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

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 Download PDF

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Abstract

コロナ放電(24)点火は、燃焼可能な混合物に点火するために、無線周波数電界を放射し、コロナ放電(24)を提供する電極(39)を含む。システムは、主電圧のエネルギを主エネルギ貯蔵部(28)に提供する制御高電圧エネルギ源(52)を含む。固定高電圧エネルギ源(54)は、主電圧より高い追加電圧の追加エネルギを追加エネルギ貯蔵部(26)に提供する。コロナ放電(24)が提供されている間、追加エネルギ貯蔵部(26)ではなく主エネルギ貯蔵部(28)のエネルギが電極(38)に提供される。コロナ放電(24)がアーク放電に切り替わると、追加エネルギ貯蔵部(26)の追加エネルギがコロナ点火器(22)に提供され、アーク放電が強化され、コロナ放電(24)が回復するまで確実な点火が提供される。

Description

関連出願との相互参照
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。
発明の背景
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。
2.関連技術
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。
通常は、電極と、接地したシリンダ壁、ピストン、またはコロナ点火器の他の部分との間に熱プラズマおよび電気アーク放電を作り出す誘電特性の全てを燃料空気混合物が失わないように電界を制御するのが望ましい。しかしながら、アーク放電は、コロナ放電をもたらすために必要な高い電圧によって、およびエンジンの稼働条件の変化によって、意図的であるか否かに関わらず起こる場合が多い。通常、コロナ点火システムにおけるアーク放電の持続時間および強度は、燃焼混合物を確実に点火するほど大きなものではない。
発明の概要および利点
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。
本発明の他の局面は、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方法を提供する。方法は、主エネルギ貯蔵部に主電圧でエネルギを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を提供するために、無線周波数電界を電極が放射できるようにエネルギを主エネルギ貯蔵部から最終的に電極に提供するステップとを含む。方法はまた、追加エネルギ貯蔵部内に追加電圧でエネルギを貯蔵するステップを含む。追加電圧は、主電圧よりも高い。方法はさらに、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から電極に提供するステップを含む。
コロナ放電点火システムの稼働時にコロナ放電がアーク放電に切り替わると、主エネルギ供給源が単独でコロナ点火器に提供するエネルギは、燃焼可能な混合物を確実に点火させるのに十分に大きな持続時間と強度をアーク放電に提供するには通常は十分でない。このため、アーク放電が発生すると、追加エネルギ貯蔵部が追加エネルギをコロナ点火器に提供し、主エネルギ貯蔵部によって提供されるエネルギを補完し、これによってアーク放電を強化するとともに、燃焼可能な混合物をしっかりと確実に点火する。
本発明の他の利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と関連付けて考慮することによってより良好に理解され、容易に認識される。
本発明の一実施形態に係るコロナ放電点火システムの燃焼チャンバに配置されるコロナ点火器を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るコロナ放電点火の電子構成部品を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るコロナ放電点火の電子構成部品を示す図である。
実施可能な実施形態の詳細な説明
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。
正常な稼働条件において、主エネルギ貯蔵部28は、主電圧のエネルギを貯蔵し、エネルギを最終的にコロナ点火器22に提供し、追加エネルギ貯蔵部26は、主電圧より高い追加電圧のエネルギを貯蔵する。コロナ放電24がコロナ点火器22によって提供され、燃焼可能な混合物を効率的に点火する限りにおいては、追加エネルギ貯蔵部26は追加エネルギをコロナ点火器22に提供することはない。しかしながら、コロナ放電24がアーク放電に切り替わると、追加エネルギ貯蔵部26は、追加エネルギをコロナ点火器22に提供してアーク放電を強化する。強化されたアーク放電は十分に強く、コロナ放電24が回復するまで確実な点火を提供する。追加エネルギ貯蔵部26は、アーク放電が検知された場合、コロナ点火器22に加えられる電圧を急速に高める。アーク放電が発生した時にコロナ点火器22に大きなエネルギが放出されると、コロナ放電24よりも低下したアーク放電の点火効率が相殺される。大きなエネルギが放出された後、エネルギ貯蔵部26、28は再充電され、次なるアーク放電事象の場合における使用に備えられる。
コロナ点火システムは、通常は自動車(図示せず)の内燃機関に採用される。図1に示されるように、シリンダ中心軸の周りを周方向に延在し、その間に空間が存在する側壁を有するシリンダブロック30がエンジンに含まれる。側壁は、上部開口を囲う上端32を有する。シリンダヘッド34は、上端32の上に配置され、上部開口にわたって延在する。ピストン36は、シリンダブロック30の側壁に沿った空間に配置され、エンジンの稼働時に側壁に沿って摺動する。ピストン36は、シリンダブロック30とシリンダヘッド34とピストン36との間に燃焼チャンバ20が設けられるように、シリンダヘッド34から間隔を空けられている。
コロナ点火器22は、燃焼チャンバ20内に横断方向に延在し、エネルギを受け取る電極38を含む。通常のコロナ点火システムの稼働時において、電極38が受け取るエネルギは、0.5から2.0メガヘルツの無線周波数、10から100キロボルトのAC電圧、10アンペアより小さい電流を有する。そして、電極38は、10ミリアンペア以下の電流の無線周波数電界を放射することで、燃料空気混合物の一部をイオン化し、燃料空気混合物を点火するコロナ放電24を形成する。図1に示されるように、電極38は、コロナ放電24を放射する発火端部40を含むことができる。
図2および図3に示されるように、コロナ点火システムの電子機器は、電源42と、低電圧エネルギ源44と、点火器駆動回路46と、点火器駆動部48と、制御高電圧エネルギ源52と、主エネルギ貯蔵部28と、固定高電圧エネルギ源54と、追加エネルギ貯蔵部26とを含む。電源42は、エネルギを最終的にコロナ点火器22の電極38に提供する高電圧エネルギ源52、54にエネルギを提供する。電源42は、通常は自動車の12ボルトのバッテリであるが、他のエネルギ源とすることができる。ある実施形態において、電源42は、0.1から40Aの平均電流のエネルギを提供する。
低電圧エネルギ源44は、電源42からエネルギを受け取り、エネルギを貯蔵し、0から24ボルトの低い電圧のエネルギを点火器駆動回路46に提供する。点火器駆動回路46は、低電圧のエネルギを低電圧エネルギ源44から受け取り、そのエネルギを使用してコロナ駆動信号56を点火器駆動部48に送る。点火器駆動回路46は、0.5から2.0メガヘルツの高い周波数で稼働する発振回路である。
駆動制御部58は、コロナ駆動信号56を送るように点火器駆動回路46に指示する駆動制御信号60を点火器駆動回路46に送る。駆動制御部58は、通常は自動車のエンジン制御ユニットと一体であるが、別個のユニットであってもよい。コロナ駆動信号56は、所定の時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数のエネルギをLC回路64および最終的にコロナ点火器22に提供するように点火器駆動部48に指示する。システムがコロナ放電24を提供する間、点火器駆動部48は、エネルギを追加エネルギ貯蔵部26からではなく主エネルギ貯蔵部28から受け取る。主エネルギ貯蔵部28が単独で提供するエネルギにより、コロナ点火器22は燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電24を提供することができる。
主エネルギ貯蔵部28は、電源42からエネルギを受け取る制御高電圧エネルギ源52からエネルギを受け取る。制御高電圧エネルギ源52は、点火器駆動部48にエネルギを提供する主エネルギ貯蔵部28にエネルギのパルスを提供する。図2の実施形態において、制御高電圧エネルギ源52は、電源42から直接的にエネルギを受け取る。図3の実施形態において、制御高電圧エネルギ源52は、電源42から直接的にエネルギを受け取らず、代わりに電源42から直接的にエネルギを受け取る固定高電圧エネルギ源54からエネルギを受け取る。図3の実施形態は、製造およびエネルギ効率を向上させることができる。
エネルギのパルスは、10mA以下の電流でコロナ点火器22によってコロナ放電24を提供することができる所定の時間、持続時間、および電圧レベルで、制御高電圧エネルギ源52から主エネルギ貯蔵部28に提供される。制御高電圧エネルギ源52から主エネルギ貯蔵部28に提供される電流は、主電流という。ある実施形態において、制御高電圧エネルギ源52は、平均値が0.1から10Aであって最大値が40Aまでの主電流でエネルギを提供する。
制御高電圧エネルギ源52は、低電圧エネルギ源44によって提供される電圧よりも高い電圧のエネルギを提供する。ある実施形態において、制御高電圧エネルギ源52は、電圧が30から100Vであって、最大電圧が150Vのエネルギを提供する。制御高電圧エネルギ源52は、5000uF以下の容量を有する。制御高電圧エネルギ源52によって提供されるエネルギのパルスは、最終的にコロナ点火器22に提供される電圧を変調する。
システムは、主エネルギ貯蔵部28に提供されるエネルギのパルスの所定の時間、持続時間、および電圧レベルを示すエネルギ制御信号68を制御高電圧エネルギ源52に送るエネルギ制御部66を含む。制御高電圧エネルギ源52からのエネルギの出力は、調節することができる。しかしながら、アーク放電が形成されると、通常は制御高電圧エネルギ源52は、しっかりと点火を行うことができるレベルにアーク放電を強化するのに十分に大きな比率でエネルギを単独で伝達することができない。特に、制御高電圧エネルギ源52によって提供される主電流は、通常はアーク放電を十分なレベルに強化できるほど強くはない。
向上したエネルギ貯蔵部および伝達機能を有さず、単一のエネルギ貯蔵ユニットのみが設けられる他のコロナ点火システムにおいて、アーク放電が発生した際にコロナ点火器22に伝達することができる利用可能なエネルギは、通常はアーク放電の形成時に単一のエネルギ貯蔵部に貯蔵されているエネルギに限定される。制御高電圧エネルギ源52によって供給されるエネルギは、適切に単一のエネルギ貯蔵ユニットからコロナ点火器22にエネルギを伝達することができるように十分に小さくする必要がある。加えて、アーク放電が発生する特定の稼働条件のために制御高電圧エネルギ源52の電圧が低い値に設定された場合、制御高電圧エネルギ源52によって供給されるエネルギは限定されてもよい。
コロナ放電点火システムの主エネルギ貯蔵部28は、制御高電圧電源42からエネルギのパルスを受け取り、エネルギを貯蔵し、エネルギのパルスを点火器駆動部48および最終的にコロナ点火器22に提供する。主エネルギ貯蔵部28は、10から150ボルトの最大電圧の容量内の固定量のエネルギを貯蔵する。主エネルギ貯蔵部28に貯蔵される最大電圧は、システムの稼働条件に依存する。たとえば、シリンダの圧力が低い場合は、約20Vの低い電圧が必要となり、シリンダの圧力が高い場合は、適切なコロナ放電を作るために100Vが必要となる。固定量のエネルギは、主エネルギ貯蔵部28にエネルギが供給される比率に依存し、この比率は、制御高電圧エネルギ源52の主電流の最大値によって制御される、およびこの最大値に依存する。
主エネルギ貯蔵部28は、最終点火器駆動部48およびコロナ点火器22が必要とする電流パルスを平滑化し、これによって電源42および制御高電圧エネルギ源52は、最大電流ではなく平均電流のエネルギを供給するのみでよい。主エネルギ貯蔵部28は、制御高電圧エネルギ源52とは別個に示されるが、主エネルギ貯蔵部28は代替的に制御高電圧エネルギ源52と一体とすることができる。
点火器駆動部48は、コロナ駆動信号56を点火器駆動回路46から受け取り、10から150ボルトの電圧のエネルギを主エネルギ貯蔵部28から受け取り、固定のエネルギ供給比率、所定の時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数のエネルギをLC回路64および最終的にコロナ点火器22に提供する。点火器駆動部48から受け取ったエネルギは、駆動エネルギ供給50という。コロナ駆動信号56は、固定のエネルギ供給比率、所定の時間、持続時間、電圧レベルを満たし、LC回路64の共振周波数に合致させるために駆動エネルギ供給50を操作するように点火器駆動部48に指示する。点火器駆動部48は、駆動エネルギ供給50をDC電流として受け取り、駆動エネルギ供給50をAC電流に操作し、点火器エネルギ供給62と称するAC電流をLC回路64および最終的にコロナ点火器22に提供する。点火器エネルギ供給62は、主エネルギ貯蔵部28からのエネルギおよび追加エネルギ貯蔵部26からの追加エネルギの両方を含む。点火器駆動部48は、共振インダクタンスLおよび発火端部アセンブリの容量Cにも影響を与える。点火器駆動部48は、点火器駆動回路46とは別個に示されているが、代替的に点火器駆動回路46と一体とすることができる。
LC回路64は、エネルギのAC電流を点火器駆動部48から受け取り、エネルギを変換し、変換したエネルギをコロナ点火器22に提供する。コロナ点火システムの通常の稼働時において、LC回路64は、点火器駆動部48から受け取ったエネルギの電圧よりも通常は少なくとも20倍大きいレベルに電圧を上げることによってエネルギを変換する。また、LC回路64は、通常は点火器駆動部48から受け取った電流の少なくとも20分の1に電流を下げることによってエネルギを変換する。ある実施形態において、LC回路64は、10から100キロボルトの電圧に上げ、0.1から5アンペアの電流に下げる。
LC回路64は、点火器駆動部48の影響を受ける共振インダクタンスLおよび発火端部アセンブリの容量Cによって提供される。発火端部アセンブリの共振周波数を示すフィードバック信号70も、LC回路64から点火器駆動回路46に送られる。点火器駆動回路46は、フィードバック信号70の情報を分析し、コロナ点火器22に提供されるエネルギの所定の時間、持続時間、および電圧レベルを決定するためにその情報を使用する。点火器駆動回路46は、提供されるエネルギの共振周波数を決定するためにフィードバック信号70の情報を使用し、LC回路64の共振周波数に共振周波数を合致させる。
コロナ点火システムの通常の稼働時において、コロナ点火器22の電極38は、0.5から2.0MHzの無線周波数および10から100kVの高電圧のエネルギをLC回路64から通常は受け取る。そして、電極38は、無線周波数電界としてエネルギを放射して燃焼可能な混合物をイオン化し、燃料空気混合物を点火するコロナ放電24を提供し、コロナ放電24は、10から100kVの電圧および10mAより小さい電流を有する。しかしながら、エンジンの稼働条件が変化するなどの特定の場合においては、電流は上がり、電界は全ての誘電特性を失い、非熱プラズマであるコロナ放電24はアーク放電と称される熱プラズマに移行する。アーク放電は、電極38と、接地されたシリンダ壁、ピストン36、またはコロナ点火器22の他の部分との間に延在する。アーク放電は、意図的に起こすことができるが、通常は確実な点火を提供するのに十分でないため、通常はシステムの稼働条件の変化によって意図せずに引き起こされるものである。アーク放電の発生を検知するために任意の方法を使用してもよい。アーク放電が発生すると、システムは、追加エネルギ貯蔵部26に貯蔵された追加エネルギをコロナ点火器22に伝達し、アーク放電を強化し、これによってコロナ放電24が回復するまでの点火の確実性が向上する。
図2および図3に示されるように、追加エネルギ貯蔵部26は、電源42からエネルギを受け取る固定高電圧エネルギ源54からエネルギを受け取る。固定高電圧エネルギ源54は、100から200Vの電圧および40Aの最大電流のエネルギを追加エネルギ貯蔵部26に提供する。図3の実施形態において、制御高電圧エネルギ源52はエネルギを直接的に電源42から受け取らないため、固定高電圧エネルギ源54は、電源42から受け取ったエネルギを制御高電圧エネルギ源52に提供する。この実施形態によって、製造およびエネルギ効率を向上させることができる。
固定高電圧エネルギ源54から追加エネルギ貯蔵部26に提供されるエネルギは、通常は制御高電圧エネルギ源52によって得られる可能な限り最大の電圧、またはこれに近い電圧に設定される。ある実施形態において、固定高電圧エネルギ源54によって提供される電圧と制御高電圧エネルギ源52によって得られる最大の電圧との差は、制御高電圧エネルギ源52によって得られる最大の電圧の5%以下である。固定高電圧エネルギ源54は、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ように、追加エネルギ貯蔵部26に対してエネルギを継続的に提供することができる。
追加エネルギ貯蔵部26は、固定高電圧エネルギ源54からエネルギを受け取り、追加電圧と称される100から200ボルトの容量内のエネルギを貯蔵する。追加エネルギ貯蔵部26は、好ましくは、追加エネルギ貯蔵部26が維持することのできる最大電圧に等しい。追加電圧は、通常は主電圧よりも1.1から10倍大きい、または主エネルギ貯蔵部28が貯蔵することのできる最大電圧よりも1.1から10倍大きい。ある実施形態において、追加電圧は150から200ボルトである。固定高電圧エネルギ源54は、追加エネルギ貯蔵部26が追加電圧を維持するように、追加エネルギ貯蔵部26にエネルギを提供する。固定高電圧エネルギ源54は、主電流よりも大きい追加電流と称される電流のエネルギを追加エネルギ貯蔵部26に提供する。
追加エネルギ貯蔵部26は、通常は制御高電圧エネルギ源52に接続されていないため、大きさを制限する必要がなく、主エネルギ貯蔵部28よりも大きなエネルギを追加エネルギ貯蔵部26がコロナ点火器22に送ることができる。加えて、追加エネルギ貯蔵部26はシステムの稼働条件に依存しないため、システムの稼働条件に依存せずに、追加エネルギ貯蔵部26によって維持することのできる最大電圧に充電したままとすることができる。代替的な実施形態において、追加エネルギ貯蔵部26は、電源42の出力容量に貯蔵された電荷に加えられる電荷とすることができる。
スイッチ72は、追加エネルギ貯蔵部26と点火器駆動部48との間に配置され、コロナ放電24が電極38によって提供されて効果的に燃焼可能な混合物を点火している時に点火器駆動部48に追加エネルギが送られないようにする。スイッチ72は、通常は、電界効果トランジスタ(fet)、バイポーラ接合トランジスタ(bjt)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(igbt)、シリコン制御整流器(scr)、または他の半導体装置を含む電子スイッチ72である。代替的に、スイッチ72は、リレーなどの機械的なものであってもよい。アーク放電が検知されると、スイッチ72は閉じられ、追加エネルギが点火器駆動部48に伝達される。このため、駆動エネルギ供給50は、主エネルギ貯蔵部28からのエネルギおよび追加エネルギ貯蔵部26からの追加エネルギの両方を含む。追加エネルギは、点火器駆動部48および最終的にコロナ点火器22の電極38に伝達され、これによってアーク放電が強化され、コロナ放電24よりも低下したアーク放電の点火効率が相殺される。追加エネルギにより、通常はアーク放電が燃焼可能な混合物を点火し、コロナ放電24が回復するまで信頼性の高い点火を確実なものとすることができる。追加エネルギが点火器駆動部48に伝達されると、次なるアーク放電が起こった場合に再びシステムが追加エネルギを送るよう準備できるように、追加エネルギ貯蔵部26は、固定高電圧エネルギ源54によって最大電圧にすぐに再び充電される。
コロナ点火システムの通常の稼働時において、スイッチ72は、点火器駆動部48に対する追加エネルギの提供を防止するために開かれ、アーク放電が発生した場合に要求に応じて追加エネルギを送るために閉じられる。システムは、コロナ放電24の間は開き続けてアーク放電が発生した場合に閉じるようにスイッチ72に指示するスイッチ制御74を含む。
アーク放電が発生すると、追加エネルギ貯蔵部26からスイッチ72を通って点火器駆動部48に追加エネルギが提供される。点火器駆動部48は、点火器駆動回路46からのコロナ駆動信号56とともに、駆動エネルギ供給50において、主エネルギ貯蔵部28からのエネルギおよび追加エネルギ貯蔵部26からの追加エネルギを同時に受け取る。そして、点火器駆動部48は、コロナ駆動信号56における所定の比率、時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数に基づき、LC回路64にエネルギを提供する。点火器駆動部48は、DC電流としてエネルギ貯蔵部26、28からのエネルギを受け取り、LC回路64に提供されるAC電流にエネルギを操作する。LC回路64は、コロナ点火器22にエネルギを提供する前にエネルギを変換する。LC回路64は、電圧を高め、少なくとも1つのエンジンサイクルにわたって、およびコロナ放電24が回復するまで、アーク放電を強化し、維持する。
アーク放電が発生すると、貯蔵されたエネルギは、通常、アーク放電を検知する10マイクロ秒内に追加エネルギ貯蔵部26からコロナ点火器22に提供される。コロナ点火器22は、主エネルギ貯蔵部28および追加エネルギ貯蔵部の両方から同時にエネルギを受け取る。そして、コロナ点火器22は、燃焼可能な混合物を点火するために、25から500mAの電流のエネルギをアーク放電として放射する。
本発明の他の局面は、コロナ点火システムに採用される燃焼チャンバ20内の燃料と空気の燃焼可能な混合物を点火する方法を提供する。方法は、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、主電圧のエネルギを主エネルギ貯蔵部28に貯蔵するステップとを含む。方法はさらに、主エネルギ貯蔵部28から最終的に電極38にエネルギを提供するステップと、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、電極38に無線周波数電界を放射させるステップとを含む。
方法はまた、主電流より大きい追加電流のエネルギを追加エネルギ貯蔵部26に供給するステップを含む。そして、方法は、主電圧より大きい追加電圧のエネルギを追加エネルギ貯蔵部26に貯蔵するステップを含む。方法はさらに、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追加エネルギ貯蔵部26から電極38にエネルギを提供するステップを含む。コロナ放電24がシステムによって提供されている間、方法は、電極38に対する追加エネルギ貯蔵部26からのエネルギの提供を防止するステップを含む。スイッチ72は、コロナ放電が提供された場合に追加エネルギ貯蔵部26からコロナ点火器22への追加エネルギの伝達を防止するために開かれ、方法は、アーク放電が発生した場合にのみ追加エネルギをコロナ点火器22に提供するためにスイッチ72を閉じることを含む。また、方法は、要求に応じて追加エネルギを提供するようシステムが準備できるように、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。
当然ながら、本発明に関して多くの変形および変更をすることが上記の教示に鑑みて可能であり、添付の請求項の範囲内において、詳述されるように実施してもよい。加えて、請求項内の参照番号は便宜上のものであり、限定として読み取られるものではない。

Claims (14)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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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