JP2016514233A - セルフチューニング電力増幅器を有するコロナ点火 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年3月15日に出願された米国特許出願番号第13/842,803号の利益を主張し、米国特許出願番号第13/842,803号の内容は、引用によって本明細書に援用される。
1.技術分野
本発明は、一般に、自動車の用途などにおいて空気/燃料混合物を点火するために使用される点火装置に関し、特に、コロナ点火システムにおいて使用されるセルフチューニング電力増幅器に関する。
米国特許第6,883,507号は、コロナ放電空気/燃料点火システムにおいて使用される点火装置を開示している。燃焼を開始するために使用される例示的な方法によれば、電極が高い無線周波数(「radio frequency:RF」)電位に帯電され、燃焼チャンバ内で強いRF電界を生じさせる。次いで、当該強い電界は、燃焼チャンバ内の燃料−空気混合物の一部をイオン化させる。燃料−空気ガスをイオン化するプロセスは、絶縁破壊の開始であり得る。しかし、電界は動的に制御可能であり、そのため、絶縁破壊は電子なだれのレベルにまでは進まず、その結果、プラズマが形成されて、電極から、接地されたシリンダ壁またはピストンまで電気アークが引き起こされるであろう。電界は、燃料−空気ガスの一部のみ、すなわちプラズマをもたらす、前に記載した電子なだれ連鎖反応を生じさせるのに不十分な部分、がイオン化されるレベルに維持される。しかし、電界は、コロナ放電が起こるように十分に強く維持される。コロナ放電では、電極上のいくらかの電荷は、小さな電流としてガスを介して接地に搬送されることにより消散されるか、またはイオン化された燃料−空気混合物から電子が放出されるかもしくはイオン化された燃料−空気混合物から電極に電子が吸収されることにより消散されるが、アーク放電と比較して電流は非常に小さく、電極における電位は非常に高いままである。十分に強い電界により、燃料−空気混合物の一部のイオン化は、燃焼反応を促進させる。イオン化された燃料−空気混合物は、自律的になって残りの燃料−空気混合物を燃焼させる火炎面を形成する。
RF変圧器の出力巻線の一端に接続されたインダクタおよびキャパシタを有する電力増幅器回路である。出力巻線の他端は、抵抗器に接続され、さらに接地に接続されている。変圧器は、2つの一次巻線を有する。一次巻線は両方とも、一端が可変DC電圧源に接続されている。各々の一次巻線の他端は、MOSFETに取付けられている。3つの巻線は全て、フェライトコアに巻き付けられている。DC電圧源からMOSFETに流れる電流がフェライトコアにおいて対向する方向に磁束を生じさせるように、2つの一次巻線が配置されている。回路の発振を開始させるために、MOSFETまたはスイッチのうちの1つが短期間オンにされ、インダクタおよびキャパシタがリングになるようにする。その結果、二次巻線の電流センサで電圧が生成され、当該電圧は、回路に供給され、当該回路は、全てのノイズをフィルタリングして除去し、電圧をインダクタキャパシタの固有周波数にとどめる。電流センサは、抵抗器、ダイオード、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも1つを含む。この電圧は、MOSFETに戻され、オンおよびオフタイミングを制御する。このようにして、固有周波数を測定および記録する必要性がなくなる。
RF変圧器の出力巻線の一端に接続されたインダクタおよびキャパシタを有する電力増幅器回路である。出力巻線の他端は、電流センサに接続され、さらに接地に接続されている。電流センサは、抵抗器、ダイオード、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも1つを含む。変圧器は、2つの一次巻線を有する。一次巻線は両方とも、一端が可変DC電圧源に接続されている。各々の一次巻線の他端は、MOSFETに取付けられている。3つの巻線は全て、フェライトコアに巻き付けられている。DC電圧源からMOSFETに流れる電流がフェライトコアにおいて対向する方向に磁束を生じさせるように、2つの一次巻線が配置されている。回路の発振を開始させるために、MOSFETのうちの1つが短期間オンにされ、インダクタおよびキャパシタがリングになるようにする。その結果、二次巻線の電流センサで電圧が生成され、当該電圧は、回路に供給され、当該回路は、全てのノイズをフィルタリングして除去し、電圧をインダクタキャパシタの固有周波数にとどめる。この電圧は、MOSFETに戻され、オンおよびオフタイミングを制御する。このようにして、固有周波数を測定および記録する必要性がなくなる。
Claims (17)
- コロナ点火システムのための電力増幅器回路であって、
出力巻線および2つの一次巻線を有するRF変圧器を備え、前記出力巻線および前記2つの一次巻線は、磁気コアに巻き付けられ、前記電力増幅器回路はさらに、
前記出力巻線の一端に接続されたインダクタおよびキャパシタと、
前記出力巻線の別の端部に接続された電流センサとを備え、
前記出力巻線を通る電流は、前記コアにおいて対向する方向に磁束を発生させる、電力増幅器回路。 - 前記2つの一次巻線は、各々、一端が可変DC電圧源に接続され、前記2つの一次巻線の各々の他端は、第1および第2のスイッチに取付けられ、その結果、前記第1および第2のスイッチのオンおよびオフタイミングが制御される、請求項1に記載の電力増幅器。
- 変動するキャパシタンスを補償するためにフィードバック信号を提供するセンス巻線をさらに備え、前記出力巻線は、コロナ点火装置に出力信号を提供する、請求項2に記載の電力増幅器。
- 前記電流センサは、抵抗器、ダイオード、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の電力増幅器。
- 共振周波数、発振器およびローパスフィルタを有するコロナ点火装置を含み、前記ローパスフィルタは、前記発振器を前記コロナ点火装置の前記共振周波数に維持するために、少なくとも120°であって180°未満の電流の位相シフトを提供し、不要な周波数をフィルタリングし、フィルタリングされたフィードバック信号を提供する、請求項1に記載の電力増幅器。
- コロナ点火システムであって、
磁気コアの周囲に配置され、各々の一端が電源から電力を受取る一対の一次巻線と、
各々が電圧を前記一次巻線に印加するために前記一次巻線の他端に接続された一対のスイッチと、
前記一次巻線とは反対方向に前記磁気コアの周囲に配置され、一端がコロナ点火装置に接続された二次巻線と、
前記二次巻線の他端に接続され、最終的には前記スイッチに接続された電流センサとを備え、前記電流センサは、前記二次巻線の電流を取得し、前記二次巻線の前記電流を使用して、前記一次巻線に一度に前記電圧を印加して前記二次巻線の電圧を前記コロナ点火装置の電流と同相にするように最終的に前記スイッチに指示する、コロナ点火システム。 - 前記電流センサから取得された前記電流を表わす信号を受取って、前記一次巻線に一度に前記電圧を印加して前記二次巻線の電圧を前記コロナ点火装置の電流と同相にするように前記スイッチに指示するための比較器ブロックを含む、請求項6に記載のコロナ点火装置。
- 前記電流センサからの前記電流を表わす信号を受取り、前記電流から不要な周波数を除去し、前記信号を最終的に前記比較器ブロックに送信する前に、少なくとも120°であって180°未満の電流信号の位相シフトを生じさせるためのローパスフィルタを含む、請求項7に記載のコロナ点火システム。
- ローパスフィルタからの前記電流を表わす信号を受取り、前記信号を前記比較器ブロックに送信する前に前記信号をトランケートするクランプを含む、請求項8に記載のコロナ点火システム。
- 共振周波数でコロナ点火装置を動作させる方法であって、
コロナ点火装置に接続された二次巻線から電流を取得するステップを備え、前記二次巻線の前記電流は、前記コロナ点火装置の電流を示し、前記二次巻線は、一次巻線に接続され、前記方法はさらに、
前記一次巻線に一度に電圧を印加して二次巻線の電圧を前記コロナ点火装置の前記電流と同相にするようにスイッチに指示するステップを備える、方法。 - 前記電流を表わす信号を比較器ブロックに送信するステップを含み、前記比較器ブロックは、前記一次巻線に前記電圧を印加するように前記スイッチに指示する、請求項10に記載の方法。
- 前記電流を表わす前記信号から不要な周波数を除去し、前記比較器ブロックに送信する前に、少なくとも120°であって180°未満のこの信号の位相シフトを生じさせるステップを含む、請求項11に記載の方法。
- この信号を前記比較器ブロックに送信する前に、前記電流を表わす前記信号をトランケートするステップを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記二次巻線から電流を取得するステップは、前記コロナ点火装置に入る電流を検出し、前記コロナ点火装置に入る前記電流が名目上ゼロである場合に前記コロナ点火装置に正の電圧を印加するステップを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記二次巻線から電流を取得するステップは、前記コロナ点火装置から出て行く電流を検出し、前記コロナ点火装置から出て行く前記電流が名目上ゼロである場合に前記コロナ点火装置に負の電圧を印加するステップを含む、請求項10に記載の方法。
- 電力増幅器回路であって、
各々がコアに巻き付けられた2つの一次巻線および出力巻線を含むRF変圧器を備え、前記出力巻線は、抵抗器を含み、
前記一次巻線は、一端が可変DC電圧源に接続され、各々の一次巻線の他端は、スイッチに取付けられ、前記DC電圧源から前記スイッチに電流が流れ、
前記電力増幅器回路はさらに、
前記RF変圧器の前記出力巻線の一端に接続されたインダクタおよびキャパシタと、
前記出力巻線の他端に接続され、接地に接続された抵抗器とを備え、前記DC電圧源から前記スイッチに流れる電流は、前記コアに磁束を生じさせ、二次巻線の前記抵抗器で電圧を発生させ、この電圧は、前記スイッチのオンおよびオフタイミングを制御するために前記スイッチに戻される、電力増幅器回路。 - 電力増幅器回路を動作させる方法であって、
各々がコアに巻き付けられた2つの一次巻線および出力巻線を含むRF変圧器を設けるステップを備え、前記出力巻線は、抵抗器を含み、前記一次巻線は、一端が可変DC電圧源に接続され、各々の一次巻線の他端は、スイッチに取付けられ、前記DC電圧源から前記スイッチに電流が流れ、前記方法はさらに、
前記RF変圧器の前記出力巻線の一端に接続されたインダクタおよびキャパシタを設けるステップと、
前記出力巻線の他端に接続され、接地に接続された抵抗器を設けるステップと、
前記コアに磁束を生じさせ、二次巻線の前記抵抗器で電圧を発生させるために、前記DC電圧源から前記スイッチに電流を伝送するステップと、
前記スイッチのオンおよびオフタイミングを制御するために、前記二次巻線の前記抵抗器で発生した前記電圧を前記スイッチに戻すステップとを備える、方法。
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US13/842,803 US9413314B2 (en) | 2009-05-08 | 2013-03-15 | Corona ignition with self-tuning power amplifier |
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