Rf功率放大和分配系統(tǒng)、等離子點火系統(tǒng)及其操作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明所描述的主題的實施例大體設及無線電頻率（R巧功率分配系統(tǒng)，并且更 具體地說，設及包括了用于將RF功率傳送到內(nèi)燃機的多個氣缸的RF功率分配系統(tǒng)的等離 子點火系統(tǒng)。
【背景技術】
[000引機動車輛的典型的內(nèi)燃機包括多個氣缸、與其相關的活塞、曲軸（crankshaft)、燃 料供給和排氣系統(tǒng)（包括凸輪軸（camshaft)和相關的閥）W及點火系統(tǒng)，該組合組成了 車輛的主轉(zhuǎn)矩生成子系統(tǒng)（primarytorquegenerationsubsystem)。當活塞在氣缸內(nèi)被 適當曬合（engage)的時候，燃燒室由活塞的頂部、氣缸側(cè)壁和坐落在氣缸頂部的氣缸蓋限 定。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，通過在氣缸內(nèi)線性移動活塞，燃燒室的容積發(fā)生變化。正是燃燒室 容積的變化最終可W被轉(zhuǎn)換成用于推進車輛的轉(zhuǎn)矩。
[0003] 更具體地說，在二沖程和四沖程發(fā)動機中，燃燒室的容積在活塞的壓縮沖程和動 力沖程期間分別減小和增加。在壓縮沖程之前（即，在進氣沖程期間），凸輪軸的旋轉(zhuǎn)導致 燃料進氣閥打開，該就允許霧化燃料被注入到室內(nèi)W在室內(nèi)產(chǎn)生一種燃料/空氣混合物。 在壓縮沖程期間，活塞被推向氣缸蓋（或朝向"上止點（topdeadcenter)"位置），該就壓 縮了燃料/空氣混合物，從而增加了混合物的熱能。在活塞到達上止點位置時或接近該位 置，火花塞在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生了火花?；鸹c燃了壓縮的燃料/空氣混合物，從而使其利用 爆發(fā)力燃燒和膨脹。爆發(fā)力啟動了活塞的動力沖程，其間，爆炸燃料迫使活塞迅速遠離氣缸 蓋。在隨后的排氣沖程中，凸輪軸旋轉(zhuǎn)導致排氣閥打開，因此允許燃燒室內(nèi)的氣體（例如， 廢氣）離開氣缸。
[0004] 每個活塞具有禪合于曲軸的連桿，并且在動力沖程期間，連桿對曲軸施加了強線 性力，曲軸將線性力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力。為了保持曲軸旋轉(zhuǎn)，多個室內(nèi)的燃燒被定時，W便由每 個活塞施加在曲軸上的線性力彼此異相。更具體地說，點火系統(tǒng)的分配器被用于W-種仔 細定時和正確的點火順序?qū)⒏唠妷簭狞c火線圈路由到每個火花塞。與曲軸的旋轉(zhuǎn)力相關聯(lián) 的轉(zhuǎn)矩最終可W被轉(zhuǎn)換為軸和車輪的旋轉(zhuǎn)，從而推進了車輛。
[0005] 在實踐中，上述燃燒過程不是100%有效。例如，在每個燃燒循環(huán)期間，在每個動力 沖程之后一定量的未燃燃料殘留在燃燒室內(nèi)。并且未燃燃料在排氣沖程期間被排出到大氣 中。在燃燒循環(huán)期間保持未燃的燃料數(shù)量影響了車輛的燃料效率。因此，發(fā)動機開發(fā)者力 圖改進點火系統(tǒng)W提高在每個燃燒循環(huán)期間在每個室內(nèi)被燃燒的燃料的比例。
[0006] 此外，燃料/空氣混合物的燃燒產(chǎn)生了各種氣體，該些氣體通過車輛的排氣系統(tǒng) 從車輛排出。例如，在典型的W石油為燃料的發(fā)動機中，除了別的之外，廢氣包括氮氧化物 (NOy)、二氧化碳（C〇2)和一氧化碳（C0)。當存在足夠數(shù)量的時候，一些廢氣可能對人體和 環(huán)境有害。因此，發(fā)動機開發(fā)者也力圖修改燃料和點火系統(tǒng)W減少排放到環(huán)境中的潛在有 害氣體的數(shù)量。
【附圖說明】
[0007] 結合附圖參考詳細說明書和權利要求可W對本發(fā)明主題有更完整的理解，其中在 附圖中，相似的參考符號表示相似的元件。
[0008] 圖1根據(jù)示例實施例，是四缸發(fā)動機的等離子點火系統(tǒng)的簡化方框圖；
[0009] 圖2根據(jù)示例實施例，是說明了四缸發(fā)動機的分布式RF功率信號的定時的時序 圖；
[0010] 圖3根據(jù)示例實施例，是RF功率放大和分配系統(tǒng)的示意圖；
[0011] 圖4根據(jù)示例實施例，是操作包括了RF功率放大和分配系統(tǒng)的等離子點火系統(tǒng)的 方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面的詳細說明書本質(zhì)上僅僅是說明性的，并且不旨在限制本發(fā)明主題的實施例 或該些實施例的應用和使用。正如本發(fā)明所使用的，詞語"示例性的"和"示例"指"充當示 例、實例或說明"。本發(fā)明中所描述的任何作為示例性的或示例的實現(xiàn)不一定被解釋為比其 它實施優(yōu)先或有利。此外，不旨在被先前技術領域、【背景技術】、或W下詳細描述中的任何明 示或暗示的理論所約束。
[0013] 本發(fā)明主題的實施例包括等離子點火系統(tǒng)、相關的RF功率放大和分配系統(tǒng)及其 操作方法。正如將在下面更詳細解釋的，當與利用了點火線圈和火花塞的傳統(tǒng)內(nèi)燃機相比 的時候，該樣的系統(tǒng)和方法可W導致顯著增加的燃料效率并減少被排放到環(huán)境中的潛在有 害氣體的數(shù)量。類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機的點火系統(tǒng)，等離子點火系統(tǒng)起到在由活塞和氣缸布置 限定的燃燒室內(nèi)燃燒氣體燃料的作用。然而，在等離子點火系統(tǒng)中，燃燒是通過將高能量等 離子放電到燃燒室，而不是在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生相對低能量的火花來實現(xiàn)的。高能量等離子放 電比火花更有效地燃燒燃料。此外，等離子放電可W在燃燒室產(chǎn)生，該燃燒室具有比用常規(guī) 火花塞的燃燒室的可能壓力顯著更高的壓力。因此，等離子點火系統(tǒng)可W啟用比傳統(tǒng)點火 系統(tǒng)更高的功率操作。
[0014]圖1根據(jù)示例實施例，是包括了等離子點火系統(tǒng)110和內(nèi)燃機150的轉(zhuǎn)矩生成系 統(tǒng)100的簡化方框圖。例如，轉(zhuǎn)矩生成系統(tǒng)100可W被合并到機動車輛，并且轉(zhuǎn)矩生成系統(tǒng) 100可W起到用于推進車輛的轉(zhuǎn)矩的主要來源的作用。
[0015] 內(nèi)燃機150類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機，其中發(fā)動機150包括多個氣缸152-155、與其相關 的活塞156-159和連桿160-163、曲軸164W及包括了被配置W操作燃料進入和排出閥（未 標號）的凸輪軸（未標號）的燃料供給和排氣系統(tǒng)166。如同傳統(tǒng)內(nèi)燃機，室170由內(nèi)燃 機150內(nèi)的每個活塞/氣缸對限定，并且室170的容積在活塞的壓縮沖程和動力沖程期間 分別減小和增加。然而，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機相比，在圖1的內(nèi)燃機150內(nèi)，等離子點火系統(tǒng)110 的福射器件120-123在活塞到達上止點位置時或接近該位置（例如，在氣缸153內(nèi)的活塞 157的位置）處在室170內(nèi)產(chǎn)生了高能量等離子放電。等離子放電點燃了室170內(nèi)的壓縮 的燃料/空氣混合物，從而使燃料利用爆發(fā)力燃燒和膨脹。爆發(fā)力啟動了活塞的動力沖程， 其間，爆炸燃料迫使活塞156-159迅速遠離氣缸蓋。活塞的連桿160-163對曲軸164施加 了強線性力，曲軸將線性力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力或轉(zhuǎn)矩。與曲軸的旋轉(zhuǎn)力相關聯(lián)的轉(zhuǎn)矩最終可W 被轉(zhuǎn)換為軸和車輪旋轉(zhuǎn)，從而能夠推進車輛，其中系統(tǒng)100包含在該車輛內(nèi)。
[0016] 同樣類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機的操作，為了維持曲軸164的旋轉(zhuǎn)，內(nèi)燃機150的多個室 170內(nèi)的燃燒被定時，W便由每個活塞156-159和連桿160-163施加在曲軸164上的線性力 彼此異相（例如，在四缸、四沖程發(fā)動機中彼此異相大約90度）。
[0017] 等離子點火系統(tǒng)110被配置W給每個福射器件120-123提供高功率RF能量W在 每個室170內(nèi)產(chǎn)生等離子放電。更具體地說，等離子點火系統(tǒng)110被配置，W便提供給福射 器件120-123的高功率RF能量被定時W在室170內(nèi)實現(xiàn)異相、定時的等離子放電，并因此 引起持續(xù)的曲軸旋轉(zhuǎn)。為了產(chǎn)生定時的等離子放電，等離子點火系統(tǒng)110包括RF信號發(fā)生 器112、前置放大器114、RF功率放大和分配系統(tǒng)118W及福射器件120-123。此外，正如后 面將要討論的，等離子點火系統(tǒng)110還包括定向禪合器116和控制單元130。
[001引 RF信號發(fā)生器112被配置W產(chǎn)生RF信號140。例如，RF信號140可W包括RF功 率的周期性脈沖，其中每個脈沖在每個氣缸152-155的動力沖程的開始或其附近產(chǎn)生。每 個脈沖的持續(xù)時間可W比每個動力沖程的持續(xù)時間短。例如，每個脈沖的持續(xù)時間可W是 每個動力沖程的持續(xù)時間的大約10% -大約50%，并且每個脈沖可W被定時W在每個動力 沖程的開始時到達氣缸。根據(jù)各種實施例，RF信號140的RF功率可W在大約1. 0兆赫茲 (MHz)-大約6.0千兆赫佑Hz)(例如，大約2. 4千兆赫）范圍內(nèi)的頻率被產(chǎn)生。在其它實施 例中，RF功率的頻率可W比上述給定范圍更高或更低。
[0019] RF信號發(fā)生器112的輸出禪合于前置放大器114的輸入。在各種實施例中，前置 放大器114可W是單級放大器或多級放大器。本質(zhì)上，前置放大器114接收并放大由RF信 號發(fā)生器112產(chǎn)生的RF信號140,W產(chǎn)生放大的RF信號142,其中放大的RF信號142具有 足W能夠使福射器件1