JP6145045B2 - マルチイベントコロナ放電点火アセンブリ、ならびに制御および操作の方法 - Google Patents
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Description
本願は、2010年12月14日に出願された米国仮出願シリアル番号61/422,824の利益を主張する。
1.発明の分野
本発明は、一般に、コロナ放電点火システム、およびコロナ放電を用いて燃料空気混合気に点火する方法に関する。
コロナ点火システムの一例は、フリーン(Freen)に対する米国特許第6,883,507に開示されている。コロナ放電点火システムは、高周波数電位に荷電される電極を有するイグナイタを含み、燃焼室内に高周波数を有する電界を提供する。イグナイタは、燃焼ティップに近接するいかなる接地された電極要素も含まない。むしろ、接地は、典型的には、燃焼室の壁部またはピストンによって提供される。コロナイグナイタの一例は、リコウスキら(Lykowski et.al)に対する米国特許出願第2010/0083942号公報に開示されている。
発明の1つの局面は、各々が高周波数を有する電気的エネルギパルスを受け取るとともに、各々が高周波数を有する電界のパルスを放出するイグナイタ22を含むコロナ放電点火システム20を提供する。電界のパルスは、燃料空気混合気の一部をイオン化するとともに、同一の期間に亘る連続的なコロナ放電というよりも、ある期間に亘ってコロナ放電24のパルスを提供する。連続的で、非パルス状のコロナ放電を用いるシングルイベントの点火を提供する先行技術のシステムと比較して、低減されたエネルギ使用およびコスト、電子部品の単純化、低減されたアーキング、ならびにコロナ放電24の高電圧および高容量を含む、多くの利点を有する燃料空気混合気のマルチイベントの点火を、パルス状のコロナ放電24は提供する。
Claims (21)
- 燃料空気混合気に点火するコロナ放電(24)を提供するためのコロナ放電点火システム(20)であって、
高周波数を有する電気的エネルギを受け取るとともに、コロナ放電(24)を提供するためのイグナイタ(22)と、
前記電気的エネルギを提供する少なくとも1つの電源(48,50)とを備え、
前記イグナイタ(22)によって受け取られる前記電気的エネルギは、複数の電気的エネルギパルスを含み、
前記コロナ放電(24)は、複数のコロナ放電(24)パルスを含み、
前記電気的エネルギパルスの各々は、前記イグナイタ(22)によって電気的エネルギが受け取られないインターバルだけ次の1つの前記パルスから離間され、
前記インターバルは、前記電気的エネルギの前記パルスの持続時間より長く、前記システムは、
前記少なくとも1つの電源(48,50)から前記電気的エネルギを受け取り、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供するコロナ駆動回路(52)をさらに備え、
前記少なくとも1つの電源(48,50)は、前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギを供給する高電圧電源(50)を含み、前記システムは、
第1の電圧にて前記高電圧電源(50)から電気的エネルギを連続的に受け取り、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧にて前記電気的エネルギを蓄えるとともに前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギパルスを伝達するローカル電荷蓄積装置(70)をさらに備える、コロナ放電点火システム。 - 前記イグナイタ(22)は、高周波数を有し、燃料空気混合気をイオン化し、前記コロナ放電(24)を提供する複数の電界パルスを放出する、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記イグナイタ(22)によって受け取られる前記電気的エネルギパルスは、各々が1〜2,500マイクロ秒の持続期間を有する、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記電気的エネルギパルスは、少なくとも400ヘルツの周波数を有する、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記電気的エネルギパルスの各々は、少なくとも10ボルトの電圧を有する、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記インターバルの範囲は、1〜2,500マイクロ秒である、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記少なくとも1つの電源(48,50)から前記電気的エネルギを受け取り、AC電圧に前記電気的エネルギを変換し、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供する前記コロナ駆動回路(52)を備える、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギパルスの1つを提供するように前記コロナ駆動回路(52)に指示し、前記イグナイタ(22)へ電気的エネルギが提供されない前記パルスと前記次のパルスとの間のインターバルを提供するように前記コロナ駆動回路(52)に指示し、前記インターバルの後に前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギパルスのもう1つを提供するように前記コロナ駆動回路(52)に指示する駆動制御信号(58)を提供するコントローラ(44)をさらに備える、請求項7に記載のシステム(20)。
- 前記少なくとも1つの電源(48,50)は、前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギをそれぞれ供給する主電源(48)および前記高電圧電源(50)を含み、
前記高電圧電源(50)によって前記コロナ駆動回路(52)へ供給される前記電気的エネルギは、少なくとも10ボルトの電圧を有する、請求項7に記載のシステム(20)。 - 燃料空気混合気に点火するコロナ放電(24)を提供するためのコロナ放電点火システム(20)であって、
高周波数を有する電気的エネルギを受け取るとともに、コロナ放電(24)を提供するためのイグナイタ(22)と、
前記電気的エネルギを提供する少なくとも1つの電源(48,50)とを備え、
前記イグナイタ(22)によって受け取られる前記電気的エネルギは、複数の電気的エネルギパルスを含み、
前記コロナ放電(24)は、複数のコロナ放電(24)パルスを含み、前記システムは、
前記少なくとも1つの電源(48,50)から前記電気的エネルギを受け取り、AC電圧に前記電気的エネルギを変換し、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供するコロナ駆動回路(52)をさらに備え、
前記少なくとも1つの電源(48,50)は、前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギをそれぞれ供給する主電源(48)および高電圧電源(50)を含み、
前記高電圧電源(50)によって前記コロナ駆動回路(52)へ供給される前記電気的エネルギは、少なくとも10ボルトの電圧を有し、前記システムは、
第1の電圧にて前記高電圧電源(50)から電気的エネルギを連続的に受け取り、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧にて前記電気的エネルギを蓄えるとともに前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギパルスを伝達するローカル電荷蓄積装置(70)をさらに備える、システム(20)。 - 前記イグナイタ(22)が前記コロナ放電(24)を提供している間に、前記少なくとも1つの電源(48,50)は、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供する、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記イグナイタ(22)へ提供される前記電気的エネルギは、0.1〜5Aである、請求項1に記載のシステム(20)。
- 高周波数電界を提供して、燃料空気混合気の一部をイオン化するとともに、燃焼室内の前記燃料空気混合気に点火するためのコロナ放電(24)を提供するコロナ放電点火システム(20)であって、
シリンダブロック(36)と、
シリンダヘッド(38)と、
ピストン(40)とを備え、
これらの間には、燃焼室(42)が提供され、
前記コロナ放電点火システムは、
前記シリンダヘッド(38)内に配置されるとともに前記燃焼室(42)内に延在する、高周波数および所定のエネルギパラメータを有する電気的エネルギを受け取るためのイグナイタ(22)をさらに備え、
前記エネルギパラメータは、電圧および周波数を含み、
高周波数および1,000〜100,000ボルトの電圧を有し、燃料空気混合気の一部をイオン化し、コロナ放電(24)を提供する電界を、前記イグナイタ(22)は放出し、
前記イグナイタ(22)は、前記電気的エネルギを受け取るとともに、前記電界を放出する電極(26)を含み、
前記コロナ放電点火システムは、
電気的エネルギを蓄えるとともに、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供するコロナ駆動回路(52)と、
前記イグナイタ(22)が前記コロナ放電(24)を提供している間に前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギを供給する主電源(48)と、
前記主電源(48)から分離されるとともに、前記イグナイタ(22)が前記コロナ放電(24)を提供している間に前記コロナ駆動回路(52)へ少なくとも10ボルトの電圧にて電気的エネルギを供給する可変高電圧電源(50)と、
前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを伝達するように前記コロナ駆動回路(52)に指示する駆動制御信号(58)を、前記コロナ駆動回路(52)へ伝達するコントローラ(44)と、
前記コロナ駆動回路(52)から前記電気的エネルギを受け取るとともに、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供するLC回路(46)とをさらに備え、
前記コロナ駆動回路(52)および前記LC回路(46)は、前記所定のエネルギパラメータを満足するように前記電源(48,50)によって提供される前記電気的エネルギを変換し、
前記イグナイタ(22)によって受け取られる前記電気的エネルギは、複数の電気的エネルギパルスであり、
前記パルスの各々は、1〜2,500マイクロ秒の持続期間を有し、電気的エネルギが前記イグナイタ(22)へ提供されない1〜2,500マイクロ秒のインターバルだけ前記パルスの次の1つから離間され、前記インターバルは前記持続時間より長く、かつ、前記パルスの各々が少なくとも10ボルトの電圧を有し、前記システムはさらに、
第1の電圧にて前記可変高電圧電源(50)から電気的エネルギを連続的に受け取り、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧にて前記電気的エネルギを蓄えるとともに前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギパルスを伝達するローカル電荷蓄積装置(70)をさらに備える、コロナ放電点火システム。 - コロナ放電(24)を用いて燃料空気混合気に点火する方法であって、
電源(48,50)の少なくとも1つが、高周波数を有する複数の電気的エネルギパルスを、イグナイタ(22)へ提供するステップと、
前記イグナイタ(22)が、複数のコロナ放電(24)パルスを提供するステップとを含み、
前記電気的エネルギパルスの各々は、前記イグナイタ(22)によって電気的エネルギが受け取られないインターバルだけ次の1つの前記パルスから離間され、
前記インターバルは、前記電気的エネルギの前記パルスの持続時間より長く、
前記少なくとも1つの電源(48,50)は、コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギを供給する高電圧電源(50)を含み、前記方法は、
前記高電圧電源(50)がローカル電荷蓄積装置(70)へ第1の電圧にて前記電気的エネルギを連続的に提供するステップと、
各々が第2の電圧を有する前記電気的エネルギパルスを、前記ローカル電荷蓄積装置(70)が前記コロナ駆動回路(52)へ伝達するステップと、
前記コロナ駆動回路(52)が、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギパルスの1つを提供するステップをさらに含む、方法。 - 前記コロナ駆動回路(52)が、前記電気的エネルギを蓄えるステップと、
コントローラ(44)が、前記コロナ駆動回路(52)を活性化するステップと、
それに続いて前記コントローラ(44)が、前記コロナ駆動回路(52)を非活性化するステップと、
それに続いて前記コントローラ(44)が、前記コロナ駆動回路(52)を再活性化するステップとをさらに含み、
前記活性化するステップは、前記コロナ駆動回路(52)が、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギパルスの1つを提供するステップを含み、
前記非活性化するステップは、前記コロナ駆動回路(52)が、電気的エネルギが前記イグナイタ(22)へ提供されないインターバルを提供するステップを含む、請求項14に記載の方法。 - コロナ放電(24)を用いて燃料空気混合気に点火する方法であって、
電源(48,50)の少なくとも1つが、高周波数を有する複数の電気的エネルギパルスを、イグナイタ(22)へ提供するステップと、
前記イグナイタ(22)が、複数のコロナ放電(24)パルスを提供するステップとを含み、前記方法は、
コロナ駆動回路(52)が、前記電気的エネルギを蓄えるステップと、
コントローラ(44)が、前記コロナ駆動回路(52)を活性化するステップと、
それに続いて前記コントローラ(44)が、前記コロナ駆動回路(52)を非活性化するステップと、
それに続いて前記コントローラ(44)が、前記コロナ駆動回路(52)を再活性化するステップとをさらに含み、
前記活性化するステップは、前記コロナ駆動回路(52)が、前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギパルスの1つを提供するステップを含み、
前記非活性化するステップは、前記コロナ駆動回路(52)が、電気的エネルギが前記イグナイタ(22)へ提供されないインターバルを提供するステップを含み、前記方法は、
高電圧電源(50)がローカル電荷蓄積装置(70)へ10〜150ボルトの電圧にて前記電気的エネルギを連続的に提供するステップと、
各々が10〜150ボルトの電圧を有する前記電気的エネルギパルスを、前記ローカル電荷蓄積装置(70)が前記コロナ駆動回路(52)へ伝達するステップとをさらに含む、方法。 - 前記イグナイタ(22)が前記複数のコロナ放電(24)パルスを提供しながら、前記電源(48,50)の少なくとも1つが前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギを提供するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供する前に、前記コロナ駆動回路(52)が前記電気的エネルギをAC電圧に変換するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- コロナ放電(24)を用いて燃焼室(42)内の燃料空気混合気に点火する方法であって、
高周波数を有する電気的エネルギを、少なくとも1つの電源(48,50)がコロナ駆動回路(52)へ提供するステップと、
700kHz〜2MHzの高周波数および1,000〜100,000ボルトの電圧を有し、燃料空気混合気をイオン化し、イグナイタ(22)がコロナ放電(24)を提供するための電界を放出するために、前記コロナ駆動回路(52)が前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供するステップと、
前記イグナイタ(22)が前記コロナ放電(24)を提供しながら、前記少なくとも1つの電源が前記コロナ駆動回路(52)へ前記電気的エネルギを提供するステップと、
前記コロナ駆動回路(52)がLC回路(46)へ前記電気的エネルギを伝達するステップと、
前記LC回路(46)が前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを伝達するステップと、
コントローラ(44)が前記イグナイタ(22)によって受け取られる前記電気的エネルギのエネルギパラメータを決定するステップとを含み、
前記エネルギパラメータは、前記エネルギの電圧および周波数を含み、
前記方法は、
前記コロナ駆動回路(52)および前記LC回路(46)が前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供するステップに先立って、前記コロナ駆動回路(52)が前記所定のエネルギパラメータを満足するように前記電気的エネルギを変換するステップをさらに含み、
前記イグナイタ(22)へ前記電気的エネルギを提供するステップは、前記コロナ駆動回路(52)が前記イグナイタ(22)へ複数の電気的エネルギパルスを提供するステップを含み、
前記電気的エネルギパルスの各々は、前記イグナイタ(22)によって電気的エネルギが受け取られないインターバルだけ次の1つの前記パルスから離間され、
前記インターバルは、前記電気的エネルギの前記パルスの持続時間より長く、前記方法はさらに、
高電圧電源(50)がローカル電荷蓄積装置(70)へ第1の電圧にて前記電気的エネルギを連続的に提供するステップと、
各々が第2の電圧を有する前記電気的エネルギパルスを、前記ローカル電荷蓄積装置(70)が前記コロナ駆動回路(52)へ伝達するステップとをさらに含む、方法。 - 前記パルスの各々の間に前記イグナイタ(22)によって受け取られる前記電気的エネルギ(22)は、700kHz〜2MHzの周波数を有する、請求項1に記載のシステム(20)。
- 前記パルスの各々の間に前記イグナイタ(22)によって受け取られる前記電気的エネルギ(22)は、700kHz〜2MHzの周波数を有する、請求項14に記載の方法。
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