IT9048441A1 - Impianto di accensione per motore a scoppio a limitatore di sovratensione. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo "IMPIANTO DI ACCENSIONE PER MOTORE SCOPPIO A LIMITATORE DI SOVRATENSIONE"

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un limitatore della sovratensione che appare ai terminali di un carico induttivo alimentato da una sorgente attraverso un primo interruttore munito di mezzi di chiusura periodica di breve durata. Essa trova una applicazione particolarmente importante nei dispositivi di accensione a scintilla di motori a combustione, che comprendono un carico induttivo (avvolgimento primario del trasformatore di creazione dell'alta tensione di accensione) .

Sono già noti limitatori di sovratensione. La maggior parte comprendono semplicemente un diodo Zener posto in parallelo con il primo interruttore e che si attiva quando la tensione ai suoi terminali supera un valore determinato . Questa soluzione ha l'inconveniente di trasformare in calore l'energia immagazzinata nel carico.

La presente invenzione ha lo scopo di fornire un impianto a limitatore di sovratensione che permette di restituire alla sorgente di alimentazione, almeno parzialmente, l'energia immagazzinata nel carico induttivo.

A tale scopo, l'invenzione propone un impianto di accensione a limitatore comprendente, oltre il primo interruttore, un secondo interruttore di retroazione verso la sorgente, caratterizzato dal fatto che il limitatore comprende anche una induttanza posta in serie con il secondo interruttore in un circuito in parallelo con il carico, un condensatore di taglio in parallelo con il primo interruttore e mezzi di comando del secondo interruttore in risposta alla tensione ai terminali del carico.

Questa disposizione permette di ridurre notevolmente la potenza dissipata nel circuito di commutazione del carico induttivo che raggruppa il primo interruttore (costituito generalmente da un transistore) e suoi mezzi di comando. Nella pratica, una riduzione di 30% della potenza dissipata è possibile mettendo in opera solo mezzi semplici, costituiti da un interruttore supplementare (che per altro è previsto di origine in molti circuiti di accensione attuali e costituito da un semplice transistore bipolare o MOS) e mezzi di comando molto semplici.

Un diodo di ricircolazione di corrente è posto in parallelo con l'induttanza.

La sorgente di corrente (generalmente un accumulatore) sarà di un tipo che permette l'assorbimento di energia elettrica mediante circolazione di una corrente inversa. Si può considerare che il complesso del condensatore in parallelo con il primo interruttore, del secondo interruttore, dell'induttanza e dei mezzi di comando del secondo interruttore costituisce un convertitore di tensione a parzializzazione, che può avere un rendimento elevato della misura in cui i mezzi di comando del secondo interruttore sono correttamente tarati ed in cui il condensatore è adattato all'induttanza.

L'invenzione verrà, meglio compresa dalla lettura della descrizione che segue di un modo particolare di realizzazione dato a titolo di esempio non limitativo. La descrizione si riferisce ai disegni annessi, nei quali;

la figura 1 è uno schema di principio di un limitatore di sovratensione secondo l'invenzione;

la figura 2 è uno schema che mostra l'evoluzione della tensione e della corrente in più punti del circuito della figura 1; e

la figura 3 è uno schema di impianto di iniezione monopunto munito di un limitatore del tipo mostrato in figura 1.

Lo schema della figura 1 mostra i costituenti essenziali di uh impianto destinato a fornire impulsi di corrente di durata e di frequenza regolabili ad un carico 10. L'impianto comprende una sorgente 12 di corrente continua, di un tipo che può recuperare l'energia mediante circolazione inversa di corrente, costituita generalmente da un accumulatore. La durata e la frequenza degli impulsi di corrente che attraversano il carico vengono fissate dalla cadenza e dalla durata di chiusura di un interruttore 14. Lo schema della figura 1 è per esempio quello di un impianto di iniezione monopunto per motori a combustione interna, in cui il carico 10, avente una induttanza L ed una resistenza R, è costituito dall'avvolgimento dell'iniettore. Tale schema è anche quello di impianti di accensione detti "elettronici" in cui il carico 10 è costituito dal primario del trasformatore di accensione. In un caso come nell'altro l'interruttore 14 è di regola generale costituito da un transistore.

Al momento dell'interruzione del circuito per l'apertura dell'interruttore 14, la scomparsa del campo magnetico prodotta dal carico si traduce in una sovratensione. Gli impianti attuali comprendono generalmente, per limitare questa sovratensione, un elemento innescabile posto .in parallelo con l'interruttore 14, costituito generalmente da un diodo zener. L'energia immagazzinata nel carico viene allora dissipata in pura perdita sotto forma di calore che deve essere eliminato.

Il limitatore di tensione 16 mostrato in figura 1 permette al contrario di restituire alla sorgente 12 .l'energia immagazzinata sotto forma induttiva nel carico 10.

Il limitatore 16 comprende a tale scopo un circuito il cui funzionamento è paragonabile a quello di un - convertitore di tensione a parzializzazione, a rendimento elevato. Esso comprende un condensatore 18 posto in parallelo con l'interruttore 14 ed una induttanza 20 il cui valore è scelto in funzione, della capacità del condensatore 18 per ottenere una frequenza di parzializzazione avente un ordine di grandezza superiore al kHz. Un commutatore 30 permette di chiudere un circuito comprendente il carico 10 e l'induttanza 20. Un elemento a conduzione unidirezionale, come un diodo 32, posto in parallelo con l'induttanza 20 permette la ricircolazione di corrente sfruttando l'induttanza.

Per provocare il funzionamento da convertitore di tensione, il commutatore 30, generalmente costituito da un transistore, è comandato da un comparatore di tensione 34 la cui entrata è collegata in un punto situato tra il carico 10 da una parte, l'interruttore 14 ed il condensatore 18 d'altra parte. Il comparatore 34 è previsto per chiudere il commutatore 30 quando la tensione di comando che esso riceve è inferiore ad un valore determinato, al fine di caricare il condensatore, ed aprire il commutatore 30 quando la tensione è superiore a questo valore determinato. Infatti, il comparatore è previsto per presentare una isteresi, vale a dire provocare l'apertura per una tensione avente una differenza predeterminata rispetto a quella che provoca la chiusura.

Il funzionamento del limitatore della figura 1, risulta dalla figura 2 in cui le linee indicate con I, ed E mostrano rispettivamente la variazione in funzione del tempo della corrente che attraversa l'interruttore 14, della tensione ai terminali del condensatore 18 (che comanda il comparatore 34) e dello stato del commutatore 30 (la scala non essendo rispettata per maggióre chiarezza) .

Quando l'interruttore 14 è chiuso, una corrente I è fornita dalla sorgente 12 attraverso il carico 10 e l'interruttore 14. Quando l'interruttore si apre, nell'istante tg la corrente che l'attraversa si annulla. La sparizione del campo creato dall'induttanza L del carico 10 provoca un aumento della tensione ai suoi terminali. Il commutatore 30 essendo allora aperto, l'induttanza tende a scaricarsi facendo circolare una corrente, dello stesso senso di quella che l'attraversava precedentemente, attraverso il solo percorso che sussiste, cioè il condensatore 18, caricando quest'ultimo. Appena la tensione ai terminali del condensatore raggiunge un valore VQ+SV, il comparatore 34 chiude il commutatore 30. Il condensatore 18 si scarica allora attraverso l'induttanza 20 restituendo l'energia alla sorgente 12. Appena la tensione è ricaduta al valore VQ-6V, in seguito alla scarica del condensatore, il processo riprende. Esso termina quando l'energia immagazzinata nell'induttanza L diviene incapace di ricaricare il condensatore 18: la tensione scende allora progressivamente, a causa di perdite, fino ad un valore V'Q uguale alla tensione fornita dalla sorgente 12. La chiusura ulteriore dell'interruttore 14 fa ricadere la tensione a 0. Il diodo 32 permette alla corrente di richiusura di passare attraverso un circuito a resistenza debole.

Indicazioni quantitative, corrispondenti ad una installazione rappresentativa, fanno emergere l'interesse dell'invenzione.

Classicamente, il carico costituito da un iniettore monopunto ha una induttanza L dell'ordine di 2 mH ed una resistenza dell'ordine .di 2 ohm..La potenza dissipata dal circuito di comando è allora ridotta di circa 1,5 W, cioè di 30%, rispetto a quella di un circuito classico che utilizza un diodo Zener di limitazione di sovratensione. Tale guadagno di 30% riduce la temperatura della scatola comprendente il circuito ed il calcolatore di comando, il che rende il complesso più affidabile.

La figura 3 mostra una costruzione possibile di un impianto secondo lo schema della figura 1. I componenti corrispondenti delle due figure portano gli stessi numeri riferimento. L'interruttore 14 è costituito da un transistore la cui base è portata alternativamente a massa e ad una tensione di comando V^, per esempio 10 volt, mediante un calcolatore, schematizzato da un ruttore 36. L'interruttore 14 permette di chiudere mediante la massa il circuito dell'iniettore 13, collegato in permanenza alla sorgente 12 fornendo una tensione V'g, per esempio di 12 volt, alla massa.

Il commutatore 30 è costituito anche da un transistore la cui base è collegata da una parte, mediante la messa in serie di una resistenza e di un diodo 38, al condensatore 18, d'altra parte, mediante una resistenza, ad un transistore di commutazione 40. Per un condensatore 18 di 10 nF, si adotterà generalmente una induttanza 20 di circa 200 μΗ. Il transistore 40 è comandato da un comparatore 42, che costituisce il circuito 34 con il transistore 40. Il comparatore 42 riceve, ad un'entrata, una frazione della tensione ai terminali del condensatore 18, all'altra entrata la tensione di riferimento Vg. Esso è del tipo che presenta una isteresi, per esempio per commutazione ai valori VQ+8V= 51,8 volt e VQ -8V = 48,2 volt. In tal caso la tensione applicata dal transistore di commutazione 40 al commutatore 30 presenta una legge di variazione del genere mostrato nella linea 30 della figura 2, i due livelli presi alternativamente dalla tensione essendo di 0 volt e 50 volt.

Nella pratica, il comparatore 42 ed il transistore 40 saranno generalmente incorporati in un calcolatore che determina la frequenza ed il rapporto ciclico degli impulsi di comando di iniezione .

Come è stato sopra indicato, l'invenzione è anche applicabile alla limitazione di tensione ai terminali del primario di un trasformatore in un impianto di accensione elettronica. Ivi ancora, il guadagno da aspettarsi dalla messa in opera dell'invenzione è circa 1,5 W, cioè 30% della potenza dissipata da un impianto di accensione che non applica l'invenzione. Il guadagno totale sulla potenza dissipata è allora di 3 W per un calcolatore che raggruppa le funzione di comando di accensione e di iniezione ed i circuiti di commutazione

L'invenzione è suscettibile di numerose altre varianti e di numerose altre applicazioni in più. Va inteso che la portata del brevetto si estende a tali varianti ed applicazioni che rimangono nel campo delle rivendicazioni seguenti.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Impianto di accensione per motore a combustione interna comprendente un limitatore della sovratensione ai terminali di un carico induttivo (10), costituito da un avvolgimento, alimentata da una sorgente (12) attraverso un primo interruttore (14) munito di mezzi di chiusura periodica di brevi durate, comprendente, oltre il primo interruttore, un secondo interruttore (30), il quale impianto è caratterizzato dal fatto che il limitatore comprende anche una induttanza (20) posta in serie con il secondo interruttore (30) in un circuito in parallelo con il carico (10), un condensatore di taglio (18) in parallelo con il primo interruttore (14) e mezzi (34) di comando del secondo interruttore (3.0) in risposta alla tensione ai terminali del carico (10).
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da un diodo (32) di ricircolazione di corrente posto in parallelo con l'induttanza.
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l'induttanza ed il condensatore .di taglio sono proporzionati uno rispetto all'altro in modo da realizzare un taglio ad una frequenza il cui ordine di grandezza è superiore al kHz.
4. 4. Impiantò secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che i mezzi di comando del secondo interruttore comprendono un comparatore (34) per chiudere il secondo interruttore (30) quando la tensione ai terminali del carico supera un valore determinato e aprirlo quando questa tensione diviene inferiore ad un altro valore, inferiore al primo.
5. 5. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la sorgente (12) è costituita da un accumulatore o qualsiasi altro elemento che permette il recupero di energia elettrica mediante passaggio di una corrente inversa.