KR101353439B1 - 공진기의 여기 주파수의 최적화 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소 기관의 라디오 주파수 점화 장치의 전력 공급을 제어하는 장치(2)에 관련된 것으로, 연소 기관의 동작 변수들의 측정 신호들을 수신하는 인터페이스(21); 제어 신호를 출력하는 인터페이스(24); 생성될 제어 신호의 주파수 및 측정 신호들 사이의 관계들을 저장하는 모듈(26); 상기 저장된 관계들 및 상기 수신 인터페이스에서 수신한 측정 신호들에 기초하여 생성될 제어 신호의 주파수를 결정하는 모듈(25); 상기 결정된 주파수의 제어 신호를 인가하는 모듈(27)을 포함한다.

Description

공진기의 여기 주파수의 최적화{Optimization of the excitation frequency of a resonator}

본 발명은 공진기에 200V 이상의 전압 및 1MHz이상의 주파수의 전력을 공급하는 것에 관련되며, 특히 제어 점화 장치들(controlled ignition)에 사용되는 공진기들에 전력을 공급하는 것에 관련된다.

자동차 플라즈마 점화 장치에 적용하기 위하여 1MHz 이상의 공진 주파수를 가지는 공진기들이 점화 플러그에 구비되며, 일반적으로 200V 이상의 전압이 공급되며 10A이상의 전류를 받는다. 이러한 적용에는 높은 양호도(quality factor)를 가지는 라디오 주파수 공진기들(radiofrequency resonators) 및 고전압 발생기의 사용을 필요로 하며, 상기 발생기의 동작 주파수는 공진기의 공진 주파수에 매우 근접하다. 공진기의 공진 주파수와 발생기의 동작 주파수 사이의 차이가 줄어들수록 공진기의 증폭 계수(출력 전압에 대한 입력 전압의 비율)가 더 커진다. 공진기의 양호도가 더 클수록 발생기의 동작 주파수는 그 공진 주파수에 더 근접하여야 한다.

제조상 오차, 연소실 또는 냉각 회로 내의 온도, 또는 공진기 부품에서의 에이징 드리프트(aging drift) 등의 많은 변수들이 공진 주파수에 영향을 미친다. 이들 변수들은 연소실과 공진기의 어떤 부품들 사이의 근접성으로 인한 점화 플러그 코일과 같은 특별한 경우에 있어서 훨씬 뚜렷한 영향을 갖는다. 따라서 공진기의 증폭 계수를 보장하는 것은 민감한 문제이다.

본 발명은 이러한 결점을 해결하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 따라서 연소 기관(combustion engine)의 라디오 주파수 점화 장치를 위한 전력 공급기(power-supply) 제어 장치를 제안하며, 상기 장치는:

연소 기관으로부터 동작 변수들의 측정 신호들을 수신하는 인터페이스;

제어 신호를 위한 출력 인터페이스;

생성될 제어 신호의 주파수 및 상기 측정 신호들 사이의 관계들을 저장하는 메모리 모듈;

상기 메모리 모듈에 저장된 관계들 및 상기 수신 인터페이스에 수신된 측정 신호들에 따라서 생성될 제어 신호의 주파수를 결정하는 모듈; 및

상기 출력 인터페이스에 상기 결정된 주파수의 상기 제어 신호를 인가하는 모듈을 포함한다.

본 발명은 또한 라디오 주파수 점화 장치 전력 공급기에 관련되어;

상기 기재된 것과 같은 제어 장치; 및

상기 제어 장치의 상기 제어 신호에 의하여 제어되는 스위치를 구비하는 전력 공급 회로로서, 상기 스위치는 상기 제어 신호에 의하여 결정된 주파수로 상기 전력 공급 회로의 출력단에 중간 전압을 인가하는 전력 공급 회로를 포함한다.

본 발명은 더욱이 점화 장치 시스템에 관련되어;

상기 기재된 것과 같은 전력 공급기; 및

두 전극을 포함하며 상기 전력-공급 회로의 상기 출력단에 연결되어 1MHz 이상의 공진 주파수를 가지는 공진기로서, 상기 전력-공급 회로의 상기 출력단에 고 전압 레벨이 인가될 때 상기 두 전극들 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 공진기를 포함한다.

본 발명의 다른 특성들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참고하여 아래의 상세한 설명으로부터 명확히 나타날 것이며, 이는 본 발명을 나타내는 것으로 본 발명을 한정하지 아니하며, 여기서,

도 1a는 본 발명에 따른 제어 장치를 통합한 점화 장치 시스템을 나타내며,

도 2는 본 발명에 따른 제어 장치를 개략적으로 나타낸다.

도 1은 점화 장치 시스템(1)을 나타내며, 본 발명에 따른 제어 장치(2)를 포함한다. 상기 제어 장치(2)를 제외하고, 도시된 상기 점화 장치 시스템(1)의 구성요소의 예들은 문서 EP-A-1 515 594에 상세히 설명된다. 상기 제어 장치(2)는 증폭기(3)에 연결된다. 상기 증폭기는 MOSFET 전력 트랜지스터(power transistor)(4)의 게이트에 연결된다. 상기 트랜지스터(4)는 상기 장치(2)로부터의 상기 제어 신호에 의하여 제어되는 스위치로서 역할을 한다. 상기 스위치(4)는 상기 제어 신호에 의하여 정의되는 주파수로 상기 전극 단자들 사이에 고 전압 레벨의 인가를 허용하도 록 한다. 직렬 공진기(5)는 상기 트랜지스터(4)의 드레인과 그라운드 사이에 연결된다. 상기 공진기(5)는 인덕터(52)와 직렬로 연결된 저항(51), 및 커패시터(54)와 병렬로 연결된 저항(53)을 포함한다. 상기 저항들(51 및 53)은 특히 상기 커패시터들(52 및 54)의 불완전성으로부터 수반되는 등가 저항들이다. 점화 장치 전극들(7 및 8)은 커패시터(54)의 단자들에 연결된다. 공진 회로(6)는 중간 전압 소스 및 상기 트랜지스터(4)의 드레인 사이에 연결된다. 이 회로(6)는 인덕터(61) 및 커패시터(62)를 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 제어 장치(2)의 예를 개략적으로 나타낸다. 상기 제어 장치(2)는 연소 기관으로부터 동작 변수들의 측정 신호들을 수신하는 인터페이스(21)를 포함한다. 상기 측정된 기관(engine) 동작 변수들에 의하여 엔진 오일의 온도, 엔진 냉각제의 온도, 엔진 토크(torque), 엔진 스피드, 점화 장치 각도(angle), 흡입 공기(inlet air)의 온도, 매니폴드 압력(manifold pressure), 대기압 또는 연소실 내의 압력을 예상하는 것이 가능하다. 이러한 종류의 측정은 당업자에게 본질적으로 알려진 방법에 의하여 수행될 수 있을 것이다.

상기 장치(2)는 상기 전력 공급기로부터 동작 변수들의 측정 신호들을 수신하는 인터페이스(22)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 상기 전극들의 단자들에서의 전압의 측정값 또는 상기 회로(6)에 인가되는 중간 전압의 측정값을 수신한다.

상기 장치(2)는 생성될 제어 신호의 상기 주파수 및 상기 측정 신호들 사이의 관계들을 저장하는 메모리 모듈(26)을 포함한다. 이들 관계들은 예비 테스트에 따라서 확립될 수 있다. 상기 메모리 모듈(26)은 유니크한(unique) 제어 신호 주파수를 갖는 미리 결정된 측정 신호들과 관련된 함수 형태로 상기 관계들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 고려되는 서로 다른 변수들을 변화시키는 동안 공진기에 대한 예비 테스트들의 결과에 따라서 선형 함수 또는 다항식 함수를 추정하는 것이 가능하다.

간략화한 변형에 따르면 상기 모듈(26)은 상기 전력 공급기의 전기적 동작 변수들의 측정값들 및 상기 공진기(5) 근처의 온도 측정값 따라서 제어 주파수를 제공하는 상기 관계들을 저장한다. 이들 관계들은 상기 공진기(5)의 공진 주파수에서의 온도 영향을 확립하는 예비 테스트에 따라서 확립될 수 있다.

상기 장치(2)는 상기 메모리(26)에 저장된 상기 관계들 및 수신된 상기 측정 신호들에 따라서 생성될 상기 제어 신호의 주파수를 결정하는 모듈(25)을 포함한다. 상기 제어 신호의 주파수는 상기 모듈(25)에 의하여 상기 모듈(27)에 제공되며, 상기 모듈(27)은 출력 인터페이스(24)에 상기 주파수의 제어 신호를 인가한다. 상기 모듈(27)은, 예를 들어 당업자에게 적절한 방법으로 선택된 클럭 발생기이다.

수신되고 수행될 상기 메모리 모듈(26)에 저장된 상기 공진기의 변수들 또는 상기 관계들을 변경하는 지시들을 내리는 프로그래밍 인터페이스(23)를 제공하는 것이 가능하다. 상기 프로그래밍 인터페이스(23)는 특히 무선 통신 인터페이스일 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 모듈(26)에 저장된 관계들을 갱신하는 것을 예상할 수 있다. 이러한 방법으로, 공진기의 동작에 대한 더 많은 지식이 획득되면, 전달 후에 상기 점화 장치 시스템의 동작이 최적화될 것이다. 더욱이, 상기 프로그래 밍 인터페이스(23)는 상기 모듈(26)이 공장에서 측정된 공진기(5)의 전기적 변수들(예를 들어, 공진 주파수)의 값들에 기초하여 프로그램되도록 한다. 결정된 전기적 변수들의 값을 암호화하기 위하여 바코드가 상기 공진기(5)와 연결될 수 있으며, 이 바코드는 상기 공진기를 상기 장치(2)에 연결할 때 이들 값들이 상기 모듈(26)에 들어갈 수 있도록 판독된다. 이러한 방법으로, 상기 공진기(5)의 제조 오차는 생성되는 제어 주파수의 정확성에 영향을 미치지 않을 것이다.

연소 기관의 점화 장치에의 적용에 있어서, 점화 장치 시스템은 일반적으로 1MHz 보다 큰 주파수를 가지는 직렬 공진기(5), 전극의 단자들 사이에 200V 이상의 전압을 인가하는 수단 및 상기 공진기의 공진 주파수의 차수 크기의 주파수를 가지는 제어 신호를 생성할 수 있는 제어 장치를 포함한다.

본 발명은 연소 기관의 라디오 주파수 점화 장치에 대한 전력 공급기 제어 장치를 제안한다.

상기 제어 장치는 상기 연소 기관의 동작 변수들의 측정 신호들을 고려하며, 저장된 상기 제어 신호의 상기 주파수 및 상기 측정 신호들 사이의 관계들에 따라서 생성될 점화 장치 제어 신호의 주파수를 결정한다.

제어 신호의 주파수를 엔진의 동작 변수들에 따라서 상기 제어 신호의 주파수를 조절함으로 인하여, 이 주파수는 공진기의 공진 주파수에 근접한 값으로 매우 정확하게 유지될 것이다. 이러한 방법으로 주파수의 개-루프 서보제어(servocontrol)가 발생된다.

Claims (9)

1. 연소 기관의 라디오 주파수 점화 장치용 전력 공급기(power-supply) 제어 장치에 있어서,

   연소 기관으로부터 동작 변수들의 측정 신호들을 수신하는 인터페이스(21);

   제어 신호를 위한 출력 인터페이스(24);

   생성될 제어 신호의 상기 주파수 및 상기 측정 신호들 사이의 관계들을 저장하는 메모리 모듈(26);

   상기 메모리 모듈에 저장된 상기 관계들 및 상기 수신 인터페이스에 수신된 측정 신호들에 따라서 생성될 제어 신호의 상기 주파수를 결정하는 모듈(25); 및

   상기 출력 인터페이스에 상기 결정된 주파수의 상기 제어 신호를 인가하는 모듈(27)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급기 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수신 인터페이스(22)는 또한 상기 전력 공급기의 동작 변수들의 측정 신호들을 수신하도록 하는 제어 장치(2).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   메모리 모듈(26)에 연결되는 프로그래밍 인터페이스(23)를 포함하며, 프로그래밍 인터페이스는 상기 출력 인터페이스에 연결되도록 된 공진기의 전기적 변수들의 값을 수신하도록 하며, 상기 전기적 변수들의 값들은 상기 메모리 모듈에 저장되어 상기 관계에 입력되는 제어 장치(2).
4. 제3항에 있어서,

   상기 저장된 전기적 변수들의 값들은 상기 출력 인터페이스(24)에 연결되어 있는 공진기(5)에서 수행된 측정값들에 의해 획득되는 제어 장치(2).
5. 제1항에 있어서,

   상기 측정 신호들은 엔진 오일의 온도, 엔진 냉각제의 온도, 엔진 토크(torque), 엔진 스피드, 점화 장치 각도, 흡입 공기의 온도, 매니폴드(manifold) 압력, 대기압 또는 연소실 내의 압력을 포함하는 그룹 중에서 선택되는 제어 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 메모리 모듈(26)은 그 입력으로서 측정 신호들을 구비하는 다차원 테이블의 형태로 관계들을 저장하는 제어 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 메모리 모듈(26)은 미리 결정된 측정 신호들을 갖는 유니크한(unique) 제어 신호 주파수와 관련된 함수 형태로 관계들을 저장하는 제어 장치.
8. 라디오 주파수 점화 장치 전력 공급기에 있어서,

   제1항에 따른 제어 장치(2);

   상기 제어 장치(2)의 상기 제어 신호에 의하여 제어되는 스위치(4)를 구비하는 전력 공급 회로로서, 상기 스위치는 상기 제어 신호에 의하여 결정되는 주파수로 상기 전력 공급 회로의 출력단에 중간 전압을 인가하는 전력 공급 회로를 포함하는 라디오 주파수 점화 장치 전력 공급기.
9. 점화 장치 시스템에 있어서,

   제8항에 따른 전력 공급기; 및

   두 전극들을 포함하며 상기 전력-공급 회로의 출력단에 연결되어 1MHz 이상의 공진 주파수를 가지는 공진기(5)로서, 상기 전력-공급 회로의 상기 출력단에 고 전압 레벨이 인가될 때 상기 두 전극들 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 공진기를 포함하는 점화 장치 시스템.

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