KR20090009251A - 점화 시스템 - Google Patents

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Abstract

점화 시스템(10)은 제1 전극(18)과 제2 전극(20) 사이에서 스파크 갭(16)을 한정하는 제1 종단(14)을 갖는 스파크 플러그(12)를 포함한다. 주 와인딩(44) 및 부 와인딩(50)을 포함하는 트랜스포머(46)는 또한 시스템의 부분을 형성한다. 부 와인딩은 부 회로 내에서 제1 전극(18)에 연결되고 부 와인딩은 1㏀보다 작은 저항 및 0.25H보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 구동 회로(26)는 주 와인딩에 연결된다.
점화 시스템, 스파크 플러그, 트랜스포머, 와인딩, 구동 회로

Description

점화 시스템{IGNITION SYSTEM}
본 발명은 점화 시스템에 관한 것으로서, 특히 내연기관(internal combusion engine)을 위한 점화 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 대안적인 스파크-플러그(spark-plug), 스파크-플러그를 위한 구동 회로 및 관련된 방법들에 관한 것이다.
차량을 위한 점화 시스템은 각각의 고 전압 파워 케이블들에 의해 원격 및 중앙의 고전압 발생 수단에 연결된 복수 개의 분산된 스파크-플러그들을 포함하는 것이 알려진다. 알려진 캐패시터 방전(capacitor discharge) 점화 시스템에서, 고전압 발생 수단은 트랜스포머(transformer)의 주 와인딩(winding)과 함께 직렬로, 파워 스위칭 장치(power switching device), 예를 들어 SCR 스위치와 연결된 캐패시터를 포함한다. 부 와인딩은 고전압 케이블들에 연결된다. 사용시, 엔진의 피스톤이 소정의 위치에 도달할 때, 파워 스위칭 장치는 폐쇄된 상태로 스위칭된다(switched). 이어서 부 와인딩 대 주 와인딩 비율로 인해, 캐패시터의 에너지는 부 와인딩 상에서 훨씬 높은 전압을 초래하며 주 와인딩으로 전달된다. 일단 부 와인딩 상의 전압이 플러그의 스파크 전극들 사이의 스파크-갭(spark-gap)의 브레이크다운 전압(breakdown voltage)에 도달하면, 플라즈마 방전(plasma discharge)은 스파크 전극들 사이에서 생성된다.
알려진 시스템에서, 스위칭 회로는 사용될 수 있는 트랜스포머의 최소의 인덕턴스를 제한한다. 제한 인자들은 스위치의 최대 전류률(current rating)(Im), 스위치의 스위칭 속도(ts), 스위치의 스위칭 전압(Vs) 및 스위치 비용이다. 이들 제한들은 매우 높은 부 와인딩 인덕턴스를 초래하고, 이는 비용을 포함하여 몇몇의 결점들을 갖는다. 큰 인덕턴스는 일반적으로 수 킬로미터(수만의 와인딩들)의 얇은 구리 와이어를 요구하고, 이는 비싸다. 시스템들은 수 킬로미터의 얇은 구리 와이어가 수 킬로-옴의 저항을 갖는다는 점에서 비효율적이다. 신뢰성 높은 스파크를 위한 충분한 에너지를 전달하기 위하여, 많은 양의 여분 에너지는 각각의 스파크에 대해 요구된다. 많은 양의 구리가 필요로 하게 될 뿐만 아니라 처리되어야만 하는 많은 양의 에너지로 인해, 시스템들은 거대하다(bulky). 구리 저항으로 인한 에너지 손실은, 트랜스포머를 가열한다. 이는 스파크로 전달될 수 있는 최대 양의 에너지 상에 엄격한 제한을 두고 또한 냉각을 위한 트랜스포머의 위치에 영향을 미친다. 연료 효율성, 연소의 완전성, 연소 시간, 배기가스 청정도 및 사이클-대-사이클(cycle-to-cycle) 연소에서의 변화성은 제한된다. 트랜스포머가 크고 가열되기 때문에, 그것은 일반적으로 엔진으로부터 떨어진 거리에 위치된다. 이는 스파크-플러그들과 트랜스포머 사이의 고전압 케이블들을 요구한다. 이런 고전압 케이블들은 많은 양의 전자기 방사(electromagnetic radiation)를 발생시키고, 이는 다른 전기 장비에 영향을 미칠 수 있다. 고전압 케이블들을 제거하기 위하여, 각각의 스파크- 플러그에서 점화 코일을 포함하는 코일-온-플러그(coil-on-plug) 시스템들이 사용된다. 일반적으로 이들 코일들은 이들 주위에 매우 적은 공기 유동을 가지며, 엔진에 매우 근접하기 때문에, 이들은 쉽게 과열되고(overheat), 이는 이들을 신뢰할 수 없게 만든다.
매우 낮은 부 저항을 갖는 몇몇의 점화 코일들이 제안되어 왔다. 이는 고 투과성을 갖는 자기 경로(magnetic path)를 사용함으로써 달성되어, 스위칭 회로를 위하여 충분히 높은 인덕턴스를 유지하면서 와인딩들의 수를 감소시키도록 한다. 이런 접근법의 단점은 고 투과성 자기 물질이 쉽게 포화되고(saturate) 따라서 큰 코어가 요구된다는 점이다.
몇몇의 다른 점화 시스템들은 부 측(secondary side)상의 제2 에너지 전달 경로를 갖는다. 이들 모두는 에너지가 부 와인딩 또는 반도체 장치 중 어느 하나를 통과해야만 하는 단점을 갖는다. 만약 에너지가 부 와인딩을 통과한다면, 고 와인딩 저항성으로 인해 전달은 매우 비효율적이다, 반면에, 반도체 장치는 고 전압(일반적으로 30㎸ 위에), 고 전류(일반적으로 1A 위에)이어야만 한다. 이들 장치들은 비싸고 또한 에너지 손실을 초래한다.
이들 시스템들의 또다른 단점은 부 와인딩의 자기-공진(self-resonance) 주파수가 낮다(일반적으로 20㎑보다 작음)는 점이다. 낮은 자기-공진 주파수는 부 와이어의 긴 길이 및 큰 부 와인딩 인덕턱스로 인한 것이다. 부 와인딩이 부 측 회로내에서 연결된 때, 스파크-플러그 및 케이블 캐패시턴스(capacitance)로 인해, 부 측 회로의 공진 주파수는 부 와인딩의 자기-공진 주파수보다 훨씬 낮다. 낮은 부 공진 주파수 때문에, 스파크-플러그 또는 전극 캐패시턴스를 브레이크다운 전압까지 충전하는데 수십의 마이크로초가 소요되며, 또한 나머지 부 에너지를 방산하는데 수십의 마이크로초가 소요된다. 이런 것은 다중의 스파크 점화 시스템들에서 발생될 수 있는 연속적인 펄스들의 수를 제한하고, 이는 점화동안 전달될 수 있는 에너지의 양을 제한한다. 몇몇의 점화 시스템들에서 전달된 에너지의 양 및 효율성은 스파크-플러그와 함께 병렬로 캐패시터를 배치함으로써 증가된다. 이들 시스템들에서 부 공진 주파수는 훨씬 낮을 것이다. (아래에서 설명된 대로) 최적 스파크 시간이 계산되는 시스템들에서조차도, 스파크는 수십의 마이크로초 이내까지 제어될 수 없다. 6000rpm에서, 부정확성은 엔진 회전에서의 1도보다 크다.
점화 후의 이온화된 기체의 전류 또는 저항을 측정하여 연소 후의 기체 온도, 압력 또는 조성에 관한 정보를 획득하기 위해 스파크-플러그를 사용하는 것은 알려진 기술이다. 이런 정보는 이어서 엔진 관리 시스템으로의 입력들 중 하나로서 사용되어 평균적인 최적 스파크 시간을 계산하도록 한다. 점화 트랜스포머의 높은 손실 때문에, 측정은 트랜스포머의 부 측 상에서 행해져야만 하고, 이는 부 측 회로를 복잡하게 한다.
사이클-대-사이클 변동들로 인하여, 평균적인 최적 스파크 시간은 단일 사이클을 위한 최적 스파크 시간과 매우 상이할 수 있다. 비록 점화 전에 연소 챔버 내에서 조건들을 측정하기 위하여 이용가능한 많은 기술들이 있더라도, 이들이 모두 연소 챔버로의 추가적인 접근 지점들을 요구하고, 비싸며, 대부분 낮은 신뢰성을 가지며, 복잡하기 때문에 이들 중 어떠한 것도 광범위하게 사용되지 않는다.
따라서, 측정을 위한 스파크-플러그를 사용할 때, 만약 낮은 부 공진 주파수는 점화 후의 측정 주파수를 제한하고 또한 불가능하지는 않지만 점화 전에 기체 특성들을 측정하는 것을 매우 어렵게 한다.
따라서, 출원인이 앞서 말한 단점이 적어도 경감될 수 있다는 것을 신뢰하는 대안적인 점화 시스템, 스파크-플러그, 스파크-플러그를 위한 구동 회로 및 관련된 방법들을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따라, 점화 시스템(ignition system)은:
- 제1 전극과 제2 전극 사이에서 스파크-갭(spark-gap)을 한정하는 제1 종단을 갖는 스파크-플러그(spark-plug);
- 주 와인딩(winding) 및 부 와인딩을 포함하되, 상기 부 와인딩은 제2 회로내에서 제1 전극에 연결되고, 1㏀보다 작은 저항 및 0.25H보다 작은 인덕턴스(inductance)를 갖는 트랜스포머(transformer); 및
- 상기 주 와인딩에 연결된 구동 회로(drive circuit)를 포함한다.
상기 구동 회로는 절연된 게이트 반도체 장치를 포함할 수 있고, 상기 트랜스포머의 상기 주 와인딩은 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 드레인 소스 회로(drain source circuit)로 연결될 수 있다.
상기 구동 회로는 적어도 제1 전하 축전 장치(charge storage device)를 포함하는 전하 축전 장치 방전 회로를 포함할 수 있다.
상기 구동 회로는 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 게이트에 연결된 게이트 회로를 포함할 수 있고, 상기 게이트 회로는 상기 제1 전하 축전 장치 및 고속 스위칭(fast switching) 장치를 포함할 수 있으며, 전류가 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 상기 드레인 소스 회로에 흐르기 시작하기 전에, 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 미리-선택된 전도 상태를 위해 충분히 충전된 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 게이트에 덤핑(dump) 하도록 구성될 수 있다. 상기 구동 회로는 약 6마이크로초보다 작은 충전 시간 및 약 2마이크로초보다 작은 방전 시간을 가질 수 있다.
또 다른 구체예에서 상기 구동 회로는 고주파 파워 오실레이터(high frequency power osillator)를 포함할 수 있다.
상기 오실레이터는 실질적으로 상기 부 회로의 공진 주파수에서 오실레이팅(osillate) 하도록 구성될 수 있다. 상기 오실레이터는 10㎑보다 크거나, 100㎑보다 크거나, 500㎑보다 훨씬 크거나, 1㎒보다 훨씬 큰 주파수를 가질 수 있다.
상기 부 회로는 제2 에너지 축전 장치에 연결될 수 있다. 상기 제2 에너지 축전 장치는 상기 제1 에너지 축전 장치와 동일하거나 그것과 상이할 수도 있다. 상기 제1 및/또는 제2 전하 축전 장치들은 일정한 전류 및/또는 전압 공급에 연결가능할 수 있다.
상기 구동 회로, 트랜스포머 및 스파크-플러그는 단일 하우징 내에서 상기 하우징의 일 종단에 노출된 스파크-갭과 함께 모두 위치될 수 있다. 상기 하우징은 바람직하게는 전기 전도성 물질, 예를 들어, 적절한 금속으로 만들어져, 패러데이 상자(feraday cage)로서 작용하도록 한다. 사용시, 패러데이 상자와 함께, 투과된 전자기 간섭이 차폐되거나 은폐되는 것이 인정될 것이다.
일정한 전류원 및/또는 전압원은 상기 하우징의 외부에 위치될 수 있고 상기 하우징으로부터 상기 하우징의 제2 종단을 향하여 연장된 케이블들을 경유하여 상기 하우징에 연결가능할 수 있다.
상기 트랜스포머의 상기 주 와인딩과 상기 부 와인딩 사이의 커플링(coupling)은 80%보다 작을 수 있고(k < 0.8), 대안적으로 k < 0.6 일 수 있고, 대안적으로 k < 0.4 일 수 있고, 대안적으로 k < 0.2일 수 있다.
상기 트랜스포머는 정사각형 히스테리시스(square hysteresis)를 갖는 코어(core)를 포함할 수 있다.
상기 부 와인딩의 저항은 100Ω보다 작을 수 있고, 대안적으로 50Ω보다 작을 수 있고, 20Ω보다 작을 수 있고, 10Ω보다 작을 수 있다.
상기 부 와인딩의 인덕턴스는 100mH보다 작을 수 있고, 대안적으로 50mH보다 작을 수 있고, 20mH보다 작을 수 있고, 3mH보다 작을 수 있고, 1mH보다 작을 수 있다.
상기 주 와인딩의 인덕턴스는 5μH보다 작을 수 있다.
상기 부 와인딩의 자기-공진 주파수는 10㎑보다 높고, 대안적으로 100㎑보다 높고, 대안적으로 500㎑보다 높고, 대안적으로 1㎒보다 높을 수 있다.
본 발명의 또다른 양상에 따라 스파크-플러그를 위한 캐패시터 방전 구동 회로가 제공되되, 회로는 절연된 게이트 반도체 장치의 드레인 소스 회로 내에서 연결된 트랜스포머의 주 와인딩 및 캐패시터를 포함하고, 트랜스포머의 부 와인딩이 스파크-플러그에 연결된다. 절연된 게이트 반도체 장치는, 장치가 장치의 드레인 소스 회로에서 미리-선택된 전도 상태를 위해 충분한 전하를 스위칭 온하기 전에, 캐패시터 및 고속 스위칭 장치를 포함하는 게이트 회로에 의해 구동되어 장치의 게이트에 덤핑하도록 할 수 있다.
본 발명의 또다른 양상에 따라 스파크-갭을 한정하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 전극 캐패시터(capacitor)를 형성하고, 단지 상기 전극들 중 어느 것에서 코로나(corona)를 발생시키거나, 스파크가 상기 갭에 걸쳐 생성되기 전에 상기 전극들 중 어느 것에서 코로나를 발생시키도록 상기 플러그가 사용시 선택적으로 구동될 수 있도록 구성되는 것이 제공된다.
상기 전극들은 상기 전극들 중의 어느 것에서 트레쉬홀드(threshold)를 발생시키는 코로나에서 상기 전극 캐패시터에 축전된 에너지가 실질적으로 상기 스파크-갭에 걸쳐 스파크를 생성하기 위하여 요구된 에너지보다 작도록 구성될 수 있다.
상기 제1 전극은 제1 및 제2 종단을 포함하는 절연 물질의 전체적으로 연장된 실린더형 몸체(cylindrical body)에 대한 코어(core)로서 축방향으로 연장될 수 있고; 상기 제1 전극은 상기 몸체의 제1 종단으로부터 안쪽 방향으로 이격된 상기 전극의 제1 종단에서 종결될 수 있으며; 상기 몸체는 상기 몸체의 제1 종단으로부터 연장되고 상기 제1 전극의 상기 제1 종단에서 종결되는 블라인드 보어(blind bore)를 한정할 수 있고; 상기 제2 전극은 상기 몸체의 제1 종단을 향하여 위치될 수 있으며, 이것에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전극 캐패시터를 제공할 수 있고 사용시, 상기 보어 내에 생성된 코로나 영역과 상기 제2 전극 사이에 제2 캐패시터를 제공할 수 있다.
또 이어서 본 발명의 범위 내에서 포함된:
- 제1 전극 및 제2 전극을 사용하되, 상기 전극들 중 적어도 하나가 상기 물질에 노출되고, 집합적으로(collectively) 갭을 한정하고 전극 캐패시터를 형성하여 상기 전극들은 적어도 하나의 전극에서 코로나를 발생시키는 단계;
-상기 코로나가 상기 적어도 하나의 기체 파라미터를 나타내는 상기 적어도 하나의 전극의 영역에서 전기적 파라미터를 변경시키도록 하는 단계;
- 상기 전극들에 연결된 전자 회로소자(circuitry)에 의해 감지되는 상기 전기적 파라미터에 관련하는 신호를 야기하는 단계; 및
- 상기 회로소자에 의해 감지된 신호를 측정하여 상기 적어도 하나의 상기 기체 파라미터를 모니터링하는 단계를 포함하는 챔버 내의 기체 물질과 관련된 적어도 하나의 파라미터(parameter)를 모니터링하는(monitoring) 방법이다.
상기 전극들은 상기 전극들 중 어느 것에서 코로나 방전 트레쉬홀드에서의 전극 캐패시터에 축전된 에너지가 상기 갭에 걸쳐 스파크를 생성하기 위하여 요구된 에너지보다 실질적으로 작도록 구성된 스파크-플러그의 부분을 형성할 수 있고; 상기 방법은 신호를 상기 전극들을 구동하여 상기 코로나를 발생시키거나 상기 갭에 걸쳐 스파크를 형성하기 전에 상기 코로나를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호는 고속 라이즈-타임(rise-time) 전압 신호일 수 있고, 연속적인 파동의 엣지(edge)와 단일 전압 펄스의 엣지 중 하나이다. 상기 고속 라이즈-타임 전압의 라이즈 타임은 상기 전극들 중 하나 또는 모두에서 양(positive) 또는 음(negative) 코로나를 발생시키기에 충분히 높을 수 있다. 상기 라이즈-타임은 100㎸/㎲보다 빠를 수 있다.
방법의 또다른 형태에서 상기 신호의 진폭은 상기 스파크-갭의 영역 내의 상기 물질의 양 또는 음 코로나 트레쉬홀드 전압보다 작은 것, 동일한 것, 및 큰 것 중 하나일 수 있다. 상기 전압 신호의 상기 진폭은 상기 스파크-갭을 위한 브레이크다운(breakdown) 전압보다 작은 것, 동일한 것 및 큰 것 중 하나일 수 있다.
상기 신호는 트랜스포머의 주 측부로 다시 공급되고, 상기 트랜스포머의 부 와인딩은 상기 전극들 중 적어도 하나에 연결되며, 측정은 상기 주 측부상에서 행해질 수 있다.
상기 기체 파라미터는 상기 물질의 점화 전 및/또는 점화동안 및/또는 점화 후에 모니터링될(monitored) 수 있다.
상기 기체 파라미터는 상기 갭에 걸친 스파크의 에너지 및 타이밍(timing) 중 적어도 하나를 결정하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 기체 파라미터는 상기 챔버에서의 어느 하나 이상의 압력, 상기 물질의 조성 및 상기 챔버 내에서 이동하는 피스톤의 위치일 수 있다.
상기 방법은 상기 측정을 위한 상기 코로나를 발생시키는 데에 적절한 제1 하부 레벨과, 스파크를 형성하고 점화를 위한 에너지를 전달시키기 위한 제2 상부 레벨 사이에서 상기 전극들을 위한 구동 회로의 출력 파워 레벨을 변경하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 파워 레벨은 측정의 결과들에 의존할 수 있다.
본 발명은 이제 여기에서 첨부된 도면을 참조하여, 단지 실시예의 방법에 의하여 더 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 점화 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 부분을 형성하는 캐패시터 방전 구동 회로의 제1 구체예의 회로도이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 도 6 및 도 2에서의 점들(3a, 3b, 3c)에서의 전합 파형들이다.
도 4는 구동 회로의 제2 구체예의 회로도이다.
도 5는 구동 회로의 제3 구체예의 회로도이다.
도 6은 구동 회로의 제4 구체예의 회로도이다.
도 7은 더 상세하게 트랜스포머를 도시하는 본 발명에 따른 점화 시스템의 축 단면도이다.
도 8은 트랜스포머의 또 다른 구체예의 도 7과 유사한 도면이다.
도 9는 구동 회로의 또 다른 구체예를 갖는 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 10은 도 9에서 시스템의 더 상세한 블록 다이어그램이다.
도 11(a), 도 11(b), 도 11(c) 및 도 11(d)는 도 9 및 도 10에서의 선택된 위치들에서의 전압 및 전류 파형들이다.
도 12는 도 9 및 도 10에서의 구동 회로의 부분의 대안적인 구체예이다.
도 13은 대안적인 스파크-플러그의, 부분 파쇄도이다.
본 발명에 다른 점화 시스템은 일반적으로 도 1에서의 도면부호 "10"에 의해 도시된다.
시스템(10)은 제1 고 전압 전극(18)과 제2 전극(20) 사이에 스파크-갭(spark-gap; 16)을 한정하는 제1 종단(14)을 갖는 연장된 스파크-플러그(12)를 포함한다. 제1 전극까지의 연결 터미널(22)이 제2 종단(24)에 위치된다. 시스템(10)은 플러그(12)를 위한 구동 회로(26)를 더 포함하고, 이 회로는 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
스파크-플러그(12) 및 구동 회로(26)는 적절한 물질, 예를 들어 적절한 금속으로 만들어진 하우징(28) 내에 위치되어, 패러데이 상자(faraday cage)로써 작용하도록 한다. 하우징은 구성에서 튜브형이다. 플러그의 금속부(metal part)는 제1 종단(14)을 향하고 이는 또한 엔진 블록(30)에 플러그를 고정하기 위한 쓰레드(thread)를 제공하고, 하우징(28)의 제1 종단(34)을 넘어서 연장되어, 갭이 하우징의 제1 종단에서 노출되고, 사용시, 갭(16)이 연소 챔버(32) 내에 위치되도록 한다. 하우징의 마주보는, 즉 제2 종단(36)에서, 시스템(10)까지 연장되는 (아래에서 더 상세하게 언급됨) 케이블들(40, 42)을 위한 홀(38)이 제공된다.
구동회로(26) 및 플러그(12)를 둘러싸고 차폐하는 케이지(cage; 28)를 포함 하는 앞서 말한 자기-포함 시스템과 함께, 고전압 스위칭 회로소자에 의해 방출된 전자기 간섭이 억제된다는 것이 이해된다.
단일 하우징(28) 내에 위치된 스파크-플러그(12) 및 이를 위한 구동 회로(26)를 포함하는 본 발명에 따른 시스템(10)은, 분산된 스파크-플러그로 연장되는 고전압 케이블들, 중앙 트랜스포머 및 캐패시터 방전 어셈블리를 제거함으로써 차량 후드 아래의 복잡성(vehicle hood complexity)을 또한 감소시킬 수 있다는 것이 더 이해된다. 유지보수는 단순화될 수 있다는 것이 이해된다.
(캐패시터 방전 회로의 형태로) 구동 회로(26)의 제1 구체예는 도 2에서 더 상세하게 도시된다. 회로(26)는 고속 스위칭 파워 장치(T1 or 48) 및 국부 트랜스포머(26)의 주 와인딩(44)과 함께 직렬로 연결된 제1 캐패시터(C1)를 포함한다. 트랜스포머의 부 와인딩(50)은 제1 전극(18)에 연결되고, 이는 접지된(grounded) 제2 전극(20)과 함께 스파크-갭(16)을 한정한다.
파워 스위칭 장치(48)는 절연된 파워 게이트 반도체 장치, 예를 들어, MOSFET 또는 IGBT를 포함할 수 있고, 바람직하게는 참고문헌으로서 여기에 병합된 내용들의 출원인의 미국 특허 제6,870,405B1에서 개시된 것과 유사한 종류의 구동 회로 및 방법에 따라 구동된다.
도 2 및 도 6에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 회로(26)는 단일 MOSFET(48)를 사용하여, 수백 볼트의 전압을 발생시키고, 캐패시터(C1)를 스위칭할 뿐 아니라 캐패시터(C1)를 충전시켜 갭(16)을 가로질러 고전압을 발생시키도록 한다. 도 3(a) 내지 도 3(c)에서 도 6에서의 지점(3a) 및 도 2에서의 지점들(3b, 3c)에서의 전압 파형들이 도시된다. 예를 들어, MOSFET의 드레인 소스 회로에서 원하는 전도의 상태로 MOSFET를 스위칭 온(switch on) 하기 위해, MOSFET의 게이트로 충분한 전하를 덤핑하거나 전달하도록 MOSFET(48)의 게이트에 인가된 단기 전압 펄스는, 도 3 (a)에서 도시된다. 이제 특히 도 2를 참조하면, DC 전압(V1)이 처음으로 회로에 인가된 때, 캐패시터(C1)는 정상 상태 전압(V2 = V1)까지 충전된다. MOSFET가 스위칭-온 되었을(switched on) 때, 캐패시터(C1)는 트랜스포머 주부(primary; 44)를 통하여 방전한다. 캐패시터(C1)상의 에너지는 갭(16)에서 뿐만 아니라, 트랜스포머(46) 및 트랜지스터(48) 내에서의 플라즈마 스파크에서 방산된다(dissipated). 캐패시터가 방전된 후, 캐패시터(C1) 상의 전압은 거의 0이다. 트랜지스터(48)가 온 상태인(on)한, 인덕터(inductor; L3)를 통과하는 전류는 인덕터에서 에너지를 축전하며 증가한다. 트랜지스터(48)가 스위칭 오프 되었을(switched off) 때, 캐패시터(C1)는 다이오드(D1) 및 인덕터(L3)를 통하여 충전된다. 캐패시터를 지나는 전압(V2)은 공급 전압(V1)보다 작은 반면에, 인덕터(L3)를 통하는 전류는 계속해서 증가한다. 일단 V2 > V1 이면, 인덕터를 통과하는 전류는 감소하는 반면에, 인덕터(L3)에 축전된 모든 에너지는 캐패시터(C1)으로 전달된다. 인덕터(L3) 내의 전류가 0에 도달할 때, 캐패시터(C1)는 트랜지스터(48)가 다시 스위칭 온 될 때까지 충전된 상태를 유지한다. 도 3(c)에 도시될 수 있는 대로, 제1 사이클은 약 12㎲가 소요되고 그 후에 캐패시터 방전 사이클은 약 매 8㎲ 마다 반복될 수 있다. 6000rpm의 높은 엔진 회전 속도에서, 엔진은 1도 당 46㎲로 회전한다. 따라서, 상기 사이클들의 실질적인 수는 탑 데드 중앙(top dead centre) 전에 완료될 수 있다.
MOSFET(48)가 단지 짧은 구간에 대해서만 온(on) 상태라면, 에너지는 인덕터(L3)에서 거의 축전되지 않는다. 최종 전압(V2)은 이어서 공급 전압(V1)의 약 두 배까지 될 수 있다. 더 긴 주기동안 MOSFET가 유지된다면, 2*V1보다 높은 전압(V2)이 도달될 수 있을 것이다.
시스템(10)의 프로토타입에서, 300V의 공급 전압(V1)은 약 600V로 캐패시터를 충전하기 위하여 사용된다. 캐패시터(C1) 상에 여전히 약간의 에너지가 남겨진다면, 캐패시터 방전 후에 MOSFET(48)가 스위칭 오프된(switched off) 때, 전압(V2)은 2*V1에 도달하지 않을 것이다. 이는 충분한 에너지가 인덕터(L3) 상에 축전될 수 있도록 적절한 시간 주기동안 MOSFET를 온(on)으로 유지함으로써, 보상될 수 있다.
회로(26)는 14V만큼 낮은 공급 전압(V1)으로부터 작동될 수 있다. 이는 인덕터(L3)에 충분한 에너지를 축전하기에 충분히 길게 MOSFET(48)를 온(on)상태로 유지함으로써 달성될 수 있어, 캐패시터가 600V까지 충전될 수 있도록 한다. 이는 사이클의 주기를 증가시킬 것이라는 것이 이해될 것이다.
도 4를 참조하면, 만약 캐패시터(C1) 상에 축전된 에너지가 부측 총 캐패시턴스를 30㎸까지 충전하기에 충분하지 않다면, 고전압 다이오드(D2)는 트랜스포머(46)의 부 측 상에서 사용될 수 있다. 각각의 캐패시터 방전 사이클에 대해, 스파크-플러그 또는 전극 캐패시턴스(Cs)는 브레이크다운 전압이 도달하게 될 때까지 더 충전된다. 스파크-플러그 캐패시턴스는 첫번째 몇 나노초 후에 플라즈마로 전달된 에너지를 증가시키기 위하여, 병렬로 추가적인 고전압 캐패시터(도시되지 않음) 와 함께 증가될 수 있다.
도 5에서 도시된 대로, MOSFET(48)는 캐패시터(C3) 및 다이오드(D2)를 추가함으로써 리버스 과전압(reverse over-voltage)에 대하여 보호될 수 있다. 이는 또한 부 와인딩(50)을 통하여 스파크 플라즈마로 추가적인 에너지 전달 경로를 제공한다. MOSFET(48)가 오프 상태일 때, 캐패시터(C3)는 다이오드(D2)를 통하여 캐패시터(C1)와 병렬로 충전된다. MOSFET(48)가 온 상태일 때, 전압(V2)은 V5를 음으로 만들며, 0이 된다. 스파크 플라즈마가 캐패시터 방전에 의해 생성된 후에, 캐패시터(C3)는 플라즈마를 더 가열하며, MOSFET(48), 부 와인딩(50) 및 스파크 플라즈마를 통하여 방전된다. 이런 제2 에너지 전달은 낮은 부 와인딩 저항으로 인해 효율적이고, 낮은 부 인덕턴스로 인해 빠르며, 또한 MOSFET(48)로 제어할 수 있다.
(고속 MOSFET 스위칭을 사용하는, 도 2의 실시인) 도 6을 참조하면, 광학 케이블(40)을 경유하여 수신된 타이밍 신호(timing signal; 52)가 트랜지스터(T3)를 통하여 전도를 개시할 때, 캐패시터(C2)는 캐패시터(C1) 상의 전압으로부터 레지스터(R1)를 통하여 충전되기 시작한다. 캐패시터(C1)는 캐패시터(C2)보다 훨씬 높은 캐패시턴스를 갖는다. 일단 C2 상의 전압이 트랜지스터(T2)의 애벌런치(avalanche) 전압에 도달하면, 상기에 설명된 대로 트랜지스터(T2)는 MOSFET(48)의 게이트로 C2 상의 전하를 덤핑하면서, 스위칭 온 된다. 이어서 이런 전하가 1 나노초보다 작은 시간 후에 MOSFET(48)를 스위칭 온 한다. 이어서 상기에 설명된 대로 캐패시터 방전은 캐패시터(C1)로부터 일어난다. MOSFET(48)가 온일 때, 지연 시간(ton) 후에 게 이트 전압은 트랜지스터(T4)를 스위칭 온 하기 위해 사용된다. 이어서 트랜지스터(T4)는 이어서 낮은 MOSFET(48)의 게이트에서의 전압을 풀링(pulling)하고, 이에 의해 MOSFET(48)을 스위칭 오프한다. 일단 MOSFET(48)가 오프 상태이면, 캐패시터(C1)는 상기에 설명된대로 충전하고 전체 사이클은 반복된다. 따라서 도 6에서의 회로(26)는 타이밍 신호가 케이블(40)을 통하여 수신되는 한 자기-오실레이팅 회로로써 작용한다. 필터는 DC 전압 공급 케이블(42)에서 제공될 수 있고 하우징(28)에 위치될 수 있고, 이에 의해 전자기 간섭을 더 억제하도록 한다.
알려진 스파크-플러그들을 사용할 때, 약 5mJ의 에너지는 약 10 ~ 15pF의 스파크-플러그 캐패시턴스(Cs)를 20㎸ ~ 30㎸까지 충전하기 위하여 필요하다. 에너지는 또한 너무 결핍(lean) 상태가 아닌 연료/공기 혼합물이 제공된, 챔버 내에서 연료를 점화시키기에 충분하여야만 한다. 알려진 시스템에서는 15pF보다 훨씬 많이 있을 수 있는 부 와인딩(50)의 기생(parastic) 캐패시턴스로 인해, 실질적으로 5mJ보다 많은 에너지가 부 회로로 제공되어야만 한다. 본 발명에서 기생 캐패시턴스를 15pF 아래 까지 유지하는 것이 가능할 수 있고, 이는 단지 약 5mJ의 추가적인 에너지가 브레이크쓰루(breakthrough) 전압에 도달하기 위하여 요구될 수 있다는 것을 의미할 것이다. 따라서 600V에서 약 55nF의 최소의 캐패시턴스(C1)는 트랜스포머(46)의 주 측 상에 요구되고, 부 측으로 10mJ를 공급하도록 한다. 주 와인딩의 인덕턴스(L1)를 위한 최소값은 스위칭 장치(48)의 최대 전류 가능출력(capability) 및 스위칭 속도에 의해 제한된다. 관련된 구동회로를 갖는 MOSFET(48)에 대하여 ts < 1ns인 스위칭 속도는 스위칭 손실을 방지하기 위하여 L1 > 18pH가 요구된다. 앞 서 말한 프로토타입에서, 앞서 말한 구동 방법 및 회로를 사용하는 MOSFET의 최대 전류 가능출력은 초기의 100㎱동안 약 120A이다. 이는 L1 > 1.4μH인 인덕턴스 및 L2 > 3.5mH인 부 인덕턴스를 위한 더 낮은 제한 값을 부여한다. 따라서 앞서 말한 최대 전류 가능출력은 인덕턴스(L1)를 위한 한한 제한 값(lower limit value)을 설정하고, 이는 실질적으로 알려진 SCR 기술의 스위칭 속도들에 의해 가리켜진 것보다 낮다.
본 발명에 따른 시스템은 알려진 시스템들보다 더 파워 효율적이라는 것이 이해된다. MOSFET(48)의 고속 스위칭 타임 때문에, 트랜스포머(46)와 관련된 인덕턴스들은 감소될 수 있고, 이는 와이어의 길이가 감소되는 것을 유발하고, 그 결과로서 트랜스포머의 크기 및 인덕터 저항이 감소된다. 이는 1㏀보다 작은, 바람직하게는 100Ω보다 작은, 더 바람직하게는 수십 옴보다 작은, 예를 들어, 50Ω보다 작거나, 20Ω보다 작은, 심지어 10Ω보다 작은 저항을 갖는, (알려진 캐패시터 방전 트랜스포머들에서 사용된 수 킬로미터의 와이어와 비교하여) 수 십미터의 부 와이어 길이를 초래하는 것이 예상된다. 부 저항은 스파크 플라즈마 저항보다 작을 수 있기 때문에, 대부분 에너지는 플라즈마로 전달된다.
낮은 부 인덕턴스 및 상대적으로 짧은 와이어 길이로 인해, 부 측 자기-공진 주파수는 10㎑보다 높고, 바람직하게는 100㎑보다 높고, 더 바람직하게는 500㎑보다 높으며 가장 바람직하게는 1㎒일 것이 기대될 것이다. 부 측 공진 주파수는 자기-공진 주파수보다 더 낮을 것이며, 트랜스포머 코어 물질의 손실에 의해 제한된다. 페라이트 형태의 코어를 갖는, 부 측 공진 주파수는 500㎑와 1㎒ 사이에 있을 수 있다.
이제 도 7과 도 8을 참조하면, 트랜스포머(46)의 2 개의 구체예들이 도시된다. 주 와인딩(44)은 10개의 두꺼운 구리 와이어의 와인딩들을 포함하고, 부 와인딩(50)은 0.1㎜ 구리 와이어(약 10m의 와이어)의 400개의 와인딩을 포함하며 트랜스포머 코어(47)는 페라이트 로드(rod)(64) 및 외부 페라이트 튜브(66)를 포함한다. 주 와인딩은 2~4μH의 저항을 갖는다. 약한 커플링은 도 7에서 도시된 대로, 로드(64)의 종단을 향하여 주 와인딩을 위치시키거나, 도 8에서 도시된 대로, 주 와인딩(44)과 직렬로 토로이드형 인덕터(toroidal inductor; 68)를 추가함으로써 달성될 수 있다. 토로이드(toroid)는 비-자기 물질을 포함하는 코어(92)일 수 있거나, 그것은 트랜스포머의 코어의 부분을 포함할 수도 있다. 트랜스포머(46)의 부 와인딩(50)과 주 와인딩(44) 사이의 커플링은 80%보다 작고(예를 들어, k < 0.8), 대안적으로 k < 0.6, 더 대안적으로 k < 0.4, 훨씬 더 대안적으로 k < 0.2일 수 있다. 부 와인딩은 도 7에서 도시된 대로, 와인딩의 단일 와이어를 포함할 수 있고, 대안적으로 그것은 도 8에서 도시된 대로, 하나 이상의 레이어를 포함할 수 있다. 직렬 레이어들은 저항을 감소시키는 반면에, 동일한 인덕턴스, 와인딩 비율 및 코어를 유지한다. 부 와인딩은 단일 레이어를 위한 약 20Ω의 저항 및, 듀얼 레이어를 위한 약 10Ω의 저항, 약 3mH의 인덕턴스 및 약 500㎑의 자기-공진 주파수를 갖는다. 진술된 대로, 부 와인딩의 인덕턴스는 바람직하게는 250mH보다 작고, 바람직하게는 100mH보다 작고, 바람직하게는 50mH보다 작고, 이어서 바람직하게는 20mH보다 작고, 더 바람직하게는 10mH보다 작고, 심지어 더 바람직하게는 3mH보다 작으며 가장 바람직하게는 1mH보다 작다. 페라이트 물질은 자기적으로 외부 튜브(66)와 내부 로드(64)를 연결하는 트랜스포머의 2개의 종단들 중 하나에서 추가될 수 있다.
구동 회로(26)의 제2 구체예는 도 9에서 더 상세하게 도시된다. 본 구체예에서, 트랜스포머(46)의 주 와인딩(44)은 파워 오실레이터(56)에 연결된다. 이러한 오실레이터(56)는 모두 하우징(28) 내부에 있는, 에너지원(58)에 연결된다. 에너지원은 하우징의 외부의 DC 전압원까지 케이블(42)을 경유하여 연결가능하고 오실레이터는 하우징의 외부까지의 케이블(40)을 경유하는 트리거 입력 연결부를 갖는다. 트랜스포머(46)의 부 와인딩(50)은 주 와인딩(44)에 약하게 커플링된다(coupled). 부 와인딩(50)은 에너지원(58) 및 스파크-플러그(12)와 직렬로 연결된다. 부 와인딩 인덕턴스, 캐패시턴스 및 스파크-갭 캐패시턴스는 어떤 공진 주파수를 갖는 LC 공진 회로를 형성한다. 트랜스포머(46)는 정사각형 히스테리시스(square hysteresis)를 갖는 코어(47)를 갖고, 이는 부 와인딩은 낮은 전류에 대해 상대적으로 높은 인덕턴스를 가질 것이나, 소정의 더 높은 전류에서, 인덕턴스는 갑자기 훨씬 더 작아질 수 있다는 것을 의미한다.
도 10은 하모닉 서메이션 구동 회로(harmonic summation drive circuit)의 다른 구체예를 도시하고, 여기에서는 2 개의 파워 MOSFET들(60, 62)은 파워 오실레이터(56)에서 사용된다. 트리거를 수신할 때 오실레이팅을 시작하는, 오실레이터(64)는 트랜스포머(66)를 통하여 MOSFET들(60, 62)의 게이트를 구동하고 있다. 에너지원(58)은 2개의 에너지 축전 캐패시터들(C5, C6)을 포함한다. 에너지원(58)은 하우징(28)의 외부로 전압 및/또는 전류가 제한된 전원(67)까지 케이블(42)을 경유하여 연결된다.
도 9 및 도 10에서의 구체예들은 도 11(a) 내지 (d)에서 도시된, 전압 및 전류 파형들을 참조하여 설명될 것이다. 약간의 에너지는 외부의 일정한 전압 또는 일정한 전류 공급(67)에 의해 에너지원(58)에서 축전된다. 외부 트리거가 입력(42)을 경유하여 수신된 때, 도 11(a)의 100에서 도시된 대로, 파워 오실레이터는 부 공진 주파수에서 오실레이팅하기 시작한다. 주 및 부 와인딩들 사이의 약한 커플링으로 인해, 각각의 사이클 동안, 약간의 에너지는 부 공진 회로까지 전달된다. 에너지원(58) 내의 에너지는 도 11(b)의 102에서 도시된 대로 각 사이클과 함께 감소되는 반면에, 도 11(c)의 104에서 도시된 대로, 스파크-갭(16)을 가로질러 AC 전압은 증가한다. 회로는 그것의 공진 주파수에서 구동된 직렬 공진 회로와 유사하게 작용한다. 몇몇 사이클의 오실레이션 후에, 스파크-갭(16)의 브레이크쓰루 전압이 도달하게 될 때, 부 측으로 전달되었던 거의 모든 에너지는 105에서 도시된 대로 스파크-갭에서 방산된다. 브레이크쓰루 후에, 오실레이터는 107에서 도시된 대로 오실레이팅을 유지할 수 있고, 이에 의해 여전히 트랜스포머(46)를 통해 스파크까지 에너지를 전달한다. 이러한 에너지 전달은 부 와인딩(50)의 낮은 저항 때문에 상당히 효율적이다. 플라즈마가 스파크 전극들 사이에서 형성되자마자, 에너지원(58)은 플라즈마 및 부 와인딩(50)을 통하여 직접적으로 다른 전류를 발생시킨다. 부 와인딩의 인덕턴스는 1mH의 차수이기 때문에, 전류는 약 0.5A/㎲의 비율로 증가한다. 만약 코어(47)가 수 마이크로초 후에 포화된다면, 부 와인딩(50)의 인덕턴스는 상기와 같이 더 작아질 것이다. 이어서 전류는 도 11(d)의 106에서 도시된 대로 더 빠르게(3A/㎲ 이상) 증가할 것이다. 만약 스파크가 몇몇의 방법으로 퀀칭된다면(quenched), 오실레이터는 자동적으로 다시 고전압을 발생시켜 스파크를 지속하도록 한다. 따라서 에너지는 에너지원(58)이 고갈될(depleted) 때까지 스파크로 전달된다. 에지원이 고갈될 때, 오실레이터는 중지된다. 브레이크쓰루 전압이 약 4 개의 사이클들 내에서 도달하게 될 때, 오실레이터의 주파수는 정확한 부 공진 주파수일 필요가 없으나, 수 퍼센트만큼 상이할 수 있다. 이는 부 측으로부터 오실레이터까지의 피드백을 불필요하게 만들고 온도 변동 및 상이한 스파크-플러그 설계로 인해, 공진 주파수에서의 변동을 위한 충분한 공차를 남겨둔다.
도 12에서 도시된 대로, 인덕터(68) 및 캐패시터(94)는 주 와인딩(44)과 직렬로 추가될 수 있다. 이런 도입의 주된 목적은 고 주파수 고 에너지 리턴 펄스들에 대하여 하모닉 구동 회로(56)를 세이브-가드(save-guard)하기 위한 것이다. 그것은 또한 고전압 트랜스포머(46)의 부 와인딩(50)을 위한 와인딩들의 수를 감소시키고 와인딩 비율을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
하모닉 서메이션 구동에서, 종래의 캐패시터 방전 점화(capacitor discharge ignition; CDI)시스템에서보다 더 작은 양의 에너지가 각각의 사이클동안 전달되기 때문에, 더 작은 부 인덕턴스 및 저항이 동일한 스위칭 장치에 대해 가능하다. 이런 구동은 600V 스위칭 장치(48)를 가지는 1:25보다 작도록 트랜스포머(46)의 와인딩 비율을 감소시키는 것을 가능하게 하고, 이는 종래의 CDI 시스템에서는 1:50보다 높은 비율을 요구할 것이다. 이는 4의 다른 인자를 갖는 부 인덕턴스를 감소시키는 것을 가능하게 하고, 이는 또한 부 저항을 감소시키고 자기-공진 주파수를 증 가시킬 것이다. 추가적인 장점은 약한 커플링으로 인해, 구동 회로는 부 측 상의 고-에너지 펄스들의 피드백으로부터 보호된다는 것이다.
도 13을 참조하면, 대안적인 스파크-플러그가 또한 제공된다. 대안적인 스파크-플러그(70)는 제1 종단(74) 및 제2 종단(76)을 갖는 전체적으로 실린더형으로 연장된 세라믹 몸체(72)를 포함한다. 제1 전극(80)은 몸체를 따라 중앙의 코어로서 연장되고 제1 종단(74)으로부터 거리(d)인 제1 종단(82)에서 종료한다. 제1 전극(80)의 제2 종단은 제2 종단(76)에서 콘택트(contact) 또는 터미널(terminal; 84)에 전기적으로 연결된다. 몸체의 제1 종단을 향하여 위치된 제2 전극(78)은 쓰레딩될(threaded) 수 있다. 따라서 플러그는 그것의 제1 종단으로부터 연장되고 제1 전극의 제1 종단에서 종료하는 블라인드 보어(blind bore; 86)를 한정한다. 중앙 홀(90)을 한정하는 환형 요소(annular element; 88)는 몸체의 종단(74)을 클래딩하고(clad) 제2 전극과 전기적으로 접촉한다. 보어(86)는 그것의 길이를 따라 균일한 가로축(transverse)의 단면적을 가지거나 가지지 않을 수 있다. 예를 들어, 보어(86)는 어떠한 방향으로 테이퍼링될(tapered) 수 있다. 홀(90)의 단면 면적은 보어(86)의 단면 면적과 동일하거나, 크거나 작을 수 있다.
따라서 스파크-플러그(70)는 사용시 제1 전극(80)과 제2 전극(78, 88) 사이의 제1 전극 캐패시터 및 하기에 설명될, 사용시 보어 내에서 생성될 코로나 영역과 제 2 전극(78, 88) 사이의 제2 코로나 캐패시터를 포함하거나 제공한다.
세라믹 몸체(72)는 보어(86) 주위보다 제1 전극(80) 주위에서 더 두꺼울 수 있다(더 큰 외부 직경을 가질 수 있다). 이는 코로나 캐패시턴스보다 작은 전극 캐 패시턴스를 만들 것이다. 전도성 제2 전극(78)의 내부 및/또는 세라믹 몸체의 외부는 보어의 어떠한 종단을 향하여 캐패시턴스를 증가시키거나 감소시키기 위하여 테이퍼링될 수 있다.
전압이 제1 전극(80)에 인가될 때, 보어(86) 내부의 전기장 강도(electric field strength)는 보어의 나머지에서보다, 제1 전극의 종단(82)에서 훨씬 높을 것이다. 이는 높은 전압 펄스를 인가하는 것을 가능하게 하여 제1 전극에서 보어 내의 전기장이 코로나 방전을 형성하기에 충분히 높으나 보어의 나머지 부분에 대한 전기장은 브레이크다운의 훨씬 아래에 있도록 한다.
이러한 전압이 인가된 때, 코로나 방전은 종단(82)에서 일어난다. 만약 인가된 전압이 유지된다면, 코로나는 실제로 몸체의 제1 종단(74)의 방향으로 제1 전극을 연장할 것이고 보어의 나머지 부분에서의 전기장은 증가할 것이다. 코로나 캐패시터가 충전됨에 따라, 사실상 플라즈마는 제1 전극의 종단으로부터 제2 전극(88)을 향하여 성장한다. 코로나 캐패시턴스가 더 높아질수록, 코로나는 더 천천히 성장할 것이다. 코로나가 접지된 전극(88)에 근접하게 다가올 때, 전기장은 브레이크다운 전기장 강도에 도달할 수도 있고 스파크가 형성될 수도 있다.
코로나 방전이 에너지를 방산하기 때문에, 에너지는 코로나가 성장하는 것을 유지하기 위하여 제1 전극에 제공되어야만 한다. 만약 전극 캐패시터 및 부 회로에서 축전된 에너지가 코로나 캐패시터를 충전하기에 부적절하다면, 코로나는 단지 거리를 증가시킬 것이고 이어서 소멸할 것이다. 만약 더 많은 에너지가 공급되면, 그것은 스파크가 생성될 때까지 코로나가 성장하는 것을 야기하기에 충분할 수 있 으나, 여전히 최소한의 요구된 점화 에너지보다 적을 수 있다.
하기에 설명될 것으로서, 각각의 코로나 방전 후에, 코로나에서 손실된 에너지의 양은 기체를 점화시키지 않고 보어 내부에서 기체 온도, 압력 및 조성에 대한 정보를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 코로나는 전하 분리를 야기하고, 이는 기체의 전기적 파라미터들을 변경한다. 코로나에서 손실된 에너지의 양 및 전기적인 파라미터들에서의 변경은 앞서 말한 정보를 획득하기 위해 사용될 수 있다.
훨씬 더 많은 에너지가 스파크-플러그에 제공되고 전극들 사이에서 전도성 플라즈마의 가열에서 방산된 때, 기체는 점화하기 시작할 것이고 급속히 확장될 것이며 기체를 점화시키면서, 연소 챔버 안으로 폭발(blasting out)할 것이다. 바람직하게는 플라즈마가 보어로부터 폭발하기 전에 에너지 전달은 대부분의 에너지를 전달하기에 충분히 빨라야만 한다.
만약 공급된 에너지가 스파크를 생성하기에 충분하지 않다면 (또는 전압 펄스가 너무 짧다면), 에너지의 양은 손실되고, 이는 이동하는 피스톤(33)을 갖는 도 1에 도시된 챔버(32)에서 압력/온도/기체 조성에 의존한다. 상기에 설명된 대로 캐패시터 방전 사이클 후에, 나머지 에너지의 적어도 일 부분은 트랜스포머(46)의 주부로 전달되거나 피드백되고, MOSFET(48)가 스위칭 오프(off)된 후에, 캐패시터(C1) 상에서 측정될 수 있다. 만약 앞서 말한 하모닉 서메이션 구동이 사용된다면, 에너지원(58)로 전달되거나 피드백된 에너지의 양은 또한 측정될 수 있다. 그러나, 만약 부 와인딩에서의 에너지 손실이 너무 크지 않다면, 코로나에서의 에너 지 손실을 주 측 상에서 측정하는 것만이 가능하다. 상기의 구동 회로들은 또한 연소를 위한 대안적인 스파크-플러그를 최적으로 사용하기 위해 필요하고, 이는 낮은 부 인덕턴스가 상이한 환경조건들 하에서 코로나 방전을 위해 가능한 매우 빠른 전압 라이즈 타임을 만들기 때문이다.
만약 코로나가 발생된 후에 전압이 전극들 상에 공급되고 코로나를 유지하기 에 너무 작다면, 코로나는 소멸할 것이고 코로나에 의해 분리된 전하(charge)는 공급된 전압에 의해 전극들로 이동한다. 전극들 사이에서 전하의 이런 이동은 부 회로에서의 전류를 야기하고, 이는 챔버에서 기체 조성 또는 기체의 압력의 표시를 부여하기 위해 측정될 수 있다.
만약 보어 길이(d)가 증가된다면, 브레이크다운 전압이 증가할 것이나 코로나가 시작하는 이온화 트레쉬홀드 전압(ionisation threshold voltage)은, 실질적으로 동일하게 유지되어야 할 것이다. 따라서 이온화 전압에서 전극 캐패시터에 축전된 에너지는 동일하게 유지할 것이나, 스파크를 생성하기 위해 필요한 에너지 및 기체를 점화시키기 위해 필요한 에너지는 증가할 것이다.
따라서, d를 증가시킴으로써, 이온화 전압에서 전극 캐패시터에 축전된 에너지가 스파크를 생성하기 위해 요구된 에너지보다 작고 또한 기체를 점화시키기 위해 요구된 에너지보다 작도록 스파크-플러그를 만드는 것이 가능하다. 종래의 스파크-플러그에서, 코로나가 형성되는 전압은 스파크를 생성하기 위해 일반적으로 브레이크다운 전압에 매우 근접하다는 것을 주목하자. 종래의 스파크-플러그에서 5mJ 보다 큰 에너지는 이들 전압들에서 전극 캐패시터에 축전되기 때문에, 스파크가 형 성될 것이고 에너지는 가능한 한 기체를 점화시키며, 플라즈마에서 방산될 것이다.
따라서, 스파크-플러그는 전극들 중 어느 것에서도 코로나 방전 트레시홀드에서 전극 캐패시터에 축전된 에너지가 스파크-갭에 걸쳐 스파크를 생성하기 위해 요구된 에너지보다 실질적으로 작도록 구성될 수 있고; 방법은 상기 코로나를 생성하거나, 스파크-갭에 걸쳐 스파크를 형성하기 전에 상기 코로나를 발생시키도록 전압 신호를 갖는 전극들을 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
전압 신호는 고속 라이즈-타임 전압 신호일 수 있고, 이는 연속적인 파동의 엣지와 단일 전압 펄스의 하나의 엣지 중 하나일 수 있다. 고속 라이즈-타임 전압의 라이즈 타임은 전극들 중 하나 또는 모두에서 양(positive) 또는 음(negative) 코로나를 발생시키기에 충분히 높을 수 있다. 라이즈-타임은 100㎸/㎲보다 빠를 수 있다.
또다른 형태의 방법에서 전압 신호의 진폭은 스파크-갭의 영역에서 물질의 양 또는 음 코로나 트레쉬홀드 전압보다 작은 것, 동일한 것 및 큰 것 중 하나일 수 있다. 전압 신호의 진폭은 스파크-갭을 위한 브레이크다운 전압보다 작은 것, 동일한 것 및 큰 것 중 하나일 수 있다.
방법은 측정을 위한 코로나 방전을 발생시키는 데에 적절한 제1 하한 레벨과, 스파크를 형성하고 점화를 위한 에너지를 전달시키기 위한 제2 상한 레벨 사이에서 전극들을 위한 구둥 회로의 출력 파워 레벨을 변경하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 파워 레벨은 측정의 결과에 의존할 수도 있다. 따라서 스파크의 형성과 코로나의 생성 사이의 시간 주기는 스파크가 결코 생성되지 않는다는 점에서 일정치 않을 수 있거나, 선택가능할 수 있다.
이런 측정된 데이터는 챔버 압력, 피스톤의 위치, 예비-연소(pre-combustion) 파라미터들, 연소 파라미터들 및 챔버에서의 후 연소 파라미터들 중 하나 이상을 결정하기 위하여 사용될 수 있어, 향상된 타이밍, 향상된 에너지 전달 제어, 가능한 엔진 제어 목적들을 위한 시스템 정보 및 자동 타이밍과 같은 가능성들을 열도록 한다.
자동 타이밍의 일 방법은 다중의 저 에너지 코로나 방전들을 사용하고 주 측까지 다시 전달된 에너지의 변화율(rate of change)을 측정하는 것이다. 기체가 최대 압축에 근접할 때, 변화율은 작아질 것이다. 변화율이 트레쉬홀드보다 작을 때, 기체는 점화된다.
이들 제어 시스템들 및 방법들은 상기의 구동 회로들, 저 손실 고 주파수 트랜스포머 및 적절한 스파크-플러그를 사용함으로써 실행될 수 있다. 구동 회로의 파워 레벨은 상기에 설명된 대로 코로나 방전이 측정을 위해 생성되는 제1 하한 파워 레벨과 기체가 점화되는 제2 상한 레벨 사이에서 조정가능하거나 변경가능할 수 있다. 파워 제어 및 측정은 하우징(28) 내부에 위치된 제어 회로에 의해 행해질 수 있다. 제어기는 구동 회로와 일체화될 수 있다. 이는 하우징에 연결된 외부 트리거(40)를 위한 필요를 제거한다. 그것은 또한 스파크 시간을 결정하기 위해 현재 피스톤 위치를 감지하는 데에 사용되는 다른 메카니즘들을 제거할 수 있다. 제어기는 마이크로 프로세서 및 관련된 메모리 배열을 포함하고, 여기에서 상이한 연소 챔버 조건들에 대한 최적 스파크 시간/기간 및/또는 에너지 및/또는 파워 레벨에 관련된 데이터가 축전될 수 있다. 제어기는 중앙 에너지 관리 시스템의 부분에 연결될 수 있거나 이를 형성할 수 있다.
더 복잡한 제어 시스템들은 연소 챔버 측정에 기초로 한 스파크 시간/기간 및 에너지를 계산하는 데에 사용될 수 있다. 상이한 연소 챔버들 조건들에 대한 최적 스파크 시간/기간 및 에너지는 어떤 엔진을 위해 먼저 측정될 수 있고 제어기로 프로그래밍(programmed)될 수 있다.

Claims (31)

  1. 점화 시스템(ignition system)에 있어서,
    제1 전극과 제2 전극 사이에서 스파크-갭(spark-gap)을 한정하는 제1 종단을 갖는 스파크-플러그(spark-plug);
    주 와인딩(winding) 및 부 와인딩을 포함하되, 상기 부 와인딩은 제2 회로내에서 제1 전극에 연결되고, 1㏀보다 작은 저항 및 0.25H보다 작은 인덕턴스(inductance)를 갖는 트랜스포머(transformer); 및
    상기 주 와인딩에 연결된 구동 회로(drive circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 절연된 게이트 반도체 장치를 포함하고, 상기 트랜스포머의 상기 주 와인딩은 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 드레인 소스 회로(drain source circuit)로 연결되는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 적어도 제1 전하 축전 장치(charge storage device)를 포 함하는 전하 축전 장치 방전 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 게이트에 연결된 게이트 회로를 포함하고, 상기 게이트 회로는 상기 제1 전하 축전 장치 및 고속 스위칭(fast switching) 장치를 포함하며, 전류가 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 상기 드레인 소스 회로에 흐르기 시작하기 전에, 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 미리-선택된 전도 상태를 위해 충분히 충전된 상기 절연된 게이트 반도체 장치의 게이트에 덤핑(dump) 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 고주파 파워 오실레이터(high frequency power osillator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 오실레이터는 실질적으로 상기 부 회로의 공진 주파수에서 오실레이팅(osillate) 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부 회로는 제2 에너지 축전 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 에너지 축전 장치는 상기 제1 에너지 축전 장치와 동일한 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전하 축전 장치들은 일정한 전류 및/또는 전압 공급에 연결가능한 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 회로, 트랜스포머 및 스파크-플러그는 단일 하우징 내에서 상기 하우징의 일 종단에 노출된 스파크-갭과 함께 모두 위치되는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    일정한 전류원 및/또는 전압원은 상기 하우징의 외부에 위치되고 상기 하우징으로부터 상기 하우징의 제2 종단을 향하여 연장된 케이블들을 경유하여 상기 하우징에 연결가능한 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  12. 상기의 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 상기 주 와인딩과 상기 부 와인딩 사이의 커플링(coupling)은 80%보다 작은 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  13. 상기의 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스포머는 정사각형 히스테리시스(square hysteresis)를 갖는 코어(core)를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  14. 상기의 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부 와인딩의 저항은 100Ω보다 작은 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  15. 상기의 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부 와인딩의 인덕턴스는 100mH보다 작은 것을 특징으로 하는 점화 시스템.
  16. 스파크-갭을 한정하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 전극 캐패시터(capacitor)를 형성하고, 단지 상기 전극들 중 어느 것에서 코로나(corona)를 발생시키거나, 스파크가 상기 갭에 걸쳐 생성되기 전에 상기 전극들 중 어느 것에서 코로나를 발생시키도록 상기 플러그가 사용시 선택적으로 구동될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스파크-플러그.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전극들은 상기 전극들 중의 어느 것에서 트레쉬홀드(threshold)를 발생시키는 코로나에서 상기 전극 캐패시터에 축전된 에너지가 실질적으로 상기 스파크-갭에 걸쳐 스파크를 생성하기 위하여 요구된 에너지보다 작도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스파크-플러그.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 제1 및 제2 종단을 포함하는 절연 물질의 전체적으로 연장된 실린더형 몸체(cylindrical body)에 대한 코어(core)로서 축방향으로 연장되고; 상기 제1 전극은 상기 몸체의 제1 종단으로부터 안쪽 방향으로 이격된 상기 전극의 제1 종단에서 종결되며; 상기 몸체는 상기 몸체의 제1 종단으로부터 연장되고 상기 제1 전극의 상기 제1 종단에서 종결되는 블라인드 보어(blind bore)를 한정하고; 상기 제2 전극은 상기 몸체의 제1 종단을 향하여 위치되며, 이것에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전극 캐패시터를 제공하고 사용시, 상기 보어 내에 생성된 코로나 영역과 상기 제2 전극 사이에 제2 캐패시터를 제공하는 것을 특징으로 하는 스파크-플러그.
  19. 챔버 내의 기체 물질과 관련된 적어도 하나의 파라미터(parameter)를 모니터링하는(monitoring) 방법에 있어서,
    제1 전극 및 제2 전극을 사용하되, 상기 전극들 중 적어도 하나가 상기 물질에 노출되고, 집합적으로(collectively) 갭을 한정하고 전극 캐패시터를 형성하여 상기 전극들은 적어도 하나의 전극에서 코로나를 발생시키는 단계;
    상기 코로나가 상기 적어도 하나의 기체 파라미터를 나타내는 상기 적어도 하나의 전극의 영역에서 전기적 파라미터를 변경시키도록 하는 단계;
    상기 전극들에 연결된 전자 회로소자(circuitry)에 의해 감지되는 상기 전기적 파라미터에 관련하는 신호를 야기하는 단계; 및
    상기 회로소자에 의해 감지된 신호를 측정하여 상기 적어도 하나의 상기 기체 파라미터를 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전극들은 상기 전극들 중 어느 것에서 코로나 방전 트레쉬홀드에서의 전극 캐패시터에 축전된 에너지가 상기 갭에 걸쳐 스파크를 생성하기 위하여 요구된 에너지보다 실질적으로 작도록 구성된 스파크-플러그의 부분을 형성하고; 신호를 상기 전극들을 구동하여 상기 코로나를 발생시키거나 상기 갭에 걸쳐 스파크를 형성하기 전에 상기 코로나를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 신호는 고속 라이즈-타임(rise-time) 전압 신호이고, 연속적인 파동의 엣지(edge)와 단일 전압 펄스의 엣지 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 고속 라이즈-타임 전압의 라이즈 타임은 상기 전극들 중 하나 또는 모두에서 양(positive) 또는 음(negative) 코로나를 발생시키기에 충분히 높은 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 라이즈-타임은 100㎸/㎲보다 빠른 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 신호의 진폭은 상기 스파크-갭의 영역 내의 상기 물질의 양 또는 음 코로나 트레쉬홀드 전압보다 작은 것, 동일한 것, 및 큰 것 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 전압 신호의 상기 진폭은 상기 스파크-갭을 위한 브레이크다운(breakdown) 전압보다 작은 것, 동일한 것 및 큰 것 중 하나인 것을 특징으로 하 는 방법.
  26. 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호는 트랜스포머의 주 측부로 다시 공급되고, 상기 트랜스포머의 부 와인딩은 상기 전극들 중 적어도 하나에 연결되며, 측정은 상기 주 측부상에서 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 19 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 파라미터는 상기 물질의 점화 전 및/또는 점화동안 및/또는 점화 후에 모니터링되는(monitored) 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 19 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 파라미터는 상기 갭에 걸친 스파크의 에너지 및 타이밍(timing) 중 적어도 하나를 결정하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 19 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 파라미터는 상기 챔버에서의 어느 하나 이상의 압력, 상기 물질의 조성 및 상기 챔버 내에서 이동하는 피스톤의 위치인 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 20 항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 측정을 위한 상기 코로나를 발생시키는 데에 적절한 제1 하부 레벨과, 스파크를 형성하고 점화를 위한 에너지를 전달시키기 위한 제2 상부 레벨 사이에서 상기 전극들을 위한 구동 회로의 출력 파워 레벨을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제2 파워 레벨은 측정의 결과들에 의존하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102194627B1 (ko) * 2019-07-02 2020-12-24 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 하이브리드 방식의 플라즈마 점화 장치 및 그 방법

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101490407B (zh) 2006-05-18 2014-07-16 西北大学 点火系统
FR2913299B1 (fr) * 2007-03-01 2009-04-17 Renault Sas Pilotage d'une pluralite de bobines bougies via un unique etage de puissance.
JP5000623B2 (ja) * 2008-10-21 2012-08-15 ダイハツ工業株式会社 火花点火式内燃機関の制御方法
JP2010101173A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Daihatsu Motor Co Ltd 火花点火式内燃機関の運転制御方法
US8151781B2 (en) * 2009-01-12 2012-04-10 Federal-Mogul Ignition Company Flexible ignitor assembly for air/fuel mixture and method of construction thereof
DE102009013877A1 (de) * 2009-03-16 2010-09-23 Beru Ag Verfahren und System zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches einer Verbrennungskammer, insbesondere in einem Verbrennungsmotor durch Erzeugen einer Korona-Entladung
US9413314B2 (en) 2009-05-08 2016-08-09 Federal-Mogul Ignition Company Corona ignition with self-tuning power amplifier
BRPI1011433A2 (pt) 2009-05-08 2016-03-15 Federal Mogul Ignition Co "circuito amplificador de potência, sistema de ignição corona, e, motor de combustão interna"
MY155185A (en) * 2009-06-15 2015-09-15 Univ Northwest Segmented core transformer
FR2955710B1 (fr) * 2010-01-22 2012-01-13 Renault Sa Bougie, systeme d'allumage, moteur et procede d'allumage pour le moteur.
EP2592911B1 (en) * 2010-07-07 2017-05-10 Imagineering, Inc. Plasma-generating apparatus
US8749945B2 (en) * 2010-08-31 2014-06-10 Federal-Mogul Ignition Electrical arrangement of hybrid ignition device
DE102010045168B4 (de) * 2010-09-04 2012-11-29 Borgwarner Beru Systems Gmbh Zündanlage und Verfahren zum Zünden von Brennstoff in einem Fahrzeugmotor durch eine Koronaentladung
US8217560B2 (en) * 2010-09-04 2012-07-10 Borgwarner Beru Systems Gmbh Corona ignition device and method for its manufacture
US8836160B1 (en) * 2010-09-28 2014-09-16 The Boeing Company Method and application for vehicle power system isolation
CN103261675B (zh) * 2010-12-14 2016-02-03 费德罗-莫格尔点火公司 多触发的电晕放电点火组件及其控制和操作方法
DE102010055570B3 (de) 2010-12-21 2012-03-15 Borgwarner Beru Systems Gmbh Korona-Zündeinrichtung
CN102146865B (zh) * 2011-01-21 2012-05-30 电子科技大学 一种微波等离子体汽车发动机点火器
CN102121448B (zh) * 2011-01-21 2012-05-30 电子科技大学 一种微波等离子体汽车发动机点火器
US8786392B2 (en) * 2011-02-22 2014-07-22 Federal-Mogul Ignition Company Corona igniter with improved energy efficiency
JP5255682B2 (ja) * 2011-10-17 2013-08-07 三菱電機株式会社 点火装置
CN202769712U (zh) * 2012-08-22 2013-03-06 朱益民 一种燃气钉枪高压放电输出系统
DE102013101060B4 (de) * 2013-02-01 2016-07-21 Borgwarner Ludwigsburg Gmbh Koronazündeinrichtung
CN105143663B (zh) * 2013-02-11 2017-08-04 轮廓硬化公司 燃烧点火系统
DE102013104643B3 (de) * 2013-05-06 2014-06-18 Borgwarner Beru Systems Gmbh Korona-Zündeinrichtung
JP5676721B1 (ja) * 2013-10-24 2015-02-25 三菱電機株式会社 高周波放電点火装置
KR20160097354A (ko) 2013-12-12 2016-08-17 페더럴-모굴 이그니션 컴퍼니 코로나 점화 시스템에서 공진 주파수 검출을 위한 방법
JP6269271B2 (ja) * 2014-04-10 2018-01-31 株式会社デンソー 内燃機関用点火装置
US9525274B2 (en) * 2014-04-29 2016-12-20 Federal-Mogul Ignition Company Distribution of corona igniter power signal
WO2015171936A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Advanced Green Technologies, Llc Fuel injection systems with enhanced corona burst
US20150340846A1 (en) * 2014-05-21 2015-11-26 Caterpillar Inc. Detection system for determining spark voltage
US20160047332A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-18 General Electric Company Cylinder head having ignition plug wall and cooling cavity
JP6462322B2 (ja) * 2014-11-10 2019-01-30 株式会社Ｓｏｋｅｎ 内燃機関用の点火装置
DE102014116586B4 (de) * 2014-11-13 2018-02-22 Borgwarner Ludwigsburg Gmbh Korona-Zündsystem für einen Verbrennungsmotor
US9964093B2 (en) * 2014-11-26 2018-05-08 Southwest Research Institute Two-dimensional igniter for testing in-cylinder gas velocity and/or gas composition
US10050418B2 (en) * 2015-09-11 2018-08-14 Marshall Electric Corp. Ignition coil for passing alternating current to a spark plug
JP6678040B2 (ja) * 2016-02-15 2020-04-08 株式会社Ｓｏｋｅｎ 点火装置
CN110476309A (zh) * 2017-03-27 2019-11-19 S·V·蒙罗斯 可编程等离子体点火塞
DE102017214177B3 (de) 2017-08-15 2019-01-31 MULTITORCH Services GmbH Vorrichtung zum Zünden von Brennstoff mittels Korona-Entladungen
CN109723596A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 电子设计天地贸易责任有限公司 汽车点火装置与点火加速器

Family Cites Families (72)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3524438A (en) * 1967-11-17 1970-08-18 Tecumseh Products Co Ignition circuit
DE2210428A1 (de) * 1971-03-03 1972-09-14 Fiat Spa Zündsteueranordnung für Brennkraftmaschinen
DE2145089C3 (de) * 1971-09-09 1980-07-03 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Kondensatorzündanlage für Brennkraftmaschinen
JPS52104633A (en) * 1976-02-28 1977-09-02 Ichirou Kariya Ignition apparatus for internal combustion engine
JPS53128383A (en) * 1977-04-14 1978-11-09 Rikagaku Kenkyusho Measurement of gas concentration by discharge
JPS55101769A (en) * 1979-01-26 1980-08-04 Automob Antipollut & Saf Res Center Plural sparks igniting device
JPS5932102Y2 (ja) * 1980-01-14 1984-09-10 株式会社デンソー 内燃機関用点火コイル
JPS6013984A (ja) * 1983-07-06 1985-01-24 Nippon Denso Co Ltd 内燃機関用点火装置
JPS6050906A (ja) * 1983-08-30 1985-03-22 Nippon Denso Co Ltd 内燃機関用点火コイル
JPS59150979A (ja) * 1984-01-20 1984-08-29 ナテツク、インコーポレーテツド 容量放電点火装置
US4589398A (en) * 1984-02-27 1986-05-20 Pate Ronald C Combustion initiation system employing hard discharge ignition
JPS6158971A (ja) * 1984-04-13 1986-03-26 Hitachi Ltd 自動車用点火装置
JPH0616456B2 (ja) * 1984-07-25 1994-03-02 日本電装株式会社 内燃機関用点火コイル
DE3532831A1 (de) * 1984-09-13 1986-04-17 Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/Tokyo Zuendvorrichtung
US4677960A (en) * 1984-12-31 1987-07-07 Combustion Electromagnetics, Inc. High efficiency voltage doubling ignition coil for CD system producing pulsed plasma type ignition
JPS61101258U (ko) * 1985-11-20 1986-06-27
JPH0774631B2 (ja) * 1986-12-26 1995-08-09 日本特殊陶業株式会社 点火装置
JPH01116281A (ja) * 1987-10-29 1989-05-09 Aisin Seiki Co Ltd 点火装置
JPH0291477A (ja) 1988-09-27 1990-03-30 Mitsubishi Electric Corp 機関点火装置
JPH02299474A (ja) * 1989-01-27 1990-12-11 Toshiyasu Suzuki 電力変換回路と点火回路と起動・停止手段
EP0428669A4 (en) * 1989-05-12 1991-12-27 Combustion Electromagnetics Inc. High efficiency, high output, compact cd ignition coil
JPH0668268B2 (ja) * 1989-06-26 1994-08-31 阪神エレクトリック株式会社 容量放電式点火装置
FR2649759B1 (fr) * 1989-07-13 1994-06-10 Siemens Bendix Automotive Elec Dispositif d'allumage pour moteur a combustion interne
US5044438A (en) * 1990-03-16 1991-09-03 Young Joe A Wellhead bowl protector and retrieving tool
US5045964A (en) * 1990-04-30 1991-09-03 Motorola, Inc. Thermal clamp for an ignition coil driver
JPH0422758A (ja) * 1990-05-18 1992-01-27 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関点火装置
DE4038994C2 (de) * 1990-12-06 1994-03-10 Lehmann Martin Verfahren zum Ermitteln einer Meßgröße und Meßanordnung
JPH05231292A (ja) * 1991-03-12 1993-09-07 Aisin Seiki Co Ltd 内燃機関の多重点火制御装置
DE69128079T2 (de) * 1991-07-04 1998-05-20 Hitachi Ltd Induktionsentladungsprinzip-Zündeinrichtung für eine innere Brennkraftmaschine
JPH06200861A (ja) * 1992-12-28 1994-07-19 Tdk Corp 多重点火装置
JP3061540B2 (ja) * 1994-11-18 2000-07-10 アルプス電気株式会社 ディスク装置
JPH0968149A (ja) 1995-08-28 1997-03-11 Sumitomo Wiring Syst Ltd 点火装置
WO1997021920A1 (en) * 1995-12-13 1997-06-19 Ward Michael A V Low inductance high energy inductive ignition system
RO111513B1 (ro) * 1995-12-27 1999-12-30 Institutul Naţional De Cercetare - Dezvoltare Pentru Fizică Tehnică-Ift Iaşi Fire magnetice, amorfe şi nanocristaline, acoperite cu sticlă, şi procedeu de obţinere a acestora
DE19614388C1 (de) 1996-04-12 1997-07-03 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches
JPH09324690A (ja) 1996-06-03 1997-12-16 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関制御装置
US6029627A (en) * 1997-02-20 2000-02-29 Adrenaline Research, Inc. Apparatus and method for controlling air/fuel ratio using ionization measurements
JPH10252635A (ja) * 1997-03-17 1998-09-22 Hitachi Ltd 故障診断装置付きエンジン燃焼状態検出装置
KR20010024153A (ko) * 1997-09-18 2001-03-26 크리스 로저 에이취. 고 펄스율 점화 소스
JPH11117787A (ja) * 1997-10-14 1999-04-27 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関制御装置
JP4012615B2 (ja) * 1998-01-27 2007-11-21 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用点火装置および内燃機関
JPH11247751A (ja) * 1998-03-03 1999-09-14 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用点火装置
JPH11326281A (ja) * 1998-05-21 1999-11-26 Nippon Api:Kk 雰囲気の変化の検出方法並びにこれを用いた方法及び装置
JP2000170632A (ja) * 1998-12-07 2000-06-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 点火装置
US6870405B2 (en) 1999-02-24 2005-03-22 Potchefstroom University For Christian Higher Education Method for driving an insulated gate semiconductor device using a short duration pulse
JP2001032758A (ja) * 1999-07-22 2001-02-06 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用点火装置
US6186129B1 (en) * 1999-08-02 2001-02-13 Delphi Technologies, Inc. Ion sense biasing circuit
JP3523542B2 (ja) * 1999-09-27 2004-04-26 三菱電機株式会社 内燃機関の失火検出装置
JP4368510B2 (ja) * 1999-10-21 2009-11-18 株式会社デンソー 火花点火装置
JP3513063B2 (ja) * 1999-12-01 2004-03-31 株式会社日立製作所 内燃機関用点火装置
US6545415B1 (en) * 1999-12-27 2003-04-08 Michael A. V. Ward High efficiency high voltage low EMI ignition coil
CN1522495A (zh) * 2000-02-23 2004-08-18 坡契夫斯脱罗姆基督教大学 金属氧化物半导体场效应晶体管的驱动电路和方法
JP3387039B2 (ja) * 2000-02-24 2003-03-17 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用点火システム
JP2002236648A (ja) 2001-02-08 2002-08-23 Cosmos Computer:Kk テレビメール装置およびテレビメール送受信方法
JP4440490B2 (ja) * 2001-04-05 2010-03-24 株式会社日本自動車部品総合研究所 内燃機関用点火装置
JP2002327672A (ja) * 2001-04-27 2002-11-15 Denso Corp 内燃機関の点火装置
US6722183B2 (en) * 2002-03-04 2004-04-20 Delphi Technologies, Inc. System and method for impulse noise suppression for integrator-based ion current signal processor
JP3614149B2 (ja) * 2002-04-17 2005-01-26 三菱電機株式会社 内燃機関の燃焼状態検出装置
NL1021606C1 (nl) * 2002-10-08 2004-04-13 Wilbert Cornelis Draaijer De SMSI of Gesynchroniseerde méérvonksgasmengsel ontsteker.
US6935310B2 (en) * 2002-11-01 2005-08-30 Woodward Governor Company Method and apparatus for detecting abnormal combustion conditions in reciprocating engines having high exhaust gas recirculation
US7086382B2 (en) * 2002-11-01 2006-08-08 Visteon Global Technologies, Inc. Robust multi-criteria MBT timing estimation using ionization signal
US7137385B2 (en) * 2002-11-01 2006-11-21 Visteon Global Technologies, Inc. Device to provide a regulated power supply for in-cylinder ionization detection by using the ignition coli fly back energy and two-stage regulation
JP2004161082A (ja) 2002-11-12 2004-06-10 Hitachi Ltd 配光制御装置
US6786200B2 (en) * 2002-11-15 2004-09-07 Woodware Governor Company Method and apparatus for controlling combustion quality in lean burn reciprocating engines
US6889677B2 (en) * 2003-02-03 2005-05-10 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Capacitor discharge ignition device for internal combustion engine
US7290442B2 (en) 2004-08-25 2007-11-06 Visteon Global Technologies, Inc. Method and system of estimating MBT timing using in-cylinder ionization signal
KR100957743B1 (ko) * 2005-06-13 2010-05-12 스티벨엘트론게엠베하운트콤파니카게 연소 관련 변수들을 검출하기 위한 회로
JP2007117495A (ja) 2005-10-28 2007-05-17 Aruze Corp 遊技機
JP2007184194A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Denso Corp 内燃機関用のスパークプラグ
CN101490407B (zh) 2006-05-18 2014-07-16 西北大学 点火系统
US7677230B2 (en) * 2007-10-30 2010-03-16 Ford Global Technologies, Llc Internal combustion engine with multiple spark plugs per cylinder and ion current sensing
JP5180134B2 (ja) 2009-03-31 2013-04-10 新明和工業株式会社 端子圧着装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102194627B1 (ko) * 2019-07-02 2020-12-24 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 하이브리드 방식의 플라즈마 점화 장치 및 그 방법

Also Published As

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ES2533577T3 (es) 2015-04-13

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