РАДИОЧАСТОТНОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПЛАЗМЫ
PLASMA RADIO FREQUENCY GENERATOR

Настоящее изобретение в целом относится к области радиочастотных устройств генерирования плазмы, содержащих свечи зажигания для инициирования горения топлива в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания.
В частности, объектом настоящего изобретения является радиочастотное устройство генерирования плазмы, содержащее:
- генератор напряжения; и
- по меньшей мере, один блок зажигания, при этом указанный блок зажигания содержит:
- свечу зажигания, выполненную с возможностью генерирования искры, когда на эту свечу подают напряжение; и
- выключатель, установленный между контактом питания свечи и выходом генератора напряжения, при этом выключатель выполнен с возможностью электрического и селективного соединения выхода генератора напряжения с указанным контактом питания свечи при получении командного сигнала, поданного на контакт управления указанного выключателя;
при этом устройство дополнительно содержит электронный блок управления, соединенный электрически с указанным контактом управления указанного выключателя и выполненный с возможностью генерирования указанного командного сигнала.
Свечи радиочастотных устройств генерирования плазмы выполнены с возможностью генерирования искр или плазмы для обеспечения инициирования горения. Поэтому контроль в течение времени за качеством искр, создаваемых свечой, имеет первостепенное значение.
В этом контексте настоящее изобретение направлено на создание радиочастотного устройства генерирования плазмы, позволяющего контролировать качество искр, производимых радиочастотной свечой.
В этой связи радиочастотное устройство генерирования плазмы характеризуется тем, что электронный блок управления содержит средства измерения значений, характеризующих изменение во времени выходного напряжения генератора напряжения, при этом устройство содержит средства изменения напряжения и/или частоты электрического тока, подаваемого на указанный контакт питания свечи, в зависимости от значений, измеренных указанными средствами измерения.
Это новое устройство имеет особенные преимущества, так как оно позволяет:
- измерять параметры, связанные с изменением выходного напряжения генератора, причем это изменение характеризует состояние свечи, питаемой генератором; и
- изменять напряжение и/или частоту электрического тока питания этой свечи, учитывая, что это напряжение и эта частота являются параметрами, определяющими качество генерируемой искры.
Таким образом, устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет изменять напряжение питания свечи в зависимости от измерений изменения напряжения, которые характеризуют состояние износа или загрязнения свечи или, например, дефектные искры (разделение, слишком низкая интенсивность…).
Действительно, как показано на фиг.2, которая будет описана ниже, напряжение питания изношенной или загрязненной свечи имеет тенденцию к менее быстрому снижению, чем напряжение питания новой свечи. Поэтому, благодаря устройству в соответствии с настоящим изобретением, можно изменять напряжение, генерируемое генератором, в зависимости от установленного состояния свечи и, в частности, от ее способности рассеивать электрическую энергию для создания искр. Например, можно предусмотреть увеличение заданного номинального напряжения, которое должен подавать генератор на данную свечу.
Можно, например, предусмотреть, чтобы электронный блок управления содержал средства сравнения измеренных значений с теоретическими значениями, предварительно записанными в память устройства.
Этот вариант выполнения позволяет проверять состояние свечи в зависимости от предварительно записанных значений, которые были получены путем измерений на стенде испытания типовых свечей.
Можно, например, предусмотреть, чтобы электронный блок управления был соединен электрически с указанным генератором напряжения и чтобы генератор напряжения был выполнен с возможностью изменения выходного напряжения генератора в зависимости от сигнала управления генератором, выдаваемого электронным блоком управления.
Этот вариант выполнения позволяет электронному блоку управления, который получает измерения выходных напряжений генератора, обрабатывать эти измерения, чтобы генерировать сигнал управления генератором таким образом, чтобы он адаптировал в конечном итоге свое выходное напряжение для повышения качества искры, производимой свечой.
Можно, например, соединить электрически электронный блок управления с указанным генератором напряжения и адаптировать генератор напряжения для изменения частоты электрического тока, генерируемого на выходе генератора, в зависимости от сигнала управления генератором, выдаваемого электронным блоком управления.
Этот вариант выполнения позволяет электронному блоку управления, который получает измерения выходных напряжений генератора, обрабатывать эти измерения для генерирования сигнала управления генератором, в результате которого генератор адаптирует свою выходную частоту. Этот вариант выполнения повышает качество искры, производимой свечой, путем адаптации частоты питания.
Можно, например, выполнить указанный выключатель с возможностью изменения частоты электрического тока, подаваемого на указанный контакт питания свечи, в зависимости от указанного командного сигнала, генерируемого указанным электронным блоком управления.
В этом варианте выполнения сигнал управления выключателем используют для изменения частоты тока питания свечи.
Можно, например, предусмотреть, чтобы радиочастотное устройство генерирования плазмы содержало несколько блоков зажигания определенного типа, при этом каждый выключатель каждого блока зажигания соединен с указанным генератором напряжения и с указанным блоком управления.
Этот вариант выполнения позволяет управлять несколькими свечами зажигания согласно тому же принципу измерения изменения во времени выходного напряжения генератора, когда питание подается на одну из свечей, затем в зависимости от этого измерения осуществлять оценку состояния износа этой свечи, чтобы, в случае необходимости, повлиять на напряжение ее питания.
Можно, например, предусмотреть, чтобы каждый блок зажигания принимал командный сигнал, соответствующий этому блоку управления.
Этот признак позволяет управлять индивидуально каждым выключателем каждого блока зажигания и, следовательно, позволяет управлять продолжительностью питания каждой свечи и, в случае необходимости, частотой этого питания, если выключатель выполнен с возможностью изменения частоты в зависимости от соответствующего сигнала.
В предпочтительном варианте выполнения и в комбинации с предыдущим вариантом каждый выключатель выполнен с возможностью определения частоты электрического тока, питающего свечу, с которой он соединен, в зависимости от получаемого им соответствующего командного сигнала.
Предпочтительно каждый выключатель выполняют с возможностью определения частоты электрического тока, питающего свечу, с которой он соединен, таким образом, чтобы частота питания этой свечи была равна частоте получаемого им соответствующего командного сигнала.
Можно, например, предусмотреть, чтобы указанные средства изменения напряжения и/или частоты электрического тока были выполнены с возможностью изменения, - в зависимости от указанных значений, измеренных указанными средствами измерения, - каждого из напряжений и/или частоты электрических токов, подаваемых на контакты питания каждой из свечей.
Объектом настоящего изобретения является также способ управления устройством генерирования плазмы в соответствии с настоящим изобретением, характеризующийся тем, что подают электрический ток питания на контакт питания свечи зажигания, затем измеряют значения, характеризующие изменение во времени выходного напряжения генератора напряжения, сравнивают эти измеренные значения с предварительно записанными в память теоретическими значениями и изменяют напряжение питания, подаваемое на контакт свечи, в зависимости от отмеченного отклонения между этими измеренными значениями и предварительно записанными теоретическими значениями.
Отслеживание отклонения между измеренными значениями, характеризующими изменение во времени напряжения, и предварительно записанными теоретическими значениями позволяет определять состояние свечи и, в частности, степень передачи энергии. Следует отметить, что теоретическим значением может быть параметр, такой как степень передачи энергии, которая является параметром, оценивающим скорость передачи энергии новой свечи или образца.
Благодаря этому определению состояния свечи, соответственно изменяют напряжение питания этой свечи таким образом, чтобы улучшить работу этой свечи. В данном случае можно увеличивать заданное номинальное напряжение генератора по мере износа/загрязнения свечи, то есть по мере уменьшения степени передачи энергии этой свечи.
Иначе говоря, в зависимости от установленного состояния свечи можно принять решение о подаче на эту свечу напряжения питания, отличного от того, которое подавалось во время первого и второго измерений.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схема устройства генерирования плазмы в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - две кривые изменения выходного напряжения генератора напряжения в зависимости от времени для новой свечи и для изношенной свечи.
Как было указано выше, объектом изобретения является радиочастотное устройство A генерирования плазмы, содержащее:
- генератор 5 напряжения; и
- несколько по существу идентичных блоков 9 зажигания.
Генератор 5 напряжения питается постоянным током от батареи 2 и генерирует ток с изменяющимся напряжением на выходе генератора.
Блок 9 зажигания содержит радиочастотную свечу 4 и выключатель 7, селективно соединяющий радиочастотную свечу 4 с выходом генератора 5 напряжения таким образом, чтобы обеспечивать селективное питание этой свечи 4.
Выключатель 7 содержит контакт управления выключателем, выполненный с возможностью приема сигнала управления от выключателя V1 (или V2, V3, V4 в зависимости от рассматриваемого блока зажигания), который в зависимости от этого сигнала соединяет или не соединяет электрически генератор 5 с контактом свечи 4. Если свеча 4 получает достаточное напряжение питания от генератора 5, она генерирует искры, образующие плазму, и напряжение на выходе генератора 5 со временем понижается в течение всего периода генерирования искр.
Устройство A в соответствии с настоящим изобретением содержит также электронный блок UC управления, который соединен с блоком управления ECU СМ двигателем, с которым он связан, для управления устройством A зажигания в зависимости от потребностей двигателя, оборудованного этим устройством зажигания в соответствии с настоящим изобретением.
Электронный блок UC управления может быть также соединен с генератором 5 напряжения таким образом, чтобы передавать сигналы управления Sg генератором.
Эти сигналы управления Sg генератором воспринимаются генератором, который изменяет выходное напряжение генератора в зависимости от сигналов управления Sg.
В данном случае предусматривают, чтобы сигнал управления Sg генератором напряжения зависел от сравнения, по меньшей мере, одного из измеренных значений (которые являются значениями, характеризующими изменение во времени выходного напряжения генератора), по меньшей мере, с одним заданным значением, предварительно записанным в память устройства. Это сравнение между измеренным реальным значением и теоретическим значением позволяет определить состояние износа свечи.
Таким образом, выходное напряжение генератора меняется в зависимости от измеренного состояния износа свечи 4, на которую должно подаваться или подается питание от генератора.
Электронный блок UC управления соединен также с выходом генератора 5 напряжения через цепь измерения М, осуществляющую измерения электрического напряжения на выходе генератора 5.
Электронный блок управления содержит также память, в которой записаны теоретические значения, характеризующие степень передачи энергии свечи на различных стадиях ее срока службы.
В частном варианте выполнения изобретения электронный блок UC управления содержит также генератор частоты, в данном случае фиксированной частоты, который генерирует различные сигналы V1 (V2, V3, V4) управления, подаваемые на контакты выключателей 7, с которым соединен этот генератор 8 частоты. Эту частоту выбирают фиксированной, чтобы она соответствовала резонансной частоте свечей для генерирования плазмы большого объема, и в данном случае изменяется только напряжение питания.
Следует отметить, что степень передачи энергии является, например, значением, характеризующим изменение во времени выходного напряжения генератора 5, который соединен со свечой, передающей энергию, произведенную генератором.
Таким образом, электронный блок 7 управления управляет генерированием искр, передавая сигнал управления от выключателя V1 на выключатель 7, который соединяет контакт свечи с выходом 7 генератора 5.
При получении этого сигнала V1 выключатель соединяет контакт питания свечи 4 с выходом генератора 5, который выдает выходное напряжение со значением, установленным сигналом Sg управления генератором.
В этом случае свеча 4 генерирует искры и разряжает энергию с определенной скоростью, которая зависит от состояния свечи 4.
Следует отметить, что работа радиочастотной свечи 4 зависит от:
- резонансной частоты свечи 4, которая меняется в зависимости от степени износа этой свечи,
- заданного напряжения начала зажигания, установленного путем калибровки, то есть выходного напряжения, выдаваемого генератором 5;
- продолжительности искры, установленной путем калибровки.
Как показано на фиг.2, где представлены две кривые снижения напряжения на выходе генератора, одна из которых соответствует работе «изношенной ВМЕ», то есть изношенной или загрязненной свечи, а другая соответствует работе «новой ВМЕ», то есть новой свечи.
Отмечается, что скорость снижения напряжения больше для новой свечи по сравнению с изношенной свечой.
Электронный блок UC управления принимает измерения М напряжения при помощи средств измерения значений, характеризующих изменение напряжения на выходе генератора 5.
Производят, по меньшей мере, два измерения для определения скорости снижения напряжения на выходе генератора и, в частности, степени передачи энергии питаемой свечи.
В частности, электронный блок UC управления производит считывание напряжения на выходе повышающего трансформатора напряжения 5 в начале замыкания ступени управления 7, то есть в момент, когда сигнал V1 передается на выключатель 7. Это считывание значения Vdébut_all(x), характеризующее выходное напряжение генератора, производят в начале подачи питания на свечу от генератора. Значение Vdébut_all(x) записывают в память блока управления.
Когда выключатель или ступень управления 7 перестает соединять свечу 4 с выходом генератора 5 по истечении времени, равного продолжительности искры, вычислительный блок 6 производит считывание выходного напряжения повышающего трансформатора напряжения 5.
Значение Vfin_all(x), характеризующее выходное напряжение генератора незадолго до прекращения питания свечи, считывают и записывают в память электронного блока UC управления.
Следует отметить, что эти моменты начала и конца можно легко вычислить, так как они определяются самим блоком управления, который управляет выключателем 7 при помощи сигнала V1.
Учитывая наличие нескольких блоков 9 зажигания, «x» обозначает порядковый номер многоискровых свечей цилиндров №1, 2, 3 и 4 четырехцилиндрового двигателя.
После записи в память значений напряжения Vdébut_all(x) и Vfin_all(x) для каждой свечи порядкового номера «x» вычисляют значение для каждой свечи, характеризующее изменение во времени напряжения на выходе генератора, то есть характеризующее напряжение питания каждой свечи порядкового номера «х».
В данном случае этим характеризующим значением является значение
которое является безразмерной величиной.
Это значение, характеризующее степень износа свечи с порядковым номером «х», сравнивают с теоретическими значениями степени передачи энергии, чтобы генерировать значение поправки, позволяющее генерировать сигнал Sg управления генератором, устанавливающий заданным напряжением на выходе генератора в момент начала питания данной свечи «x».
Значение поправки в данном случае можно получить путем линейной интерполяции при помощи таблицы функции «степени передачи энергии». Такая таблица устанавливает соответствие между измеренной «степенью передачи энергии» и теоретической «степенью передачи энергии», которой соответствует данное значение поправки, используемое для определения заданного номинального выходного значения генератора.
Например, фактор поправки, полученный при помощи таблицы данных, можно добавить к заданному номинальному напряжению для нового контрольного компонента, чтобы определить новое заданное номинальное напряжение на выходе генератора, при этом указанное новое заданное значение учитывает износ свечи.