CN101981305B - 无线电频率火花塞的激励频率的最优化 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于产生无线电等离子体的装置，包含：电源模块(20)，其在输出接口上施加处于设置点频率(Fc)的激励信号(U)，该信号适用于在连接到电源模块输出接口的等离子体产生谐振器(30)的输出上产生火花(40)；控制模块(10)，其基于产生无线电频率等离子体的命令，将设置点频率提供给电源模块，其中，所述装置的特征在于，控制模块包含用于确定最优激励频率的装置，其能够将设置点频率(Fc)适应于火花形成后的装置的谐振条件。
Description
技术领域
本发明一般涉及无线电频率等离子体火花塞，其用于内燃机的燃烧室，用于机动车点火应用场合。本发明特别涉及这种火花塞的无线电频率高电压电源的运行，其基于RLC电路中的谐振现象，谐振频率由火花塞的固有参数值决定。
背景技术
图1示出了等离子体产生装置。此装置具有等离子体产生谐振器30，其表示无线电频率火花塞的第一子系统，并包含值在制造过程中由所用材料的性质和几何尺寸设置的串联电阻器R0、电感器L0和电容器C0，故谐振器具有高于1MHz的谐振频率。
该装置还具有无线电频率电源模块20，无线电频率电源模块20以处于设置点频率Fc的电压的形式向等离子体产生谐振器30连接到的输出接口施加激励信号U。控制模块10将设置点频率Fc提供给电源模块20。
实际上，无线电频率火花塞的激励不是固定的，如图2所示。实际上，在时刻t_0处，控制模块向电源模块发送适用于触发谐振器的激励的等离子体产生命令(点火命令)。激励频率于是接近于谐振器的谐振频率。在过渡阶段的末尾，在时刻t_d处，谐振器输出上的电压变得对于形成火花来说足够高。
当这一点发生时，谐振器输出上火花的形成——基本上在等离子体产生命令的时刻t_d发生——代表无线电频率火花塞的第二子系统40，其参数修改作为一个整体的系统的谐振条件。实际上，像任何电导体一样，气体中的火花用电容Cd特征化，其在图1中在无线电频率谐振器30的输出上建模。因此，如果没有火花，对于谐振器特有的仅仅参数R0、L0、C0决定系统的谐振频率，在火花形成的情况下不再是这样，因为对所述火花特有的特性实际上改变了此谐振频率。
于是，火花形成的情况下谐振器的实际谐振频率与由电源模块设置并对于没有火花的系统调节的谐振器激励频率之间的这种不同产生了谐振器品质因数的降低(品质因数限定了其输出电压和其输入电压的幅度之间的比)。
因此，举例而言，在对于具有大于100的品质系数的无火花谐振器特有的谐振频率大于1MHz的情况下，当火花产生时，假如另外的电容与谐振器输出上火花的存在相关联，系统的谐振频率降低几十kHz，这足以激起25％的数量级的品质因数下降，因此，导致无线电频率火花塞的明显较低的效率。
另外，到机动车点火的这种应用需要使用具有高品质因数的谐振器，其激励频率总是保持为接近于整个系统的谐振频率。因此，重要的是对于火花塞谐振器在其整个激励期间保持最大品质因数，一直到控制模块发送命令以关闭谐振器的无线电频率电源的时刻t_ext(图2)。
申请人提交的专利申请FR2895169公开了使得可以对谐振器激励频率进行最优化的装置。这些装置涉及在谐振器的无线电频率电源中并入：
-接口，用于接收确定最优激励频率——也就是说，其基本上等于谐振器的谐振频率——的请求；
-接口，用于接收燃烧发动机的运行参数的测量信号，例如发动机油温、发动机转矩、发动机速度、点火角度等；
-接口，用于接收无线电频率电源的运行参数的测量信号，例如谐振器输出上的电压；以及
-存储器模块，存储发动机运行参数测量信号、无线电频率电源运行参数测量信号和谐振器的最优激励频率之间的关系。
然而，这样的实施方式非常复杂，因此，实施起来成本高。
另外，假如燃烧发动机的运行参数测量缓慢且仅仅供给多个循环(cycle)和所有汽缸上的平均信息，这并没有使得实时对无线电频率电源运行条件进行最优化成为可能。
另外，此请求的接收在谐振器激励频率最优化阶段期间发生，在该阶段期间，无线电频率电源被配置为将处于设置点频率的电压施加到其输出接口，不适合允许从谐振器产生等离子体。也就是说，这样的系统使得可以理想地将电源预先设置到没有火花的火花塞特有的谐振频率，然而，另一方面，没有使考虑火花的触发成为可能，如已经看到的那样，火花的触发改变了谐振条件，牺牲了火花塞的效率。
此方案因此涉及修改谐振器输出上的电压。实际上，在接收到确定最优激励频率的请求时，电源模块向输出接口施加不使得谐振器产生等离子体的电压。于是，一旦此最优频率被确定，在等离子体必须被产生的等离子体产生装置运行阶段中，电源模块将处于此最优频率的电压施加到其输出接口。另外，此实施例要求在谐振器输出上包含HV探针，其在机动车火花塞的情况下产生严重的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于解决这些缺点中的一个或多于一个。本发明因此提出了一种无线电频率等离子体产生装置，包含：电源模块，其向输出接口施加处于设置点频率的激励信号，该信号适用于使能连接到电源模块输出接口的等离子产生谐振器输出上的火花的形成；控制模块，响应于无线电频率等离子体产生命令，将设置点频率供到电源模块，所述装置的特征在于，控制模块包含确定最优激励频率的装置，其被设计为将设置点频率适应到形成火花后的装置的谐振条件。
根据一实施例，确定装置适用于将设置点频率设置到低于无火花谐振器的谐振频率的值。
优选为，所述设置值与无火花谐振器的谐振频率之间的差位于0与100kHz的范围内。
根据另一实施例，确定装置适用于对于等离子体产生命令的持续时间对设置点频率进行调制。
例如，确定装置适用于连续地在等离子体产生命令被触发时将设置点频率设置在无火花谐振器谐振频率量值的数量级上的第一值，并且，基本上在火花形成的时刻，设置在相对于所述第一值以预定频率梯级减小的第二值。
根据一变型，确定装置适用于，从火花形成的时刻，根据可实时调节的频率梯级，控制设置点频率从所设置的第一值的减小。
有利的是，所设置的第一值处于无火花谐振器谐振频率的量值的数量级。
有利的是，该装置包含谐振器电源电气测量模块，其连接到控制模块，确定装置根据所接收的电气测量来确定频率梯级的值。
优选为，谐振器电源电气测量模块适用于测量谐振器输入上的电流的相对幅度。
本发明还涉及内燃机点火系统，其特征在于，包含至少一个如上面刚刚介绍的等离子体产生装置。
附图说明
参照附图，由下面通过非限制性实例给出的介绍，将明了本发明的其他特征和优点，在附图中：
图1原理性地示出了已知的无线电频率等离子体产生装置；
图2示出了响应于等离子体产生命令作为时间函数的等离子体产生谐振器的电流响应；
图3示出了根据本发明的等离子产生装置的一实施例。
具体实施方式
本发明提出了实时地对等离子体产生命令期间由电源模块供到无线电频率谐振器的激励信号的频率进行适应，以便保持谐振器的最大品质因数，包括在火花触发之后。
为了做到这一点，根据本发明的等离子体产生装置的控制模块包含确定最优激励频率的装置，其被设计为将设置点频率Fc适应于形成火花之后装置的谐振条件。
根据第一实施例，为了保持触发火花之后的最大品质因数，设置点频率被设置在低于无火花谐振器的谐振频率的值。因此作出这样的选择，根据此实施例，将谐振器的无线电频率电源模块预先调节为比无火花谐振器的谐振频率低的频率，以便对后者进行激励。因此要记住，在形成火花时，作为一整体的装置的自然频率典型地降低几十kHz，控制模块在对于无火花谐振器特有的谐振频率下将设置点频率设置在例如位于0与100kHz范围内的值。
因此，一旦形成火花，装置在考虑形成火花的情况下自然处于最优运行条件下，品质因数达到其最大值。
然而，这是被动解决方案，其不需要另外的测量装置，也不需要并入任何特有的控制装置。另一方面，假如实际火花的参数随机变化，其直接影响装置在形成火花后的谐振条件，这种解决方案不保证装置谐振频率的理想最优化。
因此，另一实施例涉及的是并不在发送等离子体产生命令之前一劳永逸地将设置点频率设置在已经看到的考虑形成火花之后的谐振条件进行最优化的值，形成对照的是，对于等离子体产生命令的持续时间，对设置点频率进行调制。
根据此实施例，控制电源模块，使得其向无线电频率谐振器发送激励串，其频率被设计为随着时间根据预先设置的频率梯级自动降低。
具体而言，控制模块的确定装置适于连续地在触发等离子体产生命令的时刻t_0将设置点频率Fc设置在第一值，并且，基本上在形成火花的时刻t_d，设置在第二值，第一值具有无火花谐振器谐振频率的量值的数量级，第二值相对于此第一值以预定的频率梯级减小。
例如，在等离子体产生命令的时刻t_d，设置点频率以50kHz的值相对于对应于无火花谐振器谐振频率值的初始值减小。
因此，假如引起激励频率的减小以考虑火花的形成、从而将谐振器控制适应于新的谐振条件，在等离子体产生命令触发时理想地调谐的系统变为火花形成时“并非非常”未调谐的系统，然而，这种减小值预先被设置，而不与实际火花的参数相关联。
另外，一个变型规定，假如实际火花的参数随机变化，在等离子产生命令期间实时对将被最优化的激励频率进行适应。具体而言，于是，控制模块的确定装置适用于，在火花形成时，根据不再预先设置的频率梯级，控制设置点频率的降低，形成对照的是，频率梯级可根据实际火花的参数实时调节。
为此，参照图3，根据本发明的装置包含谐振器电源电气测量模块50，其被连接到控制模块10。
因此，对于所供给的设置点频率，在过渡阶段t_d的末尾，控制模块读取表征火花形成的电气测量(经由接收接口，其未示出)，于是，根据这些电气测量确定适应于形成火花的当前谐振条件的最优激励频率。例如，可使用电气测量来确定可调节的频率梯级，用作电源模块的控制频率的设置点频率应当以该梯级减小，以便实时对作为整体的谐振系统进行最优化。
谐振器电源电气测量模块例如适用于测量谐振器输入上的电流的相对量值。因此，在每次变化时，谐振器输入上电流的幅度被检查，并与前一变化的幅度进行比较。在火花形成的过渡阶段t_d的末尾，如果观察到电流的下降(由于火花的形成)，被供到电源模块的设置点频率于是以根据测量得到的电流下降实时确定的频率梯级减低，使得谐振器的无线电频率电源实时适应于作为一个整体的装置的当前谐振条件。
存在并可为此目的使用对谐振系统进行最优化的多种数学算法。
因此，根据本发明的装置使得可以保持无线电频率火花赛的最大品质因数，无论其运行条件如何。所提出的解决方案易于制造、不昂贵，并使得可以实时且逐个汽缸地控制用于无线电频率火花塞的电源。
Claims (9)
1.一种无线电等离子体产生装置，包含：电源模块(20)，其将处于设置点频率(Fc)的激励信号(U)施加到输出接口，适用于使能连接到电源模块输出接口的等离子体产生谐振器(30)的输出上的火花(40)的形成；控制模块(10)，其响应于无线电频率等离子体产生命令，将设置点频率提供给电源模块，其中，控制模块包含被设计为将设置点频率(Fc)适应于火花形成后的无线电等离子体产生装置的谐振条件的装置，并适用于将设置点频率(Fc)设置为低于无火花谐振器谐振频率的值，其特征在于，
控制模块(10)被配置为控制电源模块，使得其向无线电频率谐振器发送激励串，其频率被设计为随着时间根据预先设置的频率梯级自动降低。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述设置值和无火花谐振器的谐振频率之间的差位于0和100kHz之间的范围内。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，被设计为对设置点频率(Fc)进行适应的所述装置适用于，在等离子体产生命令的持续时间内，对设置点频率进行调制。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于，被设计为对设置点频率(Fc)进行适应的所述装置适用于，连续地在等离子产生命令被触发的时刻(t_0)将设置点频率(Fc)设置在第一值，并且，在火花形成的时刻(t_d)，设置在第二值，第一值具有无火花谐振器谐振频率的量值的数量级，第二值相对于所述第一值以预定的频率梯级减小。
5.根据权利要求3的装置，其特征在于，被设计为对设置点频率(Fc)进行适应的所述装置适用于，从形成火花的时刻(t_d)，根据可实时调节的频率梯级，控制设置点频率从所设置的第一值的减小。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所设置的第一值具有无火花谐振器谐振频率的量值的数量级。
7.根据权利要求5或6的装置，其特征在于包含连接到控制模块的谐振器电源电气测量模块(50)，被设计为对设置点频率(Fc)进行适应的所述装置根据所接收的电气测量来确定频率梯级的值。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，谐振器电源电气测量模块适用于测量谐振器输入上的电流的相对幅度。
9.一种内燃机点火系统，其特征在于包含至少一个根据权利要求1-8中任意一项的等离子体产生装置。
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