
la corriente iónica.
En la práctica, por lo tanto, la puerta del FET
se abre en el momento t_{6} cuando la corriente iónica se hace
"0" (es decir, 8 milisegundos después de que se abra la puerta
del FET, 90º ATDC o 60º ATDC) (ATDC = After Top Dead Center, Después
del Punto Muerto Superior), o justamente antes de que la señal de
comando de ignición IGT pase a conducción la siguiente vez en el
mismo cilindro.
La Figura 5 es un diagrama de flujo de una rutina
de control de puerta de FET, ejecutada por la unidad 14 de control
de instante de ignición, la cual es un sistema de microordenador, y
se ejecuta a modo de proceso interrumpido.
En la etapa 50 se determina si han transcurrido
200 microsegundos después del inicio de la rutina. La etapa 50 se
ejecuta repetitivamente hasta que hayan transcurrido 200
microsegundos.
Una vez que han transcurrido 200 microsegundos,
se efectúa una determinación afirmativa por medio de la etapa 50, y
se dispone a la salida un comando de cierre de puerta de FET, en la
etapa 51.
En la etapa 52, se determina si han transcurrido
o no los 8 milisegundos tras la apertura de la puerta del FET. La
etapa 52 se ejecuta repetitivamente hasta que pasan los 8
milisegundos.
Una vez que han transcurrido los 8 milisegundos,
se establece una determinación afirmativa en la etapa 52, y se
dispone a la salida un comando de apertura de puerta de FET en la
etapa 53 para terminar la rutina.
Es decir, de acuerdo con la realización
mencionada en lo que antecede, el FET 31 se mantiene abierto
mientras está circulando corriente hacia la bobina 111 primaria de
la bobina 11 de ignición, e inmediatamente después se inicia la
descarga de la bobina secundaria, y el resistor 32 absorbedor de
resonancia LC se corta desde la bobina 111 primaria, evitando una
disminución de la corriente que circula hacia la bobina primaria y
una disminución de la energía de la chispa de la bujía 18.
Con anterioridad a que tenga lugar la resonancia
LC, el FET 31 se cierra, el resistor 32 absorbedor de resonancia LC
y la bobina 111 primaria se conectan en paralelo, y se suprime la
resonancia LC mediante el resistor 32 absorbedor de resonancia LC.
Cerrando el FET 31 durante 8 milisegundos, resulta posible evitar
que se superponga una pequeña cantidad de ruido sobre la señal de
corriente iónica detectada por el detector 19 de corriente
iónica.
En la realización mencionada en lo que antecede,
la puerta del FET se cierra una vez que han transcurrido 8
milisegundos desde la apertura de la puerta del FET. Sin embargo,
la puerta del FET puede ser cerrada a 90º ATDC o a 60º ATDC.
En la realización mencionada en lo que antecede,
el FET 31 se abre y se cierra bajo el control del software
ejecutado por la unidad 14 de control de instante de ignición. Sin
embargo, el FET 31 puede ser también abierto y cerrado mediante
hardware, utilizando un elemento conocido como discreto.
Claims (12)
1. Un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna, que comprende:
una bobina (11) de ignición que comprende una
bobina (111) primaria a la que se aplica una señal de comando de
ignición, y una bobina (112) secundaria que genera una tensión
inducida en base al comando de ignición;
una conexión serie de un resistor (32) absorbedor
de resonancia para atenuar la corriente que fluye a través de dicha
bobina primaria, y un medio conmutador (31) para conectar o
desconectar dicho resistor absorbedor de resonancia LC y dicha
bobina primaria, estando dicha conexión serie conectada en paralelo
con la citada bobina (111) primaria;
un medio (19) de detección de corriente iónica,
para detectar una corriente iónica que circula a través de un par
de electrodos instalados en una cámara de combustión del motor de
combustión interna por medio de iones generados durante la
combustión, y
un medio (14) de control para desconectar el
citado medio (31) conmutador mientras se está suministrando
corriente a dicha bobina (111) primaria, y para conectar el citado
medio (31) conmutador mientras dicha bobina (112) secundaria está
siendo descargada.
2. Un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el
medio de control (14) conecta dicho medio (31) conmutador, de 200 a
300 microsegundos después de la desconexión del comando de
ignición.
3. Un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el
que dicho medio (14) de control conecta el citado medio (31)
conmutador mientras se está descargando dicha bobina 112 secundaria,
y desconecta dicho medio 31 conmutador tras la terminación de la
combustión del gas de mezcla en la cámara de combustión.
4. Un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna de acuerdo con la reivindicación 3, en el que
dicho medio (14) de control desconecta dicho medio conmutador 8
milisegundos después de la conexión de dicho medio conmutador
(31).
5. Un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna de acuerdo con la reivindicación 3, en el que
dicho medio (14) de control desconecta dicho medio (31) conmutador
entre 60º y 90º después del punto muerto superior.
6. Un dispositivo de ignición para un motor de
combustión interna de acuerdo con la reivindicación 3, en el que
dicho medio (14) de control desconecta dicho medio (31) conmutador
justamente antes de que se active una señal siguiente de comando de
ignición para el mismo cilindro.
7. Un método de control de la ignición de un
motor de combustión interna, que proporciona una bobina (11) de
ignición que comprende una bobina primaria (111) a la que se aplica
una señal de comando de ignición, y una bobina (112) secundaria que
genera una tensión inducida en base al comando de ignición; una
conexión serie de un resistor (32) absorbedor de resonancia LC para
atenuar la corriente que circula a través de dicha bobina (111)
primaria, y un medio (31) conmutador para conectar o desconectar
dicho resistor (32) absorbedor de resonancia LC y la citada bobina
primaria, estando dicha conexión serie conectada en paralelo con la
citada bobina (111) primaria y con un medio (19) de detección de
corriente iónica para detectar una corriente iónica que circula a
través de un par de electrodos instalados en una cámara de
combustión del motor de combustión interna a través de los iones
generados durante la combustión, comprendiendo el método la etapa
de controlar dicho medio (31) conmutador para que sea desconectado
mientras se está suministrando corriente a dicha bobina primaria
(111), y para que sea conectado mientras se está descargando la
citada bobina (112) secundaria.
8. Un método de control de la ignición de un
motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 7, en
el que dicha etapa de control del medio de conmutación se conecta
de 200 a 300 microsegundos después del corte del comando de
ignición.
9. Un método de control de la ignición de un
motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 7 u 8,
en el que dicha etapa de control del medio de conmutación conecta
el citado medio (31) conmutador mientras se está descargando la
citada bobina secundaria (112), y desconecta dicho medio (31)
conmutador después de la terminación de la combustión del gas de la
mezcla en la cámara de combustión.
10. Un método de control de la ignición de un
motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 9, en
el que dicha etapa de control del medio conmutador desconecta el
citado medio (31) conmutador 8 milisegundos después de la conexión
de dicho medio conmutador.
11. Un método de control de la ignición de un
motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 9, en
el que dicha etapa de control de conmutación desconecta dicho medio
(31) conmutador entre 60º y 90º después del punto muerto
superior.
12. Un método de control de la ignición de un
motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 9, en
el que dicha etapa de control del medio conmutador desconecta el
citado medio (31) conmutador justamente antes de que se genere la
siguiente señal de comando de ignición para el mismo cilindro.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP23288596 | 1996-09-03 | ||
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