ES2275906T3 - Sistema y procedimiento de encendido para un motor de combustion interna con fuentes de microondas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de encendido para un motor de combustión interna con al menos dos elementos de acoplamiento de alta frecuencia (f1, f2) previstos en la cámara de combustión (1), los cuales son alimentados por una fuente de energía de alta frecuencia, generándose la energía de encendido necesaria en la cámara de combustión (1) por superposición de las ondas de alta frecuencia emitidas por los elementos de acoplamiento de alta frecuencia (f1, f2), y con unos medios (c) que hacen que sea variable el desfase (p) entre al menos dos ondas de alta frecuencia emitidas por elementos de acoplamiento de alta frecuencia diferentes (f1, f2).
Description
Sistema y procedimiento de encendido para un
motor de combustión interna con fuentes de microondas.
La invención concierne a un sistema de encendido
para un motor de combustión interna con al menos dos elementos de
acoplamiento de alta frecuencia previstos en la cámara de
combustión, especialmente elementos de acoplamiento de microondas,
que son alimentados por una fuente de energía de alta frecuencia,
especialmente un generador de microondas. Asimismo, la invención
concierne a un procedimiento para encender una mezcla de
carburante-aire al menos localmente inflamable,
situada en una cámara de combustión de un motor de combustión
interna, con un sistema de encendido según la invención. Respecto
del entorno técnico, se hace referencia, a título de ejemplo, al
documento DE 196 38 787 A1.
Los motores de combustión interna dispuestos en
serie y dotados de encendido externo están equipados hoy en día de
una manera prácticamente general con una instalación de encendido de
alta tensión con la que se hacen funcionar bujías de encendido que
operan como fuentes de encendido y que penetran en las cámaras de
combustión de los motores de combustión interna. En la cámara de
encendido se encuentra en general solamente una única bujía de
encendido mediante la cual queda fijado así el lugar del comienzo
del encendido o del comienzo de la combustión de una mezcla de
aire-carburante inflamable en la cámara de
combustión. Por tanto, se tiene que cuidar de que en el instante de
encendido deseado se encuentre siempre una mezcla inflamable entre
los dos electrodos de la bujía de encendido, lo que puede ser
problemático especialmente en el caso de motores de combustión
interna que trabajen con inyección directa de carburante.
Puesto que las instalaciones de encendido de
alta tensión pueden proporcionar ciertamente con seguridad la
energía de encendido necesaria, pero no son fáciles de controlar
respecto de la compatibilidad electromagnética de vehículos
automóviles, se investigan también en tiempos recientes dispositivos
de encendido de microondas para motores de combustión interna.
Aparte del documento DE 198 02 745 C2, el documento DE 196 38 787 A1
ya citado al principio muestra un ejemplo de ello. En este caso, se
utiliza como fuente de energía una fuente de energía de alta
frecuencia por medio de la cual se acoplan ondas de energía de alta
frecuencia, especialmente microondas, dentro de la cámara de
combustión del motor de combustión interna. El documento últimamente
citado propone para ello diferentes conformaciones para el elemento
de acoplamiento de microondas que penetra en la cámara de
combustión y que está designado allí en general como medio de
encendido con una zona de la estructura de acoplamiento, y explica
que la cámara de combustión abrazada -como es usual- por piezas
metálicas forma un resonador de cavidad para las microondas.
Es cierto que, cuando se emplean ondas de alta
frecuencia altamente energéticas como "fuente" de energía para
la energía de encendido en la cámara de combustión, ya no se está
obligado a que se presente una mezcla inflamable exactamente en un
único sitio de la cámara de combustión (concretamente entre los
electrodos de bujía de encendido usuales hasta ahora), pero, en
caso de que se emplee un único elemento de acoplamiento de alta
frecuencia en la cámara de combustión, está limitada también la
zona en la que se presenta energía de encendido suficiente y ésta
puede variarse únicamente variando la intensidad de campo eléctrico
emitida por el componente de acoplamiento.
El cometido de la presente invención consiste en
indicar mejoras a este respecto en un sistema de encendido para un
motor de combustión interna que trabaje con elementos de
acoplamiento de alta frecuencia, especialmente elementos de
acoplamiento de microondas.
La solución de este problema se caracteriza
porque están previstos al menos dos elementos de acoplamiento de
alta frecuencia o elementos de acoplamiento de microondas en la
cámara de combustión y porque la energía de encendido necesaria en
la cámara de combustión es generada por superposición de las ondas
de alta frecuencia emitidas por los elementos de acoplamiento,
siendo variable el desfase entre al menos dos ondas de alta
frecuencia emitidas por elementos de acoplamiento de alta
frecuencia diferentes. Por tanto, expresado en otras palabras, se
generan en la cámara de combustión del motor de combustión interna
con las ondas de alta frecuencia, especialmente microondas,
emitidas por los elementos de acoplamiento citados unas
interferencias con ayuda de las cuales se proporciona la energía de
encendido necesaria.
Cuando, según la invención, están previstos en
la cámara de combustión de un motor de combustión interna al menos
dos elementos de acoplamiento de microondas (en lo que sigue, se
emplea el término especial "microonda" solamente en calidad de
representante de la forma general de una "onda de alta
frecuencia"), se pueden presentar entonces entre las ondas
emitidas por estos elementos de acoplamiento los fenómenos de
interferencia conocidos fundamentalmente por la teoría ondulatoria.
Aparte de extinciones locales mutuas, existen también lugares con
amplitud netamente amplificada debido a superposiciones y, por
tanto, con energía netamente más alta, en los cuales se puede
efectuar entonces con una extraordinaria docilidad un encendido de
la mezcla inflamable que allí llegue. Las libertades respecto de la
posición de los lugares en los que se presenta una energía de
encendido suficiente para el encendido son incrementadas
considerablemente mediante la previsión de al menos un segundo
elemento de acoplamiento de microondas y, por tanto, mediante la
aparición de fenómenos de interferencia o superposiciones entre las
ondas emitidas por los dos (o incluso varios) elementos de
acoplamiento. Cabe mencionar aquí expresamente una vez más que es
necesario más de un elemento de acoplamiento de alta frecuencia o
elemento de acoplamiento de microondas para poder aprovechar los
efectos de interferencia citados; en ningún modo se está limitado
aquí a exactamente dos elementos de acoplamiento.
Se obtienen ventajas especiales haciendo que el
desfase entre al menos dos ondas de alta frecuencia o microondas o
similares, emitidas por elementos de acoplamiento de alta frecuencia
diferentes, sea variable. Se puede así influir o variar
deliberadamente la posición local de los sitios en los que se
presentan en la cámara de combustión interferencias o
superposiciones de incremento de la amplitud entre las ondas
emitidas por los diferentes elementos de acoplamiento. Mediante la
elección de un desfase adecuado entre las diferentes microondas o
similares se pueden determinar así los sitios de la cámara de
combustión en los que se presenta una energía de encendido
suficientemente alta debido a fenómenos de interferencia. Estos
sitios pueden ser colocados deliberadamente allí donde sea máxima
la probabilidad de la incidencia de una mezcla de
carburante-aire inflamable.
En este contexto, cabe aludir al hecho conocido
para el experto en motores de combustión interna que los sitios en
los que se presenta o puede presentarse una mezcla inflamable en una
cámara de combustión de un motor de combustión interna pueden
depender muy fuertemente del respectivo punto de funcionamiento del
motor de combustión interna. Según con qué número de revoluciones y
en qué punto de carga se haga funcionar el motor de combustión
interna, la posición del respectivo lugar de encendido más favorable
puede ser diferente en cada caso. Esta condición marginal
extraordinariamente compleja puede satisfacerse ahora haciendo que
el lugar en el que se proporciona la energía necesaria para un
encendido satisfactorio se adapte al lugar de encendido más
favorable en la cámara de combustión en lo que se refiere a la
distribución de la mezcla. Es evidente que se puede lograr así una
combustión mejorada de la mezcla de carburante-aire
en la cámara de combustión del motor de combustión interna. Una
combustión mejorada tiene a su vez como consecuencia ventajas
considerables respecto del rendimiento o del consumo de carburante,
así como respecto de las emisiones (especialmente de CO_{2}).
Por tanto, un procedimiento según la invención
para el encendido de una mezcla de carburante-aire
al menos localmente inflamable, situada en una cámara de combustión
de un motor de combustión interna, con un sistema de encendido
según la presente invención se caracteriza porque preferiblemente
por variación del desfase entre al menos dos ondas de alta
frecuencia emitidas por elementos de acoplamiento de alta frecuencia
diferentes en la cámara de combustión se puede ajustar
deliberadamente el lugar del encendido en dicha cámara de
combustión.
Aparte o además de la variación del desfase
entre al menos dos microondas emitidas por fuentes de microondas
diferentes o similares en la cámara de combustión, se pueden también
variar y, por tanto, ajustar deliberadamente la amplitud y/o la
frecuencia de al menos una de las microondas u ondas de alta
frecuencia emitidas. En particular, es posible así también ajustar
el procedimiento de encendido según la invención de modo que se
proporcione la energía de encendido necesaria en varios lugares de
la cámara de combustión y/o en varios momentos en uno o varios
lugares. Para lograr un acoplamiento óptimo de la energía necesaria,
se puede adaptar la frecuencia de la microonda a las dimensiones o
a la geometría de la cámara de combustión. Empleando un múltiplo
entero de esta frecuencia adaptada son posibles también encendidos
múltiples según la teoría de las microondas o se pueden generar
varios lugares de encendido.
Por lo que concierne a la configuración de una
instalación de encendido correspondiente según la invención para un
motor de combustión interna, se ha representado así en forma
fuertemente abstraída un ejemplo de realización preferido para ello
en el croquis de principio adjunto. Al mismo tiempo, se ha
representado el modo en que puede estar configurado un sistema de
encendido según la invención en un motor de combustión interna con
varias cámaras de combustión, especialmente en un motor de
combustión interna de pistones alternativos con varios
cilindros.
En la única figura se ha designado con el número
de referencia 1 una cámara de combustión de un motor de combustión
interna de pistones alternativos con cuatro cilindros, en el que se
introduce de la manera usual una mezcla de
carburante-aire que se ha de quemar en el mismo.
Esta mezcla de carburtante-aire se inflama con un
encendido externo en un momento deseado por medio de un sistema de
encendido según la invención, para lo cual se introduce energía de
encendido en la cámara de combustión 1. Esto se efectúa por medio de
ondas de alta frecuencia, especialmente microondas, que son
entregadas aquí por dos componentes de acoplamiento f_{1} y
f_{2} a la cámara de combustión 1. Como se ha explicado
detalladamente más arriba, se presentan en la cámara de combustión
1 fenómenos de interferencia o superposiciones entre las microondas
emitidas, proporcionándose entonces en los lugares en los que tiene
lugar una amplificación de la energía una energía de encendido
suficiente para encender una mezcla inflamable allí presente.
Las microondas (o en general las ondas de alta
frecuencia) son generadas aquí por un único generador de microondas
a regulable en frecuencia y amplitud con una frecuencia de
2,4 gigahertzios o más o un múltiplo de esta frecuencia en el
dominio de potencia de aproximadamente 100 vatios. En el ejemplo de
realización que se describe seguidamente con más detalle, la señal
de microondas emitida por el generador de microondas a se
divide en una primera vía directa y una segunda vía regulada por un
desfasador regulable c y se distribuye en cada vía por medio
de un distribuidor de alta frecuencia d y e,
respectivamente, a las distintas cámaras de combustión del motor de
combustión interna. Estas señales de microondas son alimentadas allí
por unos elementos de acoplamiento primero y segundo f_{1},
f_{2} a las distintas cámaras de combustión 1.
Volviendo de la cámara de combustión 1 al
generador de microondas a (aquí único) se explica ahora
detalladamente este ejemplo de realización preferido de un sistema
de encendido según la invención:
Una línea de unión conduce del primer elemento
de acoplamiento f_{1} de la cámara de combustión 1 a un primer
distribuidor designado con la letra d, desde el cual se
derivan de los sitios designados con los números 2, 3, 4 otras tres
líneas de unión, no representadas, que conducen a otros primeros
elementos de acoplamiento que están asociados a otras tres cámaras
de combustión del motor de combustión interna que no se han
representado aquí. De manera comparable, una línea de unión conduce
del segundo elemento de acoplamiento f_{2} de la cámara de
combustión 1 a un segundo distribuidor designado con la letra
e, desde el cual se derivan de los sitios designados con los
números 2, 3, 4 otras tres líneas de unión, no representadas, que
conducen a otros segundos elementos de acoplamiento de las tres
cámaras de combustión adicionales citadas.
Cada distribuidor d o e es
alimentado con la energía necesaria para activar los elementos de
acoplamiento f_{1} o f_{2} a través de una línea adicional que
conduce del distribuidor d o e a un miembro de
amortiguación b (aquí único). Delante de éste está montado (por
medio de una línea adecuada) un generador de microondas (en
general, una fuente de energía de alta frecuencia) designado con la
letra a. Este generador de microondas a, al igual que
el miembro de amortiguación b, los distribuidores d y
e y un desfasador c explicado aún en lo que sigue, es
activado en la forma deseada por una unidad de control electrónica
"ECU".
Se acaba de mencionar un desfasador designado
con la letra c que está previsto en la línea de unión que
conduce del miembro de amortiguación b al distribuidor
e. Cuando los dos elementos de acoplamiento de microondas
f_{1} y f_{2} de una cámara de combustión 1 son alimentados
como ocurre aquí por un generador de microondas común a
actuante como fuente de energía de alta frecuencia, se puede ajustar
con este desfasador c un desfase deseado entre las
microondas (o en general ondas de alta frecuencia) emitidas por los
dos elementos de acoplamiento f_{1} y f_{2}.
Preferiblemente, no se ajusta en este desfasador
c ningún desfase constante, sino que este desfase deberá ser
variable, es decir que deberá poder elegirse libremente, lo que se
ha representado en sentido figurado por medio de la "flecha de
regulación" en la letra griega inscrita \varphi, que simboliza
un desfase. En el desfasador c se ajusta este desfase
\varphi de conformidad con las señales de mando emitidas por la
ECU.
Como se ha explicado detalladamente más arriba,
con el ajuste de un desfase adecuado entre las microondas emitidas
por los aquí dos elementos de acoplamiento f_{1} y f_{2} se
puede proporcionar deliberadamente en uno o varios sitios de la
cámara de combustión la energía de encendido necesaria para encender
la mezcla de aire-carburante inflamable que pueda
encontrarse allí.
Sin embargo, se prefija por la unidad de control
electrónica ECU no sólo el desfase \varphi y el instante en el
que se emiten microondas desde los elementos de acoplamiento f_{1}
y f_{2} de una cámara determinada de las aquí cuatro cámaras de
combustión, sino que se puede variar adicionalmente la frecuencia
f de las microondas generadas por el generador de microondas
a de conformidad con sus señales de mando, lo que se representa en
sentido figurado por medio de la "flecha de regulación" en la
letra f inscrita en el generador de microondas a, la
cual simboliza la frecuencia de las ondas de alta frecuencia
emitidas. Asimismo, de conformidad con las señales de mando de la
unidad de control electrónica ECU se puede variar adicionalmente la
amplitud A de las microondas u ondas de alta frecuencia emitidas
hacia los elementos de acoplamiento f_{1} y f_{2}, lo que se
representa en sentido figurado por medio de la "flecha de
regulación" en la letra A inscrita en el miembro de
amortiguación b, la cual simboliza la amplitud de las
microondas u ondas de alta frecuencia.
Por tanto, el sistema de encendido descrito
ofrece un gran número de variabilidades con cuya ayuda se puede
proporcionar en la cámara de combustión 1 o en las cámaras de
combustión 1 del motor de combustión interna de conformidad con los
requisitos de cada caso, en los respectivos sitios deseados y en los
respectivos instantes deseados, la energía de encendido necesaria
para encender la mezcla inflamable existente al menos localmente en
ellos, siendo posible también -como ya se ha mencionado- poner esta
energía de encendido necesaria a disposición de varios sitios de la
cámara de combustión al mismo tiempo o en momentos diferentes. Así,
la energía de encendido puede ser proporcionada en la cámara de
combustión 1, por ejemplo, a lo largo de una curva o de un campo
tridimensional, cabiendo consignar aún que esto y un gran número de
otros detalles pueden estar configurados de manera enteramente
diferente de las explicaciones anteriores, sin salirse del contenido
de las
reivindicaciones.
reivindicaciones.
Claims (9)
1. Sistema de encendido para un motor de
combustión interna con al menos dos elementos de acoplamiento de
alta frecuencia (f_{1}, f_{2}) previstos en la cámara de
combustión (1), los cuales son alimentados por una fuente de
energía de alta frecuencia, generándose la energía de encendido
necesaria en la cámara de combustión (1) por superposición de las
ondas de alta frecuencia emitidas por los elementos de acoplamiento
de alta frecuencia (f_{1}, f_{2}), y con unos medios (c) que
hacen que sea variable el desfase (p) entre al menos dos ondas de
alta frecuencia emitidas por elementos de acoplamiento de alta
frecuencia diferentes (f_{1}, f_{2}).
2. Sistema de encendido según la reivindicación
1, caracterizado porque la amplitud (A) de al menos una de
las ondas de alta frecuencia emitidas es variable.
3. Sistema de encendido según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
frecuencia (f) de al menos una de las ondas de alta frecuencia
emitidas es variable.
4. Sistema de encendido según una de las
reivindicaciones anteriores, que comprende un generador de
microondas (a) que hace posible una variación de frecuencia, un
miembro de amortiguación (b) pospuesto a éste y que hace posible
una variación de amplitud, y una derivación adyacente a este miembro
de amortiguación hacia dos elementos de acoplamiento de alta
frecuencia, especialmente elementos de acoplamiento de microondas
(f_{1}, f_{2}), que penetran en la cámara de combustión (1) del
motor de combustión interna, estando previsto en al menos una de
estas derivaciones un desfasador (c) que hace posible un desfase
(p).
5. Sistema de encendido según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque está
previsto al menos un distribuidor (d, e) hacia varias cámaras de
combustión del motor de combustión interna.
6. Sistema de encendido según la reivindicación
5, caracterizado porque en cada derivación asociada a un
grupo de elementos de acoplamiento (f_{1}, f_{2}) que están
formados por un respectivo elemento de acoplamiento (1, 2) de una
cámara de combustión (1) está previsto un distribuidor (d, e) hacia
las varias cámaras de combustión.
7. Procedimiento de encendido de una mezcla de
carburante-aire al menos localmente inflamable,
situada en una cámara de combustión de un motor de combustión
interna, con un sistema de encendido según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que se ajusta deliberadamente el
lugar del encendido de la cámara de combustión por variación de al
menos uno de los parámetros allí citados.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se proporciona la energía de encendido
necesaria en varios lugares y/o en varios
instantes.
instantes.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque se proporciona la energía de encendido
en la cámara de combustión (1) a lo largo de una curva o de un campo
tridimensional.
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