IT9020105A1 - Sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di motori a combustione interna con accensione a scintilla - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di motori a combustione interna con accensione a scintilla.

Sono già noti sistemi elettronici per controllare l'energia necessaria all'accensione di motori a scoppio, i quali sistemi noti consistono sostanzialmente nel generare, mediante mezzi elettronici controllati, un unico largo impulso di accensione di alta tensione.

Benché tali dispositivi noti si siano rilevati soddisfacenti, essi non sono tuttavia in grado di ottimizzare il funzionamento del motore a combustione interna: infatti, poiché essi creano un singolo largo impulso di accensione,non forniscono la possibilità di avvicinare il punto ottimale di innesco dell'accensione in funzione ad esempio degli anticipi da dare, della pressione e di tutti gli altri parametri operativi caratteristici del motore come la velocità, la temperatura e cosi via.

Il compito della presente invenzione è quello di eliminare l'inconveniente qui sopra menzionato fornendo un sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di motori a combustione interna con accensione a scintilla fornente la possibilità di approssimarsi in modo ottimale al punto di accensione ideale in dipendenza dai vari parametri di funzionamento del motore a combustione interna a cui il sistema di accensione elettronico è connesso.

Nell'ambito di tale compito, uno scopo principale del presente trovato è quello di realizzare un sistema di accensione elettronico il quale sia circuitalmente semplice e possa essere applicato agli odierni motori a combustione interna senza richiedere modifiche sostanziali dei medesimi.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di accensione .elettronico gestito da microprocessore il quale consenta di comandare la/le candele di accensione del motore a combustione interna con sequenze o treni di impulsi aventi durata, tensione di innesco, durata dei singoli impulsi, energia fornita alla candela con i singoli impulsi, frequenza di ripetizione degli impulsi suscettibili di essere programmati in funzione delle condizioni di funzionamento del motore per ottimizzare, istante per istante, il funzionamento stesso di tale motore.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di motori a combustione interna con accensione a scintilla il quale possa essere facilmente prodotto a partire da elementi e componenti facilmente reperibili in commercio.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il compito e gli scopi qui sopra menzionati, nonché altri scopi, che potranno eventualmente meglio apparire chiari in seguito, sono raggiunti da un sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di motori a combustione interna con accensione a scintilla avente le caratteristiche della parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche del sistema di accensione elettronico in oggetto sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Ulteriori peculiarità e vantaggi del sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di motori a combustione interna con accensione a scintilla, secondo l'invenzione, risulteranno più evidenti in seguito dalla seguente descrizione particolareggiata di due forme di realizzazione attualmente preferite di esso, illustrate, a titolo indicativo ma non limitativo, nell'accluso disegno in cui:

la figura 1 rappresenta un possibile schema a blocchi del sistema di accensione elettronico dell'invenzione in una sua possibile configurazione di accensione a tensione impressa; e

la figura 2 rappresenta un ulteriore schema a blocchi di massima di una seconda forma di realizzazione del sistema di accensione elettronico secondo l'invenzione in una sua possibile configurazione di accensione a corrente impressa.

Prima di passare alla descrizione dettagliata del sistema di accensione elettronico della presente invenzione, si deve sottolineare il fatto che il principio innovativo dell'invenzione si basa sulla possibilità di inviare un numero di impulsi n variabili nel tempo e di tensione opportuna, anziché un unico largo Impulso, come in sistemi di accensione elettronici noti, fornendo quindi la possibilità di avvicinare il punto ottimale di innesco in funzione degli anticipi da dare, della pressione e di tutti gli altri parametri caratteristici del motore come la velocità, la temperatura e così via.

Facendo ora riferimento alla figura 1, in essa il sistema o circuito di accensione elettronico secondo l'invenzione è stato indicato generalmente dal numero di riferimento 1.

Si tratta, in particolare, di una forma di realizzazione di circuito di accensione a candela a tensione impressa.

Più dettagliatamente, con riferimento ai blocchi costitutivi di figura 1, il circuito comprende una convenzionale batteria di alimentazione 2, atta a fornire una tensione continua fissa sostanzialmente di 12 volt o 24 volt. All'uscita della batteria di alimentazione è collegato un blocco regolatore di tensione 3, in particolare un convertitore di tipo boost, che genera una tensione regolabile tra 30 V e 400 V per l'alimentazione di un complesso o blocco amplificatore o elevatore di tensione indicato generalmente dal numero di riferimento 4.

11 complesso amplificatore di tensione è pilotato da un blocco logico programmabile di controllo e pilotaggio 5, a sua volta comandato da un blocco circuitale programmabile di comando ed accensione 6.

Nella forma di realizzazione qui considerata, la logica programmabile di controllo e pilotaggio 5 consiste sostanzialmente in un circuito logico elementare, di tipo peraltro noto, che genera le sequenze di impulsi che il gruppo amplificatore 4 dovrà amplificare.

Le caratteristiche di tali sequenze o treni possono essere impostate sia dalla centralina di bordo o controllo dell'automezzo, indicata generalmente dal numero di riferimento 7 che attraverso appositi "trimmer" di regolazione, non specificatamente illustrati, situati nella logica 5 stessa.

Poiché la logica di generazione delle sequenze o treni di impulsi non è in grado di pilotare direttamente gli elementi di commutazione del complesso amplificatore 4, è previsto l’impiego di un opportuno stadio di pilotaggio, anch'esso non specificatamente rappresentato poiché di tipo sostanzialmente noto.

Il blocco circuitale programmabile di comando e di accensione 6 deve essere considerato parte della centralina di bordo dell'automezzo 7: nei veicoli di nuova concezione, la centralina, come è noto, è un sistema a microprocessore che gestisce e/o elabora segnali provenienti da sensori situati nel motore ed in altri organi meccanici per adattare i parametri di controllo del veicolo alle diverse condizioni operative o per garantire che non si discostino dai valori ottimali predeterminati in base alle caratteristiche del veicolo.

Tra questi parametri, di predominante importanza è la regolazione dell'anticipo che determina l'istante di innesco delle candele dei vari cilindri.

In particolare,una volta stabilito l'istante di innesco, la centralina 7 invia alla logica di controllo e pilotaggio 5 un segnale di attivazione della sequenza o treno di impulsi da applicare alla candela.

A tale proposito si deve rilevare il fatto che il circuito programmabile di comando e accensione 6 non è altro che la circuiteria di interfaccia tra la centralina di bordo ed il sistema di accensione proposto.

Passando ora al complesso amplificatore della tensione degli impulsi, esso è sostanzialmente costituito da un convertitore a due elementi di commutazione allo stato solido 8 e 9 rispettivamente, ad esempio del tipo transistor ad effetto di campo, in connessione diretta, e da un gruppo trasformatore di alta tensione, indicato generalmente dal numero di riferimento 10.

L'elettrodo di comando 11 del primo elemento di commutazione allo stato solido 8 è collegato all 'uscita della logica programmabile 5 mentre un secondo elettrodo 12 dell 'interruttore allo stato solido B è collegato all'uscita del regolatore di tensione 3. Il terzo elettrodo 13 del menzionato interruttore 8 è collegato al catodo di un diodo 14 avente il proprio anodo collegato alla massa G.

Un'ulteriore uscita della logica programmabile 5 è collegata all 'elettrodo di comando 15 del secondo dispositivo interruttore allo stato solido 9 avente un suo secondo elettrodo 16 collegato all ' anodo di un ulteriore diodo 17 il cui catodo è collegato alla menzionata uscita del regolatore di tensione 3. Il terzo elettrodo 18 dell 'interruttore allo stato solido è collegato a massa. Tra il catodo del diodo 14 e l 'anodo del diodo 17 è collegato l 'avvolgimento primario 19 del menzionato trasformatore elevatore 10 il cui avvolgimento secondario 20 è collegato alla candela di accensione 21.

I due interruttori allo stato solido 8 e 9 vengono cosi a formare un convertitore la cui funzione consiste nel pilotare il primario del trasformatore con sequenze di impulsi di tensione regolabile tra 30 V e 400 v ed aventi caratteristiche di durata e contenuto energetico che saranno in seguito più specificatamente indicate.

II trasformatore 10, avente un elevato rapporto di spire in salita, (preferibilmente compreso tra 60 e 70) provvede ad elevare l 'impulso applicato al primario sino al valore di innesco della candela . I due diodi 14 e 17 di ricircolo assicurano la completa smagnetizzazione del trasformatore durante le fasi passive.

In tal modo, sotto il controllo di un microprocessore programmatile. è possibile fornire alla candela un treno di impulsi ottimali per un funzionamento ottimale del motore.

Nel caso in cui la centralina di controllo 7 dovesse controllare direttamente la durata, la frequenza ed i ciclo di intermittenza del treno degli impulsi, i parametri sarebbero ovviamente gestiti dal microprocessore ed inviati alla logica di controllo e pilotaggio 5 che provvederebbe a generare la sequenza cosi impostata.

Facendo ora riferimento alla figura 2, in essa, come si è detto, è mostrata una possibile ulteriore forma di realizzazione del sistema di accensione elettronico secondo l’invenzione consistente sostanzialmente in un circuito di accensione candela a corrente impressa.

In tale circuito i blocchi sostanzialmente analoghi a blocchi precedentemente descritti con riferimento a figura 1 sono stati indicati dai medesimi numeri di riferimento dotati di un apostrofo.

Anche la funzione di tale circuito di accensione è quella di generare una sequenza di impulsi di alta tensione aventi caratteristiche tali da permettere a normali candele l'accensione della miscela aria-carburante all'interno del cilindro o dei cilindri del motore a combustione interna per moto-autotrazione.

Si nota che la circuiteria di figura 2 si differenzia sostanzialmente da quella precedentemente descritta del tipo tensione impressa per la differenza costruttiva del gruppo amplificatore, qui indicato generalmente dal numero di riferimento 50.

Più specificatamente, tale gruppo amplificatore della tensione degli impulsi è costituito da un convertitore in connessione a ritorno o cosiddetta "flyback" includente un trasformatore di alta tensione 10' sostanzialmente analogo al trasformatore 10 ed una induttanza 51 avente la funzione di accumulatore di energia, come si nota,un capo 52 dell’induttanza 51 è collegato al regolatore di tensione 3* mentre l'altro capo 53 dell'induttanza 53 è collegato all'anodo di un diodo 54 il cui catodo è collegato ad un capo dell'avvolgimento primario 19'del trasformatore 10' il cui avvolgimento secondario 20' è collegato alla candela 21*.

Il gruppo amplificatore 50 include in questo caso un singolo interruttore allo stato solido, ad esempio anch'esso del tipo a transistor ad effetto di campo, indicato generalmente dal numero di riferimento 55 il cui elettrodo di comando 56 è collegato all'uscita della logica programmabile 5', ed un secondo elettrodo 57 del quale è collegato al catodo del diodo 54 e con questo ad un capo del menzionato avvolgimento primario 19' del trasformatore di tensione 10'. L'elettrodo 57 dell'interruttore allo stato solido 55 è pure collegato attraverso un ulteriore diodo 58 ad un complesso fissatore 59 collegato a massa assieme al terzo elettrodo 60 dell'interruttore 55. In tale configurazione, il trasferimento di energia alla candela avviene come segue*, quando l'interruttore 55 è in stato acceso, il regolatore di tensione 3' applica la sua tensione di uscita ai capi dell'induttanza 51.Quest'ultima accumula energia per tutto il tempo in cui l'interruttore è acceso o ON. Il diodo 54 impedisce l’attivazione del trasformatore di alta tensione durante la fase di accumulo.

Quando l'interruttore è spento o in stato OFF, la corrente presente nell'induttore 51 si richiude sul primario del trasformatore attraverso il diodo 54: in tal modo l'energia accumulata nell’induttore viene interamente trasferita alla candela e da quest'ultima alla miscela aria-carburante.

A differenza del caso precedente, la durata del singolo impulso della sequenza non è qui determinata dal tempo di accensione dell'interruttore allo stato solido 55, ma dal tempo necessario al completo trasferimento di energia che avviene nella fase di spegnimento dell'interruttore 55 stesso.

Anche in questo caso il trasformatore 10', avente un elevato rapporto spire in salita (60-70) provvede alla generazione della tensione di innesco della candela.

Il circuito di fissaggio 59 elimina le sovratensioni causate dai parametri parassiti del trasformatore durante la commutazione dell'interruttore 55.

Il funzionamento di tale forma di realizzazione è per gli altri aspetti sostanzialmente identico al funzionamento della forma di realizzazione in precedenza descritta.

E* stato trovato da considerazioni teoriche e prove pratiche eseguite che le principali caratteristiche della sequenza di impulsi applicati alle candele debbono essere le seguenti:

- durata della sequenza o treno di impulsi:nessun limite;

- tensione di innesco: fino a 30 Kv;

- durata del singolo impulso: fino a 10 microsecondi;

- energia fornita alla candela col singolo impulso: fino a 20 joule; - frequenza di ripetizione degli impulsi: da 50 kHz a 150 kHz.

Da quanto precede è possibile osservare come l’invenzione raggiunga pienamente il compito e gli scopi proposti. In particolare è stato realizzato un sistema di accensione elettronico dì motori a combustione interna ad accensione a scintilla in cui, inviando n impulsi variabili nel tempo e di tensione opportuna, viene creata la possibilità di avvicinare il punto ottimale di accensione in funzione degli anticipi da dare, della pressione e di tutti gli altri parametri caratteristici del motore come la velocità, la temperatura e così via.

Benché l'invenzione sia stata descritta facendo specifico riferimento a sue forme di realizzazione attualmente preferite, si deve tener presente che le forme di realizzazione descritte sono suscettibili di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo come definito nelle rivendicazioni accluse,utilizzando la tecnologia qui esposta.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di un motore a combustione interna con accensione a scintilla comprendente mezzi circuitali elettronici generatori di alta tensione operativamente collegati a mezzi generatori di scintilla di accensione e mezzi a microprocessore circuitalmente collegati a detti mezzi generatori di alta tensione per controllare i medesimi, caratterizzato dal fatto che detti mezzi generatori di alta tensione sono atti a generare, sotto il controllo di detti mezzi a microprocessore, un treno di impulsi di alta tensione variabili nel tempo, detti mezzi a microprocessore controllando in modo programmabile la durata di detti treni di impulsi, la tensione di innesco ed il livello di energia associati a ciascun impulso e la frequenza di ripetizione di detti impulsi in funzio-ne dei parametri di funzionamento di detto motore in modo atto ad ottimizzare detto funzionamento.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi generatori di alta tensione includono, tra loro circuitalmente operativamente intercollegati: a) mezzi alimentatori di tensione continua atti a fornire una tensione continua sostanzialmente fissa avente un valore prefissato; b) mezzi regolatori di tensione collegati all'uscita di detti mezzi alimentatori ed atti a trasformare detta tensione continua sostanzialmente fissa in una tensione regolabile tra un primo ed un secondo limite prefissati; c) mezzi logici programmabili di controllo e pilotaggio atti a generare detti treni di impulsi; d) mezzi amplificatori di impulsi collegati a detti mezzi regolatori di tensione ed a detti mezzi logici programmabili di controllo e pilotaggio ed includenti mezzi convertitori a commutazione ed un complesso trasformatore di alta tensione, detti mezzi convertitori essendo atti a pilotare il primario di detto complesso a trasformatore con detti impulsi da detti mezzi regolatori di tensione sotto il comando di detti mezzi logici programmabili; e e) mezzi circuitali programmabile di comando di accensione includenti detti mezzi a microprocessore elaboranti segnali provenienti da mezzi sensori di parametri prefissati di detto motore in modo atto a comandare detti mezzi logici programmabili per ottimizzare detto funzionamento di detto motore.
3. 3. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi regolatori di tensione sono costituiti da un convertitore di tipo boost atti a generare detta tensione regolabile tra detti primo e detto secondo limite prefissato.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti primo e secondo limiti prefissati sono rispettivamente di sostanzialmente 30 V e 400 V.
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto che detti mezzi logici programmabili di controllo e pilotaggio sono atti a generare treni di impulsi le cui caratteristiche possono essere impostate sia da una centralina di bordo dell 'autoveicolo che attraverso appositi elementi di regolazione di detti mezzi logici programmabili di controllo e pilotaggio.
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi logici di controllo e pilotaggio includono mezzi di pilotaggio atti a pilotare detti mezzi amplificatori di impulsi.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi amplificatori di impulsi sono costituiti da un convertitore includente due interruttori allo stato solido controllati in connessione diretta ed un trasf ormatore di alta tensione.
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detti mezzi amplificatori di impulsi includono mezzi convertitori a commutazione in connessione "flyback", un complesso trasformatore di alta tensione e mezzi ad induttanza.
9. 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la durata di detti treni di impulsi è sostanzialmente illimitata.
10. 10. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la tensione di uscita di detto trasformatore è di sostanzialmente fino a 30 kV.
11. 11. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la durata di ciascun singolo impulso è sostanzialmente sino a 10 microsecondi.
12. 12. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun singolo impulso fornisce a detti mezzi di accensione a scintilla un'energia sino a sostanzialmente 20 joule.
13. 13. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la frequenza di ripetizione di detti impulsi è sostanzialmente compresa fra 50 kHz e 150 kHz.
14. 14. Sistema di accensione elettronico per controllare l'energia necessaria per l'accensione di motori a combustione interna con accensione scintilla secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti e sostanzialmente secondo quanto è stato descritto ed illustrato per gli scopi specificati.