BRPI0710610A2 - método e aparelho para elevar a energia de centelha em sistemas de ingnição capacitivos - Google Patents
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Abstract
<B>MéTODO E APARELHO PARA ELEVAR A ENERGIA DE CENTELHA EM SISTEMAS DE IGNIçãO CAPACITIVOS.<D> A presente invenção se refere a um aparelho para elevação da energia de centelha em sistemas de ignição capacitivos compreendendo pelo menos um enrolamento de carga (L1) que, via um primeiro dispositivo retificador (D1), carrega um capacitor de carga (C1) conectado ao enrolamento primário de um transformador de voltagem de ignição de modo a proporcionar referido enrolamento primário com energia para geração de uma centelha, caracterizado em que adicionalmente um segundo dispositivo retificador (D2) e um dispositivo interruptor (Q2) são dispostos de tal modo que o dispositivo interruptor pode periodicamente curto-circuitar o enrolamento de carga e, desse modo, aumentar a carga do capacitor de carga em baixas velocidade do motor.
Description
"METODO E APARELHO PARA ELEVAR A ENERGIA DE CENTELHA EMSISTEMAS DE IGNIÇÃO CAPACITIVOS"
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção se refere a um método e a umaparelho para elevação da energia de centelha,especialmente em sistemas pequenos assim denominados"Ignição de Descarga Capacitiva (CDI)" sem baterias paramotores de combustão nos quais a voltagem de ignição égerada por meio de um gerador e circuito de controleassociado conectado a ou integrado no alternador a volante.
A invenção pode ser implementada sem a necessidade demudanças de condições externas como, por exemplo, aintensidade de magnetização, núcleos de ferro, etc, em umgerador existente. Mais geralmente, a idéia da invençãopode ser usada de modo a criar uma geração de voltagem maispoderosa especialmente em sistemas de motor de combustãointerna móvel pequeno.
TÉCNICA ANTERIOR
0 método e o aparelho têm aplicação especial emdispositivos energizados de motor de combustão interna compartida manual, móvel, pequeno, como, por exemplo,acessórios de tipos diferentes de serra de cadeia,aparadores de grama e motores externos, e similares.
Especialmente em baixa1 velocidade, por exemplo, na partidade tais acessórios, sistemas de ignição convencionais têmdificuldades em distribuir energia de centelha suficientede modo a assegurar uma partida rápida e segura.
O documento de patente US 6.701.896 mostra um métodopor meio do qual o tempo de queima para a centelha pode serprolongado, o que dá um aumento da energia. Mas o métodosomente concede pequena ou nenhuma adição de energia embaixa velocidade.
BREVE DESCRICAO DA INVENCAO
O objetivo da invenção é elevar consideravelmente aenergia disponível na centelha por meio de circuito decusto muito efetivo de acordo com a idéia da invenção. Istoé especialmente verdadeiro para baixas velocidades, porexemplo, na partida, quando o problema com baixa energia decentelha é particularmente acentuado.
O método de acordo com a invenção torna possível usarenergia que em sistemas convencionais conhecidossimplesmente não é usada. Sistemas CDI convencionais, porexemplo, US 6.701.896 e a descrição seguinte, têm um assimdenominado "enrolamento de carga" disposto em um núcleo deferro em um circuito magnético que é ativado uma vez porrotação de motor.
A voltagem induzida sobre este enrolamento de cargaestá carregando um capacitor, via um retificador comenergia uma vez por rotação de motor. O capacitor é, emseguida, ciclicamente descarregado através de outroenrolamento no mesmo ou em outro núcleo de ferro queconstitui o enrolamento primário de um enrolamentosecundário transformado ou associado gera voltagem decentelha a uma vela de ignição.
A voltagem sobre o enrolamento de carga éprincipalmente proporcional ao número de voltas doenrolamento e à velocidade de rotação do motor. Por umlado, deseja-se um alto número de voltas no enrolamento decarga em baixas velocidades do motor de modo a criar umavoltagem de carga aceitável e, por outro lado, desejar-se-ia um número inferior de voltas em altas velocidades domotor de modo a não expor o capacitor à sobre-voltagens.
O método e aparelho de acordo com a invenção dão umapossibilidade, por exemplo, de se otimizar o número devoltas do enrolamento de carga para altas velocidades domotor e, ao mesmo tempo, dão uma possibilidade de se manterum bom nível de carga no capacitor em baixas velocidades domotor.
Isto é alcançado pela adição de dois componentes decusto relativamente baixo ao circuito convencional - asaber, um diodo retificador adicional e um transistor quepode curto-circuitar o enrolamento de carga. Devido ao fatoque o pulso de carregamento a partir do enrolamento decarga é relativamente longo em baixas velocidades de motor,é possível, por meio de ligação de referido transistor ligae desliga a uma certa freqüência produzir o procedimento decarregamento para o capacitor mais eficiente, ao mesmotempo que a energia adicional é controlada de modo que avoltagem de carga sobre o capacitor não esteja alcançandoníveis prejudiciais.Nas demandas ambientais futuras pode-se requerermotores pequenos do tipo aqui discutido a serem providoscom sistemas de injeção de combustível ao invés decarburadores. Isto dá melhores possibilidades desupervisionar e controlar a combustão, isto é, você obtémmais energia, menos consumo de combustível, gases deexaustão mais limpos, etc. Um problema com ligação parasistemas de injeção de combustível é que estes sistemasrequerem consideravelmente mais energia, O combustível tem,como nós sabemos, que ser comprimido no cilindro durante afase de compressão. Isto é usualmente feito por meio de uminjetor eletricamente energizado que requer energiaconsiderável. Devido ao fato que em sistemas portáteismóveis, em vista do peso, não se deseja adicionar umabateria, o gerador relacionado ao alternador a volante deveconseqüentemente distribuir esta energia. Indiferente decomo se escolhe o desenho deste gerador, será necessáriootimizar o mesmo para distribuição de muita energia para umsistema de injeção em voltagem consideravelmente mais baixado que é requerida para carregamento do capacitor de cargado sistema CDI. Também este problema pode ser tratado pormeio do método de acordo com a invenção, isto é, umenrolamento de voltagem baixa pode, por meio do método deacordo com a invenção, gerar uma "alta voltagem" aocapacitor de carga.
Uma vantagem adicional com o método e aparelho deacordo com a invenção é que os assim denominadoscombustíveis ambientalmente convenientes existentes (porexemplo, E85) com adições diferentes de etanol podem serusados sem que a operação seja afetada por problemas sérioscomo um sistema de ignição convencional. A partida de ummotor frio com algum tipo de etanol requer energia decentelha mais alta do que a partida com gasolina puradevido ao fato que a vapor ização de etanol édefinitivamente inferior e, portanto, tem menos boainflamabilidade.
Uma vantagem adicional com a invenção é que referidotransistor adicional que será aparente em seguida pode serusado de modo a limitar ou completamente desligar a funçãode carregamento. Este fato pode ser usado de modo aproporcionar uma assim denominada função "aperta-pára" emque um aperto instantâneo de um botão é detectado, que éusado para curto-circuitar completamente o enrolamento decarga por meio do transistor de modo que nenhuma energiaalcança o capacitor de carga que faz com que o motor pare.
Por meio do transistor, o nível de voltagem docapacitor de carga pode também ser controlado. O controlepode, por exemplo, ser efetuado de acordo com o seguinte:Em baixa velocidade de motor, o transistor adicional serápulsado de acordo com o diagrama 2 para aumentar a voltagemde carga. Quando a velocidade aumenta, e está seaproximando, por exemplo, de 5-6000 rpm, o problema opostopode ocorrer - que é a voltagem sobre o capacitor de cargaalcançar níveis que possam exceder a voltagem avaliada docapacitor em cuja situação o transistor pode ser usado paracurto-circuitar parte do pulso de carga e, desse modo,limitar a voltagem de carga a níveis seguros.
A presente invenção que soluciona os problemastécnicos descritos com soluções conhecidas anteriores écaracterizada de acordo com as reivindicações que se segue.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Objetivos adicionais, usos e vantagens com a invençãoserão aparentes a partir da descrição que se segue comreferência aos desenhos em anexo, nos quais:
A Figura 1 mostra esquematicamente um exemplo de uma.implementação do método de acordo com a invenção.
As Figuras 2a e 2c mostram formas de onda em doispontos de medição em um circuito convencional.
As Figuras 2b e 2d mostram formas de ondacorrespondentes em um circuito de acordo com a invenção.
DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES
Na Figura 1 é esquematicamente mostrado um diagrama decircuito em uma forma um tanto simplificada de um sistemaCDI típico para motores pequenos que foi modificado deacordo com a invenção. Um núcleo de ferro Tl provido comquatro enrolamentos dispostos convencionalmente émagnetizado por meio de um ou vários magnetos integrados emum alternador a volante que na rotação do alternador avolante passarão com grande velocidade as porções terminaisdo núcleo de ferro. A variante com vários magnetos pode serusada para provisão de um ponto geralmente de vista de umgerador mais poderoso que, em adição à função como geradorde voltagem de ignição, também pode ser usado para outraspropostas, por exemplo, sistemas de injeção de combustível,ou aquecimento de alavanca nas serras de corrente. Omovimento relativo do magneto induz uma voltagem nosenrolamentos Ll-4 de acordo com o seguinte.
O enrolamento Ml é o assim denominado enrolamento decarga no qual é induzida uma voltagem que é usada parageração de centelha como tal. O enrolamento Ml é, via um deseus pontos terminais 1, conectado via os dispositivosretificadores Dl e D2 ao capacitor de carga Cl no qual aenergia será armazenada até que a centelha será ativada. Ooutro ponto terminal 2 é conectado a terra.
0 enrolamento L2 é o assim denominado enrolamento degatilho. Este enrolamento é conectado entre a terra 7 e oterminal de entrada INl na unidade de controle Ni, edistribui para este terminal de entrada informação sobre aposição e velocidade do alternador a volante. Pode sernotado que a unidade de controle Ml é uma versão somentelevemente modificada de uma unidade de controleconvencional conhecida.
o enrolamento L3 constitui o enrolamento primário, eL4 o enrolamento secundário de um transformador parageração de voltagem de ignição ao obturador de centelhaSPl.
Em um modo convencional, o terminal de saída OUTl naunidade de controle Ml é ativado quando a voltagem deignição deve ser distribuída para o obturador de centelha.O dispositivo de ligação (o tiristor) Ql, o eletrodo degatilho do qual é conectado ao terminal de saída OUTl, criauma trajetória de corrente para terra que resulta naconexão da voltagem sobre o capacitor Cl para o enrolamentoprimário L3. Inicialmente um transiente de voltagem é, emseguida, gerado no enrolamento secundário L4 devido àvoltagem derivativa muito alta no ponto de teste TP2 noanodo do tiristor. Imediatamente em seguida, o estado notransformador L3/L4 muda para uma auto-oscilação amortecidaem que a energia transita entre o indutor L3 e o capacitorCl através do dispositivo de ligação Ql e o retificador D2,na forma de um diodo de derivação D2.
É também possível imaginar outros circuitos ambosressonante e não-ressonante para geração de centelha semfugir do escopo da invenção.
O terminal de saída 0UT2 na unidade de controle Ml,que constitui uma modificação de uma unidade de controleconvencional, produzido por algum técnico no assunto, éconectado ao terminal de entrada de controle em umtransistor Q2, os eletrodos principais do qual sãoconectados entre terra e o ponto comum entre osdispositivos retificadores Dl e D2. Desse modo, otransistor Q2 pode, quando ativado, conectar o ponto comumentre os dispositivos retif icadores Dl e D2 a terra e,desse modo, curto-circuitar o enrolamento Ll.
O sinal no terminal de saída 0UT2 a partir da unidadede controle Ml é agora disposto de tal modo que ele duranteo meio período da voltagem de indução sobre o enrolamentoLl na qual o carregamento do capacitor Cl ocorreperiodicamente curto circuita o enrolamento LI.
Durante estes períodos quando Q2 é "ligado", umacorrente circula no circuito L1/Q2 por meio da indução apartir do magneto no alternador a volante - que sãoseguidos por um período quando Q2 é "desligado" quando ocarregamento de Cl ocorre. Este método dá, especialmente embaixas velocidades quando a indução em Ll é baixa, masmuito duradoura, a possibilidade de carregar Cl a voltagemmuito mais alta do que o que é na realidade induzida em Ll.
Os componentes requeridos para implementação do métodode acordo com a invenção em um sistema CDI convencional sãomeramente o dispositivo retificador extra/diodo D3 e otransistor Q2, e lógica suplementar adequada na unidade decontrole Ml de modo a acionar a saída OUT2.
Esta lógica suplementar é elementar, e pode facilmenteser implementada por qualquer técnico no assunto, e criasomente um aumento desprezível da complexidade da unidadede controle Ml.
O transistor Q2 não tem que ser um transistor MOSFETcomo neste exemplo, e os dispositivos retificadores Dl/D3não têm que ser implementados exatamente como o diagrama decircuito indica - seria, por exemplo, possível, substituirDl com uma fonte retificadora completa sem fugir do escopodo método da invenção.
Nas Figuras 2a e 2b respectivamente são mostradosvoltagem como uma função do tempo nos pontos de teste TPl,2, 3 no diagrama de circuito de acordo com a figura 1 navelocidade de motor de 600 rpm. A Figura 2a mostra umprocedimento de carga convencional no qual somente diodoretificador é usado para o carregamento, e a Figura 2bmostra carregamento com o método de acordo com a invenção.
Nas Figuras são também mostrados valores medidos paravoltagem de carga alcançada que é um aumento de 13 6V a194V. Como a energia disponível é dada por W = C*U2/2, opresente exemplo dá com um capacitor de carga de 0,47 uF umaumento de energia disponível de 4,3 mWs a 8,8 mWs.
As Figuras 2c e 2d mostram as mesmas relações conformeas Figuras 2a e 2b, mas na velocidade de 1200 rpm. Com asmesmas circulações conforme acima com as voltagens 214V e256V, a energia será aumentada de 10,7 mWs a 15,4 mWs.Desse modo, o ganho de energia possível está rapidamentediminuindo com o aumento da velocidade. Este fato é,contudo, como um todo, compensado pelo fato que oenrolamento de carga não tem mais que ser otimizado para afaixa de velocidade total. Na realidade, os níveis deenergia serão possíveis se elevarem em ambas as velocidadesde motor alta e baixa.
Claims (3)
1. Aparelho para elevação da energia de centelha emsistemas de ignição capacitivos compreendendo pelo menos umenrolamento de carga (Ll) que, via um primeiro dispositivoretificador (Dl), carrega um capacitor de carga (Cl)conectado ao enrolamento primário de um transformador devoltagem de ignição de modo a proporcionar referidoenrolamento primário com energia para geração de umacentelha, caracterizado pelo fato de que adicionalmente umsegundo dispositivo retificador (D2) e um dispositivointerruptor (Q2) são dispostos de tal modo que odispositivo interruptor pode periodicamente curto-circuitaro enrolamento de carga e, desse modo, aumentar a carga do capacitor de carga em baixas velocidades do motor.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma unidade de controle (Ml)é disposta para acionar o dispositivo interruptor (Q2)dependendo da velocidade do motor, de tal modo que avoltagem de carga sobre o capacitor de carga (Cl) é mantidaem um nível relativamente constante sobre a faixa develocidade total.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que o dispositivo interruptor(Q2) é disposto para ser capaz de criar um curto-circuitosobre o enrolamento de carga (Ll) de modo a parar o motor.
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