對射頻點火系統中的諧振器的諧振頻率的最佳控制的製作方法

2023-11-06 02:27:17

專利名稱：對射頻點火系統中的諧振器的諧振頻率的最佳控制的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及火花塞的兩個電極之間的等離子生成系統，其特別 地用於內燃機燃燒室中的混合氣體的受控射頻點火。
背景技術：
對於這種利用等離子生成的機動車輛點火應用，包括火花塞線圏的等 離子生成電路被用來產生其電極之間的多燈絲放電，從而引發引擎燃燒室 內地混合氣體的燃燒。這裡所稱的多火花塞在以本申請人的名義提交的下
列專利申請中有所描述FR 0310766、 FR 0310767和FR 0310768。
參考圖1，這種火花塞線圏通常用諧振器1來模仿，其諧振頻率Fc大 於1 MHz並且通常接近於5 MHz。位於火花塞處的諧振器串聯地包括電阻 R、電感L和電容C。火花塞線圏的點火電極10和12連接到電容C的端 子。
當諧振器以其諧振頻率Fe (1/2nV(T^))而^皮高電壓啟動時，電容C
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在釐米級的距離內實現火花塞電極之間的多燈絲放電，
所產生的火花因而稱為"分支火花"，它們所牽涉的給定體積內的至 少幾個電離線路或路徑的同時生成越多，它們的分支就變得越來越全方向。
這個對於射頻點火的應用需要使用電源，該電源能夠以與火花塞線圏
的射頻諧振器的諧振頻率十分接近的頻率來產生通常約為100 ns的電壓脈 沖，其能夠達到約lkV的振幅。諧振器的諧振頻率與電源的工作頻率之差 越大，諧振器的過電壓係數(其輸出電壓與其輸入電壓的振幅之比)就變 得越高。圖2和2a示意性地示出了這種電源。圖2也在專利申請FR0310767 中被詳細描述。電源通常使用"E類功率放大器"的構造。這種DC/AC轉 換器可以#1用來生成具有上述特性的電壓脈衝。
根據圖2的實施例，電源包括電源電路2，該電路2還具有功率 MOSFET電晶體M，該電晶體用作開關以控制連接到電源電路輸出端的 等離子生成諧振器1端子的切換。
電源電路的控制設備5生成控制邏輯信號VI並且以與諧振器1的諧 振頻率基本相等的頻率將這個信號施加於功率MOSFET電晶體M的柵 極。
由電源電路2和諧振器1組成的射頻點火系統由以控制信號VI所限
定的頻率的電源電壓Vinter來啟動，所述電源電壓被j殳計成由開關M施加
於供電電路的輸出端。
電源電壓Vinter具體地經由並聯諧振電路4而被提供，所述並聯諧振電 路包括與電容Cp並聯的電感Lp並且連接在以電源電壓Vinter充電的電源 電路的電容Cb與開關M的漏極之間。以電源電壓V^er充電的電容Cb 特別用於在點火命令時穩定電流。
圖2a示出了圖2的電源的變型，其具有變壓器T,該變壓器提供電流 隔離以避免次級上的接地問題，電感Lp因而構成變壓器的初級。這個變 壓器具有約為1.5至2的低增益。
接近於其諧振頻率，並聯諧振器4將電源電壓Vj咖轉換成放大的電壓 Va，這相應於電源電壓乘以並聯諧振器的Q因子。因此，放大的電源電壓 Va在開關電晶體M的漏極處被施加在電源電路的輸出端上。
開關M然後以控制信號VI所限定的頻率而將放大的電源電壓Va施 加在電源的輸出端上，所述頻率應當儘可能接近於火花塞線圏的諧振頻率。 在實踐中，當有點火命令時，為了能夠將射頻點火系統設置成諧^^^莫式並 且因而將能量最大化至構成火花塞線圏的諧振器的傳送，所述火花塞線圏 必須基本上以其諧振頻率而被控制。

發明內容
本發明的目的是確定這個射頻火花塞線圏的最佳諧振頻率，從而達到 在火花塞線圏的這個諧振頻率的最佳控制。
本發明因而提出一種用於射頻點火系統的電源設備，其包括電源電路， 該電源電路被配置成將以由電源電路的控制設備提供的控制信號所限定的 頻率的電源電壓施加於連接到等離子生成諧振器的輸出端，其特徵在於，
所述控制設備包括
-用於接收關於確定最佳控制頻率的請求的接口，
-用於接收測量所述電源電路的電容端子的電壓的信號的接口，
-用於確定最佳控制頻率的模塊，其被配置成當收到請求時針對連續
的點火命令而連續提供不同的控制頻率給所述電源電路並且根據經由所述 接收接口而收到的測量信號來確定最佳控制頻率。
優選地，所述用於確定最佳控制頻率的模塊被配置成與等離子生成諧 振器的諧振頻率基本上相等的最佳控制頻率。
根據一個實施例，所述電源電路包括由控制信號控制且連接到所述輸 出端的開關。
優選地，所述電源電路的電容在每個點火命令開始時以電源電壓而被 充電。
有利地，所述用於確定最佳控制頻率的模塊被配置成比較在點火命令 開始時電源的電容端子處的電壓值與點火命令結束時電源的電容端子處的 電壓值之間的兩個連續的偏差值，從而在該連續的偏差值之差具有第一符 號(sign)的情況下在第一方向中修改控制頻率並且在該連續值之差具有 第二符號的情況下確定前一控制頻率是最佳控制頻率。
本發明還涉及一種射頻點火設備，其包括根據前述任一權利要求的電 源設備和連接到所述電源設備的輸出端的等離子生成諧振器。
有利地，所述等離子生成諧振器適合下列實現之一中的點火受控內 燃機點火、微:粒過濾器中的點火、空氣調節系統中的淨化點火。


參考附圖，通過閱讀下面作為說明性而非限制性實例所給出的描述，
本發明的其他特徵和優點將變得更明顯，其中
-圖1示出了模仿等離子生成射頻火花塞線圏的諧振器； -圖2示出了用於控制圖1的火花塞線圏的諧振器的電源； -圖2a是圖2的電源的變型；
-圖3是用於確定火花塞線圏的諧振頻率的示例性算法。
具體實施例方式
如所了解的那樣，對於能夠實現的點火，必須確定控制信號VI的最 佳控制頻率從而控制開關M將高電源電壓施加於與諧振器1相連的電源電 路的輸出端。用於將電源電壓施加於等離子生成諧振器的最佳控制頻率是 儘可能接近於諧振器諧振頻率的控制頻率。
為達到這個目的，電源的控制設備5包括用於確定最佳控制頻率的模 塊53，該模塊用於當在為此而提供的接口 52上收到關於確定最佳控制頻 率的請求時確定並提供這個最佳控制頻率給模塊54，該模塊54在與開關 M的柵極相連的控制設備輸出接口 55上以所確定的頻率遞送控制信號 VI。開關M然後以適當限定的頻率將高電壓施加於與等離子生成諧振器 相連的電源電路的輸出端。
下面是對用於當收到關於確定最佳控制頻率的請求時確定由控制設備 施加的最佳控制頻率的過程的詳細描述。
Teb(t)是電容Cb的端子處的隨時間變化的電壓。
在時刻t=0，控制信號VI ^皮施加於開關M的控制柵極，這因而使之 能夠以控制信號VI所限定的頻率而將高電壓施加於火花塞線圏的諧振器 端子。
在時刻t=D，在將高電壓施加於火花塞線圏的諧振器端子一個時期D 之後，在火花塞線圏的電極之間產生火花。
當發出點火命令時，若且唯若偏差ATcb最大時，才以其諧振頻率驅動
7火花塞線圏的射頻諧振器，其中所述偏差是在點火開始時電源電路的電容
Cb端子的電壓值Tcb (0)(即在時刻t=0，當將控制信號VI施加於開關M 的控制柵極時)與點火結束時的電壓值Teb (D)(即在施加控制信號VI的 時期D之後，在該時期末尾在火花塞電極之間產生火花)之差。優選地， 上述用於計算ATeb的電壓值是平方值。
換句話說，若且唯若滿足以下條件時才以其諧振頻率驅動射頻等離子 生成諧振器1: ATd^([Tcb(0)2畫[Tcb(D)2)為最大。
因此，當連續點火時，用於確定最佳控制頻率的模塊53經由用於接收 這種測量信號的接口 51在點火開始時和結束時對電源的電容Cb端子的電 壓進4亍電測量。
當連續點火時，將基於上面已解釋的且將在下文更詳細說明的原理來 使用在點火開始和結束時對電容Cb端子的電壓值的電測量，從而確定用 於驅動等離子生成諧振器的最佳控制頻率，該最佳控制頻率基本上對應於 諧振器的諧振頻率。最佳控制頻率因而在射頻點火設備的正常工作階段被 存儲且被用作開關M的控制頻率，在該正常工作階段期間必須在火花塞線 圏的電極之間產生等離子。
等離子生成設備可以包括等離子生成諧振器，其適於執行受控的內燃 機點火、微粒過濾器中的點火或空氣調節系統中的淨化點火。
圖3示出了用於確定與諧振器的諧振頻率相對應的最佳控制頻率的示 例性算法。
在步驟101,執行檢查以確保已接收關於確定諧振器的諧振頻率Fc的 請求。
在缺乏這種請求的情況下，所述算法進行到步驟109並且通過使用最 佳控制頻率以通過開關M將高電壓施加於諧振器1、來由諧振器1生成等 離子。開關M然後被控制以將合適的電壓施加於諧振器1從而以現有技術 已知的方式生成等離子。
當存在關於找到諧振頻率的請求時，電源的電容Cb以電壓Teb (O)而 被充電，所述電壓被設計成在步驟102通過開關M被施加於諧振器1以控制點火。這個電壓以預定控制頻率Ftemp而被施加，該頻率例如4皮選擇成 等於與射頻等離子生成諧振器的最小控制頻率相對應的Fmin。
在步驟103，在以頻率Ftemp將控制信號VI施加於開關M的控制柵 極的時期D之後，測量電源的電容Cb的端子的電壓Teb(D)。
在步驟104,根據通過接收接口而接收的測量信號Teb (O)和Tcb (D)來 計算在點火開始時電容Cb端子處的電壓Teb (O)的平方與點火結束時電容 Cb端子處的電壓Teb(D)的平方之間的偏差ATeb並將其與參考ATref相比 較，該參考的初始值例如針對在步驟102所執行的這個參考而在初始化階 段被選擇成等於0。
如果所計算的偏差ATcb超出參考ATref，則首先用之前在步驟105中 計算的值ATeb來更新該參考ATref。
在步驟106也執行檢查以確保控制頻率的當前值Ftemp小於與射頻等 離子生成諧振器的最大控制頻率相對應的Fmax。如果值Ftemp未超出 Fmax，則在步驟107中用特定的頻率階躍(step) AF來增加控制頻率值 Ftemp 。
對於與計算用來增加控制頻率當前值的頻率階躍有關的更多細節，讀 者可以參考以本申請人名義提交的法國專利申請FR 0512769的內容。 然後以Ftemp和ATref的新的值來重複步驟102至104。 在步驟104中，當已確定偏差ATcb小於參考ATref時，確定諧振器的 最佳控制頻率是前一控制頻率。在步驟108，用其前一個值來更新控制頻 率並且將諧振器的最佳控制頻率設置成這個值，該值因而基本上對應於等 離子生成諧振器的諧振頻率Fc的值。
如此確定的最佳控制頻率Fe因而可以在步驟109中用來生成等離子。 由控制設備5的模塊53所應用的上述算法因而可以被用來獲得在等離 子生成諧振器的諧振頻率上的最佳控制。
權利要求
1.一種用於射頻點火系統的電源設備，包括電源電路(2)，該電源電路被配置成將在由該電源電路的控制設備(5)提供的控制信號(V1)所限定的頻率上的供電電壓施加於連至等離子生成諧振器(1)的輸出端，所述電源電路包括並聯的諧振電路(4)，該諧振電路連接在所述電源電路的電容(Cb)與由所述控制信號(V1)控制且連至所述輸出端的開關電晶體的漏極之間，其特徵在於，所述控制設備包括-用於接收關於確定最佳控制頻率的請求的接口(52)，-用於接收測量所述電源電路(2)的電容(Cb)端子的電壓的信號的接口(51)，-用於確定所述最佳控制頻率的模塊(53)，其被配置成當接收請求時針對連續的點火命令而連續地提供不同的控制頻率給所述電源電路，並且根據經由所述接收接口而接收的測量信號來確定最佳控制頻率。
2. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述用於確定 所述最佳控制頻率的模塊被配置成確定與所述等離子生成諧振器 的諧振頻率基本上相等的最佳控制頻率。
3. 根據權利要求1或2所述的設備，其特徵在於，在每次點 火命令開始時以電源電壓對所述電源電路的電容(Cb)充電。
4. 根據前述任一權利要求所述的設備，其特徵在於，所述用 於確定所述最佳控制頻率的模塊(53)被配置成比較在點火命令 開始時所述電源的電容(Cb)端子處的電壓值與點火命令結束時 所述電源的電容(Cb)端子處的電壓值之間的兩個連續的偏差值， 從而在所述連續的偏差值之差具有第一符號的情況下在第一方向 中修改控制頻率，並且在所述連續的值之差具有第二符號的情況 下確定前一控制頻率是最佳控制頻率。
5. —種射頻點火設備，包括根據前述任 一 權利要求的電源設 備和連至該電源設備的輸出端的等離子生成諧振器(1)。
6. 根據權利要求6所述的射頻點火設備，其中，所述等離子 生成諧振器適合以下實現之一中的點火受控的內燃機點火、微 粒過濾器中的點火、空氣調節系統中的淨化點火。
全文摘要
本發明涉及一種用於射頻點火系統的電源設備，包括電源電路(2、2』)，該電源電路被設計成將在由電源電路控制設備(5)提供的控制信號(V1)所限定的頻率上的供電電壓提供給連至等離子生成諧振器(1)的輸出端，其特徵在於，所述控制設備包括用於接收關於確定最佳控制頻率的請求的接口(52)；用於接收測量電源電路(2)的電容(Cb)端子的電壓的信號的接口(51)；用於確定最佳控制頻率的模塊(53)，其被配置成當接收請求時針對連續的點火命令而連續提供不同的控制頻率給所述電源電路並且根據所接收的測量信號來確定最佳控制頻率。
文檔編號F02P9/00GK101663481SQ200880012533
公開日2010年3月3日 申請日期2008年2月12日 優先權日2007年3月28日
發明者A·阿涅雷, J·庫約, X·雅弗勒齊克 申請人:雷諾股份公司