ITTO20010790A1 - Impianto di accensione ad alimentazione magnetica per un motore di piccole dimensioni. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DEL BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: «Impianto di accensione ad alimentazione magnetica per un motore di piccole dimensioni»

La presente invenzione si riferisce al campo dei motori alternativi a combustione interna di piccole dimensioni, come quelli che vengono impiegati per esempio per attrezzi manuali azionati a motore come seghe a catena o simili. Riguarda un impianto di accensione ad alimentazione magnetica per un motore di piccole dimensioni secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Sono noti impianti di accensione ad alimentazione magnetica, dove la bobina di carica, l'accumulatore di energia, il trasformatore di tensione (ovvero il generatore di alta tensione) nonché eventualmente il sensore della posizione dell'albero motore, l'elemento di commutazione ed eventualmente un elemento di decelerazione in funzione delle condizioni di esercizio sono integrati in un involucro che è disposto direttamente sui sistema magnetico rotante per mettere a disposizione energia. Sull'involucro sono disposti più collegamenti elettrici, essendo che almeno uno è un collegamento ad alta tensione per un cavo di accensione tradizionale. L'accumulatore di energia può essere costituito da un condensatore oppure da una bobina.

Sono anche noti impianti con la struttura di cui sopra, dove l'accumulatore di energia e il trasformatore di tensione sono integrati in un componente, cioè nella bobina di accensione, che è sistemato in un involucro separato e dispone di un collegamento ad alta tensione per un cavo di accensione tradizionale.

Sono inoltre noti sistemi di accensione alimentati a batterìa per motori (di dimensioni maggiori) a più cilindri le cui bobine di accensione sono coliegate integralmente al cappuccio delle candele di accensione. Rispetto ai sistemi tradizionali alimentati a batteria con distribuzione meccanica dell'alta tensione, questi impianti presentano i vantaggi seguenti:

non è più necessaria la distribuzione meccanica dell'alta tensione che è sensibile ai disturbi e richiede molta manutenzione,

il peso delle singole bobine di accensione è minore del peso di una bobina di accensione centrale,

non è più necessario il cablaggio per alta tensione, sensibile ai disturbi,

la misurazione della tensione e della corrente eseguita dai calcolatore di comando dei motore sul iato secondario della bobina di accensione permette di trarre conclusioni sulla qualità dell'accensione, della combustione nel cilindro associato o sull'eventuale presenza di un'accensione anticipata per ottimizzare il funzionamento del motore e ridurre l'emissione di sostanze nocive.

Gli inconvenienti che comporta questa soluzione sono l 'aumento delle dimensioni del cappuccio che copre le candele di accensione, mentre le condizioni di spazio di un motore a più cilindri sono ristrette nonché l'elevata immissione termica costituita dal calore perduto dai motore che investe le bobine di accensione.

Nel caso di motori di piccole dimensioni i sistemi di accensione ovvero gli impianti di accensione noti comportano altri problemi:

i sistemi di accensione ad alimentazione magnetica noti per motori di piccole dimensioni sono in parte difficili da sistemare nello spazio, in particolare nel caso di attrezzi di lavoro guidati a mano,

il piazzamento dell'involucro dei sistemi di accensione noti crea spesso dei problemi di alimentazione dell'aria di raffreddamento alle ventole/ ruote polari nel caso di motori raffreddati da ventilatori. Aumenta così il consumo di energia per produrre una determinata corrente d'aria. Sistemando un involucro più piccolo nella corrente d'aria è possibile un certo risparmio.

Per via della forma di sistemi di accensione noti nonché delle fessure che risultano tra l'involucro del dispositivo di accensione e l'involucro del motore e si trovano nella corrente d'aria, possono depositarsi sporcizia e polvere che danno luogo a una riduzione della corrente deH'aria di raffreddamento e a un aumento del consumo dell'energia necessaria per la produzione della corrente d'aria. Inoltre viene compromesso lo scarico del calore perduto sulla superficie dell'involucro del dispositivo di accensione. Nella sporcizia si può formare deH'umidità che provoca la corrosione delle parti metalliche dell'impianto di accensione e può dar luogo a dispersioni o cortocircuiti fra le parti elettriche.

I sistemi di accensione ad alimentazione magnetica noti presentano un cavo per alta tensione che collega la parte che produce l'alta tensione alla candela di accensione. Questo cavo è particolarmente sensibile al calore, all'invecchiamento e ai danni meccanici. L'invecchiamento può eventualmente essere accelerato dal calore irradiato dal motore. I danni subiti dall'isolamento a causa dell'alta tensione del cavo nonché della sporcizia e dall'umidità presenti nell'aria di raffreddamento del motore danno luogo a cortocircuiti e dispersioni. Inoltre esiste il pericolo di un'interruzione del conduttore elettrico.

Il cavo per alta tensione presente nei sistemi di accensione noti può eventualmente costituire un carico capacitivo per il sistema di accensione, in particolare in caso di posa del cavo in un involucro metallico collegato all'attacco a massa del dispositivo di accensione. Ne risultano ripercussioni negative sulla trasformazione di energia dello spinterometro.

E' già nota la soluzione di disporre il trasformatore di tensione direttamente sulla candela di accensione di un impianto di accensione ad alimentazione magnetica (brevetto US 5,590,637). Questa variante costruttiva nota è però piuttosto ingombrante e richiede un apposito sostegno sull'involucro.

E' anche noto il sistema di disporre il trasformatore di tensione vicino alla candela di accensione (brevetto US 3,935,852).

Dal documento JP 59-12165A è nota una bobina di accensione che può essere infilata sulla candela di accensione.

Nessuna di queste soluzioni note prevede l'impiego di un cappuccio per candele di accensione di tipo normale.

La presente invenzione si prefigge pertanto lo scopo di realizzare un impianto di accensione ad alimentazione magnetica per motori di piccole dimensioni che elimini gli inconvenienti degli impianti di accensione noti e in particolare consenta di evitare l'uso di cavi per alta tensione e sia proporzionato alle condizioni di spazio ristrette di un motore di piccole dimensioni.

Questo scopo viene raggiunto con il complesso delle caratteristiche riportate nella rivendicazione 1. Il nocciolo della presente invenzione consiste nel produrre l'alta tensione necessaria per l'accensione solo con il trasformatore di tensione che agisce direttamente sulla candela di accensione. Così si può fare a meno dei cavi per alta tensione tra il punto dove si trova il sistema magnetico e il punto dove si trova la candela di accensione. Al contempo, con lo spostamento del trasformatore di tensione viene pregiudicata di meno la corrente dell'aria di raffreddamento. Una caratteristica del tutto sostanziale è costituita dalla configurazione semplice e di minimo ingombro in cui è previsto di impiegare un cappuccio per candele di accensione di tipo in sé normale per il collegamento della candela di accensione e di integrare il trasformatore di tensione nel cappuccio della candela di accensione. Questa soluzione offre il vantaggio particolare che i cappucci per candele di accensione in sé noti sono fissati con un sistema di innesto a scatto, essendo che per un collegamento a norma DIN è prevista una molla che si impegna su una porzione filettata, mentre per un collegamento a norma SAE è previsto un normale dispositivo di serraggio che si impegna su una sporgenza di fissaggio, per cui la candela di accensione risulta innestata in posizione. Nelle proposte note, invece, anche se è già stata prevista la disposizione del trasformatore di tensione in corrispondenza della candela di accensione, tutti i mezzi di fissaggio addizionali sono costituiti da staffe di serraggio, viti supplementari o simili che non ci sono nella nuova forma di realizzazione.

Per realizzare un cappuccio per candele di accensione conforme alla presente invenzione che inoltre sia particolarmente poco ingombrante e vantaggioso per attrezzi di lavoro manuali, si propone che una porzione dell'involucro del cappuccio della candela di accensione, che passa in parte al di sopra della candela di accensione, e una porzione dell'involucro del cappuccio della candela di accensione, che contiene il trasformatore di tensione, formino l'una rispetto all'altra un angolo, preferibilmente un angolo di 90°.

La bobina di carica e l'elemento di commutazione sono preferibilmente disposti direttamente sul sistema magnetico a una certa distanza dalla candela di accensione e la bobina di carica e l'elemento di commutazione sono collegati al trasformatore di tensione per mezzo di un cavo.

E' inoltre possibile disporre anche l'accumulatore di energia sulla candela di accensione.

In uno sviluppo preferito della presente invenzione l'impianto di accensione è realizzato a dispositivo di accensione a bobina e la bobina di carica è al contempo l'accumulatore di energia, essendo che il trasduttore della posizione dell'albero motore è una camma e l'elemento di commutazione è un contatto di commutazione.

In un ulteriore sviluppo preferito della presente invenzione l'impianto di accensione è realizzato a dispositivo di accensione a condensatore e l'accumulatore di energia è un condensatore, essendo che il trasduttore della posizione dell'albero motore è una bobina di comando alimentata induttivamente dal sistema magnetico e l'elemento di commutazione è un interruttore a semiconduttore, preferibilmente un tiristore.

La presente invenzione viene descritta più dettagliatamente qui di seguito sulla scorta di esempi di realizzazione illustrati nelle figure dei disegni allegati, dove: la figura 1 rappresenta lo schema elettrico di un esempio di realizzazione preferito dell'impianto di accensione conforme alla presente invenzione che in questo caso è un dispositivo di accensione a bobina e

la figura 2 rappresenta lo schema elettrico di un secondo esempio di realizzazione preferito dell'impianto di accensione conforme alla presente invenzione che in questo caso è un dispositivo di accensione a condensatore.

In figura 1 è rappresentato lo schema elettrico di un esempio di realizzazione preferito dell'impianto di accensione conforme alla presente invenzione che in questo caso è un dispositivo di accensione a bobina. L'impianto di accensione 10 è costituito da un sistema magnetico 11 rotante, azionato dal motore, da una camma 14 che funge da trasduttore della posizione dell'albero motore, da un contatto di commutazione 13 che è l'elemento di commutazione, da una bobina di carica 12 collegata a un primo punto a massa Gl che funge da unità di carica e da accumulatore di energia nonché da un trasformatore di accensione 19 che funge da trasformatore di tensione. Nel trasformatore di accensione 19 sono raggruppati un nucleo 20 della bobina, la bobina primaria 22 e la bobina secondaria 21 che da un lato sono collegate a un secondo punto a massa G3. Il trasformatore di accensione 19 fa parte integrante di un cappuccio 18 per candele di accensione che è infilato su una candela di accensione 23 la quale da un lato è messa a terra nel punto a massa G2.

Il principio in base al quale funziona l'impianto di accensione 10 della figura 1 può essere descritto nel modo seguente.

Con la rotazione del sistema magnetico 11 azionato dal motore, a contatto di commutazione 13 chiuso, viene indotta una tensione nelle spire della bobina di carica 12. Dalla tensione risulta un flusso di corrente che attraversa il contatto di commutazione 13 chiuso. Questo flusso di corrente viene interrotto in un momento adatto, preferibilmente quando il flusso è al massimo, dalla camma 14 che apre il contatto di commutazione 13. Così il flusso magnetico cambia di colpo direzione nel nucleo della bobina di carica 12 e induce un impulso di tensione che tramite il cavo di collegamento 16 (predisposto per diverse centinaia di V) arriva al trasformatore di accensione 19 dove viene trasformato in alta tensione. L'alta tensione (tipicamente tra 9 e 15 kV) proveniente dall'avvolgimento secondario 21 dà luogo a una scarica sul traferro della candela di accensione 23.

Il condensatore 15 previsto in questo esempio riduce il consumo delle superfici del contatto di commutazione 13 e intensifica l'impulso di tensione che risulta all'apertura del contatto.

Se richiesto, il cavo di collegamento 16 può essere collegato al punto a massa G4 per mezzo di un tasto 17. In caso di azionamento del tasto 17 ha luogo una scarica sulla candela di accensione 23 e il motore si arresta a causa delle mancate combustioni.

Nell'esempio riportato il trasformatore di accensione è integrato nel cappuccio 18 della candela di accensione in modo che, infilandolo sulla candela di accensione 23, l'isolatore della candela di accensione 23 viene fatto passare per il nucleo cavo 20 della bobina e isolato dall'alta tensione. La bobina primaria 22 e la bobina secondaria 21 sono sistemate in posizione concentrica intorno al nucleo 20 della bobina.

In figura 2 è rappresentato lo schema elettrico di un secondo esempio di realizzazione preferito del'impianto di accensione conforme alla presente invenzione che in questo caso è un dispositivo di accensione a condensatore (CDI = Capacitor Discharge Ignition). Il sistema CDI è costituito da un'unità di carica, un condensatore 28 che funge da accumulatore di energia, un'unità di comando, un elemento di commutazione e un trasformatore 34 che è un trasformatore di tensione. L'unità di carica, che è messa a terra da un lato sul punto a massa Gl ed è costituita da una bobina di carica 26 nella quale viene indotta una tensione da un sistema magnetico 25 azionato dal motore, nonché un primo diodo DI che funge da raddrizzatore e il condensatore 28 formano insieme il gruppo che alimenta energia al sistema. L'unità di comando è costituita da una bobina di comando 29 nella quale, quando l'albero motore si trova in una determinata posizione, il sistema magnetico rotante 25 del motore induce un impulso elettrico, da un secondo diodo D3 che funge da raddrizzatore e da una resistenza R che influisce sull'andamento nel tempo dell'impulso indotto nella bobina di comando. In questo esempio l'elemento di commutazione è costituito da un tiristore 27.

Nell'esempio riportato l'unità di carica 26, il DI, l'accumulatore di energia 28, l'unità di comando 29, il D3, la R e l'elemento di commutazione 27 sono sistemati nell'involucro 31 che, in conformità al principio su cui si basa l'impianto, è sistemato nelle immediate vicinanze del sistema magnetico rotante 25. Il trasformatore 34, invece, è disposto nell'involucro 37 del cappuccio delia candela di accensione insieme al contatto da innesto per la candela di accensione 35. Nell'Involucro 37 del cappuccio della candela di accensione il trasformatore 34 è collegato agli altri componenti dell'impianto di accensione 24 tramite il cavo di collegamento 32 e un collegamento a massa (punto a massa G3). Il cappuccio 33 della candela di accensione presenta una struttura compatta e di minimo ingombro, dato che una porzione 38, con la quale l'involucro 37 del cappuccio 33 della candela di accensione passa in parte al di sopra della candela di accensione 35, e una porzione 39, sulla quale l'involucro 37 del cappuccio 33 della candela di accensione porta il trasformatore di tensione 34, formano insieme un angolo a di 90°.

Il principio secondo il quale il sistema CDI funziona durante un giro del motore può essere descritto come segue.

Quando il magnete del sistema magnetico 25 (per esempio una ruota polare magnetica) azionato dal motore passa davanti alla bobina di carica 26, nell'avvolgimento della stessa - per via del cambiamento del campo magnetico nel nucleo della bobina - viene indotta una tensione elettrica.

Scorre così una corrente elettrica che carica il condensatore 28 attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore 34 e il primo diodo DI. A questo punto il flusso della corrente viene bloccato dal tiristore 27. Durante l'ulteriore rotazione del sistema magnetico 25 il magnete passa davanti alla bobina di comando 29 nell'avvolgimento della quale viene generato un impulso di tensione elettrica. Dopo essere stato raddrizzato per mezzo del secondo diodo D3 questo impulso attiva il tiristore 27. Così il condensatore 28 viene scaricato tramite la corrente che passa attraverso il tiristore 27, il collegamento a massa Gl, l'avvolgimento primario del trasformatore 34 e la linea di collegamento 32 tra i due involucri 31 e 37. Durante la scarica nell'avvolgimento secondario del trasformatore 34 viene indotto un impulso ad alta tensione a seguito del quale si ha una scarica sul traferro della candela di accensione 35.

Il terzo diodo D2 previsto nell'esempio riportato serve a cortocircuitare impulsi di tensione negativa della bobina di carica 26 i cui picchi potrebbero danneggiare il primo diodo DI e scaricare rapidamente le cariche residue del condensatore 28 che vengono prodotte dall'induttanza propria dell'avvolgimento primario del trasformatore 34. Con la sua azione sull'andamento nel tempo dell'impulso di tensione indotto nella bobina di comando 29, la resistenza R influisce sul momento della scarica sulla candela di accensione 35 e ha quindi un'influenza diretta sul punto di accensione in funzione del numero di giri del motore. In altre forme di realizzazione dell'impianto, volendo, la resistenza R può essere sostituita o completata da un circuito elettrico analogico o digitale per ampliare la possibilità di agire sul punto di accensione (vedi in proposito per esempio i brevetti DE-A1-36 08 740 e DE-A1-38 17 471).

Il componente opzionale U previsto nell'esempio riportato è un regolatore di tensione che protegge il tiristore 27 da picchi di tensione estremamente elevati. Il tasto opzionale 30 che agisce da interruttore di cortocircuito, quando viene azionato, cortocircuita la bobina di comando 29 tramite il punto a massa G2, per cui non ha luogo nessuna scarica del condensatore 28 e quindi nessuna scarica sulla candela di accensione 35. Il motore alternativo a combustione interna viene arrestato dalla mancata accensione della miscela. Altre possibilità di applicare un interruttore di cortocircuito le offrono per esempio la linea di collegamento tra la bobina di carica 26 e il condensatore 28 nonché il punto che si trova tra il condensatore 28 e l'avvolgimento primario del trasformatore 34. Così, quando viene azionato, l'interruttore di cortocircuito collega a massa i suddetti punti. Questo interruttore in generale serve soltanto quando non c'è nessun 'altra possibilità di arrestare il motore alternativo a combustione interna (per esempio bloccando l'alimentazione di carburante).

Nell'esempio riportato il trasformatore 34 è disposto ad angolo retto rispetto all'asse centrale del punto di innesto della candela di accensione 35 nell'involucro 37 del cappuccio della candela di accensione. In questo esempio l'involucro 37 del cappuccio della candela di accensione è realizzato in un materiale atto a condurre corrente e, con l'allacciamento a spina all'attacco della candela di accensione 35, ha un collegamento a massa diretto (punto a massa G2). Il collegamento a massa del trasformatore 34 passa per l'involucro 37 del cappuccio della candela di accensione. Per isolare gli altri collegamenti del trasformatore 34, l'involucro 37 atto a condurre corrente è riempito di materiale non conduttivo. In alternativa si può realizzare l'involucro 37 in materiale isolante; In questo caso il collegamento a massa del trasformatore 34 viene effettuato (punto a massa G3) con un cavo separato. In questa forma di realizzazione non avviene la connessione tra il collegamento a massa del trasformatore 34 e l'involucro 37 del cappuccio della candela di accensione.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di accensione ad alimentazione magnetica (10, 24) per un motore di piccole dimensioni, comprendente un sistema magnetico rotante (11, 25) azionato dall'albero motore, una bobina di carica (12, 26) nella quale il sistema magnetico rotante (11, 25) induce una tensione, un accumulatore di energia (12, 28) che viene caricato dalla bobina di carica (12, 26), un trasformatore di tensione (19, 34) che è collegato all'accumulatore di energia (12, 28) e produce una tensione di accensione trasformata in alta tensione, una candela di accensione (23, 25) che è collegata all'uscita del trasformatore di tensione (19, 34), un trasduttore (14, 29) della posizione dell'albero motore nonché un elemento di commutazione (13, 27) che viene attivato dal trasduttore (14, 29) della posizione dell'albero motore e agisce sull'accumulatore di energia (12, 28), caratterizzato dal fatto che il trasformatore di tensione (19, 34) è disposto direttamente sulla candela di accensione (23, 35), essendo che per il collegamento della candela di accensione (23, 35) è previsto un cappuccio (18, 33) per candele di accensione e il trasformatore di tensione (19, 34) è integrato nel cappuccio (18, 33) della candela di accensione e che il cappuccio (18, 33) della candela di accensione può essere infilato sulla candela di accensione e fissato con un sistema in sé noto di innesto a scatto senza che si rendano necessari ulteriori elementi di fissaggio.
2. 2. Impianto di accensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dai fatto che una porzione (38), con la quale l'involucro (37) dei cappuccio (33) della candela di accensione passa in parte al di sopra della candela di accensione (35), e una porzione (39), sulla quale l'involucro (37) del cappuccio (33) delia candela di accensione porta il trasformatore di tensione (34), formano l'una rispetto all'altra un angolo (a), preferibilmente un angolo (a) di 90°.
3. 3. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che la bobina di carica (12, 26) e l'elemento di commutazione (13, 27) sono disposti direttamente sul sistema magnetico (11, 25) a una certa distanza dalla candela di accensione (23, 35) e la bobina di carica (12, 26) e l'elemento di commutazione (13, 27) sono collegati al trasformatore di tensione per mezzo di un cavo (16, 32).
4. 4. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che anche l'accumulatore di energia (28) può essere disposto sulla candela di accensione (23, 35).
5. 5. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore di energia è separato dall'unità di carica e dal trasformatore di tensione ed è collegato da linee elettriche all'unità di carica nonché al trasformatore di tensione.
6. 6. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che l'impianto di accensione (10) è realizzato a dispositivo di accensione a bobina e la bobina di carica (12) è al contempo l'accumulatore di energia.
7. 7. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che l'impianto di accensione (24) è realizzato a dispositivo di accensione a condensatore e l'accumulatore di energia è un condensatore (28).
8. 8. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il trasduttore della posizione dell'albero motore è una camma (14) e che l'elemento di commutazione è un contatto di commutazione (13).
9. 9. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il trasduttore della posizione dell'albero motore è una bobina di comando (29) alimentata induttivamente dal sistema magnetico (25) e l'elemento di commutazione è un interruttore a semiconduttore, preferibilmente un tiristore (27).
10. 10. Impianto di accensione secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la bobina di comando fa parte dell'unità di carica.
11. 11. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il che il trasduttore della posizione dell'albero motore è un semiconduttore che funziona in base all'effetto Hall e che l'elemento di commutazione è un interruttore a semiconduttore, preferibilmente un tiristore.
12. 12. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il trasduttore della posizione dell'albero motore è la marca di un riflesso luminoso e che l'elemento di commutazione è un interruttore a semiconduttore che funziona in base al principio di riflessione della luce, preferibilmente un fotodiodo.
13. 13. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che le parti dell'involucro del trasformatore di tensione e del cappuccio della candela di accensione sono realizzate in materiale atto a condurre corrente e sono connesse elettricamente alle altre parti dell'impianto di accensione per mezzo di un collegamento a massa.
14. 14. Impianto di accensione secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che il trasformatore di tensione è collegato elettricamente a una delle parti dell'involucro in materiale conduttivo.
15. 15. Impianto di accensione secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dai fatto che l'accumulatore di energia è collegato elettricamente a una delle parti dell'involucro in materiale conduttivo.
16. 16. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15, caratterizzato dal fatto che le parti dell'involucro che circonda il trasformatore di tensione vengono realizzate colando una massa inizialmente liquida che dopo il processo di colata si trasforma assumendo consistenza rigida o di elastomero, essendo che il trasformatore di tensione viene incorporato del tutto o in parte durante la colata.
17. 17. Impianto di accensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 16, caratterizzato dal fatto che le parti dell'involucro che circondano il trasformatore di tensione e il contatto da innesto per la candela di accensione sono dotate di alettatura per aumentare la superficie.