ITTO20120927A1 - Dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO DI ACCENSIONE AL PLASMA

PER MOTORI A COMBUSTIONE INTERNAâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna.

Sono noti, nello stato dell’arte, motori a combustione interna funzionanti mediante compressione di una miscela di aria e combustibile e conseguente generazione di una scintilla la quale, accendendo la detta miscela, genera un’esplosione controllata all’interno di una o più camere di combustione interne al motore al fine di fornire potenza al detto motore a combustione interna. La scintilla à ̈ tipicamente generata fornendo energia ad alto voltaggio ad una candela di accensione presentante una specifica distanza fra gli elettrodi, detto “gap†di scarica. La conseguente scarica innesca la combustione della miscela. L’efficienza e le emissioni inquinanti caratteristiche di un motore a combustione interna sono determinate, in parte, dalla qualità e dalle modalità di combustione della miscela. Qualora la combustione non fosse completa, o la scintilla non avvenisse e quindi la totalità del carburante presente in camera di combustione non venisse totalmente bruciata, questo quantitativo di miscela incombusta sarà espulso come gas di scarico dal veicolo equipaggiato con il detto motore a combustione interna. L’avvenuta combustione totale del quantitativo di miscela presente in camera di combustione à ̈ determinata anche dall’efficacia della scintilla.

Al fine di migliorare la combustione all’interno di un motore endotermico, si sono studiate molte possibili soluzioni, tra cui l’induzione di uno stato plasmatico della miscela di gas presente in camera di combustione.

Si dice plasma un sistema la cui dinamica à ̈ dominata dalle forze elettromagnetiche: il plasma à ̈ l'insieme delle particelle cariche e dei campi da esse generate.

Il plasma à ̈ il quarto stato della materia, ottenuto mediante ionizzazione di un gas o di una miscela. Lo stato di ionizzazione in cui viene a trovarsi il plasma fa sì che sia un buon conduttore di elettricità, e fortemente rispondente ai campi elettromagnetici.

La generazione del plasma all’interno di una camera di combustione di un motore a combustione interna, dunque, proprio per le caratteristiche fin qui citate, garantisce un miglioramento della combustione della miscela. Infatti, il fronte di fiamma generato dal plasma, durante la sua propagazione all’interno della camera di combustione, genera nella miscela gassosa temperature assai elevate che favoriscono la rapida propagazione del fronte di fiamma stesso con riduzione del tempo necessario al suo avanzamento, migliorando notevolmente le prestazioni e riducendo i gas incombusti.

Più nel dettaglio, la generazione di uno stato di plasma in una miscela di gas in camera di combustione di un motore a combustione interna prevede le seguenti tre fasi non disgiunte:

1. rottura del dielettrico mediante creazione di una scintilla;

2. ionizzazione ad alta energia del gas presente in camera di combustione detto plasma; 3. mantenimento della fase di ionizzazione controllata o del plasma.

Durante la prima fase (rottura del dielettrico mediante creazione di una scintilla, detta fase 1) si crea una differenza di potenziale agli elettrodi di una candela di accensione, tale per cui il dielettrico (per esempio la miscela di aria più combustibile) viene attraversato da una scarica elettrica ad alto contenuto energetico (fase 1). Si passa quindi ad una seconda fase (ionizzazione ad alta energia del gas presente in camera di combustione detto plasma), durante la quale si ha la formazione di plasma. In questa fase (fase 2) si innesca la combustione della miscela presente in camera di combustione. Durante questa fase si ha l’innesco localizzato della miscela di gas e la formazione di un fronte di fiamma . Grazie alla fase 3 (mantenimento della fase di ionizzazione controllata o del plasma) si garantisce una migliore propagazione del fronte di fiamma mediante un aumento di velocità e intensità del fronte di fiamma stesso.

Sono noti, nello stato dell’arte, dispositivi in grado di realizzare quanto sopra descritto. Un dispositivo di accensione al plasma noto prevede dei componenti elettrici / elettronici necessari al funzionamento di un trasformatore ad alta tensione e i mezzi di collegamento per l’alimentazione elettrica. Detti mezzi elettrici / elettronici comprendono, tra gli altri, una disposizione circuitale di funzionamento del dispositivo di accensione al plasma. Questa disposizione circuitale à ̈ formata, sostanzialmente, da un circuito primario di carica, un circuito di comando di un trasformatore ad alta tensione, e un circuito di accensione, oltre ai necessari collegamenti elettrici e ai componenti per l’approvvigionamento di energia. In particolare, il documento US2010/0319644 rende noto un dispositivo di accensione al plasma così composto:

- un circuito primario di comando formato, sostanzialmente, da un generatore di corrente, un diodo di bloccaggio, un elemento induttivo e un condensatore;

- un circuito di comando della bobina comprendente il condensatore summenzionato, un diodo di tipo SCR (silicon-controlled rectifier), un avvolgimento primario di un trasformatore ad alto voltaggio (per esempio una bobina di accensione ad alto voltaggio) e un elemento di bloccaggio di alto voltaggio. Il diodo SCR fornisce un meccanismo interruttore che può essere azionato mediante un segnale esterno, al fine di scaricare il condensatore all’interno del lato primario della bobina di accensione ad alto voltaggio. Per esempio, la centralina di controllo motore ECU (engine control unit) può azionare il diodo SCR per dar luogo all’accensione in un predeterminato cilindro del motore. Il circuito di accensione include un lato secondario del trasformatore ad alto voltaggio e una candela di accensione o altri mezzi di accensione. Subito dopo l’iniziale applicazione dell’impulso di scarica (per esempio causato da un segnale del diodo SCR), l’impedenza del trasformatore ad alto voltaggio aumenta sensibilmente di valore, man mano che la corrente attraversa l’avvolgimento del trasformatore. L’impedenza del trasformatore ad alto voltaggio garantisce che il condensatore si scarichi con sufficiente lentezza, in modo che un percorso secondario parallelo, protetto dall’elemento di bloccaggio ad alta tensione, il quale connette l’uscita del condensatore direttamente allo spazio vuoto fra gli elettrodi della candela, consenta all’energia rimanente nel condensatore di scaricarsi direttamente attraverso l’arco di plasma iniziale, anche se il condensatore si trova ad un voltaggio più basso rispetto all’uscita secondaria del trasformatore ad alto voltaggio. Questa corrente espande, così, il nucleo del plasma aumentando l’energia di scintilla, ionizzando una maggior quantità di gas (miscela aria combustibile) e garantendo una buona combustione. Come à ̈ possibile apprezzare da quanto sopra esposto, il trovato oggetto di detto documento prevede, per la parte di comando della bobina, un diodo SCR. Il diodo può essere comandato solo nella fase di accensione ma non può essere comandato in spegnimento. La detta invenzione non fornisce dunque mezzi tecnici in grado di agire sulle tempistiche proprie del ciclo descritto, mantenendole costanti anche al variare del regime del motore, in quanto la chiusura del SCR avverrà sempre al momento della scarica dell’energia del condensatore.

Anche nel documento WO2012/106807 si rende noto un circuito di controllo per generare plasma continuo. In particolare, in detto documento, si rende noto un circuito 800 per la generazione di potenziale elettrico (figura 8 del documento citato e qui riportata come “fig.

2 stato dell’arte†) che comprende:

- tre elementi semiconduttori: un primo diodo 803; un secondo diodo 806 e un interruttore statico 807;

- tre componenti passivi: un induttore 802, un condensatore 804 e un trasformatore, per esempio una bobina di accensione, 805. Il circuito 800 per la generazione di potenziale elettrico comprende, inoltre, una unità di controllo 809 accoppiata con una porta dell’interruttore statico 807, per il controllo della funzione di commutazione dell’interruttore 807. Il circuito 800 per la generazione di potenziale elettrico include, inoltre, un generatore di corrente continua 801. Il polo negativo del generatore di corrente continua 801 à ̈ accoppiato alla terra, mentre il polo positivo del generatore di corrente continua 801 à ̈ connesso al’induttore 802 che à ̈ a sua volta accoppiato all’anodo del primo diodo 803. Il condensatore 804 à ̈ accoppiato a terra, da un lato, e al catodo del primo diodo 803, dall’altro. Il catodo del primo diodo 803 à ̈, anche, accoppiato ad una prima uscita di un avvolgimento primario (I) della bobina di accensione 805. Una seconda uscita dell’avvolgimento primario (I) della bobina di accensione 805 à ̈ connessa ad un anodo del secondo diodo 806. Un catodo del secondo diodo 806 à ̈ connesso ad una connessione dell’interruttore statico 807. Un gate dell’interruttore statico 807 à ̈ connesso tramite una linea di controllo 808 ad un’uscita dell’unità di controllo 809. Un’uscita di scarico (drain) dell’interruttore statico 807 à ̈ connessa alla terra. Una linea di input dell’unità di controllo 809 à ̈ accoppiata ad una porta di input 811 del circuito 800 per la generazione di potenziale elettrico. La porta di input 811 à ̈ accoppiata ad un canale di controllo 813. Un avvolgimento secondario (II) della bobina di accensione 805 à ̈ accoppiata ad una estremità del primo terminale 814 del circuito 800 per la generazione di potenziale elettrico. Il primo e il secondo terminale 812, 814 del circuito 800 per la generazione di potenziale elettrico sono accoppiati esternamente a dei rispettivi elettrodi esterni per formare un “gap†di scarica 816 per l’impiego in presenza di una miscela di gas (aria / combustibile) in una camera di combustione.

Il circuito 800 per la generazione di potenziale elettrico può, dunque, essere analiticamente scomposto in quattro sottocircuiti. Un primo sottocircuito à ̈ un circuito chiuso comprendente la terra, il generatore di corrente continua 801, l’induttore 802, il primo diodo 803, il condensatore 804 e la terra. Un secondo sottocircuito à ̈ un circuito chiuso comprendente la terra, il condensatore 804, un avvolgimento primario (I) della bobina di accensione 805, il secondo diodo 806 e l’interruttore statico 807 e la terra. Un terzo sottocircuito à ̈ un circuito chiuso comprendente la terra, il generatore di corrente continua 801, l’induttore 802, il primo diodo 803, l’avvolgimento primario (I) della bobina di accensione 805, il secondo diodo 806, l’interruttore statico 807 e la terra. Un quarto sottocircuito à ̈ un circuito chiuso comprendente l’avvolgimento secondario (II) della bobina di accensione 805 connesso attraverso il primo e il secondo terminale 812, 814 ad una coppia di elettrodi esterni formanti il “gap†di scarica 816.

Il funzionamento di quanto illustrato in WO2012/106807 comprende quattro fasi. Durante una prima fase l’interruttore statico 807 viene chiuso dall’unità di controllo 809. L’interruttore statico 807 inizia a caricare sia l’induttore 802 che la bobina di accensione 805 attraverso l’avvolgimento primario, fino ad un desiderato livello di corrente attraverso il terzo sottocircuito. Questo livello di corrente determina, dapprima, la quantità di energia immagazzinata nell’induttore 802 che deve essere trasferita nel condensatore 804 e, quindi, la quantità di energia immagazzinata nella bobina di accensione 805.

Durante la seconda fase, l’interruttore statico 807 viene aperto dall’unità di controllo 809. L’interruttore di statico 807 termina di condurre energia e il condensatore 804 viene caricato ad un voltaggio positivo attraverso il primo sottocircuito. Allo stesso tempo l’energia immagazzinata nella bobina di accensione 805 viene rilasciata attraverso il quarto sottocircuito generando un alto voltaggio, per esempio, di polarità negativa nel “gap†di scarica 816. Se la seconda fase segue la prima fase iniziale si ha rottura del dielettrico nel “gap†di scarica 816.

Durante la terza fase l’interruttore statico 807 viene chiuso dall’unità di controllo 809. L’interruttore statico 807 inizia a condurre elettricità e a caricare il condensatore 804 attraverso il secondo sottocircuito, trasferendo l’energia attraverso la bobina di accensione 805 al quarto sottocircuito generando un alto voltaggio di segno, per esempio, positivo nel “gap†di scarica 816.

Durante la quarta fase l’interruttore statico 807 rimane chiuso, il valore della corrente che attraversa il circuito decresce e il condensatore 804 si ricarica di voltaggio negativo causando l’aumento della corrente attraverso il primo sottocircuito che carica l’induttore 802. Alla fine della quarta fase la miscela di gas che si trova in una camera di combustione nell'intorno del "gap" di scarica 816 sarà stata oggetto di due impulsi elettrici potenziali. La rottura del dielettrico nella miscela di gas può capitare durante il primo impulso elettrico potenziale, il quale avviene all’inizio della seconda fase, oppure durante il secondo impulso elettrico potenziale che avviene durante la terza fase.

Le fasi seconda, terza e quarta vengono ripetute per generare un tensione alternata di comando (nota come oscillating driving potential) durante la fase di mantenimento della combustione. Il ritardo del transitorio di accensione prima della tensione alternata di comando viene sfruttato per garantire la transizione dalla rottura del dielettrico nella miscela di gas fino all’accensione della stessa.

La tensione alternata di comando garantisce il flusso di elettroni attraverso il “gap†di scarica in modo tale che si manifesti l’effetto di ionizzazione a valanga.

Quanto noto nello stato dell’arte presenta, tuttavia degli inconvenienti.

Un inconveniente di quanto noto nello stato dell’arte à ̈ la notevole complessità dei circuiti di controllo e comando dei dispositivi in oggetto, richiedendo, per il loro corretto funzionamento, un numero relativamente elevato di componenti, con conseguenti problemi di affidabilità e di costo.

Un altro inconveniente di quanto noto à ̈ l’impossibilità di ridurre le dimensioni di ingombro del dispositivo in oggetto rendendolo di fatto non integrabile in altri componenti.

Ulteriore inconveniente à ̈ la possibilità di riscontrare rilevanti perdite elettriche nella fase di carica elettromagnetica dovuta alla presenza di più induttori in serie al circuito di comando primario, con conseguente maggior richiesta di energia elettrica alla sorgente di energia elettrica.

E’, anche, inconveniente di quanto noto nello stato dell’arte l’affaticamento, con conseguente diminuzione della vita utile, della sorgente di energia elettrica dovuto alla notevole richiesta di energia durante le fasi di carica elettromagnetica dell’avvolgimento primario della bobina di accensione.

Ancora, inconveniente di quanto noto nello stato dell’arte à ̈ l’impossibilità di controllare correttamente la fase di scarica dell’energia di ionizzazione in condizioni di alta turbolenza nella camera di combustione in presenza di rapporti di compressione elevati o in motori turbocompressi. Da questo consegue una scarsa performance di detti dispositivi nelle su esposte condizioni con conseguente riduzione della qualità di combustione al variare del numero giri del motore ed effetti negativi sul rendimento e sulle emissioni inquinanti del motore stesso.

Infine, inconveniente di quanto noto nello stato dell’arte à ̈ l’impossibilità di alloggiare tutti i componenti formanti il dispositivo a bordo della bobina di accensione, richiedendo schermature aggiuntive per evitare l’emissione di disturbi elettromagnetici con aggravio di costi, peso, dimensioni, affidabilità e prestazioni.

La presente invenzione, partendo dalla nozione di tali inconvenienti intende porvi rimedio. Uno scopo della presente invenzione à ̈ di provvedere un dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna che permetta di ridurre i componenti necessari al suo funzionamento, garantendo affidabilità e flessibilità di impiego.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un dispositivo di accensione al plasma come specificato che sia di dimensioni compatte.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ di rendere noto un dispositivo di accensione al plasma come specificato in grado di minimizzare le perdite elettriche in ogni fase del suo funzionamento e, segnatamente, in fase di carica elettromagnetica dell’avvolgimento primario della bobina di accensione.

Conseguente scopo della presente invenzione à ̈ di provvedere un dispositivo come specificato che sia in grado di minimizzare, per quanto possibile, il fabbisogno di energia elettrica.

E’, inoltre, scopo della presente invenzione di provvedere un dispositivo come su esposto che sia in grado di ridurre l’affaticamento della sorgente di energia elettrica con conseguente aumento della vita utile del detto componente.

Ancora scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un dispositivo di accensione al plasma come specificato che sia in grado di operare anche in presenza di elevati valori di pressione e turbolenza, di migliorare la combustione in ogni e al variare del regime di rotazione del motore a combustione interna, di migliorare le prestazioni (aumentando l’efficienza mediante riduzione dei consumi e migliorando lo scambio termico) e di minimizzare le emissioni inquinanti del detto motore.

È, anche, scopo di quanto forma oggetto della presente invenzione la possibilità di fornire un dispositivo di accensione al plasma come specificato in grado di essere assemblato interamente a bordo di bobine di accensione di dimensioni contenute e di non richiedere filtri e schermature anti emissioni elettromagnetiche aggiuntivi.

Infine scopo della presente invenzione à ̈ di provvedere un dispositivo di accensione al plasma come specificato che sia di facile realizzo, comodo impiego, costi contenuti, migliorate prestazioni, ridotti ingombri ed elevata affidabilità.

In vista di tali scopi la presente invenzione provvede un dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna, la cui caratteristica fondamentale forma oggetto della rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose sono elencate nelle rivendicazioni dipendenti.

Tutte le rivendicazioni si intendono qui integralmente riportate.

La presente invenzione risulterà maggiormente descritta in quanto segue con riferimento al disegno allegato, fornito a solo titolo di esempio illustrativo e non limitativo, in cui:

la figura 1 illustra una rappresentazione schematica ed esemplificativa di un dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna secondo la presente invenzione, la figura 2 illustra un circuito di quanto noto nello stato dell’arte.

In figura 1, con 10 à ̈ indicato, nell’insieme, il dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna oggetto della presente invenzione. Esso comprende, principalmente:

- una centralina di comando e controllo analogico e/o digitale 20;

- una bobina di accensione 30;

- una candela di accensione 40;

- un generatore di tensione, per esempio una batteria B;

- dei collegamenti 50 da e per una centralina di controllo motore ECU (di per sé nota e non illustrata).

Detta centralina di comando e controllo analogico e/o digitale 20 comprende, sostanzialmente:

- un’unità di comando e controllo 21;

- un primo diodo 22;

- un secondo diodo 23;

- un interruttore statico 24;

- un resistore 25;

- un dispositivo di controllo di tensione 28.

Detta bobina di accensione 30 comprende, sostanzialmente:

- un primo avvolgimento primario 34;

- un secondo avvolgimento primario 35;

- un avvolgimento secondario 36;

- un condensatore 37;

- un nucleo elettromagnetico 38.

Detta candela di accensione 40 comprende:

- un “gap†di scarica 41.

Connessioni elettriche principali

Con riferimento alla figura 1, la centralina di comando e controllo analogico e/o digitale 20 à ̈ elettricamente connessa: da un lato, ad una centralina di controllo motore ECU (di per sé nota e non illustrata) e ad un generatore di tensione B, rispettivamente mediante connessione bidirezionale di tipo bus analogico e/o digitale 50 e mediante opportuna connessione elettrica 11 e, dall’altro, ad una bobina di accensione 30 e alla terra rispettivamente mediante connessioni elettriche 31 e 32 e connessioni di messa a terra 26 e 27.

La bobina di accensione 30 presenta, oltre alle due già citate connessioni 31 e 32 alla centralina di comando e controllo analogico e/o digitale 20, una messa a terra 33 e due connessioni 36.1 e 36.2 di comunicazione elettrica tra la detta bobina di accensione 30 e la candela di accensione 40.

Internamente, la centralina di comando e controllo analogico e/o digitale 20 presenta l’unità di comando e controllo 21 a cui sono elettricamente connessi i seguenti componenti interni: il primo diodo 22 mediante collegamenti 21.1 e 21.4; l’interruttore statico 24 mediante collegamento 21.2 e il resistore 25 mediante collegamento 21.3.

La bobina di accensione 30 presenta, al suo interno, due avvolgimenti primari 34 e 35, connessi in serie tra loro. Inoltre, l’insieme dei detti due avvolgimenti primari 34 e 35 à ̈ connesso in serie al condensatore 37 mediante collegamento 35.1. Detto condensatore 37 à ̈, a sua volta, connesso in serie alla terra mediante collegamento 33. I detti due avvolgimenti primari 34 e 35 sono connessi da un lato, come detto, al condensatore 37 mediante collegamento 35.1 e dall’altro alla connessione 32 di comunicazione elettrica tra la detta centralina di controllo e comando analogico e/o digitale 20 e la bobina di accensione 30. Inoltre, i detti due avvolgimenti primari 34 e 35 sono connessi alla connessione 31 mediante collegamento centrale 34.1 posto tra i detti due avvolgimenti. L’avvolgimento secondario 36, mediante il nucleo magnetico 38, à ̈ posto in comunicazione magnetica con i due avvolgimenti primari 34 e 35.

Funzionamento

Il funzionamento del dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna oggetto della presente invenzione comprende, sostanzialmente, cinque fasi.

Durante la prima fase l’interruttore statico 24 viene chiuso dall’unità di comando e controllo 21. L’interruttore statico 24 inizia a caricare la bobina di accensione 30 mediante il primo avvolgimento primario 34, fino al raggiungimento di un determinato livello di corrente (misurato in ampere tramite il resistore 25) attraverso un circuito composto da un generatore di tensione B, per esempio una batteria, attraverso la connessione 11, il primo diodo 22, il primo avvolgimento primario 34 attraverso la connessione 31 e il collegamento 34.1, il secondo diodo 23 attraverso il collegamento 34.2 e la connessione 32, l’interruttore statico 24 e il resistore 25 verso la messa a terra 26. Contemporaneamente, il flusso della forza elettromotrice indotta dal primo avvolgimento primario 34 connesso in serie al secondo avvolgimento primario 35, genera una corrente inversa che, attraverso il secondo avvolgimento primario 35 e relativo collegamento 35.1, carica il condensatore 37 ad una tensione positiva.

Il controllo del valore della corrente che fluisce in detto circuito avviene, come detto, per mezzo del resistore 25, ai cui capi l’unità di comando e controllo 21 rileva una differenza di potenziale elettrico proporzionale al valore di corrente di scorrimento. L’unità di comando e controllo 21 monitora il resistore 25 fino al raggiungimento di un valore predefinito di differenza di potenziale elettrico ai suoi capi. Il raggiungimento di detto valore predefinito ai capi del detto resistore 25 garantisce la massimizzazione dell’energia immagazzinata nella bobina di accensione 30.

L’interruttore statico 24, viene, quindi, comandato in apertura dall’unità di comando e controllo 21 attraverso il collegamento 21.2. L’interruttore statico 24, dunque, interrompe il contatto elettrico bloccando il flusso di corrente descritto. Proprio a causa di detta interruzione sugli avvolgimenti primari 34 e 35 si genera una sovratensione che si oppone alla variazione di corrente. Viene, così, generato un flusso di corrente inversa che pone in stato di carica il condensatore 37 ad un voltaggio positivo. Il valore della carica del condensatore 37 à ̈ funzione del numero di spire del secondo avvolgimento primario 35 in rapporto al primo avvolgimento primario 34.

Nella seconda fase, l’interruttore statico 24 risulta tuttora aperto e l’energia immagazzinata nella bobina di accensione 30, più precisamente nel nucleo magnetico 38, viene rilasciata attraverso l’avvolgimento secondario 36 e le connessioni 36.1 e 36.2, generando una tensione ad alto voltaggio, per esempio di polarità negativa, nel “gap†di scarica 41 della candela di accensione 40.

Durante la terza fase l’interruttore statico 24 viene comandato in chiusura dall’unità di comando e controllo 21 per mezzo del collegamento 21.2. L’interruttore statico 24 consente il fluire dell’energia elettrica attraverso il circuito composto dal generatore di tensione B e relativa connessione 11, dal primo diodo 22, dal dispositivo di controllo di tensione 28, dalla connessione 31 e dal collegamento 34.1, dal primo avvolgimento primario 34 e relativo collegamento 34.2, dalla connessione 32, dal secondo diodo 23, dall’interruttore statico 24, dal resistore 25 e dalla connessione di messa a terra 26. In questo modo si genera una corrente che attraversa il primo avvolgimento primario 34 scaricando il condensatore 37, attraverso il secondo avvolgimento primario 35, trasferendo energia induttiva in aggiunta a quella capacitiva, attraverso il nucleo magnetico 38, al secondo avvolgimento secondario 36, il quale, mediante le connessioni 36.1 e 36.2 genera una tensione ad alto voltaggio di segno, per esempio, positivo nel “gap†di scarica 41 della candela 40.

Durante la quarta fase l’interruttore statico 24 rimane chiuso, il valore della corrente che attraversa il circuito su descritto decresce e il condensatore 37 si scarica attraverso il secondo avvolgimento primario 35, causando l’aumento della corrente attraverso il primo avvolgimento primario 34 che ricarica la bobina di accensione 30.

Durante il detto funzionamento la miscela di aria e combustibile à ̈ oggetto di due impulsi elettrici: uno di potenziale negativo e uno di potenziale positivo. La rottura del dielettrico, generalmente, avviene durante il primo impulso, ad esempio negativo, prodotto durante la seconda fase del funzionamento oppure durante il secondo impulso, per esempio positivo, che si manifesta durante la terza fase del funzionamento.

Durante la quinta fase del funzionamento l’unità di comando e controllo 21 comanda mediante mezzi hardware e software l’interruttore statico 24 con un comando a PWM (pulse width modulation) ad una frequenza predeterminata, controllando i tempi di chiusura e apertura dell’interruttore statico 24 Ton e Toff. Detti tempi di apertura Toff e chiusura Ton sono determinati dall’unità di comando e controllo 21 mediante algoritmo di calcolo che elabora i dati forniti dall’analisi di parametri predefiniti acquisiti monitorando un anello di retroazione composto dal dispositivo di controllo di tensione 28 e relativo collegamento 21.4 all’unità di controllo e comando 21, dalla connessione 31, dal collegamento 34.1 e dalla connessione 32, dal secondo diodo 23 dall’interruttore statico 24, dal resistore 25 e dalla messa a terra 26. Grazie alla tecnica della commutazione PWM a corrente nulla, l’unità di comando e controllo 21 può variare, mediante mezzi hardware e software, sia i tempi di apertura e chiusura dell’interruttore statico 24 che il periodo di commutazione. Questa commutazione genera sull’avvolgimento secondario 36 un potenziale elettrico in alta tensione, oscillante tra un valore positivo e uno negativo, in grado di mantenere il gas / miscela ai capi del "gap" di scarica 41 in condizioni di plasma per il tempo stabilito dalla centralina di controllo motore ECU (di per sé nota e non illustrata). Detto potenziale elettrico oscillante mantiene acceso un arco elettrico ai capi del “gap†di scarica 41 della candela di accensione 40, consentendo così il passaggio di corrente nell’avvolgimento secondario 36, agevolando l’espansione del gas/miscela in stato di plasma con conseguente formazione di un fronte di fiamma, mediante il quale si innesca la combustione della miscela di gas presenti in camera di combustione. L’effetto testé descritto à ̈ noto con il nome di ionizzazione a effetto valanga.

Vantaggi

La presente invenzione consente di raggiungere vantaggiosamente tutti gli scopi su elencati.

In particolare, il tecnico esperto nell’arte può notare come la riduzione dei componenti esterni, con conseguente aumento di efficienza del circuito a livello di resa elettrica / magnetica, garantisca la realizzazione di un dispositivo di accensione al plasma di minor ingombro esterno, maggiore affidabilità e di grande flessibilità di utilizzo, adattandosi all’utilizzo su vari motori a combustione interna ciascuno con le sue peculiari necessità di controllo della combustione.

Inoltre, si può apprezzare come, durante la prima fase del funzionamento, solo il primo avvolgimento primario 34 sia responsabile della carica della bobina 30. In questo modo si ha una minor richiesta di energia al generatore di tensione B rispetto a quanto insegnato dallo stato dell’arte. Questa caratteristica aumenta, vantaggiosamente, la vita utile del detto generatore di tensione B, garantendo minor costi di esercizio e miglior affidabilità. Grazie al dispositivo oggetto della presente invenzione à ̈ possibile ottenere un accumulo maggiore di energia all’interno della bobina 30, generando così una scintilla di maggior potenza e garantendo una miglior combustione all’interno della camera di combustione del motore con conseguenti migliori prestazioni e ridotte emissioni inquinanti.

Ancora un vantaggio offerto dalla presente invenzione à ̈ dato dalla possibilità di operare in situazioni di miscela di gas presentante alta turbolenza e forti pressioni. Questo permette di equipaggiare con il presente dispositivo motori a combustione interna aventi prestazioni migliorate rispetto a quanto finora disponibile nello stato dell’arte.

La presente invenzione, inoltre, non risente dei possibili sbalzi di tensione generati dal generatore di tensione B ed à ̈ in grado di azzerare eventuali effetti indesiderati di detti sbalzi di tensione grazie all’architettura vantaggiosa del suo circuito.

Vantaggiosamente, la presente invenzione consente di ridurre le perdite di carico in capo all’interruttore statico 24 grazie all’impiego del controllo mediante commutazione a corrente nulla.

Ancora vantaggio della presente invenzione à ̈ dato dalla presenza dell’anello di retroazione che consente una mappatura delle varie fasi del funzionamento e dell’effetto valanga. Infine, vantaggiosamente, la presente invenzione consente di ridurre di oltre il 50% le dimensioni dei circuiti elettrico / magnetici installati a bordo della bobina di accensione con conseguente riduzione di peso, perdite elettriche, costo del componente. Inoltre, essendo i componenti elettrico / magnetici installati a bordo bobina, non à ̈ necessario prevedere ulteriori schermi o filtri elettromagnetici.

Naturalmente numerose varianti e modifiche potranno essere apportate a quanto descritto senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di accensione al plasma per motori a combustione interna comprendente una centralina di comando e controllo analogico e/o digitale (20), una bobina di accensione (30), una candela di accensione (40, 41), tra loro connessi in circuito mediante dei mezzi di collegamento elettrico / elettronico (50, 11, 26, 27, 31, 32, 33, 36.1, 36.2, B) caratterizzato dal fatto che detta bobina di accensione (30) comprende due avvolgimenti primari (34, 35) connessi in serie tra loro, presentanti un collegamento elettrico centrale (34.1) fra il primo avvolgimento primario (34) e il secondo avvolgimento primario (35), per il caricamento elettrico di un condensatore (37), connesso in serie ai detti due avvolgimenti primari (34, 35), e per il caricamento magnetico di un nucleo magnetico (38) accoppiato magneticamente ad un avvolgimento secondario (36) della detta bobina di accensione (30) per generare una differenza di potenziale ai capi di un “gap†di scarica (41) di una candela di accensione (40).
2. 2. Dispositivo di accensione al plasma secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta centralina di comando e controllo analogico e/o digitale (20) comprende una unità di comando e controllo (21), un primo diodo (22), un secondo diodo (23), un interruttore statico (24), un resistore (25), un dispositivo di controllo di tensione (28), in modo tale che, mediante il comando dell’interruttore statico (24) si realizza l’apertura/chiusura del circuito elettrico / magnetico responsabile del caricamento / scaricamento elettrico / magnetico dei detti due avvolgimenti primari (34, 35), del detto avvolgimento secondario (36) e del nucleo magnetico (38).
3. 3. Dispositivo di accensione al plasma secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta centralina di comando e controllo analogico e/o digitale (20) comprende detta unità di comando e controllo (21) ed almeno una connessione elettrica / elettronica (50) per la ricezione di impulsi / comandi provenienti da una centralina di controllo motore (ECU) esterna, nel caso in cui detti impulsi / comandi non siano generati dalla detta unità di comando e controllo (21).
4. 4. Dispositivo di accensione al plasma secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta centralina di comando e controllo analogico e/o digitale (20) comprende una connessione elettrica (31) tra detto dispositivo di controllo di tensione (28) e detto collegamento elettrico centrale (34.1) e una seconda connessione elettrica (32) tra detto primo avvolgimento primario (34) e detto diodo (23).
5. 5. Dispositivo di accensione al plasma secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che comprende un circuito ad anello di retroazione composto da detto dispositivo di controllo di tensione (28), da detto primo avvolgimento primario (34), da detto secondo diodo (23), da detto interruttore statico (24) e da detto resistore (25), quest’ultimo connesso a massa tramite una connessione (26), in modo che detta unità di comando e controllo (21) determina i tempi di apertura / chiusura di detto interruttore statico (24) mediante detto circuito ad anello di retroazione.
6. 6. Dispositivo di accensione al plasma secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta unità di comando e controllo (21) comprende mezzi hardware e software per comandare detto interruttore statico (24) mediante modulazione di larghezza di impulso PWM.
7. 7. Dispositivo di accensione al plasma secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta unità di comando e controllo (21) comprende mezzi hardware e software per comandare, mediante commutazione a corrente nulla, il detto interruttore statico (24) variandone i tempi e/o il periodo di apertura / chiusura in modo che detta commutazione a corrente nulla genera, nell’avvolgimento secondario (36), un potenziale elettrico oscillante e che detto potenziale elettrico oscillante genera e mantiene attivo, ai capi di un “gap†di scarica (41) di una candela di accensione (40), almeno un arco elettrico.