[发明专利]经由一个供电级的多个插头线圈的控制

说明书

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， 其特别用于内燃机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，具有插头线圈(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，这样的插头线圈通过谐振器1来建模，其谐振频率Fc大于 1MHz，典型地接近5MHz。谐振器包含串联的电阻R、电感L和电容C。 插头线圈的点火电极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，因为它们涉及给 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。

对这样的插头线圈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圈射频谐振器谐振频率的频率产 生电压脉冲，该电压脉冲典型地具有100ns的上升时间并具有1kV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——其另外在专利申请FR 03-10767中详细介 绍——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1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V1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V1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V1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-1515594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V1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V1决定的开关频率，应当使之尽可能接近连接到输 出的插头线圈的谐振频率(典型地为5MHz)，以便保持并使构成插头线 圈的串联谐振器1和并联谐振器4之间的能量传送最大化。

在插头线圈的谐振频率上，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圈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施加不同于插头线圈谐振频率的开关频率，能量传送劣化，这是因为 用于插头线圈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 绍的插头线圈，以便在受到命令时启动燃烧。

结果，对于例如四汽缸发动机，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，以便对四个插头线圈供 电并分别进行控制。

这样的构造因此依赖与和受控插头线圈一样多的放大路径，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发展潜力，一方面是因 为防护罩(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。