专利名称：经由一个供电级的多个插头线圈的控制的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及插头(plug)的两个电极之间的等离子体产生系统， 其特别用于内燃才几燃烧室内的气态混合物的受控射频点火。
背景技术：
对于这种到等离子体产生机动车点火的应用，具有插头线圏(plug
coil)的等离子体产生电路用于产生其电极之间的多丝放电
(multiple-filament discharge),使得可以启动发动机燃烧室中的混合物 的燃烧。多火花插头在申请人名下的下列专利申请中详细介绍FR 03-10766、 FR 03-10767、 FR 03-10768。
按照惯例，这样的插头线圏通过谐振器1来建模，其谐振频率Fc大于 lMHz，典型地接近5MHz。谐振器包含串联的电阻R、电感L和电容C。 插头线圏的点火电极10和12连接到电容C的端子。
当谐振器由高电压在其谐振频率fc(l/(2冗VT^))上供电时，电容 C的端子上的幅值被放大，使得在厘米数量级的距离上，在高压下并对 于小于30kV的峰值电压，可以在插头的电极之间建立起多丝放电。
于是，术语"分支火花"(branched sparks )适用，因为它们涉^J^ 定体积内至少几个电离线或路径的同时产生，其分支线也是全方向的。
对这样的插头线圏的电力供给进行控制需要使用这样的电力供给电 路其能够以被设计为非常接近于插头线图射频谐振器谐振频率的频率产 生电压脉沖，该电压脉冲典型地具有100ns的上升时间并具有lkV数量级 的幅值。谐振器谐振频率与产生器运行频率之间的差越小，谐振器的过电 压系数(其输出电压与其输入电压的幅值之间的比)越高。
这样的电力供给电路一一其另外在专利申请FR 03-10767中详细介绍一一在图2中示出。按照传统，其实现了 "E类功率放大器"组件。这 种类型的DC/AC转换器使得可以产生具有上述特性的电压脉冲。
根据图2的实施例，放大器2包含开关M，其用于控制谐振器l的端 子的开关，在此实例中以功率MOSFET晶体管的形式实现。
因此，控制装置5以控制频率产生控制信号VI并将之经由原理性地 示出的控制级3施加到功率MOSFET M的栅极。为了在其谐振器1经由 控制信号VI激励时控制连接到放大器输出的插头线圈的电极之间的火花 的产生，控制信号VI由不同的点火指示激活，并采用以控制频率的控制 脉冲串的形式。
如专利申请EP-A-1 515 594所述，并联的谐振电路4连接在中间电压 Vinter的源与晶体管M的漏极之间。此电路4包含与电容Cp并联的电感 Lp。
接近其谐振频率，并联谐振器将中间电压Vinter变换为放大电压Va (图5示出)，其对应于中间电压乘以并联谐振器的过电压系数。此放大 电压被供到也连接到谐振器1的输入的晶体管M的漏极。
晶体管M因此作为开关运行，并在控制信号VI处于高(相应地，低) 逻辑状态时在谐振器1的输入上施加(相应地，阻塞)电压Va。晶体管M 因此施加由控制信号VI决定的开关频率，应当使之尽可能接近连接到输 出的插头线圏的谐振频率(典型地为5MHz)，以4更保持并使构成插头线 圏的串联谐振器1和并联谐振器4之间的能量传送最大化。
在插头线圏的谐振频率上，于是，在串联谐振器1的电容C的端子上， 或在插头的电极的端子上，存在前面提到的输出电压Va乘以串联谐振器1 的过电压系数。
从由放大器构成的供电级到插头线圏的谐振器的能量传送的这一阶段 必须在谐振器的谐振频率上进行，以便保证好的效率。实际上，如果晶体 管M施加不同于插头线圏谐振频率的开关频率，能量传送劣化，这是因为 用于插头线圏的串联谐振器的带宽的狭窄。
在具有等离子体产生机动车点火的应用中，各个燃烧室装有如上所介绍的插头线圏，以l更在受到命令时启动燃烧。
结果，对于例如四汽釭发动机，能够具有参照图2在上面所介绍的四 个具有E类放大器类型的电力供给电路是重要的，以便对四个插头线圏供 电并分别进行控制。
这样的构造因此依赖与和受控插头线圏一样多的放大路径，于是，限 制了通过等离子体产生的这种类型的机动车点火的iL^潜力， 一方面是因 为防护軍(hood)下这种安装引起的庞大体积，也是因为安装的成本，已 经证明，这种安装妨碍了将这种类型的点火安装到大量生产的车辆上。
本发明目的在于，通过使得可以经由一个且同一个、单独一个放大路 径来控制多个插头线圏，弥补这种缺点。
发明内容
以此为目的，本发明的对象在于一种射频等离子体产生装置，其特征 在于包含
-电力供给电路，其包含由控制信号控制的开关，以便以由控制信号限 定的频率将中间电压施加到电力供给电路的输出，
-至少两个等离子体产生电路，其并联连接到电力供给电路的输出，各 个等离子体产生电路具有其自己的谐振频率，并能够在高电压等级以大致 等于等离子体产生电路谐振频率的频率被施加到电力供给电路的输出时产 生等离子体，
-用于控制电力供给电路的装置，其由等离子体产生电路的谐振频率中 的一个确定控制信号的频率，以便根据所用控制频率有选择地控制各个等 离子体产生电路。
根据一实施例，各个等离子体产生电路包含谐振器，各个谐振器具有 不同的谐振频率。
根据另一实施例，各个等离子体产生电路包含谐振器，各个谐振器具 有相同的谐振频率，等离子体产生电路中的至少一个还包含移动其谐振器 的谐振频率的装置。有利的是，频率移动装置包含在电力供给电路的输出与谐振器之间串 联定位的阻抗匹配电路。
优选的是，阻抗匹配电路包含电感。
根据一种变型，阻抗匹配电路包含阻抗链接电缆(impeding link cable)，该电缆提供了电力供给电路的输出与各个谐振器之间的连接，谐 振器之间的电缆部分的长度限定了振荡器之间的频率移动。
有利的是，各个等离子体产生电路被设计为以下面的实现方式中的一 种产生点火燃烧发动机汽缸中的受控点火、微粒过滤器中的点火、空气 调节系统中的净化点火。
本发明还涉及一种控制等离子体产生装置的电力供给的方法，该装置 包含电力供给电路，电力供给电路具有由控制信号控制的开关，以便以由 控制信号定义的频率将中间电压施加到电力供给电路的输出，至少两个等 离子体产生电路并联连接到电力供给电路的输出，各个等离子体产生电路
被设计为以其自身的谐振频率有选择地受到控制， 所述方法包含以下步骤 -接收请求以确定控制频率； -确定将被控制的等离子体产生电路；
-确定控制频率，其大致等于将被控制的等离子体产生电路的谐振频
率；
-以所确定的控制频率产生控制信号。
参照附图，通过阅读由说明性且非限制性的实例给出的下面的介绍， 可更为明了本发明的其它特性和优点，在附图中
图1示出了用于对等离子产生插头线周进行建模的谐振器的电气模
型；
图2示出了包含放大器的高电压产生装置，其用于电力供给以及插头 线圏的控制；图3示出了根据本发明的插头线圏谐振频率的分布的第一实施例； 图4示出了根据本发明的插头线圏谐振频率的分布的第二实施例； 图5示出了根据本发明的完整射频点火图，其包含N个插头线圏； 图6为根据本发明的点火控制的示例性实施方式的流程图。
具体实施例方式
因此，本发明的目的在于通过使用一个放大路径控制多个插头线圏型 等离子体产生电路，换句话说，通过使用一个具有如前面在图2中介绍的 E类功率放大器类型的电力供给电路，有选择地对并联连接到此一个电力 供给电路的输出的所述多个等离子体产生电路进行供电。
这种特殊的组件所基于的原理在于，在由电力供给电路产生的高电压 和高频率控制等级上，利用连接到电力供给电路输出的各个等离子体产生 电路的自谐振频率。
实际上，看起来，等离子体产生电路谐振频率的合理分布使得可以自 然地确定从电力供给电路到等离子体产生电路中的一个或另一个的、所希 望的电力传送。因此，取决于电力供给电路的层次上所用的控制频率是否 大致与等离子体产生电路的自谐振频率对准，在电力供给电路的输出上同 时施加到连接于其上的所述多个等离子体产生电路的端子的一个且相同的 高电压使得可以有选择地控制这些等离子体产生电路中的一个。
因此，使得可以经由一个电力供给电路独立控制所述多个等离子体产 生电路的条件在于这些等离子体产生电路各自具有与其它的在相当程度上 区分开的谐振频率。实际上，目的在于避免构成各个等离子体产生电路的 谐振器的谐振频率范围的重叠，并因此消除多个同时点火的问题。
并联连接到一个电力供给电路的输出的多个等离子体产生电i^间的 谐振频率差应当优选为至少等于各个谐振器的带宽的倍数。例如，可以选 择将各个等离子体产生电路的谐振频率相对于其他等离子体产生电路移动 等于各电路带宽两或三倍的值。
可以想到几种实施例，以便产生各个等离子体产生电路的谐振频率之间的这样的频率移动。
第一种方法是对于各个等离子体产生电路使用构造不同的如图1中所 建模的插头线圈，使得所用的插头线圏根据上面介绍的原理具有充分不同 的谐振频率。
在此实施例中，各个等离子体产生电路包含图l所示的谐振器且各个 谐振器具有不同的谐振频率，然而，考虑到其在工业生产过程中的集成， 这不是最优的。
实际上，其要求工业生产过程;陂改变为生产多个不同的插头线圈，因 此要求与受控路径一样多的插头线圏。
另外，参照图3与4，用于在将被控制的所述多个等离子体产生电路 之间产生谐振频率移动的优选实施例在于使用同样的插头线圏，其中对 之进行建模的谐振器具有同样的谐振频率；将各个谐振器与移动其谐振频 率的装置相关联。
如图3所示，等离子体产生电路的谐振频率移动装置包含阻抗匹配电 路14,其被设计为串联位于电力供给电路2的输出和谐振器1之间。通过 这种方式，阻抗和构成等离子体产生电路的谐振器的配对使其谐振频率相 对于隔离开的插头线圏的谐振器1的谐振频率移动。
如图5所示，才艮据上面阐释的原理，具有不同的相应值的这种阻抗电 路——分别为Zl、 Z2、 Z3、 Z4——在一个电力供给电路和各个插头线 圏——分别为BB1、 BB2、 BB3、 BB4——之间的串联插入于是使得可以产 生并联连接到 一个电力供给电路输出的等离子体产生电路的谐振频率的所 希望的分布。
电路14的阻抗值因此被选择为使得各个等离子体产生电路一一其各 自包含阻抗-谐振器配对一 一之间的谐振频率差等于至少为各谐振器的带 宽的倍数。
例如，对于所加入的阻抗电路，可以使用电感，使得各个等离子体产 生电路的谐振频率移动希望的值。
为了最优化电力供给电路的效率并最优化插头线图的运行，可以使用相同的插头线圏，该线圏的谐振频率高于插头线圏希望以之受到控制的谐 振频率。在这种情况下，如果所添加的阻抗电路是电感，这种添加的作用 应当对应于降低各个电感/插头线圏配对的整体谐振频率的值。
作为变型，对于将被控制的路径中的一个，可以使用简单的连接，而 不添加与插头线圏串联的任何额外无源器件，例如电感。
根据图4所示另一实施例，相对于其他的对等离子体产生电路的谐振 频率进行移动的装置使用链接电缆，其作为串联阻抗提供电力供给电路输 出与各个插头线圏之间的连接，插头线圏也是同样的，也就是说，它们的
谐振器具有同样的谐振频率。在这种情况下，作为阻抗、特别是作为电感 在插头线圏之间——分别在BB1与BB2之间、BB2与BB3之间、BB3与 BB4之间——的电缆部分的长度——分别为Ll、 L2、 L3——因此限定了 插头线圏的谐振器之间的谐振器频率移动。
有利的是，通过使用插头线圏之间的阻抗电缆，可以消除图3的实施 例所需要的用于移动插头线圏频率的额外部件的使用。
由于不同路径的谐振频率根据前面介绍的原理独立分布，基于一个电 力供给电路的控制方法因此考虑匹配到对于各个点火受到控制的路径的频 率。
为此，根据一实施例，电力供给电路的控制装置5可具有存储器，其 能够保持与将被控制的各个路径对应的频率的级别顺序。
因此，根据参照用于四汽缸燃烧发动机的机动车点火应用的图6的实 例，在收到点火请求时，控制装置首先能够确定将被控制汽缸，例如，其 以在发动机上布置的顺序从1到4编号。各个汽缸号因此具有与4^目关联 的谐振频率，分别为Fl、 F2、 F3、 F4，谐振频率对将被控制的对应的等 离子体产生电路是特有的。
于是，控制装置包含这样的模块根据将被点火的汽缸号以及事先存 储的频率的等级顺序，由这些频率Fl、 F2、 F3、 F4，确定将要产生的控 制信号的频率。 一旦确定了控制频率，控制装置将所述频率的控制信号施 加到输出接口，用于控制开关M。于是，电力到将被控制用于点火的等离子体产生电路的有选择的传送 自然受到用于此点火的控制频率的管理。
根据一特定实施例，将在所述一个电力供给电路的输出上获得的谐振
频率的确定能受到如本申请人提交的法国专利申请FR 05-127669、 FR 05-12770所介绍的制表(tabulation )或伺服控制方法的控制。
例如，控制装置可具有接口，其用于接^动机运行参数测量信号 (发动机油温、发动机转矩、发动机速度、点火角度、入口空气温度、燃 烧室压力等)和/或电力供给运行参数测量信号；特定的存储器模块，其对 测量信号和将要产生的控制信号频率之间的关系进行存储。于是，控制装 置根据在接收接口上接收的测量信号以及存储在存储器模块中的关系来确 定将要产生的控制信号的频率。
在不脱离本发明的框架的情况下，可以想到除受控燃M动机点火实 施方式以外的应用，例如在微粒过滤器中产生点火或在空气调节系统中产 生净化点火。
权利要求
1.一种射频等离子体产生装置，其特征在于包含-电力供给电路(2)，其包含由控制信号(V1)控制的开关(M)，以便以由控制信号限定的频率将中间电压(Vinter)施加到电力供给电路的输出，-至少两个等离子体产生电路(BB1，BB2，BB3，BB4)，其并联连接到电力供给电路的输出，各个等离子体产生电路具有其自己的谐振频率，并能够在高电压等级以大致等于等离子体产生电路谐振频率的频率被施加到电力供给电路输出时产生等离子体，-用于控制电力供给电路的装置(5)，其由等离子体产生电路的谐振频率(F1，F2，F3，F4)中的一个确定控制信号的频率，以便根据所用控制频率有选择地控制各个等离子体产生电路。
2. 根据权利要求l的装置，其特征在于，各个等离子体产生电路包含 谐振器(1)，各个谐振器具有不同的谐振频率。
3. 根据权利要求l的装置，其特征在于，各个等离子体产生电路包含 谐振器(l)，各个谐振器具有相同的谐振频率，等离子体产生电路中的至 少一个还包含用于移动其谐振器的谐振频率的装置。
4. 根据权利要求3的装置，其特征在于，频率移动装置包含串联定位 在电力供给电路的输出与谐振器之间的阻抗匹配电路(14)。
5. 根据权利要求4的装置，其特征在于，阻抗匹配电路包含电感。
6. 根据权利要求4的装置，其特征在于，阻抗匹配电路包含提供电力 供给电路的输出与各个谐振器之间的连接的阻抗链接电缆，谐振器之间的 电缆部分的长度(Ll， L2， L3)限定振荡器之间的频率移动。
7. 根据权利要求l-6中任意一项的装置，其特征在于，各个等离子体 产生电路被i殳计为产生下面的实施方式之一中的点火燃烧发动机汽缸中 的受控点火，賴t粒过滤器中的点火，空气调节系统中的净化点火。
8. —种控制等离子体产生装置的电力供给的方法，该装置包含电力供给电路(2)，电力供给电路具有由控制信号(VI)控制的开关(M), 以便以由控制信号限定的频率将中间电压(Vinter)施加到电力供给电路 的输出，至少两个等离子体产生电路并联连接到电力供给电路的输出，各 个等离子体产生电路被设计为在其自身的谐振频率上有选择地受到控制，所述方法包含以下步骤-接收请求以确定控制频率；-确定将被控制的等离子体产生电路；-确定控制频率，其大致等于将被控制的等离子体产生电路的谐振频率；-以所确定的控制频率产生控制信号。
全文摘要
本发明涉及一种射频等离子体产生装置，该装置包含电力供给电路(2)，其包含由控制信号(V1)控制的开关(M)，以便以控制频率将电压(Vinter)施加到控制电路的输出；至少两个等离子体产生电路(BB1，BB2，BB3，BB4)，其并联连接到电力供给电路的输出，各个电路具有其自己的谐振频率，并能够在高电压等级以基本等于等离子体产生电路谐振频率的频率被施加到电力供给电路输出时产生等离子体；供电控制装置(5)，其由等离子体产生电路的谐振频率(F1，F2，F3，F4)确定控制频率，以便根据所用控制频率有选择地控制各个电路。
文档编号F02P9/00GK101622442SQ200880006697
公开日2010年1月6日 申请日期2008年2月25日 优先权日2007年3月1日
发明者C·努瓦尔, N·梅西蒂, P·巴罗索 申请人:雷诺股份公司