JP5480294B2

JP5480294B2 - 燃料に点火するためのイグナイターシステム

Info

Publication number: JP5480294B2
Application number: JP2011545528A
Authority: JP
Inventors: リコフスキー，ジェイムズ・ディ; ホフマン，ジョン・ダブリュ; ウォーカー，ウィリアム・ジェイ，ジュニア
Original assignee: Federal Mogul Ignition Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: JP2012515420A; WO2010081153A3; EP2377214B1; KR20110119651A; CN103291522B; US8434443B2; CN102334254B; WO2010081153A2; CN102334254A; US20100175655A1; EP2377214A2; EP2377214A4; KR101657974B1; CN103291522A

Description

関連出願との相互参照
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、２００９年１月１２日に出願された米国仮特許出願連続番号第６１／１４３，９１６号に基づくものであり、この利益を主張し、この米国仮特許出願連続番号第６１／１４３，９１６号は、すべての目的のために全文が引用によって本明細書に援用される。

発明の分野
本発明はコロナ放電燃料イグナイターシステムに関する。本発明はさらに、内燃機関において燃料に点火するための方法に関する。

発明の背景
内燃機関において燃料に点火するための多数の異なる点火システムが提案されている。これらの点火システムは概して３つの主な種類、すなわち従来のアーク放電、典型的なプラズマ放電、およびコロナ放電に分類される。

従来のアークまたは誘導点火システムでは、点火コイルが一次巻線上で直流電圧で充電され、有限量のエネルギが点火コイルに貯蔵される。ある予め定められた発火点において、点火コイルの一次巻線への電流の流れが遮断され、点火コイルに貯蔵されたエネルギの一部が、点火コイルの二次巻線から点火プラグの火花ギャップを横切って接地にまで放電される。この放電では、点火プラグギャップの電圧は、電位が点火プラグ電極を横切って接地に達するアークを形成するのに十分大きくなるまで上昇する。点火コイルからの貯蔵エネルギは、エネルギが消散してアークを維持不可能になるまで、一回の放電事象においてアークを通じて急速に放電されて接地に達する。この種類の点火システムでは、放電事象時のアーク中の電流は、二次回路の比較的高い抵抗によって適度なレベルに制限され、アーク電圧は比較的低い。アーク自体が高度にイオン化され、接地に至る比較的低い抵抗を有する。

典型的なプラズマ点火システムでは一般的に、火花ギャップを横切る放電前に貯蔵されるエネルギを大幅に増やすために用いられる、付加的な容量エネルギ貯蔵装置がある。このシステムでは、キャパシタは典型的に、火花ギャップを横切るアークを引起すのに十分高い電圧ではないため、従来の誘導点火コイルシステムを用いて放電経路を引起す。放電経路が確立されると、キャパシタに貯蔵されたエネルギは、高電流バーストのエネルギによって、比較的低電圧で、非常に急速に放電され得る。この高速な高エネルギ放電によって、一回の放電で目に見えるプラズマが形成される。点火コイルおよびキャパシタの両方からエネルギが消散すると、アークおよびプラズマは消えて事象が終了する。

米国特許公開番号第２００８／０１４１９６７号（Tani）は、典型的なプラズマ点火システムの一例である。この特許文献は、接地電極から中央電極を絶縁するためのアルミナ絶縁部材を有するプラズマ点火プラグ、およびプラズマ点火プラグに高圧を印加するための電力供給回路を含むプラズマ点火装置を開示している。プラズマ点火装置は、絶縁部材の放電空間中のガスを、中央電極と接地電極との間に印加される高圧によって高温高圧のプラズマに活性化し、内燃機関内に噴射する。電力供給回路は、陽極としての中央電極および陰極としての接地電極に接続される。

コロナ放電システムは典型的に、貯蔵エネルギ装置を含まない。このため、エネルギは一回の事象で放電されない。従来の火花点火は、一定期間点火事象を作り出す。コロナ点火装置は、制御期間にわたる点火事象を作り出し得る。

米国特許第６，８８３，５０７号（Freen）はコロナ放電システムの例を開示している。このシステムは、燃焼室の内部の電極と、当該電極に無線周波数電力を与える電気回路と、燃焼室の壁によって形成される接地とを含む。電極と接地との間に形成される無線周波数電圧差によってこれらの間に無線周波数電場が作り出されることによって非熱プラズマが形成され、燃料−空気混合物が燃焼される。窒化ホウ素絶縁体が電極を囲む。このシステムは、内燃機関またはガスタービンエンジンなどのエンジンで利用可能である。

内燃機関において燃料に点火するためのより効率的なイグナイターシステムが必要である。特に、燃焼環境の極端な温度、機械的応力および圧力条件下で非常に効果的な誘電特性および機械的特性を提供するイグナイターシステムが望まれる。

発明の概要
本発明は、コロナ放電燃料イグナイターシステム、およびコロナ放電の効率が非常に高い内燃機関において燃料に点火するための方法を提供する。さらに本発明は、燃焼環境の極端な温度、機械的応力および圧力条件下で長期動作が可能なシステムを提供する。

本発明の１つの局面によると、コロナ放電燃料イグナイターシステム、すなわち装置が提供される。本システムは、電気コネクタ端と、コロナ放電端とを有する。電気コネクタ端をコロナ放電端に接続する導電体と、電気コネクタ端において導電体に接続されたインダクタアセンブリとがある。本システムは好ましくは、電気コネクタ端において導電体およびインダクタアセンブリを囲む非セラミック誘電材料と、非セラミック誘電材料に接触しており、コロナ放電端において導電体を囲むセラミック誘電材料とを含む。

好ましい実施例では、インダクタアセンブリは、少なくとも１つのインダクタを含む。好ましくは、インダクタアセンブリは、抵抗およびインダクタンス素子を含む。代替的に、インダクタアセンブリは、抵抗、インダクタンスおよび静電容量素子を含む。

１つの実施例では、セラミック誘電材料は、非セラミック誘電材料とは異なる誘電率を有する。好ましくは、セラミック誘電材料は、少なくとも１つの金属元素と１つの非金属元素との間に形成された化合物、または少なくとも２つの異なる非金属元素の化合物からなる、焼結された無機の非金属材料である。

本発明の別の実施例では、セラミック誘電材料は、アルミニウムまたはシリコンの少なくとも１つの酸化物または窒化物からなる。好ましい実施例では、セラミック誘電材料は、アルミナおよびシリカからなる。

さらに別の実施例では、セラミック誘電材料は、５ｗｔ％以下の、カルシウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびホウ素のうちの少なくとも１つの酸化物からなる。好ましくは、非セラミック誘電材料は、少なくとも１つのガス、樹脂またはポリマー誘電材料からなる。一般的に、非セラミック誘電材料は、セラミック誘電材料とは異なる誘電率を有する。

本発明の別の局面によると、内燃機関において燃料に点火するための方法が提供される。本方法は、コロナ放電燃料イグナイターシステムに電流を与えるステップと、燃料イグナイターシステムの中の導電体によって、電流の少なくとも一部を、無線周波数電圧の形態で燃料イグナイターシステムに流すステップとを含む。電流が導電体を流れる際に、導電体の少なくとも一部が、アルミニウムまたはシリコンの少なくとも１つの酸化物または窒化物からなるセラミック誘電材料で囲まれ、燃料イグナイターシステムからコロナ放電を放出して、内燃機関において燃料に点火する。

１つの実施例では、無線周波数電圧は、電流として与えられる。好ましくは、導電体の少なくとも一部は、セラミック誘電材料に接続する非セラミック誘電材料によって囲まれる。

本発明の実施例に従って製作されたイグナイターシステムの上面図である。本発明の実施例に従って製作されたイグナイターシステムの断面図である。イグナイターのコロナ放電アセンブリ部分の図である。絶縁体の図である。端子の図である。電線の図である。接続線の図である。フランジの上面図である。フランジの断面図である。カバーの図である。管の図である。設置位置に示されるイグナイターの図である。設置位置にある、本発明の別の実施例に従って製作されたイグナイターの断面図である。

発明の詳細な説明
本発明は、コロナ放電燃料イグナイターシステム、および少なくとも部分的なコロナ放電を放出する内燃機関において燃料に点火するための方法に向けられる。本発明は、内燃機関において燃料に点火するためのコロナ放電の効率を大幅に高める特定の絶縁体または誘電材料の使用を含む。同時に、特定の誘電材料によって、燃焼環境の極端な温度、応力および圧力条件下でのコロナ放電燃料イグナイターシステムの動作が長くなる。

本発明のイグナイターシステムは、無線周波数（ＲＦ）装置として動作する。電子回路が電池電圧を受け、増幅された無線周波数電圧が生成されてイグナイターに印加される。このイグナイターは、印加されたＲＦ電圧を上昇させ、燃料イグナイターシステムからコロナ放電が放出されて、内燃機関において燃料に点火する。したがって、コロナ電気放電燃料イグナイターに与えられる電圧はＲＦ電圧として与えられ、ＲＦ電圧の少なくとも一部が、燃料イグナイターの電気コネクタ端およびイグナイターのコロナ放電端に接続された導電体を流れ、そのＲＦ電圧の少なくとも一部が燃料イグナイターによって、たとえば燃料イグナイターのインダクタアセンブリ部分によって上昇する。燃料イグナイターシステムからコロナ放電が放出されて、内燃機関において燃料に点火する。

導電体の少なくとも一部は、コロナ放電高効率を提供し、かつ燃料点火環境に高度に適したセラミック誘電材料によって囲まれる。好ましくは、導電体の少なくとも一部は非セラミック誘電材料によってさらに囲まれ、セラミックと非セラミックは互いに接触している。

コロナ放電燃料イグナイターシステムは一般的に、電気コネクタ端およびコロナ放電端を含む。導電体（たとえば金属線アセンブリ）が電気コネクタ端およびコロナ放電端に接続される。セラミック材料からなる少なくとも１つの誘電材料が導電体を囲む。好ましくは、少なくとも１つの非セラミック材料および少なくとも１つの誘電材料が導電体を囲む。好ましくは、非セラミック誘電材料が電気コネクタ端において導電体の少なくとも一部を囲み、セラミック誘電材料がコロナ放電端において導電体を囲む。さらに、セラミック材料が非セラミック誘電材料に接触していることが好ましい。

コロナ放電燃料イグナイターシステムは、コロナ放電燃料イグナイターシステムの電気コネクタ端において導電体に接続されたインダクタアセンブリをさらに含む。インダクタアセンブリは、ＲＦ電圧を上昇させる少なくとも１つのインダクタを含む。好ましくは、インダクタアセンブリは抵抗およびインダクタンス素子を含み、より好ましくは抵抗、インダクタンスおよび静電容量素子を含む。

誘電材料は、インダクタアセンブリを囲む。好ましくは、インダクタアセンブリを囲むのに非セラミック誘電材料を用いる。

本発明によると、「セラミック」という用語は、少なくとも１つの金属元素と１つの非金属元素との間、または少なくとも２つの異なる非金属元素同士の間に形成される一般的に化合物である、典型的に結晶性の、焼結された無機の非金属材料を指す。焼結材料とは、粒子が互いに付着するか凝集するまで粒子を粒子の融点よりも低く加熱した、粉末または粒子からなる材料を指す。本発明の金属の例は、周期表の標準的な金属、ならびにアルミニウム、ゲルマニウム、アンチモンおよびポロニウムを含む。本発明の非金属の例は、周期表の標準的な非金属、ならびにホウ素，シリコン、砒素およびテルルを含む。

金属元素と非金属元素との間に形成された化合物からなる好ましいセラミック材料は、金属元素の少なくとも１つとしてアルミニウムを含む。そのような材料の例は、アルミニウムおよび酸素（たとえばアルミナ−Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミニウムおよび窒素（たとえば窒化アルミニウム−ＡｌＮ）、ならびにアルミニウム、酸素および窒素（たとえば酸窒化アルミニウム）を含むが、これらに限定されない。少なくとも２つの異なる非金属元素同士の間に形成された化合物からなる好ましいセラミック材料は、非金属元素の少なくとも１つとしてシリコンを含む。そのような材料の例は、シリコンおよび酸素（たとえばシリカ−ＳｉＯ₂）、シリコンおよび窒素（たとえば窒化シリコン−Ｓｉ₃Ｎ₄）、ならびにシリコン、酸素および窒素（たとえばＳｉＡｌＯＮ）を含むが、これらに限定されない。

本発明の１つの実施例では、セラミック誘電材料は、アルミニウムまたはシリコンの少なくとも１つの酸化物または窒化物からなる。特定の実施例では、セラミック材料の全重量に基づいて、セラミック材料の少なくとも大半がアルミニウムまたはシリコンの少なくとも１つの酸化物または窒化物からなる。セラミック材料の全重量に基づいて、セラミック材料の好ましくは少なくとも８０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも９０ｗｔ％、さらにより好ましくは少なくとも９５ｗｔ％、さらにより好ましくは少なくとも９８ｗｔ％、最も好ましくは少なくとも９９ｗｔ％が、アルミニウムまたはシリコンの少なくとも１つの酸化物または窒化物（それらの化合物を含む）からなる。

特定の好ましい実施例では、セラミック材料はアルミナおよびシリカからなる。好ましくは、セラミックは、セラミック材料の全重量に基づいて、９５．０ｗｔ％から９９．５ｗｔ％、より好ましくは９７．０ｗｔ％から９９．５ｗｔ％、最も好ましくは９８．５ｗｔ％から９９．５ｗｔ％の量のアルミナを含む。好ましくは、セラミック材料はさらに、セラミック材料の全重量に基づいて、０．１ｗｔ％から４．０ｗｔ％、より好ましくは０．１ｗｔ％から３．０ｗｔ％、より好ましくは０．２ｗｔ％から１．５ｗｔ％、最も好ましくは０．３ｗｔ％から１．０ｗｔ％の量のシリカを含む。

本発明の好ましい実施例では、特にセラミック材料を含むシリカおよびアルミナの場合、セラミック材料は、アルミナおよびシリカの酸化物または窒化物以外の酸化物および窒化物が少ない。好ましくは、セラミック材料は、アルミニウムまたはシリコンの酸化物または窒化物以外に、５ｗｔ％以下、より好ましくは３ｗｔ％以下、最も好ましくは２ｗｔ％以下の任意の酸化物または窒化物を含む。そのような酸化物および窒化物の特定の例は、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ホウ素、および窒化ホウ素を含むが、これらに限定されない。

本発明の特定の実施例では、セラミック材料はカルシウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびホウ素の少なくとも１つの酸化物を含むが、そのような酸化物は好ましくは含有量が低い。そのような酸化物の含有量が低いことは、セラミック材料の気孔率をおよび気孔サイズを低下させるのに特に有益である。低い気孔率および気孔サイズは、絶縁破損の可能性が低くなるという点で有益である。

本発明の１つの実施例では、セラミック材料は酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。好ましくは、セラミック材料は、セラミック材料の全重量に基づいて、０．１ｗｔ％から２．０ｗｔ％、より好ましくは０．２ｗｔ％から１．０ｗｔ％、最も好ましくは０．３ｗｔ％から０．５ｗｔ％の量の酸化カルシウムを含む。

本発明の１つの実施例では、セラミック材料は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む。好ましくは、セラミック材料は、セラミックス材料の全重量に基づいて、０．０１ｗｔ％から０．５ｗｔ％、より好ましくは０．０２ｗｔ％から０．３ｗｔ％、最も好ましくは０．０３ｗｔ％から０．１ｗｔ％の量の酸化マグネシウムを含む。

本発明の１つの実施例では、セラミック材料は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）を含む。好ましくは、セラミック材料は、セラミック材料の全重量に基づいて、０．０１ｗｔ％から０．５ｗｔ％、より好ましくは０．０２ｗｔ％から０．３ｗｔ％、最も好ましくは０．０３ｗｔ％から０．２ｗｔ％の量の酸化ジルコニウムを含む。

本発明の１つの実施例では、セラミック材料は酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）を含む。好ましくは、セラミック材料は、セラミック材料の全重量に基づいて、０．０５ｗｔ％から０．５ｗｔ％、より好ましくは０．１ｗｔ％から０．４ｗｔ％、最も好ましくは０．２ｗｔ％から０．４ｗｔ％の量の酸化ホウ素を含む。

本発明の１つの実施例では、セラミック材料中に有する窒化ホウ素は、あったとしても少量であることが好ましい。好ましくは、セラミック材料は、セラミック材料の全重量に基づいて、５ｗｔ％以下、より好ましくは３ｗｔ％以下、さらにより好ましくは１ｗｔ％以下、最も好ましくは０．５ｗｔ％以下の窒化ホウ素を有する。

本発明の別の実施例では、セラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコンおよび窒化シリコンからなるグループから選択される少なくとも１つの化合物からなる。

本発明で用いられるセラミックは、当該材料が晒される特定の条件において、非常に望ましい誘電特性および機械的特性の両方を示す。所望の動作特性を与える特定の性質の製造材料は、標準的な温度および圧力条件下で、すなわち２５℃および１気圧（１０１．３ＫＰａ）で本発明の材料の説明において与えられる。

本発明に従って用いられるセラミックは、電流の流れを妨げる材料であるという点で、絶縁体または誘電体であると考えられる。好ましいセラミックは、比較的低い誘電率を有することによってさらに特徴付けられる。誘電率は、１つの帯電体から別の帯電体への静電力の伝達を減衰する材料の能力の指数である。この値が低いほど減衰が向上するか、電気絶縁体として作用する材料の能力が向上する。

１つの実施例では、本発明のセラミック材料は、１ＭＨｚおよび２５℃で１１以下の誘電率を有する。好ましくは、セラミック材料は、１ＭＨｚおよび２５℃で１０以下、より好ましくは９以下、最も好ましくは８以下の誘電率を有する。

セラミック材料はさらに、比較的高い絶縁耐力を有する。絶縁耐力は、絶縁体または誘電体が破壊せずに耐え得る最大電場である。一般的には破壊時に多大な電流がアークとして材料を流れ、この後、電流の経路に沿って材料が分解する。

１つの実施例では、セラミック材料は、少なくとも１５ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有する。好ましくは、セラミック材料は少なくとも１７ｋＶ／ｍｍ、より好ましくは少なくとも１９ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有する。

本発明の一部として用いられるセラミック材料は、低い損失係数を有する。損失係数は、誘電材料中のエネルギ損失の測定値である。損失係数が低いほど、エネルギ損失が少ない。

１つの実施例では、セラミック材料は、１ＭＨｚおよび２５℃で０．０２以下の損失係数を有する。好ましくは、セラミック材料は、１ＭＨｚおよび２５℃で０．０１以下、より好ましくは、０．００５以下の損失係数を有する。

セラミック材料は、重要な電気絶縁体性質を提供するだけでなく、高耐久性の機械的特性も示す。このような特性は、引張り強度、ＭＯＲ曲げ強度および圧縮強度を含む。

セラミック材料は、高い引張り強度を有する。引張り強度は、材料が当該材料の断面の原面積に伸ばされたときに破損せずに支えることが可能な最大負荷の比率である。引張り強度よりも小さい応力が取除かれると、材料は完全にまたは部分的に元のサイズおよび形状に戻る。セラミック材料では、応力が引張り強度を超えると、材料が破壊する。

１つの実施例では、セラミック材料は、少なくとも１００ＭＰａの引張り強度を有する。好ましくは、セラミック材料は、少なくとも２００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも４００ＭＰａの引張り強度を有する。

セラミック材料はさらに、特に高いトルク接触の点における破壊を避けるための十分な性質を有する。本発明では、セラミックはＭＯＲ（破壊係数）横強度が高い。ＭＯＲ曲げ強度は、材料の極限負荷容量の測定値である。

１つの実施例では、セラミック材料は、少なくとも１００ＭＰａのＭＯＲ曲げ強度を有する。好ましくは、セラミック材料は、少なくとも２００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも４００ＭＰａのＭＯＲ曲げ強度を有する。

セラミック材料はさらに、高圧縮強度を有する。圧縮強度は、横方向に向かう押す力に耐える材料の能力である。圧縮強度の限界に達すると、材料は押し潰される。

本発明の１つの実施例では、セラミック材料は、少なくとも５００ＭＰａの圧縮強度を有する。好ましくは、セラミック材料は、少なくとも１，０００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１，５００ＭＰａの圧縮強度を有する。

本発明のセラミック材料は好ましくは、低い内部気孔率および比較的小さな気孔サイズを有する。このような性質は、絶縁破損の可能性を小さくするのに特に好都合である。

好ましくは、セラミック材料は、２％以下の内部気孔率を有する。より好ましくは、セラミック材料は、１．５％以下、さらにより好ましくは１．０％以下の内部気孔率を有する。

セラミック材料は好ましくは、３ミクロン以下の中間気孔サイズを有する。好ましくは、セラミック材料は、２．５ミクロン以下、さらにより好ましくは２ミクロン以下の中間気孔サイズを有する。

セラミック材料中の気孔サイズの範囲は大きくなく、したがって最大気孔サイズは大きすぎないことが好ましい。好ましくは、本発明のイグナイターに用いられるセラミック材料の少なくとも９０ｗｔ％が、１５ミクロン以下、より好ましくは１２ミクロン以下、最も好ましくは１０ミクロン以下の最大気孔サイズを有する。

セラミック材料中の気孔のサイズは、セラミック材料を作るために用いるセラミック粉末前駆物質の粒径を小さくすることによって小さくすることができる。好ましくは、セラミック材料は、２ミクロン以下、より好ましくは１．５ミクロン以下の平均粒径を有するセラミック粉末前駆物質の焼結物質である。

また、セラミック材料を作るために用いるセラミック粉末前駆物質は、比較的大きい表面積を有することが好ましい。好ましくは、セラミック材料は、少なくとも１．５ｍ²／ｇ、より好ましくは少なくとも２．０ｍ²／ｇ、さらにより好ましくは少なくとも３．０ｍ²／ｇの平均表面積（ＢＥＴ）を有するセラミック粉末前駆物質の焼結物質である。

本発明に組込まれるセラミック材料は、過早点火を低減させるために高い熱伝導率を有する。好ましくは、セラミック材料は、２５℃で少なくとも２５Ｗ／Ｍ−Ｋ、より好ましくは少なくとも３０Ｗ／Ｍ−Ｋ、最も好ましくは２５℃で少なくとも３５Ｗ／Ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。

本発明の非セラミック誘電材料は、接地から高圧を十分に絶縁するための十分な誘電特性を提供する任意の非セラミック誘電材料であり得る。そのような材料は、ガス、樹脂およびポリマー誘電材料を含む。非セラミックの少なくとも一部は一般的に、直接燃焼場所またはハウジングの外部にあるが、セラミックは燃焼位置に直接配置され得る。セラミック材料の性質の説明と同様に、非セラミック材料中に求められる性質の例は、標準的な温度および圧力条件下で、すなわち２５℃および１気圧（１０１．３ＫＰａ）で本明細書中に説明される。

本発明の１つの実施例によると、非セラミック誘電材料は、セラミック誘電材料とは異なる誘電率を有する。本発明の別の実施例では、非セラミック誘電材料は、セラミック誘電材料よりも小さい誘電率を有する。１つの実施例では、非セラミック材料の誘電率は、１ＭＨｚおよび２５℃で、セラミック材料よりも少なくとも１、少なくとも２、少なくとも４、または少なくとも６小さい。

本発明の好ましい実施例では、非セラミック材料は、１ＭＨｚおよび２５℃で、１１以下の誘電率を有する。好ましくは、非セラミック材料は、１ＭＨｚおよび２５℃で、９以下、より好ましくは７以下、最も好ましくは５以下の誘電率を有する。

イグナイターシステムは、２種類以上の非セラミック誘電材料を含み得る。たとえば、イグナイターシステムは、ガス、樹脂またはポリマー誘電体のいずれかの組合せの、２つ以上の非セラミック誘電材料を含み得る。これらの材料の各々は好ましくは、接地が最小化されるように互いに接触するように配置され、少なくとも１つの非セラミック誘電体が少なくとも１つのセラミック誘電材料に接触し、セラミック誘電材料はイグナイターシステムのコロナ放電端に配置される。

１つの種類のイグナイターシステムの例が図１〜図１０に示される。本発明の１つの局面に係るコロナ放電燃料イグナイターシステム１０は、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化シリコンまたは窒化アルミニウムのいずれかで作製された絶縁体１４を含む。アルミナの高絶縁耐力、高電気抵抗率、および低誘電率は、コロナ放電イグナイター用の絶縁体の電気性能要件を満たす。アルミナはさらに、イグナイターの組立時または内燃機関における稼動時に絶縁体が破壊しないために必要な高い機械的強度を有する。窒化シリコンも窒化アルミニウムと同様にこれらの要件を満たすが、アルミナよりも費用がかかる。

図面には、本発明の絶縁体を有するコロナ放電燃料イグナイターシステム１０の１つの実施例が示される。イグナイターは、コロナ放電アセンブリ１２と、絶縁体１４の下端１８の内部に収容され、下端１８から延在する電極線１６と、絶縁体１４の下部２１がシェルの下端２３から外に突出するように絶縁体１４の中間部を囲む金属シェル１９と、絶縁体１４の上端２２の内部に収容され、上端２２から延在する端子２０と、一端２６においてシェル１９に溶接され、他端３０においてフランジ２８に溶接された金属管２４とを含む。接続線３２が、フランジ２８の開口部３４を通って端子２０から管２４の中を延在し、介在絶縁パッド３８によってフランジ２８に装着されたインダクタアセンブリ３６に接続される。金属カバー４０がインダクタアセンブリ３６を囲み、フランジ２８に溶接されて、封止環境４２を提供する。電気端子４４がインダクタアセンブリ３６に取付けられ、フランジ２８を通って、外部接続のために径方向外向きに延在するコネクタ４６に至る。フランジ２８は、コロナ放電燃料イグナイターシステム１０の封止空間４２に加圧充填ガスを導入するための充填開口部４８を有し、その後、充填開口部４８が封止されて閉じられる。

コロナ放電燃料イグナイターシステム１０のコロナ放電アセンブリ１２、ならびに特に、イグナイター開口部５０、ブロック５２および燃焼室５４内に延在する金属シェル１９には、イグナイター開口部５０と同様であり得るように外部装着ねじ山がない。このため、燃焼室５４内に延在する下部２１を含む絶縁体１４のサイズを大きくするか、開口部を小さくするか、その両方が可能である。装着ねじ山の代わりに、コロナ放電燃料イグナイターシステム１０はフランジ２８の１つ以上の装着孔５６を提供し、この中に締結具５８を受取って、ねじ山のないヘッドの端２３とは無関係に、コロナ放電燃料イグナイターシステム１０をシリンダヘッド５３に装着することができる。

本発明のイグナイターシステムの別の例が図１１に示される。イグナイターは、導電体または線１０３が取付けられる電気コネクタ端１０１を有するコロナ放電アセンブリを含む。インダクタアセンブリ１０５が導電体１０３に接続される。インダクタアセンブリ１０５はインダクタ巻線１０７を含む。

インダクタアセンブリ１０５は、樹脂誘電材料である第１の非セラミック誘電材料１０９によって囲まれる。インダクタアセンブリ１０５はさらに、シリコーンゴムの第２の非セラミック誘電材料１１１によって囲まれる。

コロナ放電燃料イグナイターシステムは、コロナ放電端１１３をさらに含む。コロナ放電端１１３には、導電体１０３を囲むセラミック誘電絶縁体１１５がある。

図１１のコロナ放電燃料イグナイターシステムは、カムカバーおよび燃焼室を有する内燃機関の内部に示される。イグナイターシステムは、押さえフランジ１１７によって所定の位置に保持される。導体１０３に電流が流され、コロナ放電端１１３からコロナストリーマが放出されて、燃焼室において燃料に点火する。

本発明の動作原理および動作モードが、さまざまな例示的および好ましい実施例を参照して上に説明された。当業者によって理解されるように、請求項によって規定される本発明全体は、本明細書中に具体的に列挙されていない他の好ましい実施例も含む。

Claims

コロナ放電燃料イグナイターシステムであって、
電気コネクタ端と、
コロナ放電端と、
前記電気コネクタ端を前記コロナ放電端に接続する導電体と、
前記電気コネクタ端において前記導電体に接続されたインダクタアセンブリと、
前記電気コネクタ端において前記導電体およびインダクタアセンブリを囲む非セラミック誘電材料と、
前記非セラミック誘電材料に接触しており、前記コロナ放電端において前記導電体を囲むセラミック誘電材料とを備える、コロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記インダクタアセンブリは、少なくとも１つのインダクタを含む、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記インダクタアセンブリは、抵抗およびインダクタンス素子を含む、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記インダクタアセンブリは、抵抗、インダクタンスおよび静電容量素子を含む、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記セラミック誘電材料は、前記非セラミック誘電材料とは異なる誘電率を有する、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記セラミック誘電材料は、少なくとも１つの金属元素と１つの非金属元素との間に形成された化合物、または少なくとも２つの異なる非金属元素の化合物からなる、焼結された無機の非金属材料である、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記セラミック誘電材料は、アルミニウムまたはシリコンの少なくとも１つの酸化物または窒化物からなる、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記セラミック誘電材料は、アルミナおよびシリカからなる、請求項７に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記セラミック誘電材料は、５ｗｔ％以下の、カルシウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびホウ素のうちの少なくとも１つの酸化物からなる、請求項７に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記非セラミック誘電材料は、少なくとも１つのガス、樹脂またはポリマー誘電材料からなる、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
前記非セラミック誘電材料は、前記セラミック誘電材料とは異なる誘電率を有する、請求項１に記載のコロナ放電燃料イグナイターシステム。
内燃機関において燃料に点火するための方法であって、
コロナ放電燃料イグナイターシステムに電流を与えるステップと、
前記燃料イグナイターシステムの中の導電体によって、前記電流の少なくとも一部を、無線周波数電圧の形態で前記燃料イグナイターシステムに流すステップと、
前記電流が前記導電体を流れる際に、前記導電体の少なくとも一部を、アルミニウムまたはシリコンの少なくとも１つの酸化物または窒化物からなるセラミック誘電材料で囲むステップと、
前記燃料イグナイターシステムからコロナ放電を放出して、前記内燃機関において前記燃料に点火するステップとを備える、方法。
無線周波数電圧は、前記電流として与えられる、請求項１２に記載の方法。
前記インダクタアセンブリは、抵抗およびインダクタンス素子を含む、請求項１３に記載の方法。
前記インダクタアセンブリは、抵抗、インダクタンスおよび静電容量素子を含む、請求項１３に記載の方法。
前記導電体の少なくとも一部は、前記セラミック誘電材料に接続する非セラミック誘電材料によって囲まれる、請求項１２に記載の方法。
前記非セラミック誘電材料は、前記セラミック誘電材料とは異なる誘電率を有する、請求項１６に記載の方法。
前記セラミック誘電材料はアルミナおよびシリカからなる、請求項１２に記載の方法。
前記セラミック誘電材料は、５ｗｔ％以下の、カルシウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびホウ素のうちの少なくとも１つの酸化物からなる、請求項１２に記載の方法。
前記非セラミック誘電材料は、少なくとも１つのガス、樹脂またはポリマー誘電材料からなる、請求項１６に記載の方法。