ITRM930357A1 - Circuito di pilotaggio adattativo per carichi induttivi e relativo procedimento. - Google Patents

Description

Circuito di pilotaggio adattativo per carichi induttivi e relativo procedimento".

Campo dell'Invenzione

La presente invenzione si riferisce in linea generale al campo dei circuiti di pilotaggio per carichi induttivi ed in modo pi? specifico ai circuiti di pilotaggio per carichi induttivi adattativi nei confronti di varie condizioni di carico.

Precedenti dell'Invenzione

I circuiti di pilotaggio per carichi induttivi, pi? particolarmente i circuiti di pilotaggio per bobine di accensione, sono generalmente progettati in modo da pilotare un carico induttivo attraverso una gamma molto estesa di condizioni di funzionamento. Questa condizioni di funzionamento comprendono valori estremi della temperatura ambiente, della tensione di sorgente, del numero di giri del motore e della domanda di carico.

In un sistema di accensione incorpocato in un motore a combustione interna, un circuito di pilotaggio della bobina viene impiegato par trasferire in maniera ripetitiva energia da un sistema elettrico all'avvolgimento primario di una bobina di accensione. Al momento appropriato questa energia viene trasferita dall'avvolgimento primario attraverso un avvolgimento secondario ad una candela di scintillamento in cui l'enengia viene dissipata, accendendo il combustibile in un cilindro.

Durante questo procedimento la quantit? di energia che il circuito di pilotaggio della bobina trasferisce pu? essere di circa 100 millijoules. Nelle progettazioni tipiche, il circuito di pilotaggio della bobina, a causa delle perdite intrinseche alla progettazione, dissiper? circa 10 millijoules di questa energia. Corrispondentemente, la dissipazione media di potenza del circu? to di pilotaggio della bobina ? relativamente piccola. Questa dissipazione di potenza dipende dal numero di giri del motore e tipicamente ? di circa 1,5 watt a 3.500 RPM (rotazioni per minuto). Ci? si traduce in un innalzamento medio della temperatura del circuito di pilotaggio della bobina di circa 6? Celsius.

Se si verifica una condizione nella quale l'avvolgimento secondario della bobina di accensio ne ? aperto, l'energia accumulata nell'avvolgimento primario della bobina di accensione deve essere assorbita dal circuito di pilotaggio della bobina. Ci? si verifica perch? l'impedenza dell'avvolgimen to secondario che, nelle normali condizioni di funzionamento, ? tipicamente molto bassa, diventa ora molto elevata. Ci? si traduce nel fatto che l'energia venga riflessa dall'avvolgimento seconda rio nuvamente verso l'avvolgimento primario ed infine nuovamente al circuito di pilotaggio. Una condizione nella quale l'avvolgimento secondario rimane aperto pu? verificarsi in molte maniere che comprendono: un filo distaccato della candela di scintillamento, una candela di scintillamento incrinata oppure una apertura dell'avvolgimento secondario, tanto per citarne alcune. Poich? una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario pu? persistere, il circuito di pilotaggio della bobina deve essere progettato in modo da avere una capacit? di riserva di dissipazione di potenza, allo scopo di assorbire la risultante energia eccessiva senza auto-distruzione. Questa ulteriore esigenza richiede che il circuito di pilotaggio della bobina debba sopportare i 100 millijoules di energia che normalmente vengano trasferiti dall'avvolgimento primario all'avvolgi-. mento secondario, facendo salire i valori previsti da 10 millijoules a 110 millijoules di energia. La applicazione ripetitiva di questa condizione provocher? un drammatico incremento della temperatura del circuito di pilotaggio della biobina. Di conseguenza, questa ulteriore esigenza corrisponde ad una approssimata dissipazione di potenza di 8 watt a 3.500 RPM ed un innalzamento medio della temperatura del circuito di pilotaggio della bob ina di 32? Celsius.

La Figura 1 illustra una serie di tipiche forme d'onda che si riscontrano in un circuito di pilotaggio di una bobina. La serie sulla sinistra rappresenta le forme d'onda del circuito di pilotaggio della bobina che si riscontrano durante il normale funzionamento di un motore di accensione in un suo ciclo. La serie sulla destra rappresenta le forme d'onda del circuito di pilotaggio della bobina che si riscontrano durante una condizione in cui 1'avvolgimento secondario rimane aperto.

Con riferimento al funzionamento normale in un ciclo di accensione, come rappresentato nelle forme d'onda di sinistra una forma d'onda 101 di CDO, ovvero corrispondente alla condizione nella quale il circuito di pilotaggio della bobina ? inserito, transita nel punto 118 ad uno stato diinserimento 119. Ci? provoca il fatto che il circuito di pilotaggio della bobina fornisca corrente al' avvolgimento primario di una bobina di accensione. Questa corrente dell'avvolgimento primario, Iprimario 105, aumenta da zero amp fino a circa 5,5 amp, come riportato con il numero di riferimento 120. Questa azione comporta l'accumulo di circa 110 millijoules di energia nell'avvolgimento primario precedentemente menzionato. Si noti che le forme d'onda di CDO e di Iprimario 101 e 105 sono rappresentate con una linea di tempo interrotta. Ci? viene effettuato allo scopo di mantenere una scala temporale che favorisca la illustrazione del comportamento istantaneo delle varie forme d'onda dopo una transizione in senso discendente 121 della forma d'onda di CDO 101. Le forme d'onda rappresentate dopo la transizione corrispondente al punto 121 hanno una durata corrispondentemente pi? breve in confronto con le forme d'onda rappresentate prima della transizione.

Quando l'avvolgimento primario della bobina ? completamente caricato, la forma d'onda 101 di CDO transita nel punto 121 fino ad uno stato di disinserimento 122. Ci? provoca il verificarsi di diverse cose. Una tensione 103 si accumu la attraverso l'avvolgimento primario della bobina e viene limitata ad un valore di picco di tensione 123 di circa 350 volt. Questa limitazione ? studia ta per proteggere il circuito di pilotaggio dell a bobina. La tensione 103 viene trasforma ta per mezzo dell'avvolgimento secondario della bobina in una tensione molto elevata, dell'ordine di 30.000 volt, e comporta lo scintillamento di una candela di accensione. Durante questo tempo, l'energia nell'avvolgimento secondario viene dissipata principalmente attraverso la candela di scintillamento. Inoltre, la corrente

105 diminuisce rapidamente a zero, come rappresentato con il numero di riferimento 127 e la tensio ne 103 diminuisce rapidamente a zero, oscillando leggermente, come rappresentato da una porzione 125 della forma d'onda 103. Poich? il circuito di pilotaggio della bobina non pu? costringere questa corrente 105 ad assumere istantaneamente un valore zero, una piccola quantit?, tipicamente 10 millijoules di energia, viene dissipata nel circuito di pilotaggio della bobina, come precedentemente descritto. Un grafico 115 di mostra questa enerqia con il numero di riferimento 131.

Nello stesso tempo, una potenzai stantanea di circa 1.600 watt viene dissipata nel circuito di pilotaggio della bobina. Un grafico 113 di mostra questa potenza con il numero di riferimento 129. Si noti che ci? corrisponde ad una dissipazione media di potenza di 1,5 watt a 3.500 RPM del motore, come precedentemente menzionato. Questo incremento della dissipazione di potenza provoca un innalzamento della temperata ra del circuito di pilotaggio della bobina. Un grafico 117 di mostra questo innalzamento della temperatur con il numero di riferimen to 133. L'innalzamento medio della temperatura del circuito di pilotaggio della bobina sar? di circa 6? Celsius come precedentemente menzionato.

Viceversa, se il circuito di pilotaggio della bobina sta pilotando l'avvolgimento primario di una bobina che presenta un avvolgimento seconda rio aperto, si applicher? la seconda serie delle forme d'onda, sul lato di destra della Figura 1.

In primo luogo a forma d'onda di CD0 101 transita nel punto 134 ad uno stato di inserimento 135 e la corrente 105 passa da zero amp a circaa 5,5 amp. come rappresentato da una porzione 105 indicata con il numero di riferimento 137. Questa azione comporta l'accumulo di circa 110 millijoules di energia precedentemente menzionato. Quando l'avvolgimento primario della bobina, ? completamente caricato, la forma d'onda CD0 101 lransita ne1 punto 145 ad uno stato di disinseri-. mento 146. La tensioen 103 aumenta attraverso l'avvolgimento primario della bobina e viene ancora limitata ad una tensione 147 di circa 350 volt. Poich?, in questo caso, l'avvolgimento secondario della bobina ? aperto, la candela di accensione non dissiper? l'energia e circa 110 millijoules di energia che ora sono accumulati nell'avvolgimento primario della bobina debbono essere dissipati nel circuito di pilotaggio della bobina. Di conseguenza, la tensione 103 dell'avvolgimento primario non discende rapidamente a zero come faceva prima. Inoltre, la corrente

105 presenta delle perturbazioni, come rappresentato dalla porzione 151 della forma d'onda, ed infine discende a zero, come riportato con il numero di riferimento 153. Questa perturbazione si verifica in risposta all'impedenza dello avvolgimento secondario 203. Si noti che tanto la forma d'onda della tensione 103 quanto la forma d'onda della corrente 105 fra la transizione H 5 allo stato di disinserimento 146 della forma d'onda di ODO 101 ed il numero di riferimento 153 presentano una durata significati vamente maggiore che non le forme d'onda che si riscontrano durante il normale funzionamento di un ciclo di accensione precedentemente riportato in dettaglio.

Di conseguenza, una potenza istantanea e perturbatrice di circa 2.500 watt viene dissipata nel corso di un intervallo allungato. Ci? ? rappre; sellaio dal grafico di P 113 con il numero di riferimento 159. L'energia dissipata nel circuito di pilotaggio della bobina ? rappresentata nel grafico di 115 con il numero di riferimento 163. Alla fine, quando l'energia viene dissipata nel circuito di pilotaggio della bobina, la dissipazione istantanea di potenza diminuisce a zero, come rappresentato con il numero di riferimento 161. Si noti che ci? corrisponde ad una dissipazione media di potenza di 8 watt a 3 500 RPM del motore come precedentemente menzionato. Questo incremento della dissipazione di potenza provoca un innalzamento della temperatura del circuito di pilotaggio della bobina. Ci? ? rappresentato nel grafico di

117 con il numero di riferimento 165. Questo innalzamento di temperatura pu? avere un valore di picco a circa 65? Celsius prima di discendere a zero, come rappresentato con il numero di riferi mento 167. L'incremento medio della terrmeratura del circuito di pilotaggio della bobina sar? di circa 32? Celsius, come precedentemente menzionato.

In una applicazione automobilistica, si prevede che il circuito di pilotaggio della bobina operi ad elevate temperature alle quali il motore deve funzionare. Quando il circuito d? pilotaggio della bobina deve dissipare ulteriore energia, a causa di una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario, ci? provocher? un funzionamento a temperatura eccessivamente elevata del circuito di pilotaggio della bobina. Il calore che il circuito di pilotaggio della bobina deve dissipare riduce significativamente la durata affidabile del circuito di pilotaggio della bobina. Inoltre, si richiedono grandi ed ingombranti dissipatori di calore per proteggere il dispositivo di pilotag gio della bobina dalla distruzione termica, renden do la fabbricazione e la messa in opera pi? difficili.

Ci? di cui si ha necessit? ? un circuito di pilotaggio per carico induttivo o per bobina il quale sia adattativo nei confronti delle variazioni note delle condizioni di carico, in modo tale che il circuito di pilotaggio della bobina di carico fornisca il pilotaggio richiesto evitando nello stesso tempo una elevata dissipazione di potenza nel circuito di pilotaggio ed aumentando al massimo la affidabilit?, la compattezza e la facilit? di fabbricazione.

Sommario dell'Invenzione

Un circuito di pilotaggio per carico induttivo costituito da un mezzo di pilotaggio che agisce in risposta ad un ingresso di controllo. Il mezzo di pilotaggio fornisce energia ad un carico induttivo e quindi impedisce la fornitura di energia al carico induttivo. Il carico induttivo riflette l'energia precedentemente fornita verso il mezzo di pilotaggio, quando il mezzo di pilotaggio impedisce la fornitura di energia. Un mezzo di controllo fornisce una forma d'onda i pilotaggio al'ingresso di controllo del mezzo di pilotaggio per regolare l'energia somministrata al carico induttivo, in risposta all'energia riflessa fornita dal carico induttivo

Breve descrizione dei Disegni

La Figura 1 rappresenta una serie di forme d'onda per i segnali che si trovano in circuiti di pilotaggio per carichi induttivi, come descritto nella parte introduttiva dell'inven zione ed anche in varie posizioni in un circuito di pilotaggio per carico induttivo rappresentato nella Figura 2,

la Figura 2 rappresenta uno schema a blocchi di un circuito di pilotaggio per carico induttivo applicato in un sistema di accensione per motore a combustione interna, in conformit? con l'invenzione,

la Figura 3 rappresenta una serie di forme d'onda per i segnali che si riscontrano in varie posizioni nel circuito di pilotaggio per carico induttivo rappresentato nella Figura 2,

la Figura 4 rappresenta un diagramma di flusso rappresentativo di un programma in firmware microcodificato in un generatore di accensione rappresentato nella Figura 2.

Descrizione dettagliata di una preferita forma di realizzazione Come ? stato precedentemente riportato in dettaglio, se si verifica una condizione nella quale l'avvolgimento secondario della bobina di accensione rimane aperto, l'energia accumulata nell'avvolgimento primario di una bobina di accensione deve essere assorbita dal circuito di pilotaggio della bobina. Ci? si verifica perch? l impe denza dell'avvolgimento secondario che, nelle normali condizioni di funzionamento, ? tipicamente molto bassa, diventa ora molto elevata. Ci? si traduce nel fatto che l'energia venga riflessa dall'avvolgimento secondario nuovamente verso l'avvolgimento primario ed infine nuovamente verso il circuito di pilotaggio.

In una forma di realizzazione che verrr? presentata nel seguito, viene fornito un perfezionato circuito di pilotaggio per carico induttivo o per bobina. Esso ? basato sul concetto che, in una applicazione in un motore a combustione interna, non vi ? alcuna necessit? di continuare a rifornire la stessa quantit? di energia ad una bobina di accensione quando il suo avvolgimento secondario ? aperto, in confronto con quando l'avvolgimento secondario si trova in una condizio ne appropriata.

In generale, il perfezionato circuito di pilotaggio per carico induttivo o per bobina qui discusso fornir? in maniera adattativa energia ad un avvolgimento primario di una bobina di accensione. Se viene riconosciuta una condizione di apertu ra dell'avvolgimento secondario, l'energia fornitaal' avvolgimento primario della bobina di accensione sar? ridotta, preferibilmente fino sostanzialmente.ad.un livello diverso da zero per compensarel'energica riflessa verso il circuito di pilotaggio. Ci? limiter? La dissipazione di potenza del circui to di pilotaggio della bobina ad un predeterminato livello di sicurezza sufficiente per far azionare una candela di accensione a scintilla, ma non sufficiente per dissipare la potenza del circuito. di pilotaggio della bobina. Ci? permetter? la costruzione di un circuito di pilotaggio per carico induttivo pi? affidabile, pi? piccolo,e. pi? facilmente fabbricabile, per la applicazione. in un sistema di accensione incorporato in un motore a combustione interna. Allo scopo di determinare se esiste una condizione di apertura dello avvolgimento secondario, il perfezionato circuito di pilotaggio per carico induttivo misura energia riflessa dall'avvolgimento primario della bobina di accensione. In primo luogo, i singoli elementi verranno introdotti e descritti dettaglia tamente. Come,precedentemente descritto, la Figura 1 illustra una serie di tipiche forme d'onda che si riscontrano in un circuito di pilotaggio per un carico induttivo. La serie sulla sinistra rappressnta le forme d'onda del circuito di pilotaggio del carico induttivo che si riscontrano durante il normale funzionamento di un ciclo di accensione. La serie sulla destra rappresenta le forme d'onda del circuito di pilotaggio per carico induttivo che si rilevano durante una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario. La serie delle forme d'onda sulla destra verranno usate per illustrare i vantaggi di questa forma di realizzazione dell'invenzione. Non introdotte precedentemente sono citate una forma d'onda di sovracorrente 107, una forma d'onda di oscillatore 109 ed una forma d'onda di sincronizzazione o di cadenza (clock) 111. Queste forme d'onda sono rappresentate nella Figura 1 e sono rappresentative delle forme d'onda che si rilevano nel circuito rappresentato nella Figura 2 e che verr? descritto nel seguito La Figura 2 rappresenta un circuito di pilotaggio per carico induttivo ottimizzato per l'applicazione nel sistema di accensione di un motore a combustione interna. L'apparecchio comprende una candela di scintillamento 201 pilotata da un avvolgirnento secondario 203 di una bobina di accensione 204. La bobina di accensione 204 presenta un avvolgimento primario 206 collegato ad una uscita di pilotaggio o collettore 207 di un transistore di pilotaggio 205. dispositivo Motorola MPPD202Q IGBT W ene applicato nella preferita forma di realizzazione per il transistore di pilotaggio. Il dispositivo IGBT presenta un circuito limitatore interno a 350 volt. Naturalmen te, sarebbe ovvio ad una persona di ordinaria esperienza nel settore sostituire un altro tipo di elemento di commutazione al posto del transisto re scelto. Il transistore di pilotaggio 205 preseci ta una uscita di lettura ovvero un emettitore 209 che ? collegato ad un resistore 217 di lettura o di rivelazione della corrente, per produrre una tensione, in una posizione riportata con il numero di riferimento 215, che ? indicativa della corrente presente nell'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204. In dipendenza dallo stato del transistore di pilotaggio 205, questa tensione 215 rappresenta una corrente fornita dal transistore di pilotaggio 205 all'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204 ovvero una corrente riflessa dall'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204 al transistore di pilotaggio 205. La tensione 215 viene applicata ad un resistore 219 che ? collegato all'ingresso positivo 225 di un comparatore 223 avente un resistore di isteresi 221. Un ingresso negativo 227 del comparatore 223 viene pilotato da una tensione 229, che rappresenta una soglia di rifer? mento di corrente derivata dall'uscita 231 di una sorgente di soglia di riferimento di corrente 233. In questo caso, la sorgente di soglia di riferimento di corrente 233 ? costituita da un semplice circuito di riferimento di tensione e fornisce una tensione che rappresenta la corrente attraverso un resistore 217 di 3 amp. Il comparato re 223 presenta una uscita a collettore aperto 235 con un resistore di innalzamento 237 collegato ad esso. L'uscita 235 fornisce la forma d'onda di sovracorrente 107 ad un ingresso di sovracorrente 241 di un generatore di accensione 243. Inoltre, la forma d'onda di sovracorrente 107 viene applica ta ad un ingresso 251 di un circuito porta logico AND 249. Il circuito porta AND logico 249 presenta un ulteriore ingresso 253 che viene pilotato dalla forma d'onda 109 dell'oscillatore, la quale viene derivata dall'uscita 245 di un oscillatoredel generatore di accensione 243. Inoltre il circuito porta AND logico 249 presenta una uscita 255 che fornisce la forma d?onda di sincronizzazio ne o di clock 111 all'ingresso di sincronizzazione o di clock 257 del contatore 259. contatore 259 ? costituito da un contatore binario da 8 bit. Naturalmente, un altro mezzo, per esempio un contatore di diversa lunghezza, oppure un contatore di diversa radice, oppure altro dispositivo di integrazione, pu? essere usato al posto del contatore binario da 8 bit. L'uscita 262 di questo contatore binario 259 da 8 bit viene collegata attraverso un bus di dati 261 al generatore di accensione 243. Il contatore binario 259 da 8 bit presenta anche un ingresso di reset o di ripristino 263 il quale ? collegato ad una uscita di CDO 265 del generatore di accensione 243 per ricevere una forma d'onda di CDO o di pilotaggio 101 . La forma d'onda di CDO 101', come rappresentata nella Figura 3, ? simile alla forma d'onda di CDO 101 precedentemente discussa, per il fatto che essa viene usata per controllare la fornitura rispettiva della corrente all'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204. La differenza ? costituita dal fatto che essa ? adattatila per compensare l'energia riflessa fornita dall'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204. Ci? verr? descritto in maggiore dettaglio nel seguito. Questa forma d'onda di CD0 101' pilota anche un resistore 213 il quale ? collegato ad un ingresso di controllo o gate 211 del transistore di pilotaggio 205. Il generatore di accensio ne 243 riceve informazioni relative allo stato del motore dai sensori 269 associati al motore. Si tratta di sehsori convenzionali per i sistemi di accensione per motori a combustione interna e comprendono un sensore per determinare l'angolo di rotazione del motore, per cui la temporizzazione delle scintille pu? essere programmata dal generatore di accensione 243.

Il generatore di accensione 243 nella preferita forma di realizzazione ? costruito impiegando un microcontrollore Motorola M68HC11. Questo microcontrol1ore comprende una memoria ROM mascherata per memorizzare un programma di firmwane che verr? descritto successivamente nella forma di diagramma di flusso della Figura 4. Naturalmente, sarebbe ovvio ad una persona di ordinaria, esperienza nel ramo sostituire un altro microcontrollore o circuito analogo per svolgere la stessa funzione.

Nella Figura 3 sono illustrate tre forme d'onda che comprendono una forma d'onda di CDO 101 , una forma d'onda di 105' ed una forma d'onda di 117'. Come precedentemen te menzionato, la forma d'onda di CDO 101' ? la forma d'onda appena derivata fornita dal perfezionato circuito di pilotaggio per carico induttivo che agisce in risposta all'energia riflessa fornita dall'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204. La forma d'onda di 105' ? rappresentativa della corrente che circola nell'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204, in risposta alla forma d'onda?di CDO 101' La forma d'onda di 117' ? rappresentativa dell'innalzamento della temperatura del transistore di pilotaggio 205, in risposta a_lla corrente _105'_che circola nell'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione Si noti che le tre forme d'onda sono rappresentate con interruzioni della base dei tempi fra gli istanti t1-t2, t3-t4 e t9-t10.Ci? ? rappresentato in questa maniera per mantenere una scala dei tempi che favorisca la illustrazione di alcuni specifici cicli di CDO, piuttosto che molti cicli CDO. Ci? agevola la focalizzazione degli insegnamenti sulla tendenza media delle varie forme d'onda illustrativi dei principi che vengono esposti nella presente descrizione. Le occorrenze della forma d'onda rappresentate nella Figura 1 sono state riportate su una scala di tempi relativamente pi? fine allo scopo di illustrare meglio il comportamento istantaneo delle forme d'onda.

Per scopi di riferimento, la occorrenza della forma d'onda illustrata per prima nella Figura 1, sulla sinistra, in rappresentaz?one del normale funzionamento di un ciclo di accensione -vale a dire senza che sia presente una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario, viene ripetuta fra nella Figura 3. Fra

l'avvolgimento secondario 203 della bobina di accensione 204 ? aperto e la forma d'onda

105' reagisce nel modo rappresentato con il numero di riferimento 301. Di conseguenza, la forma d'onda di 117? reagisce come effettoistantaneo del fatto che il circuito di pilotaggio della bobina assorba l'eccesso di energia. La temperatura di picco, contrassegnata con ? di 65? Celsius, come precedentemente notato. S? noti che il comportamento di queste forme d'onda ? identico al comportamento prima illustrato nella forma d'onda di 105 e nella forma d'onda di 117 sul lato destro della Figura 1.

Se la condizione di apertura dell'avvolgimento secondario continua a persistere, la tempera tura istantanea e la temperatura media del circuito di pilotaggio della bobina continueranno ad aumentare, come rappresentato. Quando l'apparec chio riconosce questa situazione, come verr? indicato nel seguito in dettaglio, la corrente fornita all'avvolgimento primario 206 viene ridotta da 5,5 amp a 3,5 amp, come rappresentato fra gli istanti Questa corrente ridotta di 3,5 amp viene scelta in modo da ridurre la dissipa zione di potenza nel circuito di pilotaggio della bobina, mantenendo nello stesso tempo una corrente marginale all'avvolgimento primario 206. Questa intensit? di corrente marginale pu? essere sufficiente per accendere la candela 201.

Si noti che nel tempo indicato dai riferi menti l'a tendenza media della temperatura del circuito di pilotaggio, rappresentata nella forma d'onda di 117' ? decrescen te. Ci? ? dovuto alla riduzione della corrente alimentata all'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204. Poich? la condizione di apertura dell'avvolgimento secondario pu? essere intermittente, la corrente fornita all'avvolgimento primario 206 verr? fatta aumentare nuovamente a 5,5 amp da 3,5 amp. Poich? la condizione di apertura dell'avvolgimento secondario persiste, la forma d'onda di 105' e la conseguenziale forma d'onda di 117' ritornano al loro precedente comportamento.

Successivamente, il funzionamento del circuito di pilotaggio per carico induttivo adatta tivo verr? illustrato in dettaglio, applicando un metodo per controllare l'apparecchio descritto nella Figura 2. Questo metodo ? illustrato in forma di diagramma di flusso ella Figura 4. Come precedentemente menzionato, questo diagramma di flusso ? rappresentativo del programma di firmware microcodificato nella memoria R0M mascherata del mierocontrollore M68HC11. fornita nel generatore di accensione 243. Naturalmente, come,precedente mente menzionato, un apparecchio analogo potrebbe essere sostituito al posto di questomicrocontrollore e del relativo firmware. Si noti che le Figure 1, 2, 3 e 4 verranno tutte indicate in riferimento in questo successivo insegnamento.

Come precedentemente menzionato, se viene rivelata una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario, l'energia fornita all'avvolgimen to primario 206 della bobina di accensione 204 verr? ridotta ad un livello sufficiente per innescare la candela di accensione 201, per? non sar? sufficiente per un eccesso di dissipazione del transistore di pilotaggio 205. Il seguente proced_i_ mento utilizza una strategia a livelli multipli che concerne la prima rivelazione della condizione di apertura dell'avvolgimento secondario diversa dalle rivelazioni successive. Ci? permette al circuito di pilotaggio della bobina di rivelare affidabilmente una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario, con inclusione di una condizione di intermittenza, e consente anche il ritorno alla normale alimentazione d energia. Si noti che La corrente ed il tempo sono. considerati nella rivelazione di una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario. Coloro che sono esperti nel ramo riconoscerann molte altre tecni che per determinare una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario e che presentano un risultato equivalente.

Se il programma di firmware eseguito nel microcontrollore, in combinazione con l'apparecchio rappresentato nella Figura 2, rivela una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario in tre successivi cicli di accensione, la corrente fornita all'avvolgimento primario 206 viene ridotta per dieci successivi cicli di accensione. Dopo dieci successivi cicli di accensione, il programma di firmware indirizza l'apparecchio a ritornare a fornire la corrente originaria all'avvolgimento primario 206. I dettagli sono i seguenti.

Il programma di firmware o routine viene inserito nell'operazione di avviamento 401. Questa routine viene eseguita una volta in ogni ciclo di accensione. Una successiva operazione 403 determina se la domanda della corrente della bobina ? regolata a 5,5 amp. Questa domanda della corrente della bobina di 5,5 amp corrisponde al requisito che un altro programma di firmware, che viene eseguito nel microcontrollore M68HC11, ha determinato come una corrente appropriata da alimentare all'avvolgimento primario 206 dell bobina di accensione 204. Ci? suppone un avvolgimento secondario 203 in norma1e condizione di funzionamento. In pratica, questa corrente di bobina richiesta pu? essere basata su molte condizioni, come numero di giri del motore, la tensione della batteria e la temperatura ambiente. Questo altro programma di firmware non ? riportato in dettaglio, poich? esso ? ben noto a colora che sono di normale esperienza nel settore. Per scopi illustrativi, un valore fisso di 5,5 amp viene scelto per la corrente normale che deve essere alimentata all'a_v volgimento primario 206 ed un valore di 3,5 amp viene scelto per una corrente ridotta o regolata che deve essere alimentata. Naturalmente, questi valori sono effettivamente delle variabili e possono essere altri valori assoluti o relativi basati sulle molte condizioni di funzionamento e sui molti tipi di motori sui quali si pu? applicare la presente invenzione. Per esempio, la corrente regolata di 3,5 amp pu? essere una variabile basata sulla energia riflessa effettiva misurata piuttosto che un valore fisso. Ci? compenser? la variazione dei componenti dovuta alle tolleranze di fabbricazione, alle differenze di messa in opera ed all'usura. Oppure, la corrente regolata pu? essere scelta in modo da essere una frazione, per esempio 80%, della normale corrente di funzionamento. Il livello di 3,5 amp ? unlivello sostanziale diverso da zero che consente la produzione della scintilla sulla candela di accensione, se la condizione di apertura dell'avvolgimento secondario viene rimediata, ma riduce ancora la dissipazione totale di potenza che il transistore di pilotaggio 205 deve sopportare se la condizione di apertura dell'avvolgimento secondario persiste. Alternativamente, la corrente potrebbe essere ridotta a zero per minimizzare ancora ulteriormente la dissipazione di potenza.

Facendo riferimento alla Figura 4, se la domanda di corrente della bobina non ? regolata a 5,5 amp, una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario deve essere stata rivelata precedentemente e l'operazione 421 viene eseguita.

L'operazione 421 determina se 1'avvolgimen to primario 206 ha ricevuto una corrente di 3,5 amp per dieci successivi cicli di accensione. In caso negativo. la routine viene conclusa nell'operazione 427. La routine continuer? a circolare fino a che l'avvolgimento primario 206 ha ricevuto la corrente di 3,5 amp per dieci successivi cicli di accensione. Poich?,come precedentemente menzio nato,una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario pu? spesso essere intermittente, questa ridotta corrente di 3,5 amp viene fornita soltanto per questi dieci cicli o anelli di accensione. Se l'avvolgimento primario 206 ha fornito la corrente di 3,5 amp per dieci successivi cicli di accensione, allora viene eseguita l'operazione 423. Naturalmente, un alternativo numero di iterazione potrebbe essere scelto per bilanciare la dissipazione di potenza effettiva in funzione di un ritorno al funzionamento normale.

A questo punto, l'energia riflessa sar? misurata riportando la domanda di corrente della bobina a 5,5 amp ed osservando l'effetto che si ottiene con l'apparecchio della Figura 2. L'operazione 423 imposta o regola la domanda della corren te della bobina a 5,5 amp, riportandola alla sua regolazione originaria. Nell'operazione 425, viene impostato o settato un prima indicatore o flag di tempo. Ci? viene effettuato per indicare che esisteva una condizione di apertura dell'avvol gimento secondario, permettendo al circuito di pilotaggio della bobina di ricadere nello stato di ridotta corrente pi? presto di quanto altrimenti sarebbe permesso per mezzo di un filtro che verr? successivamente deseritto nell'operazione 415. la routine viene quindi conclusa, come rappre sentato nell'operazione 427.

Con riferimento alla Figura 3, la forma d'onda di CDO 101' transita ad uno stato di inser? mento (on) nell'istante Ci? costringe il transistore di pilotaggio 205 nella Figura 2 a fornire corrente all'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204. La corrente

105' aumenta fino a 5,5 amp. Quindi, la forma d'onda di CDO 10? transita ad uno stato di disinserimento (off) nell'istante Si noti che questa transizione ad uno stato di disinserimento ripristina o azzera anche il contatore 259 attraverso l'applicazione della forma d'onda di CDO 101' all'ingresso di reset o di ripristino 263. Poich?, in questo caso, esiste una condizione di apertura del? avvolgimento secondario, la corrente 105' si perturba ed alla fine discende a zero, come precedentemente descritto Ci? si verifica perch? la candela di accensione 201 non dissipava energia fornita all'avvolgimento secondario 203 della bobina di accensione 204 e l'energia viene riflessa nuovarnente verso l'avvolgimento primario 2.06 e verso il transistore di pilotaggio 205. Poich? la scala dei tempi della Figura 3 ? compressa per evidenziare l'effetto delle occorrenze multiple , verranno riferite successivamente le forme d'onda di destra della. Figura illustrare ci? che accade.

Poich? esiste una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario, l'energia che era fornita all'avvolgimento secondarlo 203 della bobina di accensione 204 viene riflessa nuovamente verso r avvolgimento primario 206 e la corrente attraverso il resistore 217 viene ora perturbata come rappresentato con il numero di riferimento 151 nella Figura 1. La risultante tensione 215 pilota il comparatore 223. Quando la corrente nell'avvolgimento primario ? inferiore alla soglia di riferimento di corrente di 3 amp, derivata dall'uscita 231 della sorgente di soglia di rifer? mento di corrente 233, l'uscita 235 del comparatore 233 transiter? nel punto 155 da uno stato alto 139 ad uno stato basso 138, come Illustrato nella Figura 1. A causa di ci?, la forma d'onda di clock derivata dall?uscita del circuito porta AND logico 249 transiter? ad uno stato di disinserimen to, come rappresentato con il numero di riferimento 157.

Quando la corrente attraverso il resistore 217 aumenta al d i sopra del la soglia di riferimento di corrente di 3 amp, l'uscita del comparatore 233 transiter? da uno stato basso ad uno stato alto, come illustrato con il numero di riferimento 141. A causa di ci?, la forma d'onda di clock derivata dall'uscita del circuito porta AND logico 249 risponder? alla forma d'onda dell'oscillatore 109, come illustrato con il numero di riferimento 148. L'ingresso di clock 257 del contatore 259 risponder? ora spingendo il contatore 259 a contare in senso crescente con una frequenza determinata dalla frequenza della forma d'onda 109 dello oscillatore. Si pu? vedere che, fintanto che la corrente attraverso il resistore 217 ? superiore alla soglia di riferimento di corrente di 3 amp, il contatore effettuer? il conteggio in senso crescente, indicando il tempo in periodi della forma d'onda 109 dell'oscillatore durante i quali la corrente attraverso il resistore 217 ? superiore a 3 amp. Ci? misure essenzialmente l'energia che l'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204 riflette verso il transistor di pilotaggio 205.

Ritornando ora alla Figure 3, la forma d'onda di Tpilotaggio 117' riflette l'incremento istantaneo della temperatura del transistore di pilotaggio 205 ad un livello T1. Se questa condizione viene lasciata persistere, come lo eranella tecnica precedente, la temperatura media del transistore di pilotaggio 205 aumenterebbe fino ad un livello inaccetiabile.

Ritornando ora alla Figura 4, nell'operazione 403, se viene determinato che la domanda di corrente nella bobina di accensione 204 ? regolata a 5,5 amp, viene eseguita l'operazione 405. L'operazione 405 legge il contatore 259. Nell'operazione 407, il valore letto dal contatore 259 viene confrontato con un predetermiriato valore di riferi mento. Nella preferita forma di realizzazione, questo predeterminato valore di riferimento ? 123. Questo predeterminato valore di riferilento di 123 effettivamente rappresenta un tempo cumulativo durante il quale l avvolgimento primario 206 ha fornito corrente. Se il valore del contatore ? superiore al valore di riferimento predeterminato, allora il tempo cumulativo durante il quale l'avvolgimento primario 206 ha alimentato corrente, e perci? energia, e perci? dissipazione di potenza istantanea, per cui l'innalzamento di T medio previsto era troppo alto, indicando una condizione di riflessione della corrente, perci? una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario. In caso negativo, nell'operazione 413, il primo indicatore di tempo viene ripristini to e la routine viene conclusa nell'operazione 427. Se viene indicata una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario, allora viene eseguita l'operazione 411.

Nell'operazione 411 viene prima controllato l'indicatore o flag di tempo. Se esso ? imposta to, allora una condizione di apertura dell'avvolgi mento secondario era precedentemente esistita ed era possibilmente intermittente e la routine immediatamente riconosce ci? e riduce la domanda di corrente della bobina nell'operazione 417. Se il primo indicatore di.tempo non era stato imposta to, allora viene eseguita l'operazione 415. Naturalmente, sarebbe ovvio ad una persona di ordina ria esperienza nel settore regolare la domanda della corrente della bobina ad un valore basato sul valore del contatore indicativo del tempo cumulativo durante il quale l'avvolgimento primario 206 ha fornito corrente, e perci? energia . Ci? in effetti regola la durata dello stato di inserimento della forma d'onda di CDO 101'.

L'operazione 415 determina se l'avvolgimen to secondario aperto ? stato rivelato per tre volte consecutive. Se una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario non ? stata rivelata per tre volte consecutive, la routine viene conclu sa nell'operazione 427. Questa operazione 415 costituisce il filtro precedentemente menzionato. Naturalmente, coloro che sono esperti nel settore riconosceranno altre tecniche di filtri per rivela re affidabilmente una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario. Se una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario ? stata rivelata per tre volte consecutive, allora la domanda di corrente della bobina di accensione 204 viene ridotta a 3,5 amp nell'operazione 417. Ci? viene effettuato pilotando la forma d'onda di CDO 101 allo stato di inserimento in un tempo successivo nel ciclo di sosta, come rappresentato nella forma d'onda CDO 101' fra gli istanti t6 e 1 . Quindi, nell'operazione 423, viene riportata una condizione di avaria nell'avvolgimento seconda rio aperto. Infine, la routine viene conclusa nell'operazione 427.

In conclusione, ? stato rappresentato in dettaglio un circuito di pilotaggio adattativo per carico induttivo quale supera le lacune della tecnica precedente. Con la presente invenzio ne si possono realizzare una aumentata affidabilit?, una pi? piccola dimensione ed un sistema di accensione pi? facilmente fabbricabile. Ci? deriva dalla riduzione del pilotaggio o dell'energia fornita dal transistore di pilotaggio 205 all'avvolgimento primario 206 della bobina di accensione 204, riducendo cosi la dissipazione di potenza del transistore di pilotaggio 205 quando viene rivelata una condizione di apertura dell'avvolgimento secondario.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI. 1. Circuito di pilotaqgio per carico induttivo caratterizzato da: mezzi di pilotaggio (205) che rispondono ad un ingresso di controllo (211), detti mezzi di pilotaggio (205) essendo destinati a fornire energia ad un carico induttivo (203) e quindi ad impedire la fornitura di energia a detto carico induttivo (203) in cui detto carico induttivo (203) riflette l'energia precedentemente fornit a detti mezzi di pilotaggio (205) quando detti mezzi di pilotaggio (205) impediscono la fornitura di energia: e mezzi di controllo (217, 233, 223, 249, 259, 243, 269) per fornire una forma d'onda di pilotaggio (101') applicata ed usata per pilotare l'ingresso di controllo (211) di detti mezzi di pilotaggio (205), la forma d'onda di pilotaggio (101 ) essendo destinata a regolare l'energia fornita a detto carico induttivo (203) in risposta all'energia riflessa fornita da detto carico induttivo (203) a detti mezzi di pilotaggio (205) 2. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 1, caratterizza to dal fatto che detti mezzi di pilotaggio (205) che forniscono energia ad un carico induttivo (203) e quindi impediscono la fornitura di energia a detto carico induttivo alimentano corrente ad un carico induttivo (203) e quindi impediscono la fornitura di corrente a detto carico induttivo. 3. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 2, caratterizza to dal fatto che detti mezzi di controllo (217, 233, 223, 249, 259, 243, 269) riducono l'energia alimentata a detto carico induttivo (203) in risposta ad un incremento della durata di tempo durante il quale una corrente riflessa viene fornita da detto carico induttivo (202) a detti mezzi di pilotaggio (205). 4. Circuito di pilotaggio per carico induttivo caratterizzato da: mezzi di pilotaggio (205) che rispondono ad un ingresso di controllo (211) per fornire corrente ad un carico induttivo (203) e quindi impedire la fornitura di corrente a detto carico induttivo (203), in cui detto carico induttivo (203) riflette la corrente precedentemente fornita a detti mezzi di pilotaggio (205) quando detti mezzi di pilotaggio (205) impediscono la fornitura di corrente;e mezzi di controllo (217, 233, 223, 249, 259, 243, 269) per fornire in maniera ripetitiva una forma d'onda di pilotaggio (101') avente uno stato di inserimento (on) (135) ed uno stato di disinserimento (off) (146), la forma d'onda di pilotaggio (101') essendo applicata all'ingresso di controllo (211) di detti mezzi di pilotaggio (205), in cui la durata dello stato di inserimento. (135) della forma d'onda di pilotaggio (101') reagisce alla corrente riflessa da detto carico induttivo (203) verso detti mezzi di pilotaggio U05). 5. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 4, caratterizza to da un tempo di transizione dallo stato di disinserimento (146) allo stato di inserimento (135) della forma d'onda di pilotaggio (10?) fornito da detti mezzi di controllo (217, 233 223, 249, 259, 243, 269) in risposta ad una durata di tempo durante il quale almeno un predeterminato livello d? corrente viene riflesso da detto carico induttivo (203) a detti mezzi di pilotaggio (205). 6. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 4, caratterizza to da mezzi di controllo (217, 233, 223, 249, 259, carico Induttivo (203) in risposta ad un incremento della durata di tempo nel corso del quale almeno un predeterminato livello di corrente viene riflesso da detto carico induttivo (203) verso detti mezzi di pi1otaggio (205). 7. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 6, caratterizza to daljfatto che detti mezzi di controllo (217, 233, 223, 249, 259, 243, 269) aumentano la corrente fornita a detto carico induttivo per un tempo predeterminato dopo che detti mezzi di controllo riducono la corrente fornita a detto carico indutti vo. 8, Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 7, in cui detto carico induttivo (203) ? caratterizzato da un trasformatore (204) avente un avvolgimento primario (206) ed un avvolgimento secondario (203) ed in cui una candela di accensione (201) ? colleg ta all'avvolgimento secondario (203) di detto trasformatore (204). 9. Circuito di pilotaggio per carico induttivo, caratterizzato da: un transistore di pilotaggio (205) con un ingresso di controllo (211), una uscita di rivelazione o di lettura (209) ed una uscita di pilotaggio (207), l'uscita di pilotaggio (207) essendo collegata ad un carico induttivo (203) e fornendo in maniera ripetitiva corrente ad esso e quindi impedendo la fornitura della corrente a detto carico induttivo (203),in cui detto carico indutti. vo (203) riflette la corrente precedentemente fornita a detto transistore di pilotaggio (2.05). quando detto transistore di pilotaggio (205) impedisce la fornitura di corrente; mezzi di rivelazione di corrente (217) collegati all'uscita di rivelazione (209) di detto transistore di pilotaggio (205) per determinare la corrente riflessa da detto carico induttivo (203) e per fornire una uscita (105) indicativa di detta corrente riflessa; mezzi di riferimento di corrente (233) per fornire una soglia di riferimento di corrente (229);e mezzi di controllo (269, 243, 259, 249) per fornire una forma d'onda di pilotaggio (101') avente uno stato di inserimento o di on ed uno stato di disinserimento o di off, la forma d'onda di pilotaggio (101') essendo applicata all'ingresso dicont rollo (211)di detto transistore di pilotag -gio (205), in cui la durata della forma d'onda di pilotaggio (101 ) viene ridotta quando la corrente riflessa nell'uscita (105) di detti mezzi di rivelazione di corrente (217) supera la soglia di riferimento di corrente (229) forn ita da detti mezzi, di riferimento di corrente (223). 10. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 9, in cui detti mezzi di rivelazione di corrente sono ulteriormente caratterizzati da mezzi per misurare la durata di tempo nel corso del quale almeno un predeterminato livello di corrente viene riflesso da detto carico induttivo (203) verso detto transistore di pilotaggio (205). 11. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato da mezzi di controllo (217, 233, 223, 249, 259, 243, 269) che riducono la corrente a detto carico induttivo (203) in risposta ad un incremento della durata di tempo nel corso del quale una corrente di almeno un predeterminato livello viene riflessa da detto carico induttivo (203) verso detto transistore di pilotaggio (205). 12. Circuito di pilotaggio per carico induttivo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di misurazione de tempo durante il quale la corrente riflessa viene fornita a detto transistore di pilotaggio (205) da detto carico induttivo (203) comprendono ulteriormente: mezzi di riferimento di corrente (233) pei fornire una soglia di riferimento di correnti (229); mezzi di confronto (223) per confrontai l'uscita (105) di detti mezzi di rivelazione di corrente (217) con la soglia di riferimento di corrente (229) fornita da detti mezzi di riferimento di corrente (233) e per fornire una uscite (235) attivata quando la corrente fornita nell'usci ta (105) di detti mezzi di rivelazione di corrente (217) supera la soglia di riferimento di corrente (229) fornita da detti mezzi di riferimento di corrente (233); mezzi per fornire una forma d'onda oscillan te (243); un circuito porta AND logico (249) avente un primo ingresso (253), un secondo ingresso (251) ed una uscita (255), in cui il primo ingresso (253) ? collegato a detti mezzi che forniscono una forma d'onda oscillante (243) per ricevere una forma d'onda oscillante (109), il secondo ingresso (251) ? collegato all'uscita (235) di detti mezzi di confronto (223) ed all'uscita (255), che risponde a detto primo e a detto secondo ingresso (253, 251) per fornire una forma d'onda di sincronizzazio ne o di clock (11); e un contatore (259) avente un ingresso di clock (260) ed una uscita (261), in cui l'ingresso di clock (260) viene collegato all'uscita (255) di detto circuito porta AND logico (249) per ricevere la forma d'onda di clock (111) e l'uscita (261), che risponde all'ingresso di clock (260), per fornire una indicazione della durata di temoo durante la quale la corrente riflessa verso detti mezzi di pilotaggio (205) da detto carico induttivo (203) supera la soglia di riferimento di corrente (229) fornita da detti mezzi di riferimento di corrente (233). 13. Procedimento di pilotaggio per carico induttivo caratterizzato dalle seguenti operazioni: fornire energia ad un carico induttivo (203) e quindi impedire la fornitura di energia a detto carico induttivo (203), in cui detto carico induttivo (203) riflette l'energia precedentemente fornita in risposta al fatto che viene impedita la fornitura di energia: e regolare l'energia fornita a detto carico induttivo (203) in risposta all'energia riflessa fornita da detto carico induttivo. 14. procedimento per il pil otaggio di un carico induttivo caratterizzato dalle seguenti operazioni: fornire ripetitivamente corrente ad un carico induttivo (203) e quindi impedire la fornitu ra di corrente a detto carico induttivo (203), in cui detto carico induttivo (203) riflette la corrente precedentemente fornita in risposta al fatto che viene impedita la fornitura di corrente; misurare la corrente riflessa da detto carico induttivo (203); e regolare la corrente fornita a detto carico induttivo (203) in risposta a detta operazio ne di misurazione della corrente riflessa da detto carico induttivo (203).