Rf功率放大和分配系统、等离子点火系统及其操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明所描述的主题的实施例大体设及无线电频率（R巧功率分配系统，并且更 具体地说，设及包括了用于将RF功率传送到内燃机的多个气缸的RF功率分配系统的等离 子点火系统。
【背景技术】
[000引机动车辆的典型的内燃机包括多个气缸、与其相关的活塞、曲轴（crankshaft)、燃 料供给和排气系统（包括凸轮轴（camshaft)和相关的阀）W及点火系统，该组合组成了 车辆的主转矩生成子系统（primarytorquegenerationsubsystem)。当活塞在气缸内被 适当晒合（engage)的时候，燃烧室由活塞的顶部、气缸侧壁和坐落在气缸顶部的气缸盖限 定。在发动机运转期间，通过在气缸内线性移动活塞，燃烧室的容积发生变化。正是燃烧室 容积的变化最终可W被转换成用于推进车辆的转矩。
[0003] 更具体地说，在二冲程和四冲程发动机中，燃烧室的容积在活塞的压缩冲程和动 力冲程期间分别减小和增加。在压缩冲程之前（即，在进气冲程期间），凸轮轴的旋转导致 燃料进气阀打开，该就允许雾化燃料被注入到室内W在室内产生一种燃料/空气混合物。 在压缩冲程期间，活塞被推向气缸盖（或朝向"上止点（topdeadcenter)"位置），该就压 缩了燃料/空气混合物，从而增加了混合物的热能。在活塞到达上止点位置时或接近该位 置，火花塞在燃烧室内产生了火花。火花点燃了压缩的燃料/空气混合物，从而使其利用 爆发力燃烧和膨胀。爆发力启动了活塞的动力冲程，其间，爆炸燃料迫使活塞迅速远离气缸 盖。在随后的排气冲程中，凸轮轴旋转导致排气阀打开，因此允许燃烧室内的气体（例如， 废气）离开气缸。
[0004] 每个活塞具有禪合于曲轴的连杆，并且在动力冲程期间，连杆对曲轴施加了强线 性力，曲轴将线性力转换为旋转力。为了保持曲轴旋转，多个室内的燃烧被定时，W便由每 个活塞施加在曲轴上的线性力彼此异相。更具体地说，点火系统的分配器被用于W-种仔 细定时和正确的点火顺序将高电压从点火线圈路由到每个火花塞。与曲轴的旋转力相关联 的转矩最终可W被转换为轴和车轮的旋转，从而推进了车辆。
[0005] 在实践中，上述燃烧过程不是100%有效。例如，在每个燃烧循环期间，在每个动力 冲程之后一定量的未燃燃料残留在燃烧室内。并且未燃燃料在排气冲程期间被排出到大气 中。在燃烧循环期间保持未燃的燃料数量影响了车辆的燃料效率。因此，发动机开发者力 图改进点火系统W提高在每个燃烧循环期间在每个室内被燃烧的燃料的比例。
[0006] 此外，燃料/空气混合物的燃烧产生了各种气体，该些气体通过车辆的排气系统 从车辆排出。例如，在典型的W石油为燃料的发动机中，除了别的之外，废气包括氮氧化物 (NOy)、二氧化碳（C〇2)和一氧化碳（C0)。当存在足够数量的时候，一些废气可能对人体和 环境有害。因此，发动机开发者也力图修改燃料和点火系统W减少排放到环境中的潜在有 害气体的数量。
【附图说明】
[0007] 结合附图参考详细说明书和权利要求可W对本发明主题有更完整的理解，其中在 附图中，相似的参考符号表示相似的元件。
[0008] 图1根据示例实施例，是四缸发动机的等离子点火系统的简化方框图；
[0009] 图2根据示例实施例，是说明了四缸发动机的分布式RF功率信号的定时的时序 图；
[0010] 图3根据示例实施例，是RF功率放大和分配系统的示意图；
[0011] 图4根据示例实施例，是操作包括了RF功率放大和分配系统的等离子点火系统的 方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012] 下面的详细说明书本质上仅仅是说明性的，并且不旨在限制本发明主题的实施例 或该些实施例的应用和使用。正如本发明所使用的，词语"示例性的"和"示例"指"充当示 例、实例或说明"。本发明中所描述的任何作为示例性的或示例的实现不一定被解释为比其 它实施优先或有利。此外，不旨在被先前技术领域、【背景技术】、或W下详细描述中的任何明 示或暗示的理论所约束。
[0013] 本发明主题的实施例包括等离子点火系统、相关的RF功率放大和分配系统及其 操作方法。正如将在下面更详细解释的，当与利用了点火线圈和火花塞的传统内燃机相比 的时候，该样的系统和方法可W导致显著增加的燃料效率并减少被排放到环境中的潜在有 害气体的数量。类似于传统内燃机的点火系统，等离子点火系统起到在由活塞和气缸布置 限定的燃烧室内燃烧气体燃料的作用。然而，在等离子点火系统中，燃烧是通过将高能量等 离子放电到燃烧室，而不是在燃烧室内产生相对低能量的火花来实现的。高能量等离子放 电比火花更有效地燃烧燃料。此外，等离子放电可W在燃烧室产生，该燃烧室具有比用常规 火花塞的燃烧室的可能压力显著更高的压力。因此，等离子点火系统可W启用比传统点火 系统更高的功率操作。
[0014]图1根据示例实施例，是包括了等离子点火系统110和内燃机150的转矩生成系 统100的简化方框图。例如，转矩生成系统100可W被合并到机动车辆，并且转矩生成系统 100可W起到用于推进车辆的转矩的主要来源的作用。
[0015] 内燃机150类似于传统内燃机，其中发动机150包括多个气缸152-155、与其相关 的活塞156-159和连杆160-163、曲轴164W及包括了被配置W操作燃料进入和排出阀（未 标号）的凸轮轴（未标号）的燃料供给和排气系统166。如同传统内燃机，室170由内燃 机150内的每个活塞/气缸对限定，并且室170的容积在活塞的压缩冲程和动力冲程期间 分别减小和增加。然而，与传统内燃机相比，在图1的内燃机150内，等离子点火系统110 的福射器件120-123在活塞到达上止点位置时或接近该位置（例如，在气缸153内的活塞 157的位置）处在室170内产生了高能量等离子放电。等离子放电点燃了室170内的压缩 的燃料/空气混合物，从而使燃料利用爆发力燃烧和膨胀。爆发力启动了活塞的动力冲程， 其间，爆炸燃料迫使活塞156-159迅速远离气缸盖。活塞的连杆160-163对曲轴164施加 了强线性力，曲轴将线性力转换为旋转力或转矩。与曲轴的旋转力相关联的转矩最终可W 被转换为轴和车轮旋转，从而能够推进车辆，其中系统100包含在该车辆内。
[0016] 同样类似于传统内燃机的操作，为了维持曲轴164的旋转，内燃机150的多个室 170内的燃烧被定时，W便由每个活塞156-159和连杆160-163施加在曲轴164上的线性力 彼此异相（例如，在四缸、四冲程发动机中彼此异相大约90度）。
[0017] 等离子点火系统110被配置W给每个福射器件120-123提供高功率RF能量W在 每个室170内产生等离子放电。更具体地说，等离子点火系统110被配置，W便提供给福射 器件120-123的高功率RF能量被定时W在室170内实现异相、定时的等离子放电，并因此 引起持续的曲轴旋转。为了产生定时的等离子放电，等离子点火系统110包括RF信号发生 器112、前置放大器114、RF功率放大和分配系统118W及福射器件120-123。此外，正如后 面将要讨论的，等离子点火系统110还包括定向禪合器116和控制单元130。
[001引 RF信号发生器112被配置W产生RF信号140。例如，RF信号140可W包括RF功 率的周期性脉冲，其中每个脉冲在每个气缸152-155的动力冲程的开始或其附近产生。每 个脉冲的持续时间可W比每个动力冲程的持续时间短。例如，每个脉冲的持续时间可W是 每个动力冲程的持续时间的大约10% -大约50%，并且每个脉冲可W被定时W在每个动力 冲程的开始时到达气缸。根据各种实施例，RF信号140的RF功率可W在大约1. 0兆赫兹 (MHz)-大约6.0千兆赫佑Hz)(例如，大约2. 4千兆赫）范围内的频率被产生。在其它实施 例中，RF功率的频率可W比上述给定范围更高或更低。
[0019] RF信号发生器112的输出禪合于前置放大器114的输入。在各种实施例中，前置 放大器114可W是单级放大器或多级放大器。本质上，前置放大器114接收并放大由RF信 号发生器112产生的RF信号140,W产生放大的RF信号142,其中放大的RF信号142具有 足W能够使福射器件1