[发明专利]具有自调节功率放大器的电晕点火系统

说明书

要求优先权

本申请要求于2009年5月8日提交的美国临时申请号61/176,614的优先权的利益，该申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在汽车等应用中用于对空气/燃料混合物进行点火的点火器，并且特别地涉及用于电晕点火系统中的自调节功率放大器。

背景技术

美国专利6,883,507公开了用于电晕放电型空气/燃料点火系统的点火器。根据用于引起燃烧的示例性方法，电极被充电达到高的射频(“RF”)电压电势以在燃烧室中形成强的RF电场。强电场反过来使得燃烧室中的燃料-空气混合物的一部分离子化。使燃料-空气气体电离的过程可能是介电击穿的开始。但是该电场能够被动态地控制以使介电击穿不进行到电子雪崩的水平，电子雪崩将导致形成等离子体并且导致电弧从电极击穿到接地的气缸壁或活塞。电场保持在仅将燃料-空气气体的一部分(不足以形成前述的产生等离子体的电子雪崩连锁反应的部分)电离的水平。然而，电场却保持足够强从而发生电晕放电。在电晕放电时，电极上的一些电荷由于通过气体运载到地、或者通过电子从经电离的燃料-空气混合物释放或者吸收到电极中而消散为小电流，但是与弧放电相比，该电流非常小并且电极处的电压电势保持得非常高。足够强的电场使得燃料-空气混合物的一部分电离以有利于燃烧反应。经电离的燃料-空气混合物形成火焰前锋，然后火焰前锋变为自维持稳定(self-sustaining)并且燃烧剩余的燃料-空气混合物。

图1示出了电容耦合的RF电晕放电点火系统。由于电极40不延伸到馈穿绝缘器71b的周围介电材料之外而直接暴露到燃料-空气混合物中，所以该系统被称为“电容耦合”。相反地，电极40保持由馈穿绝缘器71b遮盖并且取决于经过部分馈穿绝缘器的电极的电场在燃烧室50中产生电场。

图2为示例性实施方案的控制电子器件和一次线圈单元60的功能框图。如图2所示，控制电子器件和一次线圈单元60包括中间抽头型(center tapered)一次RF变压器20，中间抽头型一次RF变压器20经由线路62从DC源接收例如150伏特的电压。高功率开关72按期望频率(例如，高压回路30的共振频率)将施加到变压器20上的功率在两个相位，即相位A和相位B之间切换(参见图1)。150伏特的DC源还与用于控制电子器件和一次线圈单元60中的控制电路的电源74连接。控制电路电源74通常包括降压变压器，其将150伏特的DC源降低至控制电子器件可接受的水平，例如，5-12伏特。根据示例性实施方案，来自变压器20的输出，在图1和图2中被描述为“A”，用于为容纳在二次线圈单元中的高压电路30供电。

在点A处检测从变压器20输出的电流和电压，并且分别在73和75处执行常规的信号调整，例如从信号中去除噪声。这种信号调整可以包括例如有源滤波器、无源滤波器或数字滤波器、低通滤波器或带通滤波器。然后，电流和电压信号进行全波整流并且分别在77、79处进行平均化(averaged)。去除信号噪声的电压和电流的平均化可通过常规的模拟或数字电路来完成。经平均化和整流的电流和电压信号被送到除法器80，除法器80通过将电压除以电流来计算实际的阻抗。电流和电压信号还被送到鉴相器和锁相环(PLL)78，该锁相环(PLL)78输出作为高压电路30的共振频率的频率。该PLL通过调节其输出频率以使电压和电流同相来确定共振频率。对于串联型共振电路，当在共振激发时，电压和电流同相。

计算出的阻抗和共振频率被送到脉宽调制器82，脉宽调制器82输出两个脉冲信号，相位A和相位B，每个脉冲信号均具有计算出的占空比(duty cycles)，以便驱动变压器20。脉冲信号的频率基于从PLL 78接收到的共振频率。占空比基于从除法器80接收到的阻抗，还基于从系统控制器84接收到的阻抗设定值。脉宽调制器82调节两个脉冲信号的占空比以使来自除法器80的测量阻抗与从系统控制器84接收到的阻抗设定值相匹配。