JP2014503974A - 選択的に強化されたアーク形成を伴うコロナ点火システム - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2011年1月13日に出願された米国特許仮出願第61/432,274の利益を主張するものであり、その全体が引用によりここに援用される。
1.発明の分野
本発明は、概して燃焼チャンバ内の燃料と空気との燃焼混合物を点火するためのコロナ点火システムおよび方法に関する。
コロナ放電点火システムは、交流の電圧および電流を与え、間断なく高電位電極と低電位電極とを逆転させることにより、アーク放電が形成されにくくなり、コロナ放電の形成が強化される。システムは、高い無線周波数電位に帯電し、燃焼チャンバ内に強い無線周波電界を作り出す電極を有するコロナ点火器を含む。電界は、燃焼チャンバ内の燃料と空気との混合物の一部をイオン化して絶縁破壊を開始させ、燃料空気混合物の燃焼を容易にする。コロナ放電点火システムの通常の稼働時において、電界は、燃料空気混合物が誘電特性を維持して、非熱プラズマとも称されるコロナ放電が発生するように制御される。燃料空気混合物のイオン化された部分は、火炎前面を形成し、これが自燃して燃料空気混合物の残りの部分が燃焼する。コロナ放電は、電流が低く、大量のエネルギを必要とすることなく、かつ点火システムの物理的部品を大きく摩耗させることなく、しっかりとした点火を行うことができる。コロナ放電点火システムの例は、Freenの米国特許第6,883,507号に開示されている。
本発明の一局面は、燃焼チャンバ内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火するためのコロナ放電点火システムを提供する。システムは、燃焼可能な混合物をイオン化し、燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電を提供するために、無線周波数電圧のエネルギを受け取り、無線周波数電界を放射する電極を含む。主エネルギ貯蔵部は、主電圧のエネルギを貯蔵し、エネルギを最終的に電極に提供する。追加エネルギ貯蔵部も、追加電圧のエネルギを貯蔵する。追加電圧は、主電圧よりも高い。追加エネルギ貯蔵部からのエネルギは、アーク放電が発生した場合にのみアーク放電を強化するために最終的に電極に提供される。
本発明のある局面によれば、燃焼チャンバ20内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火するためのコロナ点火システムが提供される。システムは、燃焼可能な混合物を点火するためにコロナ放電24を通常は提供するコロナ点火器22を有する発火端部アセンブリを含む。システムは、向上したエネルギ貯蔵部および伝達機能を有し、主エネルギ貯蔵部28に加え、追加エネルギ貯蔵部26を含み、コロナ放電24がアーク放電に切り替わった場合の点火の信頼性を向上させる。高い電圧の追加エネルギは、アーク放電が発生した場合にコロナ点火器22に与えられ、燃焼可能な混合物を点火することが可能なレベルにアーク放電が強化される。このため、システムは、アーク放電の持続時間の間、1つ以上の点火サイクルにわたり、コロナ放電24が回復するまで、確実な点火を提供することができる。
Claims (14)
- 燃焼チャンバ(20)内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電(24)点火システムであって、
燃焼可能な混合物をイオン化し、前記燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電(24)を提供するために、無線周波数電圧のエネルギを受け取り、無線周波数電界を放射する電極(38)と、
主電圧のエネルギを貯蔵し、エネルギを最終的に前記電極(38)に提供する主エネルギ貯蔵部(28)と、
前記主電圧より高い追加電圧のエネルギを貯蔵し、アーク放電が発生した場合にのみ前記アーク放電を強化するためにエネルギを最終的に前記電極(38)に提供する追加エネルギ貯蔵部(26)とを備える、点火システム。 - 前記コロナ放電(24)が提供されている間は前記電極(38)に対する前記追加エネルギ貯蔵部(26)のエネルギの提供を防止するように前記追加エネルギ貯蔵部(26)と前記電極(38)との間にスイッチ(72)を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記スイッチ(72)に対し、前記コロナ放電(24)が提供された場合には開いたままとし、前記アーク放電が発生した場合には閉じるように指示するスイッチ制御(74)を含み、前記スイッチ(72)が閉じられることによって、前記追加エネルギ貯蔵部(26)のエネルギが前記電極(38)に提供される、請求項2に記載のシステム。
- 前記追加電圧は、前記主電圧の少なくとも1.1倍大きい、請求項1に記載のシステム。
- 電源(42)と、前記主電圧のエネルギを前記電源(42)から前記主エネルギ貯蔵部(28)に提供する制御高電圧エネルギ源(52)と、前記制御高電圧エネルギ源(52)とは別個であって、前記追加電圧のエネルギを前記電源(42)から前記追加エネルギ貯蔵部(26)に提供する固定高電圧エネルギ源(54)とを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記固定高電圧エネルギ源(54)は、前記追加エネルギ貯蔵部(26)を完全に充電した状態に維持する、請求項5に記載のシステム。
- 前記制御高電圧エネルギ源(52)によって提供される前記主電源は10Vから100Vであり、前記固定高電圧供給源によって提供される追加電圧は100から200Vである、請求項1に記載のシステム。
- 点火器駆動回路(46)と点火器駆動部(48)とを含み、
前記点火器駆動回路(46)は、コロナ駆動信号(56)を前記点火器駆動部(48)に送り、前記コロナ駆動信号(56)は、前記電極(38)に最終的に提供されるエネルギの所定の時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数を示し、
前記点火器駆動部(48)は、前記コロナ駆動信号(56)と、前記主エネルギ貯蔵部(28)からのエネルギとを受け取り、所定の時間、経過時間、電圧レベル、および共振周波数のエネルギを最終的に電極(38)に提供する、請求項1に記載のシステム。 - エネルギを前記点火器駆動部(48)から受け取り、前記電極(38)にエネルギを提供する前に電圧を上げて電流を下げるLC回路(64)を含む、請求項8に記載のシステム。
- 前記点火器駆動回路(46)は、0.5から2.0MHzの高い周波数で稼働する共振回路である、請求項8に記載のシステム。
- 燃焼チャンバ(20)内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火する方法であって、
主電圧でエネルギを主エネルギ貯蔵部(28)に貯蔵するステップと、
燃焼可能な混合物をイオン化し、燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電(24)を提供するために、無線周波数電界を電極(38)が放射できるようにエネルギを主エネルギ貯蔵部(28)から最終的に電極(38)に提供するステップと、
主電圧より高い追加電圧でエネルギを追加エネルギ貯蔵部(26)に貯蔵し、アーク放電が発生した場合にのみアーク放電を強化させるためにエネルギを追加エネルギ貯蔵部(26)から電極(38)に提供するステップとを備える、方法。 - コロナ放電(24)が提供されている間は電極(38)に対する追加エネルギ貯蔵部(26)のエネルギの提供を防止するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 追加エネルギ貯蔵部(26)が完全に充電された状態を維持するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 主電流のエネルギを主エネルギ貯蔵部(28)に供給するステップと、主電流より大きい追加電流のエネルギを追加貯蔵部に供給するステップとを含む、請求項11に記載の方法。
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