BRPI0711951B1 - método para monitorar pelo menos um parâmetro associado a uma substância gasosa em uma câmara, sem inflamar a substância gasosa - Google Patents

Abstract

sistema de ignição. a presente invenção refere-se a um sistema de ignição (10) que compreende uma veia de ignição (12), com uma primeira extremidade (14), que define uma abertura de faísca (16) entre um primeiro eletrodo (18) e um segundo eletrodo (20). um transformador (46), que compreende um enrolamento primário (44) e um enrolamento secundário (50), também forma parte do sistema. o enrolamento secundário é conectado em um circuito secundário ao primeiro elétrodo (18) e o enrolamento secundário tem uma resistência de menos de 1k<sym> e uma indutância de menos de 0,25h. um circuito de a- cionamento (26) é conectado ao enrolamento primário.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA MONITORAR PELO MENOS UM PARÂMETRO ASSOCIADO A UMA SUBSTÂNCIA GASOSA EM UMA CÂMARA, SEM INFLAMAR A SUBSTÂNCIA GASOSA (73) Titular: AMBIXTRA (PTY) LTD.. Endereço: 2nd Floor, Mazars Moors Rowland House, 5 St. Davids Place, Parktown 2193, Johannesburg, África do Sul, ÁFRICA DO SUL(ZA) (72) Inventor: BAREND VISSER; PETRUS PAULUS KRUGER.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 11/12/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 11/12/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/26

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA MONITORAR PELO MENOS UM PARÂMETRO ASSOCIADO A UMA SUBSTÂNCIA GASOSA EM UMA CÂMARA, SEM INFLAMAR A SUBSTÂNCIA GASOSA.

INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se a um método para monitorar pelo menos um parâmetro associado a uma substância gasosa em uma câmara, sem inflamar a substância gasosa. A invenção também se refere a uma vela de ignição alternativa, a um circuito de acionamento para uma vela de ignição e métodos associados.

[002] É conhecido que um sistema de ignição para um veículo compreende uma pluralidade de velas de ignição distribuída, ligadas por respectivos cabos de alta tensão a um meio de geração de alta tensão remoto e central. Em um sistema de ignição de descarga de capacitor conhecido, o meio de geração de alta tensão compreende um capacitor ligado com um dispositivo de comutação, tal como um comutador de SCR, em série com um enrolamento primário de um transformador. Um enrolamento secundário está ligado aos cabos de alta tensão. Em uso, quando um pistão do motor atinge uma posição predeterminada, o dispositivo de comutação de energia é comutado para o estado fechado. A energia no capacitor é depois transferida para o enrolamento primário, resultando em uma tensão muito mais alta no secundário, devido à relação do enrolamento secundário para o enrolamento primário. Quando a tensão no enrolamento secundário atinge a tensão de ruptura de uma folga dos eletrodos (spark gap) entre os eletrodos de faísca da vela, uma descarga de plasma é criada entre os eletrodos de faísca.

[003] Em sistemas conhecidos, o circuito de ligação limita a indutância mínima do transformador que pode ser usada. Os fatores de limitação são a avaliação máxima da ligação, Im, a velocidade de ligaPetição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 6/39

2/26 ção da ligação ts, a tensão de ligação da ligação Vs, e o custo da ligação. Essas limitações resultam em uma indutância de enrolamento secundário muito alta, que tem diversas desvantagens, inclusive custo. A indutância grande normalmente requer quilômetros (dezenas de milhares de voltas) de fio de cobre fino, que é caro. Os sistemas são ineficientes, pelo fato de que quilômetros de fio de cobre fino têm uma resistência de poucos quilo-ohms. Para transferir energia suficiente para uma faísca confiável, é necessária uma grande quantidade de energia extra para cada faísca. Devido à grande quantidade de energia que precisa ser manuseada, bem como a grande quantidade de cobre necessária, os sistemas são volumosos. A perda de energia devido à resistência do cobre aquece o transformador. Isso cria um limite rigoroso sobre a quantidade máxima de energia que pode ser transferida para a faísca e também afeta a colocação do transformador para resfriamento. A eficiência do combustível, perfeição da combustão, tempo de combustão, limpeza do escapamento e variabilidade na combustão de ciclo-para-ciclo são limitados. Como o transformador é grande e se aquece, normalmente ele fica posicionado afastado do motor. Isso exige cabos de alta tensão entre velas de ignição e o transformador. Esses cabos de alta tensão geram uma grande quantidade de radiação eletromagnética, que pode influenciar outros equipamentos eletrônicos. A fim de eliminar os cabos de alta tensão, são usados sistemas de bobina-na-vela, que compreendem uma bobina de ignição em cada vela de ignição. Como essas bobinas estão muito próximas do motor, normalmente com muito pouca corrente de ar em torno das mesmas, elas se superaquecem facilmente, o que torna as mesmas falíveis.

[004] Têm sido propostas algumas bobinas de ignição com uma resistência secundária muito baixa. Isso é obtido usando um caminho magnético com uma alta permeabilidade, para reduzir o número de voltas, enquanto a indutância é mantida suficiente alta para o circuito

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 7/39

3/26 de ligação. A desvantagem desse método é que o material magnético de alta permeabilidade fica saturado facilmente e que, portanto, é necessário um núcleo grande.

[005] Alguns outros sistemas de ignição têm um segundo caminho de transferência de energia no lado secundário. Todos eles têm a desvantagem de que a energia precisa passar através do enrolamento secundário ou através de um dispositivo semicondutor. Quando a energia passa através do enrolamento secundário, a transferência é muito ineficiente, devido à alta resistência do enrolamento. Por outro lado, o dispositivo semicondutor precisa ser um dispositivo de alta tensão (normalmente, acima de 30 kV), de alta corrente (normalmente, acima de 1A). Esses dispositivos são onerosos e também resultam em perda de energia.

[006] Outra desvantagem de todos esses sistemas é que a frequência de auto-ressonância do enrolamento secundário é baixa (tipicamente, de menos de 20 kHz). A frequência de auto-ressonância baixa deve-se ao comprimento longo do enrolamento secundário e à indutância grande do enrolamento secundário. Quando o enrolamento secundário está ligado em um circuito lateral secundário, a frequência de ressonância do circuito lateral secundário é até mesmo mais baixa do que a frequência de auto-ressonância do enrolamento secundário, devido à vela de ignição e a capacitância do cabo. Devido à frequência de ressonância secundária baixa, leva algumas dezenas de microssegundos para carregar a vela de ignição ou capacitância do eletrodo para uma tensão de ruptura e também algumas dezenas de microssegundos para dissipar a energia secundária remanescente. Isso limite o número de pulsos sucessivos que podem ser gerados em sistemas de ignição de faíscas múltiplas, o que limita a quantidade de energia que pode ser fornecida durante a ignição. A eficiência e a quantidade de energia transferida em alguns sistemas de ignição são aumentadas

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 8/39

4/26 colocando um capacitor em paralelo com a vela de ignição. Nesses sistemas, a frequência de ressonância secundária é até mesmo mais baixa. Mesmo em sistemas onde um tempo de faísca ótimo é calculado (tal como descrito a baixo), a faísca não pode ser controlada para dentro de poucas dezenas de microssegundos. A 6000 rpm, essa imprecisão é maior do que um grau em rotação do motor.

[007] É uma técnica conhecida usar a vela de ignição para medir a corrente do gás ionizada ou resistência do mesmo depois da ignição, para obter informações sobre a temperatura, pressão ou composição do gás depois da combustão. Essa informação é depois usada como uma das entradas para um sistema de gerenciamento do motor, para calcular um tempo de faísca médio, ótimo. Devido à alta perda do transformador de ignição, a medição precisa ser feita no lado secundário do transformador, o que torna o circuito de lado secundário complexo.

[008] Devido a variações de ciclo-para-ciclo, o tempo de faísca médio, otimizado, pode ser bastante diferente do tempo de faísca ótimo para um único ciclo. Embora haja diversas técnicas disponíveis para medir as condições dentro da câmara de combustão, antes da ignição, nenhuma delas é usada amplamente, porque todas requerem pontos de acesso extras à câmara de combustão, são caros, a maioria tem baixa confiabilidade e é complexa.

[009] Quando a vela de ignição é usada para medições, a frequência de ressonância secundária baixa limita, portanto, a frequência de medição depois da ignição, e também torna difícil, se não impossível, medir as propriedades do gás antes da ignição.

OBJETO DA INVENÇÃO [0010] Por conseguinte, é um objeto da presente invenção pôr à disposição um sistema de ignição alternativo, vela de ignição, circuito de acionamento para uma vela de ignição e métodos associados, com

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 9/39

5/26 os quais o depositante acredita que as desvantagens acima mencionadas possam ser pelo menos aliviadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0011] De acordo com a invenção, um sistema de ignição compreende:

- uma vela de ignição, com uma primeira extremidade que define uma folga dos eletrodos entre um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo,

- um transformador, que compreende um enrolamento primário e um enrolamento secundário, sendo que o enrolamento secundário está ligado em um circuito secundário no primeiro eletrodo e o enrolamento secundário tem uma resistência de menos de 1kW e uma indutância de menos de 0,25H; e

- um circuito de acionamento ligado no enrolamento primário.

[0012] O circuito de acionamento pode compreender um dispositivo condutor de porta isolado e o enrolamento primário do transformador pode estar ligado em um circuito de fonte de descarga do dispositivo semicondutor de porta isolado.

[0013] O circuito de acionamento pode compreender um circuito de descarga de dispositivo de armazenamento de carga, que compreende pelo menos um primeiro dispositivo de armazenamento de carga, tal como em pelo menos um capacitor.

[0014] O circuito de acionamento pode compreender um circuito de porta ligado a uma porta do dispositivo semicondutor de porta isolado, sendo que o circuito de porta compreende o primeiro dispositivo de armazenamento de carga e um dispositivo de ligação rápida e está configurado para descarregar na porta do dispositivo semicondutor de porta isolado carga suficiente para um estado de condução préselecionado do dispositivo semicondutor de porta isolado, antes de a

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 10/39

6/26 corrente começar a correr no circuito de fonte de descarga do dispositivo semicondutor de porta isolado [0015] Em outra modalidade, o circuito de acionamento pode compreender um oscilador de energia de alta frequência.

[0016] O oscilador pode estar configurado para oscilar, substancialmente, a uma frequência de ressonância do circuito secundário. O oscilador pode ter uma frequência de mais de 10 kHz, mais de 100 kHz ou até mesmo mais de 500 kHz ou até mais de 1 MHz.

[0017] O circuito de acionamento, o transformador e vela de ignição podem estar todos localizados em uma única carcaça, com a folga dos eletrodos exposta em uma extremidade da carcaça. A carcaça é feita, de preferência, de um material condutor de eletricidade, tal como um metal apropriado, para funcionar como uma gaiola Faraday. Entende-se que com a gaiola Faraday, interferência eletromagnética transmitida, em uso, é blindada ou suprimida.

[0018] A corrente constante e/ou fonte de tensão pode estar locada externamente à carcaça e pode ser ligada à carcaça por meio de cabos, que se estendem da carcaça em direção a uma segunda extremidade da carcaça.

[0019] O acoplamento entre o enrolamento primário e o enrolamento secundário do transformador pode ser de menos de 80% (k<0,8), alternativamente, k<0,6, alternativamente, k<0,4, alternativamente, k<0,2.

[0020] O transformador pode compreender um núcleo com uma histerese quadrada.

[0021] A resistência do enrolamento secundário pode ser de menos de 1000Ω, alternativamente, menos de 500Ω, alternativamente, menos de 200Ω, alternativamente, menos de 10Ω.

[0022] A indutância do enrolamento secundário pode ser menos de 100mH, alternativamente, menos de 50 mH, alternativamente, mePetição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 11/39

7/26 nos de 20 mH, alternativamente, menos de 3 mH, alternativamente, menos de menos de 1 mH.

[0023] A indutância do enrolamento primário pode ser menos de 5 mH.

[0024] A frequência de auto-ressonância do enrolamento secundário pode ser mais alta do que 10 kHz, alternativamente, mais alta do que 100 mHz, alternativamente, mais alta do que 500 kHz e, alternativamente, mais alta do que 1MHz.

[0025] De acordo com outro aspecto da invenção, é posto à disposição um circuito de acionamento de descarga de capacitor para uma vela de ignição, sendo que o circuito compreende um capacitor e um enrolamento primário de um transformador ligado em um circuito de fonte de descarga de um dispositivo semicondutor de porta isolado, sendo que um enrolamento secundário do transformador está ligado à vela de ignição. O dispositivo semicondutor de porta isolado pode ser acionado por um circuito de porta, que compreende um capacitor e um dispositivo de ligação rápida, para descarregar sobre uma porta do dispositivo, antes que o dispositivo seja ligado, carga suficiente para um estado de condução pré-selecionado no circuito de fonte de descarga do dispositivo.

[0026] De acordo com outro aspecto da invenção, é posta à disposição uma vela de ignição, que compreende um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, que definem uma folga dos eletrodos, formando um capacitor de eletrodo, e configurada de modo que, em uso, a vela de ignição pode ser acionada seletivamente para gerar uma corona em apenas qualquer um dos eletrodos, ou gerar uma corona em qualquer um dos eletrodos, antes de ser criada uma faísca sobre a folga.

[0027] Os eletrodos podem estar configurados de tal modo que a energia armazenada no capacitor de eletrodos, em um limite gerador de corona em qualquer um dos eletrodos, é substancialmente menor

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 12/39

8/26 do que a energia necessária para criar uma faísca sobre a folga dos eletrodos.

[0028] O primeiro eletrodo pode estender-se axialmente como um núcleo para um corpo cilíndrico, em geral alongado, de um material isolante, que compreende uma primeira e uma segunda extremidade; sendo que o primeiro eletrodo termina na primeira extremidade do eletrodo afastado para dentro da primeira extremidade do corpo; sendo que o corpo define um furo cego, que se estende da primeira extremidade do corpo e termina na primeira extremidade do primeiro eletrodo; e o segundo eletrodo está localizado em direção à primeira extremidade do corpo, desse modo, formando o capacitor de eletrodo entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo e, em uso, um segundo capacitor entre uma região de corona criada no furo e o segundo eletrodo.

[0029] Dentro do objetivo da presente invenção está incluído, ainda, um método para monitorar pelo menos um parâmetro associado a uma substância gasosa em uma câmara, sendo que o método compreende os passos de:

- utilizar um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, pelo menos um dos quais está exposto à substância e que, coletivamente, definem uma folga e formam um capacitor de eletrodo, para gerar uma corona no pelo menos um eletrodo;

- fazer com que a corona modifique um parâmetro elétrico em uma região do pelo menos um eletrodo, que é indicador de pelo menos um parâmetro de gás;

- fazer com que um sinal referente ao parâmetro elétrico seja detectado pelo circuito eletrônico ligado aos eletrodos;

e

- medir o sinal detectado pelo circuito, para monitorar o pelo menos um parâmetro de gás.

[0030] Os eletrodos podem formar parte de uma vela de ignição,

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 13/39

9/26 configurados de tal modo que a energia armazenada no capacitor de eletrodo, em um limite de descarga de corona em qualquer um dos eletrodos, é substancialmente menor do que a energia necessária para criar uma faísca sobre a folga; e o método pode compreender o passo de acionar os eletrodos com um sinal para gerar a referida corona ou para gerar a referida corona, antes de formar uma faísca sobre a folga. [0031] O sinal de tensão de tempo de subida rápida, que é um de uma margem de um pulso de tensão simples e uma margem de uma onda contínua. O tempo de subida do da tensão de tempo de subida rápida pode ser suficientemente alto para gerar uma corona positiva ou uma corona negativa em um ou nos dois eletrodos. O tempo de subida pode ser mais rápido do que 100 kV/ms.

[0032] Em outra forma do método, uma amplitude do sinal de tensão pode ser um de menor do que, igual a ou maior do que uma tensão de limite de corona positiva ou negativa da substância em uma região da folga dos eletrodos. A amplitude do sinal de tensão pode ser uma de menor do que, igual a e maior do que uma tensão de ruptura para a folga dos eletrodos.

[0033] O sinal pode ser realimentado a um lado primário de um transformador, um enrolamento secundário do qual está ligado a pelo menos um dos eletrodos e sendo que a medição é feita no lado primário.

[0034] O parâmetro de gás pode ser monitorado antes e/ou durante e/ou depois da ignição da substância.

[0035] O parâmetro de gás pode ser usado para determinar pelo menos um da regulagem e/ou da energia em uma faísca sobre a folga.

[0036] O parâmetro de gás pode ser qualquer um ou mais de pressão na câmara, composição da substância e posição de um pistão que se move na câmara.

[0037] O método pode compreender o passo de variar um nível de

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 14/39

10/26 energia de saída de um circuito de acionamento para os eletrodos, entre um primeiro nível inferior, apropriado para gerar a referida corona para as medições, para um segundo nível mais alto, para formar a faísca e transferir energia para ignição. O segundo nível de energia pode ser dependente dos resultados das medições.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DIAGRAMAS ANEXOS [0038] A invenção é explicada, agora, adicionalmente, apenas a título de exemplo, com referência aos diagramas anexos, nos quais [0039] figura 1 é uma representação em diagrama de um sistema de ignição de acordo com a invenção;

[0040] figura 2 é um diagrama de circuito de uma primeira modalidade de um circuito de acionamento de descarga de capacitor, que faz parte do sistema de acordo com a invenção, [0041] figuras 3(a) a 3(c) são formas de ondas de tensão nos pontos 3a, 3b e 3c nas figuras 6 e 2;

[0042] figura 4 é um diagrama de circuito de uma segunda modalidade do circuito de acionamento;

[0043] figura 5 é um diagrama de circuito de uma terceira modalidade do circuito de acionamento;

[0044] figura 6 é um diagrama de circuito de uma quarta modalidade do circuito de acionamento;

[0045] figura 7 é um corte axial através do sistema de ignição de acordo com a invenção, que mostra um transformador em maiores detalhes;

[0046] figura 8 é uma vista similar à figura 7 de outra modalidade do transformador;

[0047] figura 9 é um diagrama de bloco do sistema com otura modalidade do circuito de acionamento;

[0048] figura 10 é um diagrama mais detalhado do sistema na figura 9;

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 15/39

11/26 [0049] figuras 11(a), (b), (c) e (d) são formas de ondas de tensão e corrente em posições selecionadas nas figuras 9 e 10;

[0050] figura 12 é uma modalidade alternativa de parte do circuito de acionamento nas figuras 9 e 10; e [0051] figura 13 é uma representação em diagrama, parcialmente aberta, de uma vela de ignição alternativa.

DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE PREFERIDA DA INVENÇÃO [0052] Um sistema de ignição de acordo com a invenção está designado, em geral, pelo número de referência 10 na figura 1.

[0053] O sistema 10 compreende uma vela de ignição 12 alongada, com uma primeira extremidade 14, que define uma folga dos eletrodos 16 entre um primeiro eletrodo 18 e um segundo eletrodo 20 de alta tensão. Um terminal de conexão 22 para o primeiro eletrodo está previsto na segunda extremidade 24. O sistema 10 compreende, ainda, um circuito de acionamento 26 para a vela, circuito esse que será descrito mais detalhadamente abaixo.

[0054] A vela de ignição 12 e o circuito de acionamento 26 estão locados em uma carcaça 28 feita de um material apropriado, tal como um metal apropriado, para funcionar como uma gaiola de faraday. A carcaça é tubular em configuração. Uma parte metálica da vela, em direção à primeira extremidade 14 da mesma, e que também forma uma rosca para prender a vela no bloco do motor 30, estende-se para além de uma primeira extremidade 34 da carcaça 28, de modo que a folga fica exposta na primeira extremidade da carcaça e, em uso, a folga 16 está localizada na câmara de combustão 32. Na extremidade oposta ou segunda extremidade 36 da carcaça, está previsto um furo 38 para cabos (40, 42) (que serão descritos mais detalhadamente abaixo), que se estendem para o sistema 10.

[0055] Acredita-se que com o sistema independente, que compreende a gaiola 28, que contém e protege a vela 12 e o circuito de acio

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 16/39

12/26 namento 26, interferência eletromagnética emitida pelo circuito de ligação de alta tensão seja suprimida.

[0056] Acredita-se, ainda, que o sistema 10 de acordo com a invenção, que compreende uma vela de ignição 12 e um circuito de acionamento 26 para a mesma, localizados em uma única carcaça 28, também possa reduzir a complexidade abaixo do capô do veículo, eliminando o transformador central, conjunto de descarga de capacitor e cabos de alta tensão, que se estendem às velas de ignição distribuídas. Acredita-se que a manutenção possa ser simplificada.

[0057] Uma primeira modalidade do circuito de acionamento 26 (na forma de um circuito de descarga de capacitor) é mostrada mais detalhadamente na figura 2. O circuito 26 compreende um primeiro capacitor C2, ligado em série com um enrolamento primário 44 de um transformador local 46 e um dispositivo de energia de ligação rápida T1 ou 48. Um enrolamento secundário 50 do transformar está ligado ao primeiro eletrodo 18, que define a folga dos eletrodos 16 com o segundo eletrodo 20 ligado à terra.

[0058] O dispositivo de ligação de energia 48 pode compreender um dispositivo semicondutor de porta isolado de energia, tal como um MOSFET ou IGBT, e é acionado, de preferência, de acordo com o método de e com um circuito de acionamento de um tipo similar ao descrito no documento US 6,870,405 B1 do depositante, cujo teor está incorporado aqui por esta referência.

[0059] Tal como é melhor mostrado nas figuras 2 e 6, o circuito 26 utiliza um único MOSFET 48 para gerar uma tensão de algumas centenas de volts, para carregar o capacitor C2, bem como para ligar o capacitor C2 para gerar a tensão alto sobre a folga 16. Nas figuras 3(a) a 3(c), são mostradas formas de ondas de tensão nos pontos 3a na figura 6 e 3b e 3c na figura 2. Um pulso de tensão de curta duração, que é aplicado à porta do MOSFET 48 para carregar ou transferir

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 17/39

13/26 carga suficiente sobre a porta do MOSFET, para ligar o MOSFET, isto é, para um estado desejado de condutibilidade em um circuito de fonte de descarga do MOSFET, é mostrado na figura 3(a). Com referência, agora, particularmente, à figura 2, quando uma tensão de DC V1 é aplicada ao circuito pela primeira vez, o capacitor C2 é carregado para a tensão de estado estacionário V2=V1. Quando o MOSFET é ligado, o capacitor C2 descarrega através do transformador primário 44. A energia no capacitor C2 não só é dissipada em uma faísca de plasma na folga 16, mas também no transformador 46 e no transistor 48. Depois da descarga do capacitor, a tensão no capacitor C2 é praticamente zero. Enquanto o transistor 48 estiver ligado, a corrente através do indutor L3 aumenta, armazenando energia no indutor. Quando o transistor 48 é desligado, o capacitor C2 é carregado através do diodo D1 e do indutor L3. Enquanto a tensão V2 sobre o capacitor C2 for menor do que a tensão de abastecimento V1, a corrente através do indutor L3 continua a aumentar. Quando V2>V1, a corrente através do indutor diminui, enquanto toda a energia armazenada no indutor L3 é transferida para o capacitor C2. Quando a corrente no indutor L3 chega a zero, o capacitor C2 permanece carregado até que o transistor 48 seja novamente ligado. Tal como pode ser visto na figura 3©, o primeiro ciclo leva cerca de12 ms e, depois, o ciclo de descarga do capacitor pode ser repetido a cerca de cada 8 ms. A uma alta velocidade de revolução do motor, de, por exemplo, 6000 rpm, o motor gira a 46 ms por grau. Portanto, um número substancial dos ciclos acima mencionados pode ser completado, antes do ponto morto superior.

[0060] Se o MOSFET estiver ligado apenas por um período curto, praticamente nenhuma energia é armazenada no indutor L3. A tensão final V2 pode, então, ir para cerca dedo dobro da tensão de abastecimento V1. Se o MOSFET for mantido ligado por um período mais longo, uma tensão V2 mais alta do que 2*V1.

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 18/39

14/26 [0061] Em um protótipo do sistema 10, uma tensão de abastecimento V1 de 300 V é usada para carregar o capacitor para cerca de600 V. Se ainda tiver restado alguma energia no capacitor C2 quando o MOSFET 48 é desligado, depois da descarga do capacitor, a tensão V2 não chega a 2*V1. Isso pode ser compensado mantendo o MOSFET ligado por um período de tempo apropriado, de modo que energia suficiente possa ser armazenada no indutor L3.

[0062] O circuito 26 pode ser operado com uma tensão de abastecimento V1 tão baixa quanto 14V. Isso pode ser obtendo mantendo o MOSFET 48 ligado por tempo suficiente para armazenar energia suficiente no indutor L3, de modo que o capacitor possa ser carregado para 600V. Deve ser entendido que isso irá aumentar o período do ciclo.

[0063] Com referência à figura 4, se a energia armazenada no capacitor C2 não for suficiente para carregar a capacitância total do lado secundário para 30 kV, pode ser usado um diodo de alta tensão D2 no lado secundário do transformador 46. Para cada ciclo de descarga do capacitor, a vela de ignição ou capacitância do eletrodo Cs é carregada adicionalmente, até ser atingida a voltagem de ruptura. A capacitância da vela de ignição pode ser aumentada com um capacitor de alta tensão adicional (não mostrado) em paralelo, a fim de aumentar a energia transmitida ao plasma nos primeiros poucos nanossegundos.

[0064] Tal como mostrado na figura 5, o MOSFET 48 pode ser protegido contra sobretensão inversa adicionando um capacitor C3 e diodo D2. Isso também forma um caminho de transferência de energia adicional através do enrolamento secundário 50 ao plasma de faísca. Quando o MOSFET 48 está desligado, o capacitor C3 é carregado em paralelo com o capacitor C2, através do diodo D2. Quando o MOSFET 48 está ligado, a tensão V2 fica em zero, tornando V5 negativo. Depois de o plasma de faísca ser criado pela descarga do capacitor, o capacitor C3 é descarregado através do MOSFET 48, o enrolamento secunPetição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 19/39

15/26 dário 50 e o plasma de faísca, aquecendo adicionalmente o plasma. Essa segunda transferência de energia é eficiente, devido à baixa resistência do segundo enrolamento, é rápida, devido à baixa indutância secundária e também pode ser controlada com o MOSFET 48.

[0065] Com referência à figura 6 (que é uma execução da figura 2, usando ligação rápida do MOSFET), quando um sinal de distribuição 52, recebido por cabo óptico 40, inicia a condução através do transistor T3, o capacitor C1 começa a carregar através do resistor R1 da voltagem no capacitor C2. O capacitor C2 tem uma capacitância muito mais alta do que o capacitor C1. Quando a tensão em C1 atinge a tensão de avalanche do transistor T2, o transistor T2 é ligado, descarregando a carga em C1 sobre a porta do MOSFET 48, tal como descrito acima. Essa carga liga, então, o MOSFET 48 em menos de um nanossegundo. Uma descarga de capacitar ocorre então do capacitor C2, tal como descrito acima. Quando o MOSFET 48 está ligado, a tensão da porta é usada para ligar o transistor T4, após um tempo de retardamento ton. Depois, o transistor T4 puxa a tensão na porta do 48 para baixo, desse modo desligando o MOSFET 48. Quando o MOSFET 48 está desligado, o capacitor C2 carrega, tal como descrito acima, e todo o ciclo é repetido. O circuito 26 na figura 6 opera, portanto, como um circuito auto-oscilante pelo tempo em que o sinal de distribuição 52 é recebido por meio do cabo 40. Um filtro 60 pode estar previsto no cabo de abastecimento de tensão de DC 42 e localizado na carcaça 28, desse modo, suprimindo adicionalmente a interferência eletromagnética.

[0066] Ao usar velas de ignição conhecidas, é necessária uma energia de cerca de 5 mJ para carregar a capacitância da vela de ignição Cs, de cerca de10-15pF para 20kV-30kV. Essa energia também deve ser necessária para inflamar o combustível na câmara, desde que a mistura de combustível/ar não seja magra demais. Devido à caPetição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 20/39

16/26 pacitância parasita do segundo enrolamento 50, que nos sistemas conhecidos é bem mais do que 15 pF, substancialmente mais do que 5mJ de energia precisa ser fornecida ao circuito secundário. Na presente invenção, pode ser possível manter a capacitância parasita em abaixo de 15pF, o que implica no fato de que apenas um adicional de cerca de 5mJ é necessário para atingir a tensão de ruptura. Uma capacitância mínima C2 de cerca de 55nF a 600V é necessária, portanto, no lado primário do transformador 46, para fornecer os 10mJ ao secundário. O valor mínimo para a indutância L1 do enrolamento primário está limitado pela velocidade de ligação e capacidades de corrente máximas do dispositivo de ligação 48. Para o MOSFET 48 com circuito de acionamento associado, a velocidade de ligação ts< 1 ns, necessitando de L1>18 pH para evitar perdas de ligação. No protótipo acima mencionado, a capacidade de corrente máxima do MOSFET, que usa o método de acionamento e o circuito acima mencionados, é de cerca de 120A durante os 100 ns iniciais. Isso dá um valor de limite inferior para a indutância de L1>1,4 pH e para a indutância secundária, de K2 > 3,5 mH. A capacidade de corrente máxima, acima mencionada, estabelece, portanto, o valor do limite inferior para a indutância L1, que é substancialmente mais baixo do que o exigido pelas velocidades de ligação da tecnologia de SCR conhecida.

[0067] Acredita-se que o sistema de acordo com a invenção seja mais eficiente em energia do que os sistemas conhecidos. Devido ao tempo de ligação rápido do MOSFET 48, as indutâncias associadas ao transformador 46 podem ser reduzidos, o que resulta no fato de que o comprimento do fio é reduzido e, consequentemente, o tamanho do transformador e da resistência do indutor. Espera-se que isso resulte em um comprimento de fio secundário de poucas dezenas de metros (comparados a alguns quilômetros de fio usados nos transformadores de descarga de capacitor), com uma resistência de menos de 1 Ω, de

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 21/39

17/26 preferência, menos de 100 Ω, de modo particularmente preferido, menos de algumas dezenas de ohms, tais como menos de 50 Ω, ou menos de 20 Ω, e até menos de 10 Ω. Como a resistência secundária é menor do que a resistência do plasma de faísca, a maior parte de energia é transferida para o plasma.

[0068] Devido à indutância secundária baixa e comprimento de fio relativamente curto, a frequência de auto-ressonância do lado secundário é esperada como sendo mais alta do que 10 kHz, de preferência, mais alta do que 100 kHz, ainda de preferência, mais alta do que 500 kHz e, de modo especialmente preferido, mais alta do que 1 MHz. A frequência de ressonância do lado secundário é mais baixa do que a frequência de auto-ressonância, e está limitada pela perda do material de núcleo do transformador. Com um tipo de núcleo de ferrita, a frequência de ressonância do lado secundário pode ser de entre 500 kHz e 1 MHz.

[0069] Com referência, agora, às figuras 7 e 8, onde são mostradas duas modalidades do transformador 46. O enrolamento primário 44 compreende dez voltas de fio de cobre grosso, o enrolamento secundário 50 compreende 400 voltas de fio de cobre de 0,1 mm (em torno de 10 m de fio) e o núcleo de transformador 47 compreende uma barra de ferrita 64 e um tubo de ferrita externo 66. O enrolamento primário tem uma indutância de 2-4 pH. Um acoplamento fraco é realizado localizando o enrolamento primário em direção a uma extremidade da barra 64, tal como mostrado na figura 7, ou adicionando um indutor toroidal 68 em série com o enrolamento primário 44, tal como mostrado na figura 8. O toróide pode ter um núcleo 92, que compreende material não-magnético, ou pode compreender parte do núcleo do transformador. O acoplamento entre o enrolamento primário 44 e o enrolamento secundário 50 do transformador 46 pode ser de menos de 80% (isto é, k<0,8), alternativamente, k<0,6, ainda alternativamente, k<0,4,

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 22/39

18/26 ou, além disso, alternativamente, k<0,2. O enrolamento secundário pode compreender uma única camada de enrolamento, tal como mostrado na figura 7, alternativamente, ele pode compreender mais de uma camada, tal como mostrado na figura 8. Camadas paralelas reduzem a resistência, enquanto conservam a mesma indutância, relação de enrolamento e núcleo. O enrolamento secundário tem uma resistência de cerca de 20 Ω para uma camada e uma resistência de cerca de 10 Ω para uma camada dupla, uma indutância de 3 mH e uma frequência de auto-ressonância de cerca de 500 kHz. Tal como citado, a indutância do enrolamento secundário é, de preferência, menor que 250 mH, de preferência, menor que 100 mH, de preferência, menor que 50 mH, ainda de preferência, menor que 20 mH, de modo particularmente preferido, menor que 10 mH, ainda de modo particularmente preferido, menor que 3 mH e, de modo especialmente preferido, menor que 1 mH. Material de ferrita pode ser adicionado em uma das duas extremidades do transformador, ligando magneticamente a barra interna 64 e o tubo externo 66.

[0070] Uma segunda modalidade do circuito de acionamento 26 é mostrada mais detalhadamente na figura 9. Nessa modalidade, o enrolamento primário 44 do transformador 46 está ligado a um oscilador de energia 56. Esse oscilador 56 está ligado a uma fonte de energia 58, todos dentro da carcaça 28. A fonte de energia pode ser conectada por meio do cabo 42 à fonte de tensão de DC fora da carcaça e o oscilador tem uma ligação de entrada de ativação por meio do cabo 40 para o exterior da carcaça. O enrolamento secundário 50 do transformador 46 está acoplado fracamente ao enrolamento primário 44. O enrolamento secundário 50 está ligado em série com a vela de ignição 12 e a fonte de energia 58. A indutância do enrolamento secundário, a capacitância e a capacitância da folga dos eletrodos forma um circuito de ressonância de LC com uma determinada frequência de ressonância.

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 23/39

19/26

O transformador 46 pode ter um núcleo 47 com uma histerese quadrada, o que significa que o enrolamento secundário tem uma indutância relativamente alta para uma corrente baixa, mas a uma determinada corrente mais alta, a indutância subitamente torna-se muito menor.

[0071] A figura 10 mostra uma outra modalidade do circuito de acionamento de adição harmônico, onde dois MOSFETs de energia 60, 62 são usados no oscilador de energia 56. Um oscilador 64, que começa a oscilar quando recebe uma ativação, está acionando a porta dos MOESFETs 60, 62 através de um transformador 66. A fonte de energia 58 compreende dois capacitores de armazenamento de energia C5 e C6. A fonte de energia 58 está ligada por cabo 42 a um abastecimento de energia limitado de tensão e/ou corrente 67 externamente à carcaça 28.

[0072] As modalidades nas figuras 9 e 10 são explicadas com referência às formas de ondas de tensão e corrente, mostradas nas figuras 11 (a) a (d). Alguma energia é armazenada na fonte de energia 58 pelo abastecimento externo de tensão constante ou corrente constante 67. Quando uma ativação externa é recebida por meio da entrada 42, o oscilador de energia começa a oscilar à frequência de ressonância secundária, tal como mostrado em 100 na figura 11(a). Devido ao acoplamento fraco entre o enrolamento primário e secundário, durante cada ciclo alguma energia é transferida ao circuito de ressonância secundário. A energia na fonte de energia 58 diminui com cada ciclo, tal como mostrado em 102 na figura 11(b), enquanto uma tensão de AC sobre a folga dos eletrodos 16 aumenta, tal como mostrado em 104 na figura 11(c). O circuito comporta-se de modo similar a um circuito ressonante de série que está acionado em sua frequência de ressonância. Quando, depois de alguns ciclos da oscilação, a tensão de ruptura da folga dos eletrodos 16 é alcançada, praticamente toda energia que foi transferida para o lado secundário é dissipada na folga dos eletro

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 24/39

20/26 dos. Depois da ruptura, o oscilador pode continuar oscilando e, com isso, ainda transferir energia através do transformador 46 à faísca. Essa transferência de energia é bastante eficiente, devido à baixa resistência do enrolamento secundário 50. Assim que um plasma é formado entre os eletrodos de faíscas, a fonte de energia 58 gera outra corrente, diretamente através do plasma e do enrolamento secundário 50. Como a indutância do enrolamento secundário está na ordem de 1mH, a corrente aumenta a uma razão de cerca de 0,5 A/ps. Se o núcleo 47 ficar saturado depois de poucos microssegundos, a indutância do enrolamento secundário 50 torna-se menor, tal como citado acima. A corrente aumenta, então, mais rapidamente (mais de 3A/ps), tal como mostrado em 106 na figura 11(d). Se a faísca for de algum modo apagada, o oscilador automaticamente gera novamente uma alta voltagem para manter a faísca. Energia é, portanto, transferida para a faísca, até que a fonte de energia 58 esteja esgotada.

[0073] Se a tensão de ruptura for atingida dentro de cerca de 4 ciclos, a frequência do oscilador não precisa ser a frequência de ressonância secundária exata, mas pode diferir em alguns por cento. Isso torna desnecessária a realimentação do lado secundário ao oscilador e deixa tolerância suficiente para variação na frequência de ressonância, devido a variações de temperatura e diferentes modelos de velas de ignição.

[0074] Tal como ilustrado na figura 12, um indutor 68 e um capacitor 94 podem ser adicionados em série com o enrolamento primário 44. A finalidade principal dessa introdução é proteger o circuito de acionamento harmônico 56 contra pulsos de retorno de energia de alta frequência. Também torna possível reduzir a relação de enrolamento e reduzir o número de voltas para o enrolamento secundário 50 do transformador de alta tensão 46.

[0075] Como, no acionamento de adição harmônico, uma quanti

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 25/39

21/26 dade menor de energia é transferida durante cada ciclo do que nos sistemas de ignição de descarga de capacitor (CDI) convencionais, indutância secundária e resistência menores são possíveis para o mesmo dispositivo de ligação. Esse acionamento torna possível diminuir a relação de enrolamento do transformador 46 para menos de 1:25 com um dispositivo de ligação 48 de 600 V, que em um sistema de CDI convencional necessitaria de uma razão de mais de 1:50. Isso torna possível reduzir a indutância secundária com outro fator de 4, que também diminui a resistência secundária e aumenta a frequência de auto-ressonância. Uma vantagem adicional é que o circuito de acionamento está protegido contra realimentação de pulsos de alta energia no lado secundário, devido ao acoplamento fraco.

[0076] Com referência à figura 13, também é posta à disposição uma vela de ignição alternativa. A vela de ignição 70 alternativa compreende um corpo 72 de cerâmica alongado, em geral cilíndrico, com uma primeira extremidade 74 e a uma segunda extremidade 76. Um primeiro eletrodo 80 estende-se como núcleo centralmente ao longo do corpo e termina na primeira extremidade 82 do mesmo a uma distância d da primeira extremidade 74. Uma segunda extremidade do primeiro eletrodo 80 está ligada eletricamente a um contato ou terminal 84 na segunda extremidade 76. Um segundo eletrodo 78, localizado em direção à primeira extremidade do corpo pode ser roscada. A vela define, portanto, um furo cego 86, que se estende da primeira extremidade 74 da mesma e termina na primeira extremidade 82 do primeiro eletrodo. Um elemento anular 88, que define um furo central 90 reveste a extremidade 74 do corpo e está em contato elétrico com o segundo eletrodo. O furo 86 pode ou não ter uma área de secção transversal uniforme ao longo de seu comprimento. Por exemplo, o furo 86 pode estreitar-se em qualquer direção. A área de seção transversal do furo 90 pode ser igual, maior ou menor do que a do furo 86.

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 26/39

22/26 [0077] A vela de ignição 70, portanto, compreende ou forma, em uso, um primeiro capacitor de eletrodo entre o primeiro eletrodo 80 e o segundo eletrodo 78, 88 e um segundo capacitor de corona entre uma região de corona criada, em uso, tal como é descrito abaixo, no furo e no segundo eletrodo 78, 88.

[0078] O corpo de cerâmica 72 pode ser mais grosso (ter um diâmetro externo maior) em torno do primeiro eletrodo 80 do que em torno do furo 86. Isso torna a capacitância do eletrodo menor do que a capacitância de corona. O exterior do corpo de cerâmica e/ou dentro do segundo eletrodo 78 condutor pode estar estreitado para aumentar ou diminuir a capacitância em direção a qualquer extremidade do furo.

[0079] Quando uma tensão é aplicada ao primeiro eletrodo 80, a intensidade do campo elétrico dentro do furo 86 é muito mais alta na extremidade 82 do primeiro eletrodo do que no resto do furo. Isso torna possível aplicar um pulso de alta tensão, de tal modo que o campo elétrico no furo no primeiro eletrodo seja suficientemente alto para formar uma descarga de corona, mas o campo elétrico sobre o restante do furo esteja bem abaixo da ruptura.

[0080] Quando uma tensão desse tipo é aplicada, ocorre uma descarga de corona na extremidade 82. Se a voltagem aplicada for mantida, a corona efetivamente prolonga o primeiro eletrodo na direção da primeira extremidade 74 do corpo e o campo elétrico no restante do furo aumenta. Efetivamente, o plasma cresce da extremidade 82 do primeiro eletrodo em direção ao segundo eletrodo 88, quando o capacitor de corona é carregado. Quando mais alta for a capacitância de corona, tanto mais lentamente a corona cresce. Quando a corona chega perto do eletrodo 88 ligado à terra, o campo elétrico pode atingir a intensidade do campo elétrico de ruptura e uma faísca pode formar-se.

[0081] Como a descarga de corona dissipa energia, energia precisa ser fornecida ao primeiro eletrodo para manter a corona crescendo.

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 27/39

23/26

Se a energia armazenada no capacitor de eletrodo e o circuito secundário for inadequada para carregar o capacitor de corona, a corona cresce apenas por uma distância e depois se extingue. Se mais energia for fornecida, ela pode ser suficiente para fazer a corona crescer, até que seja criada uma faísca, mas ainda pode ser menos do que a energia de ignição mínima necessária.

[0082] Depois de cada descarga de corona, a quantidade de energia perdida na corona pode ser usada para obter informações sobre a temperatura, pressão e composição do gás dentro do furo, sem inflamar o gás, tal como é descrito abaixo. Mais particularmente, a corona causa separação de carga, o que altera os parâmetros elétricos do gás. A quantidade de energia perdida na corona e a mudança nos parâmetros elétricos podem ser usadas para obter as informações citadas acima.

[0083] Quando ainda mais energia for fornecida à vela de ignição e dissipada ao aquecer o plasma condutor entre os eletrodos, o gás começa a inflamar-se, expande-se rapidamente e se desloca para dentro da câmara de gás, inflamando o gás. A transferência de energia precisa, de preferência, ser suficientemente rápida para transferir a maior parte da energia antes de o plasma deslocar-se para fora do furo.

[0084] Se a energia fornecida não for suficiente (ou o pulso de tensão for curto demais) para criar uma faísca, uma quantidade de energia é perdida, o que depende da pressão/temperatura/composição de gás na câmara 32, mostrada na figura 1, com um pistão 33 móvel. Depois de um ciclo de descarga de capacitor, tal como descrita acima, pelo menos parte da energia restante é transferida ou realimentada ao lado primário do transformador 46, e pode ser medida no capacitor C2, depois de o MOSFET 48 ser desligado. Se for usado o acionamento de adição harmônico, acima mencionado, a quantidade de energia

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 28/39

24/26 transferia ou realimentada à fonte de energia 58 também pode ser medida. Porém, só é possível medir no lado primário a perda de energia na corona, se a perda de energia no enrolamento secundário não for grande demais. Os circuitos de acionamento acima também são necessários para usar de modo otimizado a vela de ignição alternativa para combustão, pois a indutância secundária baixa torna possível um tempo de subida de tensão rápida para descarga de corona sob circunstâncias diferentes.

[0085] Se uma tensão for fornecida nos eletrodos depois de ser gerada a corona e que é pequena demais para manter a corona, a corona se extingue e a carga que é separada pela corona move-se para os eletrodos devido à tensão fornecida. Esse movimento de carga entre os eletrodos causa uma corrente no circuito secundário, que pode ser medida para dar uma indicação da pressão do gás ou da composição de gás na câmara.

[0086] Se o comprimento do furo d for aumentado, a tensão de ruptura aumenta, mas a tensão de limite de ionização, à qual se inicia a corona, permanece substancialmente a mesma. A energia armazenada no capacitor de eletrodo na tensão de ionização, desse modo, permanece a mesma, mas a energia necessária para criar uma faísca e a energia necessária para inflamar o gás aumentam.

[0087] Aumentando d, é possível, portanto, fazer uma vela de ignição de tal modo que a energia armazenada no capacitor de eletrodo na tensão de ionização seja menor do que a energia necessária para criar uma faísca e também menor do que a energia necessária para inflamar o gás.

[0088] Portanto, a vela de ignição pode ser configurada de tal modo que a energia armazenada no capacitor de eletrodo a um limite de descarga de corona, em qualquer um dos eletrodos, é substancialmente menor do que a energia necessária para criar uma faísca sobre a

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 29/39

25/26 folga dos eletrodos; e o método pode compreender o passo de acionar os eletrodos com um sinal de tensão para gerar a referida corona, ou para gerar a referida corona, antes de formar uma faísca sobre a folga dos eletrodos.

[0089] O sinal de tensão pode ser um sinal de tensão de tempo de subida rápida, que é um de uma margem de um único pulso de tensão e uma margem de uma onda contínua. O tempo de subida da tensão de tempo de subida rápida pode ser suficientemente alto para gerar uma corona positiva ou negativa em um ou nos dois eletrodos. O tempo de subida pode ser mais rápido do que 100kV/ms.

[0090] Em outra forma do método, uma amplitude do sinal de tensão pode ser um de menor que, igual a e maior do que uma tensão de limite de corona positiva ou negativa da substância na região da folga dos eletrodos.

[0091] O método pode compreender o passo de variar um nível de energia de saída de um circuito de acionamento para os eletrodos entre um primeiro nível inferior, apropriado para criar uma descarga de corona para as medições, a um segundo nível mais alto, para formar uma faísca e transferir energia para ignição. O segundo nível de energia pode ser dependente dos resultados das medições. Portanto, um período de tempo entre a criação da corona e a formação da faísca pode ser indefinido, pelo fato de nunca ser criada uma faísca, ou pode ser selecionável.

[0092] Esses dados medidos podem ser usados para determinar um ou mais de pressão da câmara, posição do pistão, parâmetros de pré-combustão, parâmetros de combustão e parâmetros de póscombustão na câmara, para abrir possibilidades tais como distribuição aperfeiçoada, controle da transferência de energia aperfeiçoado, informações de sistema para possíveis fins de controle do motor e distribuição automática.

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 30/39

26/26 [0093] Um método de distribuição automática é usar as múltiplas descargas de corona de baixa energia e medir a razão de mudança de energia transferida de volta para o lado primário. Quando o gás está próximo à compressão máxima, a razão de mudança torna-se pequena. Quanto a razão de mudança é menor do que um limite, o gás é inflamado.

[0094] Esses sistemas e métodos de controle podem ser executados usando os circuitos de acionamento acima, o transformador de alta frequência, de perda baixa, e uma vela de ignição apropriada. O nível de energia do circuito de acionamento pode ser ajustável ou variável entre um primeiro nível de energia mais baixo, no qual é criada uma descarga de corona para medições, tal como descrito acima, e um segundo nível mais alto, no qual o gás é inflamado. O controle e a medição de energia podem ser feitos por um circuito de controle localizado dentro da carcaça 28. O controlador pode ser integrado com o circuito de acionamento. Isso elimina a necessidade de um ativador 40 externo ligado à carcaça. Também pode eliminar outros mecanismos que são usados atualmente para detectar a posição do pistão, para determinar o tempo de faísca. O controlador pode compreender um microprocessador e disposição de memória associada, na qual os dados referentes a um tempo/duração de faísca e/ou níveis de energia e/ou potência para diferentes condições de câmara de combustão podem ser armazenados. O controlador pode ser ligado a ou fazer parte de um sistema de gerenciamento de energia central.

[0095] Sistemas de controle mais sofisticados podem ser usados para calcular o tempo/duração da faísca e energia, com base em medições da câmara de combustão. A duração de tempo de faísca e energia otimizados para diferentes condições de câmaras de combustão podem ser medidas antecipadamente para um determinado motor e programados no controlador.

Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 31/39

1/3

Claims (13)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para monitorar pelo menos um parâmetro associado a uma substância gasosa em uma câmara (32), sem inflamar a substância gasosa, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas de:

   utilizar um primeiro eletrodo (18) e um segundo eletrodo (20), pelo menos um dos quais é exposto à substância e que, coletivamente, definem uma folga (16) e formam um capacitor de eletrodo, para gerar uma corona no pelo menos um eletrodo;

   fazer com que a corona modifique um parâmetro elétrico em uma região do pelo menos um eletrodo, que é indicador de pelo menos um parâmetro de gás;

   fazer com que um sinal referente ao parâmetro elétrico seja detectado pelo circuito eletrônico ligado aos eletrodos;

   e medir o sinal detectado pelo circuito, para monitorar o pelo menos um parâmetro de gás.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os eletrodos fazem parte de uma vela de ignição (12), configurada de tal modo que a energia armazenada no capacitor de eletrodo, em um limite de descarga de corona em qualquer um dos eletrodos, é substancialmente menor do que a energia necessária para criar uma faísca sobre a folga (16); e que compreende a etapa de acionar os eletrodos com um sinal para gerar a referida corona, ou para gerar a referida corona antes de formar uma faísca sobre a folga (16).
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sinal é um sinal de tensão de tempo de subida rápida, que é um de uma margem de um pulso de tensão simples e uma margem de uma onda contínua.
4. 4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado

   Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 32/39

   2/3 pelo fato de que o tempo de subida da tensão de tempo de subida rápida é suficientemente alto para gerar uma corona positiva ou negativa em um ou nos dois eletrodos.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o tempo de subida é mais rápido do que 100 kV/us.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a amplitude do sinal é ou menor do que, ou igual a ou maior do que uma tensão de limite de corona positiva ou negativa da substância em uma região da folga dos eletrodos (16).
7. 7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a amplitude do sinal de tensão é ou menor do que, ou igual a ou maior do que uma tensão de ruptura para a folga dos eletrodos (16).
8. 8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o sinal é realimentado a um lado primário (44) de um transformador (46), um enrolamento secundário (50) do qual está ligado a pelo menos um dos eletrodos e em que a medição é feita no lado primário (44).
9. 9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de gás é monitorado antes e/ou durante e/ou depois da ignição da substância.
10. 10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de gás é usado para determinar pelo menos um dentre: a regulagem e a energia em uma faísca sobre a folga (16).
11. 11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de gás é pelo menos um dentre: a pressão na câmara (32), a composição da substância e a posição de um pistão (33) que se move na câmara (32).
12. 12. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado

    Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 33/39

    3/3 pelo fato de que compreende a etapa de variar um nível de potência de saída de um circuito de acionamento (26) para os eletrodos, entre um primeiro nível inferior, apropriado para gerar a referida corona para as medições, e um segundo nível mais alto, para formar a faísca e transferir energia para ignição.
13. 13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o segundo nível de potência é dependente de resultados das medições.

    Petição 870180134630, de 26/09/2018, pág. 34/39

    1/8