KR20110071083A - 내연 엔진용의 무선주파수 점화 시스템에서 이온화 전류를 측정하기 위한 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 공급 회로 (2)로 구성된 내연 엔진 (internal combustion engine)의 무선주파수 점화를 위한 기기에 관련되며, 상기 전력 공급 회로는, 변압기 (T)를 포함하며, 상기 변압기의 제2 권선 (L_N)은 1 MHz를 초과하는 공진 주파수를 가지는 적어도 하나의 공진기 (1)에 연결되며, 그리고 점화 명령에 응답하여 상기 엔진의 실린더 내에서 연소성 혼합물의 연소를 개시하기 위해서 스파크를 발생시킬 수 있는 두 개의 전극들 (11, 12)을 포함하며, 상기 기기는, - 상기 변압기의 상기 제2 권선과 상기 공진기 사이에 직렬로 연결된 측정 커패시터 (C_MES), - 상기 측정 커패시터의 단자들에서 전류 (I_ION)를 측정하는 회로 (40)로서, 상기 전류는 상기 연소 방향의 전기적인 이미지를 제공하는, 회로. - 상기 측정 커패시터와 상기 측정 회로의 사이에 연결되며, 상기 점화 명령에 의해서 유도된 전기적인 영향들로부터 상기 전류 (I_ION)의 측정을 위한 획득 시간을 제거하도록 (free) 설계된 보호 회로 (30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내연 엔진용의 무선주파수 점화 시스템에서 이온화 전류를 측정하기 위한 기기{Device for measuring the ionization current in a radiofrequency ignition system for an internal combustion engine}

본 발명은 내연 엔진의 공진 무선주파수 점화의 분야에 관련된다. 본 발명은 특히 엔진의 실린더들에서의 가스들의 이온화 전류를 측정하도록 설계된 기기에 관련된다.

엔진의 실린더들 내의 가스들의 이온화 전류는 보통은 상기 점화의 종료 이후에 측정되며 그리고, 예를 들면, 연소실의 최대 압력에 대응하는 각도를 탐지하기 위해서, 노킹을 탐지하거나 또는 심지어는 연소 실화를 식별하기 위해 상기 연소의 과정에 대한 진단을 수행하기 위해서 사용된다.

통상적인 점화 시스템에 대한 이온화 전류를 측정하기 위한 회로들은 알려져 있으며, 그 동작은 화염이 전파되는 것으로부터 생기는 전류를 측정하기 위해서 스파크 플러그의 전극들 사이에서의 스파크 생성 이후에 연소실에 존재하는 공기/연료 혼합물을 분극화하는 것으로 구성된다.

그러나 이런 회로들은 통상적인 점화의 특성에 전용되어야만 하며 그리고 무선주파수 플러그 코일 (BME) 유형의 스파크 플러그들을 사용하는 플라즈마 생성 점화 시스템들과 같은 것에는 적용할 수 없으며, 이는 본 출원인의 명의로 출원된 FR 03-10766, FR 03-10767 그리고 FR 03-10768 특허 명세서에서 상세하게 설명된다.

그것이 발생하면, 무선주파수 점화의 특성들은 상기 연소로부터 유래하는 전류를 측정하는데 많은 제한들의 원인이 된다.

우선, 점화 명령 신호는 연소성의 혼합물들의 연소로 인한 이온화 전류와 120 dB 이상의 진폭 차이를 갖는 막대한 전류들을 유발한다. 이 전류는 점화의 종료 이후에 측정되기 때문에, 섬광 시간이 존재하며, 그 동안에 상기 측정 회로는 약한 전류를 획득할 수 없다.

또한, 상기 측정 회로가 상기 점화 시스템으로 삽입되기 때문에, 상기 점화 시스템의 효율을 크게 줄이지 않는 것이 중요하다.

마지작으로, 무선주파수 점화의 이 유형은 멀티-필라멘트 스파크 그리고 모노-필라멘트 아크라는 두 가지 유형의 방전들을 발생시키는 것을 가능하게 하며, 이는 상기 점화 시스템에 상이하게 영향을 미친다. 그러므로 생성된 방전의 유형에 관한 이온화 전류를 측정함에 있어서의 독립성을 보장하는 것에 어려움이 존재한다.

문헌 1: FR 03-10766 문헌 2: FR 03-10767 문헌 3: FR 03-10768

그러므로, 본 발명은, 측정을 방해하는 구간을 최소화하는 것을 가능하게 함으로써 그리고 생성된 방전의 유형에 관한 측정의 독립성을 보장함으로써 현저하게, 무선주파수 점화 시스템에서 이온화 전류를 측정하기 위해 상기에서 언급된 제한들에 중점을 두어서 다루도록 설계된 기기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 염두에 두고, 본 발명은 그래서 전력 공급 회로로 구성된 내연 엔진 (internal combustion engine)의 무선주파수 점화를 위한 기기에 관한 것이며, 상기 전력 공급 회로는, 변압기를 포함하며, 상기 변압기의 제2 권선은 1 MHz를 초과하는 공진 주파수를 가지는 적어도 하나의 공진기에 연결되며, 그리고 점화 명령에 응답하여 상기 엔진의 실린더 내에서 연소성 혼합물의 연소를 개시하기 위해서 스파크를 발생시킬 수 있는 두 개의 전극들을 포함하며, 상기 기기는,

- 상기 변압기의 상기 제2 권선과 상기 공진기 사이에 직렬로 연결된 측정 커패시터,

- 상기 측정 커패시터의 단자들에서 전류를 측정하는 회로로서, 상기 전류는 상기 연소 방향의 전기적인 이미지를 제공하는, 회로.

- 상기 측정 커패시터와 상기 측정 회로의 사이에 연결되며, 상기 점화 명령에 의해서 유도된 전기적인 영향들로부터 상기 전류의 측정을 위한 획득 시간을 제거하도록 (free) 설계된 보호 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 측정 커패시터는 상기 변압기와 상기 공진기의 접지 복귀선 (6)의 레벨에서 상기 변압기의 상기 제2 권선과 상기 공진기 사이에 직렬로 연결된다.

본 발명에 따른 상기 기기는 연소성 혼합물을 분극화하는 (polarizing) 수단으로서, 상기 공진기의 전극과 엔진 접지 사이에 분극 전압 (V_polar)을 인가하도록 설계된 분극화하는 수단을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 보호 회로 (30)는 상기 분극 전압에 비례하는 전력 공급 전압에서 저항들에 의해서 분극화된 다이오드 브리지를 포함한다.

바람직하게는, 상기 측정 회로는 연산 증폭기를 이용하여 산출되는 전류-전압 컨버터를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 연산 증폭기는 상기 분극 전압에 링크된 비-반전 입력 그리고 상기 보호 회로를 경유하여 상기 측정 커패시터의 단자에 연결된 반전 입력을 구비한다.

유리하게도, 상기 전류-전압 컨버터는 피드백 저항 및 상기 피드백 저항에 병렬로 연결된 피드백 커패시터를 포함한다.

바람직하게는, 상기 전류-전압 컨버터의 입력 임피던스는 상기 측정 커패시터의 임피던스보다 적어도 100배 더 낮다.

일 실시예에 따르면, 상기 변압기의 1차 권선은 한 쪽이 중간 (intermediate) 전력 공급 전압에 연결되고 그리고 다른 한 쪽은 제어 신호에 의해 제어되는 적어도 하나의 스위치 트랜지스터의 드레인에 연결되며, 상기 스위치 트랜지스터는 상기 전력 공급 전압을 상기 제어 신호에 의해서 정의된 주파수에서 상기 1차 권선의 단자들에 인가한다.

바람직하게는, 상기 변압기는 가변 권수 비율을 가진다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 본문의 내용에 명시되어 있다.

예시적이며 그리고 제한하지 않는 예로서 주어지며 그리고 첨부한 도면들을 참조하여 만들어진 다음의 설명을 읽으면 본 발명의 다른 특징들과 이점들이 더욱 분명하게 명백해질 것이다.
도 1은 플라즈마 생성 무선주파수 플러그 코일을 모델링한 공진기의 도면이다.
도 2는 본 발명이 속한 기술 분야에서의 상태에 따른 전력 공급 회로를 도시한 도면이며, 이는 상기 무선주파수 범위 내의 교류 전압을 도 1에서 모델링된 상기 플러그 코일의 단자들에 인가하는 것을 가능하게 한다.
도 3은 도 2의 회로의 변형을 도시한 도면이다.
도 4는 점화 명령 동안에 이온화 전류 그리고 상기 플러그의 전극들의 단자들에서의 전압을 측정하기 위해서 본 발명에 따라서 설계된 전력 공급 회로를 도시한 도면이다.
도 5a는 이온화 전류 측정 회로의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 5b는 도 5a의 실시예의 첫 번째 변형을 도시한 것이다.
도 5c는 도 5a의 실시예의 두 번째 변형을 도시한 것이다.

제어되는 무선주파수 점화의 환경에서 사용되는 플러그 코일은 공진기 (1) (도 1 참조)와 전기적으로 등가이며, 그 공진기의 공진 주파수 F_C는 1 MHz를 초과하며 보통은 5 MHz에 근접한다. 상기 공진기는 저항 Rs, 인덕턴스 코일 Ls 그리고 Cs로 표시된 커패시터를 직렬로 포함한다. 상기 플러그 코일의 점화 전극들 (11, 12)은 상기 공진기의 커패시터 (Cs)의 단자들에 연결되어, 상기 공진기에 전력이 공급되면, 상기 엔진의 연소실에서 혼합물의 연소를 개시하기 위해서 멀티-필라멘트 방전들을 생성하는 것을 가능하게 한다.

실제로, 상기 공진기가 자신의 공진 주파수 F_C (

)로 고전압에 의해서 전력을 공급받으면, 커패시터 Cs 단자들에서의 진폭은 증폭되어 상기 전극들 사이에서, 센치미터의 차수의 거리에 걸쳐서 고압에서 그리고 20 kV 이하의 피크 전압으로 멀티-필라멘트 방전이 생기도록 한다.

그러면 "분기된 스파크들 (branched sparks)"의 기간이, 그 스파크들이 주어진 부피에서 이온화의 적어도 몇 개의 라인들 또는 경로들을 동시에 생성하는 것을 포함하는 만큼 인가되며, 그 분기들은 또한 전 방향성 (omnidirectional)이다.

그러면 무선주파수 점화로의 이런 적용은, 상기 무선주파수 플러그 코일의 플라즈마 생성 공진기의 공진 주파수에 매우 근접한 주파수에서 보통은 100 ns의 차수로 1 kV의 차수의 진폭들에 도달할 수 있는 전압 펄스들을 생성할 수 있는 전력 공급 회로를 사용하는 것을 필요로 한다.

도 2는 그런 전력 공급 회로 (2)를 개략적으로 도시한 것이다. 무선주파수 플러그 코일의 전력 공급 회로는 소위 "의사 클래스 E 전력 증폭기" 설비를 통상적으로 이용한다. 이 설비는 위에서 언급한 특성을 가진 전압 펄스들을 생성하는 것을 가능하게 한다.

이 설비는 0부터 250V까지 변할 수 있는 중간 DC 전력 공급 (V_inter), 파워 MOSFET 트랜지스터 (M) 그리고 커패시터 Cp에 병렬로 코일 Lp를 포함하는 병렬 공진 회로 (4)로 구성된다. 상기 트랜지스터는, 상기 전력 공급 회로의 출력 인터페이스 (OUT)로 연결되기 위해서, 상기 병렬 공진 회로의 그리고 상기 플라즈마 생성 공진기 (1)의 단자들에서의 스위칭들을 제어하는 스위치로서 사용된다.

상기 트랜지스터 (M)는 명령단 (3)에 의해 공급되는 명령 로직 신호 (V1)에 의해, 상기 공진기 (1)의 공진 주파수와 실질적으로 정렬되어야만 하는 주파수로 자신의 게이트 상에서 구동된다.

상기 중간 DC 전력 공급 전압 (V_inter)은 고전압 전력 공급, 보통은 DC/DC 컨버터에 의해서 유리하게 공급될 수 있다.

그러므로, 자신의 공진 주파수에 근접하게, 상기 병렬 공진기 (4)는 상기 중간 DC 전력 공급 전압 (V_inter)을 증폭된 주기적인 전압으로 변환하며, 이는 병렬 공진기의 Q-팩터가 곱해진 전력 공급 전압에 대응하며 그리고 상기 스위치 트랜지스터 (M)의 드레인의 레벨에서 상기 전력 공급 회로의 출력 인터페이스에 인가된다.

그러면 스위치 트랜지스터 (M)는 상기 플러그 코일의 공진 주파수에 가능한 가깝게 만들어져야만 하는, 상기 명령 신호 (V1)에 의해 정의된 주파수로, 상기 증폭된 전력 공급 전압을 상기 전력 공급의 출력단으로 인가하여, 상기 멀티-필라멘트 방전의 발생 및 유지에 필요한 상기 플러그 코일 전극들의 상기 단자들에서 고전압을 생성하도록 한다.

이런 식으로 상기 트랜지스터는 약 5 MHz의 주파수로 그리고 1 kV에 도달할 수 있는 드레인-소스 전압인 고전류들을 스위치한다.

도 3에서 도시된 변형에 따르면, 상기 병렬 코일 Lp는 그러면 1과 5 사이의 권수 비율을 가진 변압기 (T)로 대체된다. 상기 변압기의 상기 1차 권선 (L_M)은 한 쪽으로는 상기 중간 전력 공급 전압 (V_inter)에 링크되고 그리고 다른 한 쪽은 상기 스위치 트랜지스터 (M)의 드레인으로 링크되어, 상기 명령 신호 (V1)에 의해 정의된 주파수에서 중간 전력 공급 전압 (V_inter)을 상기 1차 권선의 단자들로 인가하는 것을 제어한다.

한 쪽이 접지 복귀선 (6)에 의해 접지로 링크되는 상기 변압기의 2차 권선 (L_N)은 그 일부가 상기 플러그 코일에 연결되도록 설계된다. 이런 방식에서, 상기 접지 복귀선 (6)을 포함하는 링크 와이어들 (5, 6)에 의해서 상기 2차 권선의 단자들로 연결되는 상기 플러그 코일의 공진기 (1)는 그러므로 상기 변압기의 2차 측에 의해서 전력을 공급받는다.

그러면 상기 권수 비율을 적응시키는 것은 상기 트랜지스터의 드레인-소스 전압을 줄이는 것을 가능하게 한다. 1차측에서의 전압을 줄이는 것은 그러나 상기 트랜지스터를 통해서 지나가는 전류에서의 증가를 일으킨다. 그러면, 예를 들어, 병렬로 제어되는 두 개의 트랜지스터들을 동일한 제어단 (3)으로 대체함으로써 이런 제한을 상쇄할 수 있다.

점화 동안에, 연소 및 최적의 엔진 동작을 보장하기 위해서 상기 분기된 스파크가 부피의 면에서 커지는 것이 필수적이다. 본원에서, 연소의 존재는 상기 커패시터 (Cs)의 단자들 사이에서의 가변 저항 (R_ION)에 의해 기호로 표시된다.

연소의 방향을 나타내는 이온화 신호는 연소실의 상태 (온도, 압력, 혼합물의 성분 등)에 따라서 0.1 μA 와 1 mA 사이의 진폭을 가진다. 그러므로 상기 점화 신호에 대하여 120 dB 정도의 진폭 비율을 가진 신호를 측정하기 위해서 노력한다.

상기 이온화 신호는 저주파수 신호이며 그리고 모든 유용한 정보를 추출하기 위해서 100 kHz에서의 샘플링이 사용될 수 있다. 무선주파수 점화의 경우에, 플라즈마 생성 공진기 (R_SL_SC_S)는 1 MHz를 초과한 주파수에서 그리고 보통은 4 MHz 와 6 MHz 사이에서 구동된다. 그러므로 두 개의 10에 근접한 주파수 차이라는 이점이 존재하며, 이는 그러면 진폭 레벨 차이를 상쇄하기 위해서 사용될 수 있다.

상기 이온화 전류 측정을 산출하는 것은 상기 점화의 에너지 효율을 감소시키지 않는 컴포넌트를 이용하는 것을 수반한다.

이런 목적을 위해서 채택된 해결책은 도 4를 참조하면 상기 변압기 (T)의 2차 권선과 상기 공진기 (1) 사이에 접지 복귀선 (6) 상에 직렬로 측정 커패시터 (C_MES)를 연결시키는데 있다. 상기 측정 커패시터는 상기 회로 내에서 접지에 대해 상대적인 전위 차이들이 가능한 낮은 위치에 위치하는 것이 유리하다.

약 10 나노파레이드의 커패시턴스를 갖는 커패시터는 상기 이온화 전류의 저-주파수 측정들을 수행하는 가능성을 유지하면서도 상기 점화 시스템을 방해하지 않는 것을 가능하게 한다.

그러므로, 다른 수동 컴포넌트들을 통해서 컴포넌트를 이렇게 측정하는 것을 선택하는데 있어서의 주요 이점은 자신의 무선주파수 행동에 있다. 실제로, 높은 주파수들에서, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 커패시터의 고-주파수 등가 회로는 직렬 공진기로 구성된다는 것을 알고 있다. 이런 것이 발생하면, 공진기는 임피던스를 가지며, 그 임피던스는 공진기의 입력에 인가된 신호의 주파수에 종속되어 변하며, 그리고 상기 공진기의 공진 주파수에서 최소이다. 주파수에 따른 공진기의 임피던스의 경향의 이런 특성은 그러면 상기 커패시터가 상기 점화의 공진 주파수 근방에서는 매우 낮은 임피던스를 제공하고 그리고 상기 이온화 신호를 위해서 사용되는 주파수 대역 (F_ION < 15 kHz)에서는 높은 임피던스를 제공하는 것을 가능하게 한다. 상기 측정 커패시터는 그러므로 상기 점화 명령 신호를 위해서 사용되는 주파수 범위 내에서 자신의 가장 낮은 임피던스를 제공하도록 신중하게 선택된다. 이는 상기 측정 회로를 보호하기 위해서 상기 측정 커패시터의 단자들에서의 전압을 최소화하는 것을 가능하게 하며, 이는 도 5a를 참조하여 이제 설명될 것이다.

전압 (V_polar)을 공급하는, 표시되지는 않은 DC 전력 공급이 상기 엔진의 실린더 헤드에 관해서 전력 공급 회로의 출력에 연결된 플러그 코일의 고전압 전극을 분극화하기 위해서 제공되어, 점화의 종료 이후에 상기 연소 혼합물을 분극화하는 것을 가능하게 한다.

상기 연소를 나타내는 상기 이온화 전류 (I_ION)는 실제로 점화 종료 이후, 즉, 상기 스파크 형성 이후에 측정된 신호이다. 그러므로 그것의 진폭은, 여러 것들 중에서, 상기 플러그 코일의 전극과 상기 엔진 접지 사이에 인가된 상기 분극화 전압에 종속된다.

상기 분극화 전압은 단극 (unipolar)이며 그리고 보통은 1 V 와 100 V 사이이다. "양극으로 분극화 (positively polarization)"의 표현은 플러그의 고-전압 전극이 엔진 접지의 전위보다 더 큰 전위에서 분극화될 때에 적용될 것이다.

그러나, 상기 연소 혼합물을 음극으로 분극화하는 것이 가능하다. 상기 플러그의 중앙 전극의 전위는 그러면 상기 엔진 접지의 전위보다 낮다. 상기 분극화 전압은 이 경우에는 보통은 - 100 V 와 - 1 V 사이에 있다.

커패시터 (C_MES)의 단자들에서 이온화 전류 (I_ION)를 측정하기 위한 회로 (40)는 상기 연소의 방향의 전기적인 이미지를 제공하며, 도 5에서 설명된다. 이 도면을 참조하면, 상기 측정 회로는, 입력 전류에 비례하는 출력 전압 (V_S)을 공급하도록 설계된 전류-전압 컨버터의 형상으로 산출된다.

상기 컨버터는 연산 증폭기 (MN1) 그리고 피드팩 저항 (R_R)을 포함한다.

상기 연산 증폭기 (MN1)는 상기 분극화 전압 (V_polar)에 링크된 비-반전 입력 (+) 그리고 보호 회로 (30)를 경유하여 상기 커패시터 (C_MES)의 단자에 링크된 반전 입력 (-)을 구비하며, 상기 보호 회로는 상기 스파크 형성의 영향들의 측정 획득 시간을 제거하도록 설계되며, 이에 대해서는 이하에서 더욱 상세하게 설명할 것이다.

상기 저항 (R_R)은 상기 연산 증폭기 (MN1)의 반전 입력 (-)과 출력 사이에 설치된다.

하나의 변형으로서, 도 5b에서 도시된 것과 같이, 연소성 혼합물이 음극으로 분극화된 경우에, 상기 비-반전 입력 (+)은 상기 음극 분극화 전압 (V_polar)에 링크되고 그리고 상기 반전 입력 (-) 상기 보호 회로 (30)를 경유하여 상기 측정 커패시터의 단자에 링크되며, 상기 저항 (R_R)은 상기 연산 증폭기 (MN1)의 반전 입력 (-)과 출력 사이에 연결된다.

도 5c에 도시된 다른 변형에 따르면, 다음의 조건들을 준수하는 분극화 전압 (V_polar)을 구비한 상기 연소 혼합물의 어떤 분극화도 선택하는 것이 또한 가능하다:

V_EE < V_polar < V_CC 이 경우 V_EE < 0 그리고 V_CC > 0

그런 전류/전압 배치는 매우 약한 전류들을 정확하게 측정하는 것을 가능하게 한다.

상기 연산 증폭기의 입력은 L_e 값의 인덕턴스와 등가이다. 이는, 전류-전압 컨버터의 입력 임피던스 |Z _E | 그리고 상기 측정 커패시터 (C_MES)에 의해서 형성되는 회로로 인하여, 점화 종료 이후에 100 kHz보다 더 큰 주파수 (F_OSC)의 의사주기적인 발진의 모습의 원인이 되며, 이는 상기 측정 회로의 탈포화 (desaturation) 시간을 줄어들게 한다. 그러므로, 이런 진동을 감소시키기 위해서 상기 피드백 저항 (R_R)에 병렬로 피드백 커패시턴스 (C_R)를 추가하는 것이 필요하다. 그러므로 선택된 커패시턴스는 다음의 식을 만족한다.

그러므로, 상기 측정 회로의 탈포화 시간을 최적화하면서도, 상기 피드백 커패시턴스는 상기 연소의 추세를 표현하는 상기 측정된 신호의 유용한 주파수 대역을 위해서는 무시될 수 있다 (보통 100 KHz 이하).

또한, 상기 측정 회로의 출력 전압 (V_S)이 상기 연소로부터 구동되는 전류 (I_ION)에 정확하게 비례하는 것을 보장하기 위해서 상기 피드백 임피던스가 신중하게 선택되어야 한다는 것이 중요하다.

보통, 상기 측정 커패시터 (C_MES)는 상기 스파크 생성 단계 동안에 충전된다. 상기 전류-전압 컨버터들의 입력 임피던스 (Z_E)가 상기 측정 커패시터의 임피던스 (Z_MES)에 비해서 낮다는 것이 (적어도 100배 더 낮은 것이) 중요하다. 이런 조건은, 상기 측정 커패시터가 아니라 상기 전류-전압 컨버터가 상기 연소를 진척시키는 이미지인 전류를 공급한다는 것을 보장한다. 다른 말로 하면, 모든 이온화 전류 (I_ION)가 상기 증폭기 (MN1)에서 인출되도록 하기 위해서, 상기 측정 커패시터 (C_MES)의 임피던스가 상기 증폭기의 입력 임피던스에 비해서 높아야 하는 것이 필수적이다.

이 컨버터는 다음의 관계에 따르는 입력 임피던스를 구비한다는 것이 알려져 있다.

G는 상기 연산 증폭기의 원래의 이득이다.

그리고,

다음의 관계는 그러므로 100 kHz 아래의 모든 주파수들에 대해서 만족되어야만 한다.

, 이 경우 α ≥ 100

그러므로, 상기의 조건들이 만족되면, 다음의 식이 적용된다.

V_S = R_R.I_ION + V_polar

이제 상기 보호 회로 (30)로 더 상세하게 돌아갈 것이며, 이 보호 회로는 이전에 설명된 것처럼 상기 측정 회로 (40)를 위한 반-섬광 (anti-glare) 기능을 충족시킴으로써 상기 점화의 영향들을 없애는 것을 가능하게 한다. 이런 방식에서, 상기 연소의 추세를 나타내는 전류 (I_ION) 측정치를 획득하는 것은 유리하게도 상기 스파크 형성의 영향들과는 무관하게 행해질 수 있다.

실제로, 상기 연소에 관련한 유용한 정보는 점화의 종료 직후에 상기 이온 신호로부터 추출될 수 있다.

그것이 발생하면, 상기 연소를 나타내는 전류와 120 dB에 가까운 진폭의 차이를 가지는, 상기 점화 명령 신호에 의해 유도된 강한 전류는 섬광 시간을 야기하거나 또는 방해하는 (masking) 구간이 발생하게 하여, 그 동안에는 약한 전류를 획득하는 것은 실행될 수 없다는 것이 알려져 있다.

또한, 상기 점화 명령과 연관된 영향들을 최소화하기 위해서, 상기 측정 회로를 형성하는 상기 전류-전압 컨버터와 상기 측정 커패시터 사이에 상기 보호 회로 (30)를 연결하는 것이 제공된다. 실제로, 상기 전류-전압 컨버터는 최대로 가능한 동적 범위를 유지해야만 하며 그리고 탈포화 시간을 바람직하게는 300 μs 보다 작게 보이도록 해서, 상기 연소의 신뢰할 수 있는 최대 속도의 측정을 허용하도록 해야만 한다.

상기 보호 회로 (30)는 다이오드 브리지 (31)를 포함하며, 이는, 바람직하게는 상기 분극화 전압 (V_polar)에 근접한 전력 공급 전압 (V_ALIM)에서 저항들 (R_H 그리고 R_B)에 의해서 분극화된다.

상기 보호 회로의 다이오드들에서 흐르는 분극화 전류 (I_D)가 상기 컨버터가 공급하는 전류에 비해서 높으면 이런 구조는 안정적이며 그리고 상기 측정을 방해하지 않는다.

다음의 식을 검사하는 것이 가능하다.

R_dyn 는 다이오드의 동적 저항이다.

그러므로, 다음의 식이 성립한다.

또는, V_ALIM = 12V 그리고 R_B = R_H = 1 kΩ인 경우 다음의 식이 얻어진다.

ID = 3mA > I_IONmax = 500 μA.

이 식은 상기 배치의 안정성과 상기 보호 회로의 평균 소비 사이에서의 양호한 트레이드-오프를 찾는 것을 가능하게 한다. 상기 저항들 (R_B 그리고 R_H)은 보통은 100 Ω 그리고 50 kΩ 사이의 값을 가질 수 있으며 그리고 서로 다른 값일 수 있을 것이다.

최적의 분극화 전압 (V_polar)은 그래서 다음과 같이 정의된다.

이 전압 (V_polar)은, 예를 들면, 저항성 분배기 회로를 경유하여 상기 전압 (V_ALIM)으로부터 획득될 수 있을 것이며, 그 자체는 잘 알려진 것이다.

그러므로 상기 보호 회로 (30)는 이중의 기능을 갖는다. 이는 상기 보호 회로가 상기 스파크 생성 상태들에 무관하게 상기 측정 회로를 위해서 낮은 탈포화 시간을 유지하는 것을 가능하게 한다. 또한, 공진 점화 시스템이 생성할 수 있는 스파크의 각 유형에 대한 상기 측정 회로의 강건함에 기여한다.

Claims (10)

1. 전력 공급 회로 (2)로 구성된 내연 엔진 (internal combustion engine)의 무선주파수 점화를 위한 기기로서,
   상기 전력 공급 회로는,
   변압기 (T)를 포함하며, 상기 변압기의 제2 권선 (L_N)은 1 MHz를 초과하는 공진 주파수를 가지는 적어도 하나의 공진기 (1)에 연결되며, 그리고
   점화 명령에 응답하여 상기 엔진의 실린더 내에서 연소성 혼합물의 연소를 개시하기 위해서 스파크를 발생시킬 수 있는 두 개의 전극들 (11, 12)을 포함하며,
   상기 기기는,
   - 상기 변압기의 상기 제2 권선과 상기 공진기 사이에 직렬로 연결된 측정 커패시터 (C_MES),
   - 상기 측정 커패시터의 단자들에서 전류 (I_ION)를 측정하는 회로 (40)로서, 상기 전류는 상기 연소 방향의 전기적인 이미지를 제공하는, 회로.
   - 상기 측정 커패시터와 상기 측정 회로의 사이에 연결되며, 상기 점화 명령에 의해서 유도된 전기적인 영향들로부터 상기 전류 (I_ION)의 측정을 위한 획득 시간을 제거하도록 (free) 설계된 보호 회로 (30)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정 커패시터 (C_MES)는 상기 변압기와 상기 공진기의 접지 복귀선 (6)의 레벨에서 상기 변압기의 상기 제2 권선과 상기 공진기 사이에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기기는,
   소성 혼합물을 분극화하는 (polarizing) 수단으로서, 상기 공진기의 전극과 엔진 접지 사이에 분극 전압 (V_polar)을 인가하도록 설계된 분극화하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 보호 회로 (30)는 상기 분극 전압 (V_polar)에 비례하는 전력 공급 전압 (V_ALIM)에서 저항들 (R_H, R_B)에 의해서 분극화된 다이오드 브리지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 측정 회로 (40)는 연산 증폭기 (MN1)를 이용하여 산출되는 전류-전압 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 연산 증폭기는 상기 분극 전압에 링크된 비-반전 입력 그리고 상기 보호 회로를 경유하여 상기 측정 커패시터의 단자에 연결된 반전 입력을 구비한, 무선주파수 점화 기기.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 전류-전압 컨버터는 피드백 저항 및 상기 피드백 저항에 병렬로 연결된 피드백 커패시터를 포함하는, 무선주파수 점화 기기.
8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 전류-전압 컨버터의 입력 임피던스는 상기 측정 커패시터의 임피던스보다 적어도 100배 더 낮은 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.
9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 변압기의 1차 권선은 한 쪽이 중간 (intermediate) 전력 공급 전압 (V_inter)에 연결되고 그리고 다른 한 쪽은 제어 신호 (V1)에 의해 제어되는 적어도 하나의 스위치 트랜지스터 (M)의 드레인에 연결되며, 상기 스위치 트랜지스터는 상기 전력 공급 전압을 상기 제어 신호에 의해서 정의된 주파수에서 상기 1차 권선의 단자들에 인가하는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.
10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 변압기는 가변 권수 비율을 가지는 것을 특징으로 하는, 무선주파수 점화 기기.

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