KR20140045340A - 연소 제어 시스템, 회로, 및 방법 - Google Patents

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KR20140045340A
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알렉산드레 플로트니코프
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스피닉 테크놀러지스 인코퍼레이티드
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Abstract

점화 및 연소 과정의 유지를 비롯한 연소 제어를 위한 지속적 플라스마 발생 시스템, 회로, 및 방법이 제공된다. 연소 가능한 벌크 기체 안의 하나의 전극 쌍에, 상기 전극 간 갭 교류 발생을 위해 극성이 교번되는, 아킹 한계점 바로 아래의 진동 구동 포텐셜 형태의 전위차가 발생된다. 이는, 지속적 플라스마를 발생시켜 더 효율적인 연소 제공을 통한 벌크 기체의 연소에 기여한다.

Description

연소 제어 시스템, 회로, 및 방법{SYSTEM, CIRCUIT, AND METHOD FOR CONTROLLING COMBUSTION}
본 발명은 연소 제어 시스템, 회로, 및 방법에 관한 것으로, 특히 제어형 연소 방식의 점화 및 조절 시스템, 회로 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 35 U.S.C.119(e) 규정에 의거하여 2011년 2월 11일에 출원한 미국 가출원 61/441,701 및 2011년 5월 13일에 출원한 미국 가출원 61/485,770을 우선권으로 수반하는 것으로서 본 명세서에서 인용된다.
제어형 연소(controlled combustion)는 열 및/또는 전력을 발생시키기 위해 일반적으로 수행되는 것으로, 엔진 또는 연소실 내 그 외 장치 등의 제어 환경에서 일반적으로 발생한다. 보통 액체 또는 기체 상태의 화학 반응물질이 연소실에서 혼합되어 연소될 준비가 된 벌크(bulk)를 형성한다. 일반적인 차량형 연소 엔진에서, 연료와 산소가 함유된 공기가 혼합되어 연소실에서 혼합 및 압축된다. 연소 과정 자체는 가령 탄화수소 연소의 경우 O, OH, 및 H 등의 유리기(free radical)가 형성되어 해리(dissociation) 및 산화 반응을 개시하는 온도까지 벌크 기체(bulk gas)를 가열함으로써 일반적으로 개시 및 유지된다.
상기 과정을 개시하는데 필요한 열기는 일반적으로 스파크(spark)와 같은 국부적인 원천(localized source)에서 비롯된다. 표준 차량형 연소실의 경우, 스파크는 연소실의 벌크 기체와 연통되는 벌크 기체의 부분으로 연장되는 스카프 플러그(spark plug)의 전극들 사이에서 발생한다.
비가열 비평형(non-thermal non-equilibrium) 플라스마를 발생시키는 전기 방전이 라디칼(radical)을 생성하고 연소를 촉진할 수 있는 대안 및 효율적인 방식이 될 수 있다는 사실이 지난 수십년 간 밝혀졌다. 이를 기재한 출판물로는 Penetrante B. M. 및 Schultheis S.E.의 "오염 방지를 위한 비가열 플라스마 기술 (Non-Thermal Plasma Techniques for Pollution Control)", NATO ASI 시리즈 G, 34권, A 및 B 파트 (1992)가 있다.
널리 이용되는 잘 알려진 점화 시스템으로는 유도 방전과 용량성 방전 시스템이 있다. 이 시스템들이 제공하는 연소 촉발을 위한 단일 방전 스파크는 대부분의 분야에 적용 가능하나 연소 과정에 미치는 영향에 있어서는 제한적이다.
이는 가령 Kraus의 미국 특허 6,729,317에 기재되어 있는 바와 같이 현대식 점화 시스템은 조절 가능한 방전 패턴을 목적으로 한다. Kraus에서는 고주파수에서 스파크 방전 생성을 위해 고압 스위칭 극성 소스를 사용해 점화 코일의 주요 부분을 구동하는 방식을 기재하고 있다. 그러나 Kraus 시스템의 전반적인 복잡성 때문에 확장성 및 적용 가능성이 제한된다.
점화 이후의 과정을 유지하는데 필요한 열기는 일반적으로 연소 과정 자체에서 조달 가능하다. 탄화수소 연료 및 산화제 (일반적으로 산소)의 연소 과정에서, 화학 반응물질이 발열성을 띠기 때문에, 연소되지 않은 벌크 기체의 압력과 온도와 같은 연소실 내 조건들이 적절히 통제되는 한에서는, 불꽃면(flame front)에서의 벌크 기체의 연소는 연소되지 않은 벌크 기체의 연소를 일으킬 수 있을 정도로 충분한 열기를 발생시키고 연소실 전체에 연쇄 반응을 일으킨다.
순수 탄화수소의 연소 과정 중의 완전한 분자 전환으로 이산화탄소와 물이 생산된다. 이 분자 변환의 화학적 효율성은 탄소 결합을 끊는 유리기의 발생 및 전파에 따라 달라진다. 이러한 유리기들의 발생, 농도 및 전파는 다시 벌크 기체들의 온도에 따라 크게 달라진다. 이러한 변환에 필요한 충분한 고온을 달성하기 위해서는 많은 양의 엔탈피가 벌크 기체에 첨가된다. 위와 같은 충분한 고온은 직접 가열에 의해 달성 가능한데, 앞서 기재한 바와 같이 불꽃면(flame front)에서의 발열 반응 또는 연소 촉발에 사용될 수 있는 열 전기 아크(electric arc)에 의해 발생할 수 있다.
연소 과정에 미치는 전기 방전 플라스마의 영향 또한 수십년간 연구되어 왔다. 연소 과정에 미치는 전기 방전 플라스마의 영향에 대한 알려진 사실은 대부분 개방형 화염 연소 과정(open flame combustion process)에 대한 연구 과정에서 밝혀진 것으로서, 이러한 연구들은 안정성 및 연비 개선 그리고 배출 가스 감축 등을 선보여왔다.
종래의 알려진 연소 개시 및 유지 과정들은 Starikovsky의 미국 특허 공보 2008/0309241 "연소 점화, 강화 또는 공기 연료 및 산소 연료 혼합물 개선 방식 (Method for igniting, intensifying the combustion or reforming of air-fuel and oxygen-fuel mixtures)"에 기재되어 있다. Starikovsky에서는 점화 온도 감소와 화학 반응의 강화를 위해, 펄스 주기형 나노초 고압 방전(nanosecond high-voltage discharges)에 의한 연소실 내 가연성 혼합물의 여기를 포함한다. 또한, Starikovsky에 따르면, 방전 진폭은, 가스 해리를 최대화하고, 방전의 초기 단계에서 전자가 휘슬러 모드로 이동하는 것을 막도록 설정된다. 또한, Starikovsky에 따르면, 고압 상승 시간은 방전 갭을 플라스마로 균일하게 채우는 것에 대한 제약 및 플라스마로의 펄스 에너지 이동 효과의 제한을 받는다. Starikovsky에서는 또한 어떻게 해서 고압 펄스 지속 기간이 강한 비평형 특성의 플라스마 및 방전 갭 저항 감축 달성의 제약으로 인하여 제한되는지 기재하고 있다.
Starikovsky에서는 단극성 방전을 사용해 플라스마를 생성한다. 단극 펄스 시리즈는, 제한이 없는 경우, 방전 갭 영역에 남아 있는 전도 매체 때문에 지속적인 전기 아킹(arcing) 또는 평형 플라스마를 일으킬 수 있다. 따라서, Starikovsky의 방법은 플라스마 재결합 시간을 초과하는 펄스들 사이를 지연시키는 제한, 즉 효울적인 제한적 펄스 주파수가 필요하다. 이러한 이유로, 생성된 비평형 플라스마의 전체 밀도는 제한되며, 펄스들 사이의 시간 지연 동안 플라스마 밀도는 실제로 순간적으로 증가할 수 있는데, 이는 연소 과정에 제공되는 개선을 제한할 수 있다. 또한, Starikovsky식 방법은 내연 기관 등에서 발견되는 것과 같은 빠른 진행성 주기 연소(fast progressing periodic combustion)에서는 효과가 없을 수 있다. 나노초 고압 기술의 기술적 이행에는 매우 복잡하고 값비싼 장비가 요구되며 높은 수준의 전자기 방사선 보호를 제공해야 한다.
종래 기술의 문제점들 중 적어도 일부를 완화할 수 있는 연소 제어 시스템, 회로, 및 방법을 제공하는 것이 유리할 것이다.
발명의 요약
일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체의 연소를 제어하는 시스템을 제공하는 것으로, 상기 시스템은 벌크 기체가 연소 준비 상태에 있을 때, 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 제공하는 적어도 두 개의 전극; 및 상기 전위차를 발생시키고 상기 전위차를 상기 적어도 두 개의 전극에 인가하는 전위차 발생기를 포함하고, 상기 전위차 발생기에 의하여 생성되는 상기 전위차는 극성이 교번되고 교류가 상기 벌크 기체의 일부 내로 흐르도록 하는 진동 구동 포텐셜(oscillation driving potential)을 포함하고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 진동 구동 포텐셜에 의해 발생된 상기 벌크 기체 내 아킹(arcing)을 실질적으로 방지하는 함수 형태(functional form)를 갖는다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체 연소 제어를 위한 회로를 제공하는 것으로, 상기 회로는 제어 신호 수신을 위한 입력 단자; 제어 신호를 사용해 전위 제어 신호를 발생시키기 위해 상기 입력 단자에 연결된 제어 유닛; 전기 전력 신호 제공을 위한 전원; 및 상기 전원에 연결되어 상기 전기 전력 신호를 수신하고 상기 제어 유닛에 연결되어 상기 전위 제어 신호를 수신하기 위한 전위차 발생기; 및 상기 전위차 발생기에 연결되어 상기 전위차를 수신하기 위한 적어도 두 개의 출력 단자를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 출력 단자는 적어도 두 개의 외부 전극에 연결되어 상기 전위차를 출력하고, 상기 적어도 두 개의 외부 전극은 상기 벌크 기체가 연소 준비 상태에 있을 때 상기 적어도 두 개의 외부 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 상기 전위차를 제공하고, 상기 두 개의 외부 전극에 의해 제공된 상기 전위차는 극성이 교번되고 교류가 상기 벌크 기체의 일부 내로 흐르도록 하는 진동 구동 포텐셜을 포함하고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 진동 구동 포텐셜에 의해 발생된 상기 벌크 기체 내 아킹(arcing)을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체의 연소 제어 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 연소 준비 상태의 벌크 기체를 제공하는 단계; 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 전위차를 제공하는 단계는 상기 전위차의 극성이 교번되고 교류가 상기 벌크 기체의 일부 내로 흐르도록 하는 진동 구동 포텐셜을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 구동 포텐셜에 의해 발생된 상기 벌크 기체 내 아킹(arcing)을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체의 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템을 제공하는 것으로, 상기 시스템은 상기 벌크 기체가 연소 준비 상태일 때 상기 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 제공하기 위한 적어도 두 개의 전극; 및 상기 전위차를 발생시키고 상기 전위차를 상기 적어도 두 개의 전극에 인가함으로써 상기 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 지속적 플라스마 발생기를 포함하고, 상기 전위차는 상기 벌크 기체 내 아킹(arcing)을 실질적으로 방지하기 위한 것이다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체의 연소 제어를 위해 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로를 제공하는 것으로, 상기 회로는 제어 신호를 수신하기 위한 입력 단자; 상기 입력 단자에 연결되어 상기 제어 신호를 사용해 전위차 제어 신호를 발생시키기 위한 제어 유닛; 전기 전력 신호를 제공하기 위한 전원; 적어도 두 개의 출력 단자; 및 전원에 연결되어 전기 전력 신호를 수신하고, 상기 제어 유닛에 연결되어 상기 전위 제어 신호를 수신하고, 상기 적어도 두 개의 출력 단자에 연결되어 상기 전위차를 상기 적어도 두 개의 출력 단자에 제공하는 지속적 플라스마 발생기를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 출력 단자는 적어도 두 개의 외부 전극으로의 전기적 연결 및 상기 적어도 두 개의 외부 전극으로 상기 전위차를 출력하기 위한 것이고, 상기 적어도 두 개의 외부 전극은 상기 벌크 기체가 연소 준비 상태일 때 상기 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 상기 전위차를 제공하기 위한 것이고, 상기 지속적 플라스마 발생기는 상기 전기 전력 신호 및 상기 전위 제어 신호를 사용해 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 발생시킴으로써 상기 적어도 두 개의 외부 전극에 의해 이격된 공간에서 지속적 플라스마를 발생시키는 것이고, 상기 전위차는 상기 벌크 기체 내 아킹(arcing)을 실질적으로 방지하기 위한 것이다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체의 연소 제어를 위해 지속적인 플라스마를 발생시키는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 연소 준비 상태의 벌크 기체를 제공하는 단계; 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 공간 내의 벌크 기체의 일부에 제공함으로써 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 상기 공간에서 지속적인 플라스마를 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 전위차는 상기 벌크 기체 내 아킹(arcing)을 실질적으로 방지하기 위한 것이다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체의 연소 제어를 위한 시스템을 제공하는 것으로, 상기 시스템은 상기 벌크 기체가 연소 준비 상태일 때 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 상기 벌크의 일부에 제공하기 위한 적어도 하나의 벌크 기체 자극 요소; 및 상기 벌크 기체의 일부 내에 지속적인 플라스마가 발생하도록 상기 적어도 하나의 벌크 기체 자극 요소에 의해 제공되는 상기 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 제어하기 위한 지속적 플라스마 발생기를 포함하고, 상기 지속적 플라스마는 지속적으로 발생되는 비평형 플라스마를 포함한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명은 벌크 기체의 연소 제어를 위한 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 연소 준비 상태의 벌크 기체를 제공하는 단계; 상기 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 제공함으로써 상기 벌크 기체의 일부를 자극하는 단계; 및 상기 벌크 기체의 일부 내에 지속적 플라스마가 발생되도록 상기 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 지속적 플라스마는 지속적으로 발생되는 비평형 플라스마를 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 이하 상세한 설명에 의해 첨부된 하기의 도면들을 참조로 이하 바람직한 실시예(들)에 의해 더 명백해 진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 연소 제어 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 시스템의 전극들에 인가된 전위차를 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 시스템의 전극들 사이에 흐르는 결과적인 전류를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 연소 제어 방법을 도시한 기능적 블록도이다.
도 4는 고 부하/고 RPM 조건에서의 장기 및 단기 신호 적용에 대한 질량 연소율(mass fraction burned) 대 크랭크각(crank angle)을 도시한 도면이다.
도 5는 고 부하/고 RPM 조건에서의 장기 및 단기 신호 적용에 대한 열방출율 대 크랭크각(crank angle)을 도시한 도면이다.
도 6은 저 부하/저 RPM 조건에서의 장기 및 단기 신호 적용에 대한 질량 연소율(mass fraction burned) 대 크랭크각(crank angle)을 도시한 도면이다.
도 7은 저 로드/저 RPM 조건에서의 장기 및 단기 신호 적용에 대한 열방출율 대 크랭크각(crank angle)을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로의 회로도이다.
도 9는 도 8에 도시된 회로 내에서 그에 의해 발생된 다양한 신호를 도시한 도면이다.
첨부된 도면에서 유사한 특징들은 동일한 도면 부호를 사용했다.
도 1을 참조로, 이하 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연소 제어 시스템(100)을 그 구조에 따라 설명한다. 상기 시스템(100)은 연소 제어를 위한 지속적 플라스마를 발생시키기 위한 것이나, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에 기재된 지속적 플라스마는 지속적인 방식(방해 없이)으로 형성되고 가변적인 전력 프로필을 갖는 공간적 비평형 플라스마(spatial non-equilibrium plasma)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 비평형 플라스마는 본래 불안정한 것으로서, 이에 따라, 지속적 발생을 보장하기 위해서는 지속적으로 가변하는 전력 프로필을 갖는다. 비록 이하 설명된 적어도 몇몇 실시예들에서는 주기적으로 교번하는 정규 소스(regular periodically alternating source)를 발생시키는 것을 특징으로 하고 있으나, 본 발명에 따른 다른 실시예도 구현 가능하다. 즉, 비정규 및/또는 비주기적 교번 소스를 포함할 수 있는데, 여기에 제한되는 것은 아니다. 이하 설명된 다양한 실시예들은 교번하는 극성을 갖는 전기 방전을 통한 지속적 플라스마 소스를 제공하는데, 이는 적절한 규모와 주기가 플라스마 핀칭(pinching)을 막을 수 있는 이온화 입자들의 트레이스(trace)를 분쇄하고 에너지 침착(energy deposition)을 조절할 수 있다. 이하 설명된 다양한 실시예들에 따라 발생된 지속적 플라스마는 연소량 내 방사능을 이온화하는 원천으로서의 역할을 하며, 불꽃면(flame front) 형성 및 확산에 영향을 미치지 않는 것으로 인식된다. 특히, 불꽃면은 라미나형(laminar)이 되어, 고온 스폿(spot) 및 쇼크웨이브(shockwave)의 형성을 줄임으로써, 열효율을 높이고 배출량을 감소시킨다. 이하 설명된 다양한 실시예들에 따라 발생된 지속적 플라스마는 유리기를 형성하는 연소 반응물질 및 연소 생성물을 처리하여 이산화질소를 일반적으로 중화하는 것으로 인식된다. 이와 같은 반응물질 및 생성물에 대한 처리는 지속적 플라스마의 원천에만 제한되지 않으며, 연소물 전체에 적용되는 것으로 인식된다.
상기 시스템(100)은 일반적으로 전위차 발생기(110) 및 연소 가능한 벌크 기체(bulk gas)(150)가 담기는 연소실(140)을 포함한다. 상기 지속적 플라스마 발생기(110)는 상기 연소실(140) 내에 위치한 제1 전극(120)에 전기적으로 결합된 제1 단자(112)및 상기 연소실(140) 내에 위치한 제2 전극(130)에 전기적으로 결합된 제2 단자(114)를 갖는다. 상기 연소실(140) 내 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 비교적 작은 갭을 갖도록 이격된다. 상기 제1 및 제2 전극들(120, 130)에 의해 이격된 영역은 작은 볼륨(volume)(160)으로 둘러싸인다. 상기 전위차 발생기(110)는 하나 이상의 별도의 물리적 신호선 또는 무선 채널을 포함할 수 있는 제어 도관(control conduit)(113)에 전기적으로 결합된 입력 포트(111)를 갖는다.
이하, 상기 시스템(100)을 도 2a 및 도 2b를 참조로 그 기능을 중점으로 설명하며, 도 2a 및 도 2b에서는 각각 전위차 발생기(110)에 의해 발생된 전위차 Vg (200a)의 일반적인 형태, 및 상기 전위차 Vg로 인한 벌크 기체(150)를 통과하여 흐르는 결과 갭 전류(gap current) Ig(200b)를 도시하고 있다. 상기 전위차 발생기(110)는 연소 점화 및 유지를 비롯한 연소실(140) 내 연소 가능 벌크 기체(150)의 연소를 제어하기 위한 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 간의 전위차 Vg (200a)를 제공한다. 일 특정 실시예에 따르면, 상기 전위차 발생기(110)는 지속적 플라스마 발생기이다. 연소가 유지되는 동안, 상기 지속적 플라스마 발생기는 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이에 교류(이하 설명된)를 제공함으로써 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(130)에 의해 이격된 영역을 둘러싸는 작은 볼륨(160)에 지속적인 플라스마를 제공한다. 이하 더 자세히 설명된 바와 같이, 상기 전위차 발생기(110)는 상기 벌크 기체(150) 내의 절연 파괴(electrical breakdown); 및 이어서 지속적 플라스마 발생을 위해 상기 벌크 기체(150)를 관통하는 교류 Ig (200b) 통과라는 두 가지 물리적 과정을 거치도록 하기 위한 전위차를 발생시키는데 사용된다.
상기 전위차 발생기(110)는 상기 제어 도관(113)을 통해 수신된 아날로그 또는 디지털 제어 신호를 사용해, 극성 및 크기를 비롯하여 어떻게 해서 전위차 Vg (200a)가 시간에 따라 달라지는지를 제어한다. 일부 실시예에서는, 시간에 따라 달라지는 전위차 Vg (200a) 발생에 있어서의 전위차 발생기(110)의 사용에 대한 대략적인 변수 값들이 제어 신호에 포함된다. 여기에는 이하 설명될 크기, 타이밍 및 함수 형태 값들이 포함된다. 또 다른 실시예에서는, 제어 신호가 전위차 Vg (200a)의 시간에 따라 달라지는 값 자체를 나타내는데, 전위차 발생기(110)는 이 제어 신호를 사용해 실제 전위차 Vg (200a)를 발생시킨다. Vg (200a)의 실제 형태와 그것이 벌크 기체(150) 내에서 일으키는 물리적인 효과는 아래에서 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소 제어 방법 (즉, 연소 제어를 위한 지속적 플라스마 발생)에 따른 시스템의 기능을 이하 도 3을 참조로 자세히 설명한다. 연소 가능한 벌크 기체(150)는 연소실(140) 내에서 단계 300에서 연소될 수 있는 바람직한 압력과 온도로 제공된다.
전위차 발생기(110)는 두 개의 상 즉, 전위차가 이하 설명될 전극들 사이의 틈새에서 벌크 기체(150)의 절연 파괴를 물리적으로 일으키기 위한 것인 초기 방전 상(initial discharge phase)(210)과, 전위차가 교번되어 물리적으로 갭 교류 Ig가 전극들(120, 130) 사이의 벌크 기체를 통과하도록 함으로써 비평형 플라스마가 지속적으로 발생하도록 하는 연소 유지 (즉, 지속적 플라스마 발생) 상(220)을 포함하는 전위차 Vg를 제공한다. 이하 설명될 혜택들이 비평형 플라스마 발생을 위한 연소 유지 상(220)에서의 진동 전위차의 적용에 의해 달성되는 것으로 인식되나, 초기 방전 상(210) 동안에 절연 파괴를 일으키기 위해 전극들을 사용해 에너지를 공급하는 것도 편리한 것으로 밝혀졌다. 이렇듯, 절연 파괴를 제공하기 위한 그 외 방법 및 메커니즘을 이용할 수 있기 때문에, 이하 설명될 실시예들은 몇몇 형태의 진동 구동 포텐셜(oscillation driving potential)을 제공하나 초기 방전 상의 펄스를 선택적으로 제공하는 것으로 이해되어져야 한다.
상기 초기 방전 상(210) 동안, 상기 전위차 발생기(110)는 상기 제1 및 제2 전극들(120, 130) 사이의 갭에서 벌크 기체(150) 내에 절연파괴를 일으키기에 충분한 최고 크기와 최고 너비를 갖는 적어도 하나의 초기 전위 펄스를 포함하는 신호를 발생시킨다. 상기 벌크 기체(150)의 절연 파괴는 단계 310에 도시된 바와 같이 파괴 전압 포텐셜로 알려진 것이 충분히 긴 시간 동안 제1 및 제2 전극들(120, 130) 사이에서 초과되었을 때 발생한다. 비록 파괴 포텐셜 값과 그것의 인가 시간이 온도, 압력, 난류(turbulence), 특정 벌크 기체(150)의 조성, 및 그 크기와 형태, 그리고 상기 전극들(120, 130)의 간격, 그리고 파괴 포텐셜 값 및 어떤 주어진 특정 조건이라도 인가되어야 하는 시간 등을 포함하나 여기에 제한되지 않는, 연소실(140)내의 벌크 기체(150)의 특정 조건을 포함하는 다수의 인자에 따라 적용되어야 하나, 이러한 인자들은 당업자라면 용이하게 결정할 수 있을 것이다.
상기 초기 방전 상(210)의 초기 전위 펄스가 양극성을 갖는 것으로 묘사되었으나, 음극성을 가질 수 있음을 물론이다. 중요한 것은 초기 전위 펄스의 최대치가 파괴 포텐셜을 초과해야 한다는 것이고, 그것도 벌크 기체(150)의 절연파괴를 일으킬 수 있을 정도로 충분한 시간 (즉, 충분한 에너지를 갖고) 동안 초과해야 한다는 것이다. 상기 초기 방전 상(210)의 초기 전위 펄스가 비록 특정 형태의 피크 값을 갖는 것으로 묘사되었으나, 절연파괴를 일으킬 수 있는 충분한 시간 동안 파괴 포텐셜을 초과하는 펄스라면 어떤 형태라도 적용 가능하다.
절연파괴를 일으키는 과정에서, 상기 제1 및 제2 전극들(120, 130) 사이에 인가되는 전위차는 전류가 부재한 상태에서, 작은 볼륨(160) 내 벌크 기체의 애벌란시(avalanche) 이온화를 일으킨다. 그러면, 상기 제1 및 제2 전극들(120, 130) 사이에 전류가 흐르기 시작하면서 절연파괴가 발생한다. 전류가 흐르기 시작하면서, 자기장이 형성되기 시작한다. 자기장의 방향은 전류가 이동 방향에 수직으로 스퀴즈(squeeze)됨으로써 정피드백 루프(positive feedback loop)에서 자기장을 증대시켜, 전극들 사이에서 단일 도관으로 전류가 더 집중될 수 있도록 하는 방향이 된다. 이는 플라스마 핀칭 효과를 일으키고, 전류에 대한 저항이 급격히 떨어짐에 따라 평형 플라스마의 형성, 그리고 전극들 사이의 벌크 기체의 절연파괴로 이어진다.
앞선 설명에서는 초기 방전 상(210)이 단일 초기 전위 펄스와 단일 극성을 갖는 것으로 묘사되었으나, 하나 이상의 극성을 갖는 하나 이상의 적합한 초기 전위 펄스를 포함할 수 있음은 물론이다.
절연파괴를 시작하기 위해 상기 초기 방전 상(210)의 적어도 하나의 초기 전위 펄스를 인가한 후, 상기 전위차 발생기(110)는 단계 320에 도시된 바와 같이 벌크 기체(150) 내에 갭 교류 Ig (200b)를 물리적으로 일으키기 위해 전극들 (120, 130) 사이에 진동 구동 포텐셜을 일으킴으로써 연소 유지 상(220)을 시작한다. 도 2b의 갭 전류 Ig (200b) 도표에 도시된 바와 같이, 초기 방전 상(210)의 초반에는, 전극들(120, 130) 사이에 비록 큰 전위차가 인가된다 하더라도, 벌크 기체(150)의 절연파괴가 발생하는 시간 t0까지는, 벌크 기체(150)에 이렇다 할 전류가 흐르지 않는다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 일단 시간 t0에 절연파괴가 발생하면, 전극들(120, 130) 사이의 갭에 인가된 전위차로 인해 전류가 그 사이를 흐를 수 있도록 벌크 기체(150)의 특성이 변하게 된다. 연소 유지 상(210)의 진동 구동 포텐셜(oscillation driving potential)은 시간이 지남에 따라 극성이 바뀌게 되고, 피크 구동 크기는 VD를 갖고, ID의 피크 크기(peak magnitude)를 갖는 진동 갭 전류 Ig (200b)를 일으킨다. 단기적인 예비 점화 지연 시간 동안, 진동 구동 포텐셜은 불꽃(flame)의 확산이 시작될 수 있을 때까지 갭 안과 둘레에 화이어볼(fire ball)을 형성하고 유지하는 것을 도움으로써 점화 과정에 기여한다. 이와 같이, 점화는 절연파괴를 일으키는 초기 전위 펄스와 그 직후의 진동 구동 포텐셜의 초기 부분 발생에 따라 달라지는 것이지, 그 중 한 가지에 따라서 달라지지 않는다.
전위차 Vg (200a)의 피크 크기 VD나 파형(waveform)의 각 크레스트(crest)의 에너지 중 하나는 전극들(120, 130) 사이의 갭에서의 추가적인 전기 아크 방전을 방지하도록 충분히 작게 된다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 피크 크기 VD는 아킹(arcing)의 발생을 방지하고 또는 아킹 방전이 발생할 경우에는 갭 내에서 그 크기를 줄이는 동시에 가능한 한 많은 전류를 제공하도록 선택된다. 또한 몇몇 실시예에 따르면, 전극들(120, 130) 사이의 갭 내의 방전류가 아킹 임계점(arcing threshold) 또는 그 바로 미만이 되도록 피크 크기 VD가 선택된다. 또 몇몇 실시예에 따르면, 방전류가 아킹 임계점의 ±20%의 범위 내의 크기를 갖도록 피크 크기 VD가 선택된다.
전극들(120, 130) 사이의 벌크 기체(150)를 통과하는 갭 교류 Ig (200b)는 아킹 시 일반적으로 발생하는 인지 가능한 정도의 자기장 형성 또는 플라스마 핀칭 없이 애벌란시(avalanche) 이온화가 발생하도록 선택된다. 이는 플라스마 핀칭을 일으키는 정피드백 루프(positive feedback loop)를 방지하기에 충분한 주파수에서 극성을 바꿈으로써 달성된다. 이러한 과정을 통해, 비평형 플라스마가 지속적으로 발생된다. 비평형 플라스마의 지속적 생성으로 제공되는 이점들로 인해 연소 과정이 개선 및 유지된다. 이러한 이점들은 연소 과정 내내 발생하게 되며 이에 대해서는 이하 더 자세히 설명하도록 한다.
다양한 피크 구동 크기 VD가 사용 가능하나, 초기 방전 상(210)의 초기 전위 펄스 동안 발생한 피크 갭 전류(gap current)의 3분의 1의 갭 전류 Ig (200b)의 피크 갭 전류 크기 ID를 물리적으로 일으키는 크기를 갖는 피크 구동 크기 VD가 특히 이하 설명하는 혜택들을 제공하기에 적합한 것으로 나타났다. 물론 그 외 피크 구동 크기 VD 도 어느 정도는 효과적이었다. 하기에 설명하는 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 갭 교류 Ig를 발생시키는 피크 구동 크기 VD 및 아킹 한계점 자체 값은 연소실(140)의 특정한 크기 및 형태, 온도, 압력 및 난류(turbulence)를 비롯한 연소실(140) 내 특정 조건, 특정 벌크 기체(150)의 조성, 전극들(120, 130)의 크기 형태 및 이격 크기, 연소실(140)을 벌크 기체로 채우는 비율과 방식, 그리고 연소 생성물질의 진공 상태 등을 포함하나 여기에 제한되지 않는 다수의 인자들에 따라 달라진다. 하기에 설명하는 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 갭 교류 Ig를 생성하는 피크 구동 크기 VD 는 모든 적용 분야에서 측정 가능하며 일반적으로 측정될 수 있다.
다양한 진동 주기 T를 사용할 수 있으나, 약 30 KHz의 주파수에 대응되는 약 3.33×10-5 s의 기간이 이하 설명하는 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 것으로 나타났다. 물론, 그 외 기간 및 그에 대응되는 유사한 크기 약 (1×10-3 s - 1×10-5 s 또는 1KHz - 100KHz)의 주파수 또한 적용 분야 및 조건에 따라 어느 정도는 효과적인 것으로 나타났다. 몇몇 실시예에 따르면, 주파수는 대략 산소 프리 라디칼(O free radical) 재조합 시간 (약 30μs)이 된다. 하기에 설명하는 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 진동 주기는 연소실(140)의 특정 크기와 형태, 온도, 압력 및 난류를 비롯한 연소실(140) 내부의 특정 조건, 특정 벌크 기체(150)의 조성 및 연소에 관련된 유리기의 재조합 시간, 전극들(120, 130)의 크기, 형태 및 이격 크기, 연소실(140)이 벌크 기체(150)로 채워진 비율 및 방식, 그리고 연소 생성물질의 진공 상태 등을 포함하나 여기에 제한되지 않는 다수의 인자들에 따라 달라질 수 있다. 하기에 설명하는 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 진동 주기는 모든 적용 분야에서 측정가능하며, 일반적으로 측정될 수 있다.
연소 유지 상(220)의 진동 구동 포텐셜 및 이에 따른 결과적인 갭 교류 Ig 200b가 비록 정현파로 묘사되긴 했으나, 극성이 바뀌고 추가적인 전기적 아킹을 일으키지 않고, 특정 분야에 적합한 VD 및 T를 갖는 것이라면 어떤 형태의 진동 포텐셜이라도 사용 가능하다. 이렇듯, 그 외 반복 및 극성 역전 파형들도 연소 과정 유지를 위한 갭 교류 Ig (200b)를 생성하는 연소 유지 상(220)의 진동 구동 포텐셜로 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 갭 교류 Ig (200b)를 일으키는 연소 유지 상(220)의 진동 구동 포텐셜은 연소 기간 내내 전위차 발생기(110)에 의해 발생된다. 즉, 연소실(140) 내 모든 벌크 기체(150)가 전부 또는 실질적으로 전부 변환을 겪기 전까지 중단되지 않는다. 일반적으로 말해, 하기에 설명하는 혜택들은 연소 유지 상(220) 동안 발생된 갭 교류 Ig (200b)로 인한 지속적 플라스마 발생의 기간이 길수록 정도가 커진다.
본 발명의 실시예들은 단일 실린더 내연 기관을 사용해, 진동 구동 신호 (즉, 지속적 플라스마 발생)에 의해 발생된 갭 교류 Ig (200b)가 연소 과정에 미치는 영향을 테스트함으로써 조사되었다. 서로 다른 러닝 조건 및 다양한 방전 형태에서 인-실린더(in-cylinder) 압력 측정이 이루어졌다. 연소 거동을 측정하기 위한 압력 트레이스(trace) 열역학 분석도 이루어졌다.
도 4 내지 도 7에서는 전극들(120, 130) 사이 영역 (160)에서의 지속적인 플라스마 발생에 대한 전위 신호의 "단기" (실선) 적용 대 "장기"(파선) 적용을 비교하고 있다. 각 그래프에서, 초기 방전 상(210)의 초기 전위 펄스가 동일한 크랭크(crank) 위치에서부터 시작해 동일한 방전 형태를 갖도록 형성된 반면, 각 그래프의 연소 유지 상(220)의 진동 구동 포텐셜 및 결과적인 갭 교류 Ig는 발생 기간에서만 다르게 나타났다. 신호의 단기 적용은 점화 지연 기간을 커버하는 것으로 테스트 셋업(set-up)시 약 1ms인 반면, 신호의 장기 적용은 연소의 전 기간을 커버한다.
도 4는 높은 부하(load)/높은 RPM 조건에서의 크랭크각(CA)에 대한 질량연소율(MFB) 함수를 나타낸 것으로, 실린더 내부의 높은 모터링 압력 및 높은 난류(turbulence)가 특징이다. 장기 신호 적용(long signal application)(420)의 MFB 곡선은 단기 신호 적용(short signal application)(410)의 MFB 곡선으로부터 약간 이탈해 있다.
도 5는 높은 부하(load)/높은 RPM 조건에서의 크랭크각(CA)에 대한 열방출율(HRR) 함수를 나타낸 것으로, 실린더 내부의 높은 모터링 압력 및 높은 난류(turbulence)가 특징이다. 배출된 열의 양을 나타내는, 단기 신호 적용(510)에 대한 HRR 곡선은 장기 신호 적용(520)에 대한 곡선에 비해 피크 크기(peak magnitude) 및 배출된 열의 양을 나타내는 곡선 아래 면적이 작은데, 이는 단기 신호 적용(510)의 경우 배출되는 열의 양이 장기 신호 적용(520)에 대한 곡선의 경우보다 훨씬 작기 때문이다. 진동 구동 포텐셜을 더 오래 적용하여 갭 교류 Ig (200b)를 더 오랜 시간 생성하는 경우가 물론 더 많은 열을 배출하게 되는 것이다.
도 6은 낮은 부하/낮은 RPM 조건에서의 크랭크각(CA)에 대한 질량연소율(MFB) 함수를 나타낸 것으로, 실린더 내부의 낮은 모터링 압력 및 낮은 난류가 특징이다. 장기 신호 적용(620)에 대한 MFB 곡선이 단기 신호 적용(610)의 경우에 비해 상당히 지연되게 나타난다. 이는 진동 구동 포텐셜을 더 오래 적용하여 갭 교류 Ig (200b)를 더 오랜 시간 생성하는 경우가 더 느린 연소를 일으킨다는 것을 나타낸다.
도 7은 낮은 로드/낮은 RPM 조건에서의 크랭크각(CA)에 대한 열방출율(HRR) 함수를 나타낸 것으로, 실린더 내부의 낮은 모터링 압력과 낮은 난류가 특징이다. 단기 신호 적용(710)에 대한 HRR 곡선은 그 피크 크기가 장기 신호 적용(720)의 경우와 유사한데 반해, 배출된 열의 양을 나타내는 그 곡선 아래 면적은 단기 신호 적용(710)의 경우가 장기 신호 적용(720)의 경우보다 훨씬 작다. 진동 구동 포텐셜을 더 오래 적용하여 갭 교류 Ig (200b)를 더 오랜 시간 생성하는 경우가 물론 더 많은 열을 배출하게 되는 것이다.
벌크 기체의 연소에 영향을 미치는 교류에 의한 지속적 플라스마 발생으로 인한 일부 메커니즘은 다음과 같은 것으로 인식된다. 지속적 플라스마는 전극쌍(120, 130)으로부터 멀리 떨어진 불꽃면에 미치는 영향을 유지한다. 즉 불꽃면이 작은 볼륨(160)으로부터 멀어지더라도 얻어지는 혜택이 유지된다는 것이다. 지속적 비평형 플라스마는 불꽃을 안정시키고 온도를 낮추는데, 이는 일부 조건에서 불꽃의 확산을 늦추게 된다. 이로 인해 연소 도중 더 많은 에너지가 배출되게 되고, 이는 벌크 기체를 가열을 위한 에너지로 전달되어, 작업 압력은 커지고 연소실 벽으로 전달되는 에너지는 줄어든다. 쇼크웨이브 또는 과도한 불꽃 난류 시에도 작업 압력은 커지고 연소실 벽으로 전달되는 에너지는 줄어드는 현상이 발생한다. 또한 교류의 극성 전환 시점과 같은 주파수에서 지속적 플라스마 발생 중에 이온화 방사능의 파열이 발생한다. 앞서 설명한 바와 같이, 몇몇 실시예에서는, 연소 반응물질들의 유리기의 이완 또는 재조합 시간에 역으로 주파수가 설정된다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 제어를 위한 특정 전위 발생 회로(specific electric potential generating circuit)(800)를 포함하는 시스템을 도 8을 참조로 설명한다. 상기 특정 전위 발생 회로(800)는 연소 제어를 위한 지속적 플라스마 발생 회로일 수 있으나, 여기에 제한되지는 않는다.
상기 전위 발생 회로(800)는 제1 다이오드(803); 제2 다이오드(806); 및 트랜지스터 스위치(807) 등 세 개의 반도체 요소, 그리고 인덕터(inductor); 커패시터(capacitor)(804), 및 점화 코일(ignition coil)로도 불리는 트랜스포머(transformer) 등 세 개의 수동 소자들을 포함한다. 상기 전위 발생 회로(800)는 또한 상기 스위치(807)의 스위칭 기능을 제어하기 위한 트랜지스터 스위치(807)의 게이트에 결합된 제어 유닛(809)을 포함한다. 상기 전위 발생 회로(800)는 또한 DC 전원(801)을 포함한다.
DC 전원(801)의 음전하 측은 접지(ground)에 결합되는 반면 DC 전원(801)의 양전하 측은 상기 제1 다이오드(803)의 양극에 결합된 상기 인덕터(802)에 연결된다. 상기 커패시터(804)는 한쪽은 접지에 결합되고 그 반대측은 상기 제1 다이오드(803)의 음극에 결합된다. 상기 제1 다이오드803)의 음극 또한 점화 코일(805)의 주요 와인딩(winding, I)의 제1 단부에 결합된다. 상기 점화 코일(805)의 주요 와인딩(I)의 제2 단부는 상기 제2 다이오드(806)의 양극에 연결된다. 상기 제2 다이오드(806)의 음극은 트랜지스터 스위치(807)의 소스에 연결된다. 트랜지스터 스위치(807)의 게이트는 제어선(control line)(808) 위로 제어 유닛(809)의 아웃풋(output)에 연결된다. 트랜지스터 스위치(807)의 드레인(drain)은 접지로 연결된다. 제어 유닛(809)의 입력(input)은 전위 발생 회로(800)의 입력 포트(input port)(811)에 결합된다. 상기 입력 포트(811)는 제어 도관(813)에 결합된다. 상기 점화 코일(805)의 제2 와인딩(II)은 제1 단부는 상기 전위 발생 회로(800)의 제1 단자(812)에 결합되고 제2 단부는 상기 전위 발생 회로(800)의 제2 단자(814)에 결합된다. 상기 전위 발생 회로(800)의 상기 제1 및 제2 단자들(812, 814)은 각각의 외부 전극들과 외부적으로 결합되어 도 1에 도시된 바와 같이 연소실(140)의 벌크 기체(150) 안에서 사용되기 위한 방전 갭(816)을 형성한다.
상기 전위 발생 회로(800)는 네 개의 서브 회로로 분해될 수 있다. 제 1 서브 회로(미도시)는 접지, DC 전원(801), 인덕터(802), 제1 다이오드(803), 커패시터(804), 및 접지를 포함하는 직렬 폐쇄형 회로이다. 제2 서브 회로는 접지, 커패시터(804), 점화 코일(805)의 주요 와인딩(I), 제2 다이오드(806), 트랜지스터 스위치(807), 및 접지를 포함하는 직렬 폐쇄형 회로이다. 제 3 서브 회로는 접지, DC 전원(801), 인덕터(802), 제1 다이오드(803), 점화 코일(805)의 주요 와인딩, 제2 다이오드(806), 트랜지스터 스위치(807), 및 접지를 포함하는 직렬 폐쇄형 회로이다. 제4 서브 회로는 제1 및 제2 단자(812, 814)에 의해 방전 갭(816)을 형성하는 외부 전극 쌍으로 연결된 점화 코일(805)의 제2 와인딩을 포함하는 직렬 폐쇄형 회로이다.
상기 전위 발생 회로(800)의 입력 포트(811)에 결합된 제어 도관(813)은 하나 이상의 별도의 물리적 신호선 또는 무선 채널을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 제어 도관(813)은, 전위차 도관(800)이 방전 갭(816) 전체에 바람직한 전위차를 발생하는데 사용하는 제어 데이터 패턴이 제공되는 엔진 제어 유닛 (ECU) 또는 별도의 제어기로부터 제어 신호의 통신을 제공한다. 이에 따라, 벌크 기체(150)의 바람직한 절연파괴 및 갭 교류가 방전 갭(816)의 전극들 사이로 흐를 수 있게 한다. 이러한 실시예에서는, 트랜지스터 스위치(807)의 전류 피드백 또한 제어 유닛(809)에 제공될 수 있다.
이하 도 9를 참조로 전위 발생 회로(800)의 작동 단계를 설명한다. 도 9에서는 전위 발생 회로(800) 작동 시 시간의 척도로 발생된 신호들을 도시하고 있다. 여기에는 제어 유닛(809)에 의해 발생된 스위치 제어 신호 SC (900a), 스위치 제어 신호 SC (900a)로 인한 트랜지스터 스위치(807)를 통과하는 전류 ISW (900b), 커패시터(804)의 전압 VCAP (900c), 방전 갭(816) 전체의 전위차 Vg (900d), 방전 갭(816) 전체의 벌크 기체(150)를 통과하는 갭 교류 Ig (900e) 등이 포함된다.
제1 단계 (I)에서, 상기 트랜지스터 스위치(807)는 제어 유닛(809)에 의해 닫힌다. 상기 트랜지스터 스위치(807)는 제3 서브 회로를 통해 바람직한 양의 전류를, 인덕터(802)와 점화 코일(805)을 주요 와인딩을 통해 충전하기 시작한다. 이 전류의 양은 우선 커패시터(804)로 전송될 인덕터(802) 안에 저장된 에너지량을 결정하고, 두번째로는, 점화 코일(805) 안에 저장된 에너지의 양을 결정한다.
제2 단계 (II)에서, 상기 트랜지스터 스위치(807)는 제어 유닛(809)에 의해 개방된다. 상기 트랜지스터 스위치(807)는 전도를 멈추고 상기 커패시터(804)는 상기 제1 서브 회로를 통해 양전압으로 충전된다. 이와 동시에, 점화 코일(805) 안에 저장된 에너지는 제4 서브 회로를 통해 배출되어 고압, 즉 방전 갭(816)에서 음극성을 생성한다. 상기 제2 단계가 제1 초기 단계 후속으로 발생하는 경우, 상기 방전 갭(816)에서 절연파괴가 발생하게 된다.
제3 단계 (III)에서, 상기 트랜지스터 스위치(807)는 제어 유닛(809)에 의해 폐쇄된다. 상기 트랜지스터 스위치(807)는 전도를 시작하고 상기 커패시터(804)는 제2 서브 회로를 통해 방전되어 점화 코일(805)을 통해 에너지를 제4 서브 회로로 전달하여 고압을 생성하는데, 도시된 실시예의 경우와 같이, 방전 갭(816)에서 양극성을 띠게 된다.
주지해야 할 사실은, 절연파괴 전 제1 단계(I) 및 제2 단계 (II) 초반에는, 당시 벌크 기체(150)의 전기적 특성 때문에, 비록 큰 전위차 Vg (900d)가 제2 단계 (II)의 초반에 인가된다 하더라도, 방전 갭(816)의 전극들 사이에는 인지 가능한 전류가 흐르지 않는다는 것이다.
또한 주지해야 할 사실은, 첫번째 네 단계들 (I), (II), (III), (IV)은 앞서 설명한 바와 같이 전위차 Vg (900d)가 벌크 기체(150)의 절연파괴를 일으킬 목적으로 인가되고 하기에 설명하는 이중 절연파괴 역량을 갖는 초기 방전 상(910)에 해당된다는 것이다.
제4 단계 (IV) 동안, 트랜지스터 스위치(807)는 전도를 계속하고, 제2 서브 회로를 통과하는 전류는 감소하기 시작하고 커패시터(804)는 음전하로 재충전되어 상기 제1 서브 회로를 통과하는 전류를 일으키고, 이는 인덕터(802)를 충전하게 된다. 제4 단계 (IV)가 끝날 무렵이 되면, 벌크 기체(150)는 두 개의 초기 전위 펄스를 거쳤을 것이다. 상기 벌크 기체(150)의 절연파괴는 제2 단계 (II)가 시작할 때 발생하는 제1 전위 펄스 또는 제3 단계 (III) 중에 발생하는 제2 전위 펄스 중에 발생할 수 있다. 도 9에 도시된 갭 전류 Ig (900e) 곡선은 상기 제2 단계 (II)가 시작될 때 발생하는 절연파괴로 인한 갭 전류를 나타낸다.
제2 (II), 제3 (III), 및 제4 (IV) 단계들은 연소 유지 상(920) 동안 진동 구동 포텐셜 발생을 위해 반복된다. 점화가 지연되는 동안, 진동 구동 포텐셜은 앞서 설명한 바와 같이, 점화를 통한 절연파괴로부터의 벌크 기체(150)의 이전을 보장하는 역할을 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 진동 구동 포텐셜의 목적은 인지가능한 자기장 형성이나 아킹 시 일반적으로 발생하는 플라스마 핀칭 없이 애벌란시 이온화가 발생하도록 갭 교류 Ig (900e)가 방전 갭(816) 전체의 벌크 기체(150)를 물리적으로 통과하도록 하기 위한 것이다. 이는 플라스마 핀칭을 일으키는 양의 피드백 루프(loop)를 방지하기에 충분한 주파수에서 극성이 바뀜으로써 달성된다. 이러한 과정을 통해, 비평형 플라스마가 지속적으로 발생된다. 비평형 플라스마의 지속적 생성은 앞서 설명한 연소 과정 내내 발생하는 이점들을 그것도 중단 없이 제공함으로써 연소 과정의 개선 및 유지를 가능케 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 갭 교류 Ig (900e)는 방전 갭(816)에서 아킹을 방지하는 동안 혜택들이 제공될 수 있도록 선택된다. 몇몇 실시예에 있어서, 피크 크기 VD는 전극들 사이의 갭 내의 방전 전류가 아킹 임계점 또는 그 바로 미만이 되도록 선택된다. 몇몇 실시예들에 있어서, 피크 크기 VD는 방전류가 아킹 임계점의 ±20% 범위 내의 크기를 갖도록 선택된다. 앞서 설명한 바와 같이, 초기 방전 상(910) 도중에 발생한 피크 갭 전류의 약 3분의 1의 피크 크기 및 약 1KHz-100KHz의 진동 구동 포텐셜 주파수를 갖는 갭 교류 Ig (900e)를 물리적으로 일으키는 진동 구동 포텐셜의 피크 크기가 앞서 설명한 혜택들을 제공하기에 적합하다. 앞서 설명한 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 것으로 나타난 연소 유지 상(920) 동안의 갭 교류 Ig (900e)의 피크 크기, 즉 그 진폭은 20mA 내지 100mA 사이이다. 제2 단계 (II)는 방전 갭(816)에서 진동 구동 포텐셜을 중지하기 위한 작동 시퀀스에서 최종 단계가 됨으로써 갭 교류 Ig (900e)의 발생을 중지시킨다.
제어 유닛(809)은 트랜지스터 스위치(807) 작동을 위해 제어선(808) 위로 전송되는 전위 제어 신호로도 불리는 스위치 제어 신호 SC (900a)를 위한 패턴을 발생시킨다. 여기서, 스위치 제어 신호의 주파수와 펄스 너비는 방전 갭(816)에서 인가되는 전위차 Vg (900d)의 주파수와 크기를 조절하는데 사용되는데, 이는 다시 앞서 설명한 원칙에 따라 방전 갭(816)에서 인가되는 갭 교류 Ig (900e)의 주파수와 크기를 조절한다.
전위차 발생 회로(800)의 또 다른 이점은 이중 절연파괴 역량(dual breakdown capability)이다. 하기에 설명되는 바와 같이 초기 방전 상(910) 동안 절연파괴 전압을 초과하는 두 개의 초기 전위 펄스를 제공함으로써 방전 갭(816)에서의 절연파괴를 보장하기 위한 제1 및 초기 제2 및 제3 단계들의 작동 시퀀스가 사용된다. 일반적으로, 상기 제1 전위 펄스가 절연파괴를 일으키는데 성공하지 못한다고 해도 제2 전위 펄스가 인가될 때 절연파괴가 반드시 발생하도록 갭 안에 부분적인 이온화는 발생시킨다.
상기 제1 단계에서, 바람직한 전류의 수준은 점화 코일(805) 안에 저장된 에너지의 양, 또는 인덕터(802) 내에 저장된 에너지를 전달함으로써 제2 단계 끝에 커패시터(804)가 충전되는 전압으로 결정된다. 상기 점화 코일(805) 안에 저장된 에너지는 인덕터(802)에 저장된 에너지와 대략 동일하다. 따라서, 이 에너지는 단기간 안에 방출 갭(816)에 두 번 방출됨으로써 이중 절연파괴 능력을 제공한다.
제2 단계에서, 방전 갭(816)에서의 제1 절연파괴가 아직 발생하지 않은 시점인 경우, 인가된 전위차는 상술한 실시예에 따라 음극성을 띠는 높은 전압을 수단으로 발전 갭(816)에서 매체의 이온화를 생성시킨다.
제3 단계에서, 상기 방전 갭(816)에서의 매체의 이온화는 제2 서브 회로를 통한 커패시터(804)의 에너지 방전과 동시에 제2 절연파괴를 원활히 함으로써, 상기 묘사한 실시예에 따라 양극성을 띠는 제2 피크 크기를 발생시킨다.
진동 구동 포텐셜이 일정한 피크 구동 크기 VD (갭 교류 Ig 900e에 대해 일정한 피크 크기 ID를 발생시키는) 및 일정한 기간 T를 갖는 것으로 도시되었으나, 몇몇 실시예에 따르면, 피크 구동 크기 VD나 기간 T 또는 두 가지 모두 벌크 기체(150)가 연소되고 시간이 지남에 따라 달라질 수 있다. 앞서 설명한 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 갭 교류 Ig를 일으키는 피크 구동 크기 VD 및 기간 T 중 하나 또는 두 가지 모두의 변수들의 함수 형태는 연소실(140)의 특정 크기 및 형태, 온도, 난류를 비롯한 연소실(140) 내 특정 조건, 특정 벌크 기체(150)의 조성, 전극들의 크기, 형태 및 이격 크기, 연소실(140)이 벌크 기체(150)로 채워지고 연소 생성물로 진공되는 비율 및 방식 등을 포함하나 여기에 제한되지 않는 다수의 인자들에 따라 달라진다. 앞서 설명한 혜택들을 제공하기에 특히 적합한 기능들은 어떤 특정 적용 분야에서든 실험을 통해 결정될 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 연소 엔진의 경우를 예로 설명했지만, 본 발명에 따라 갭 교류를 물리적으로 일으키는 전위차에 의한 연소 제어가 연소 과정에 혜택이 되는 것이라면 어떤 임의의 수의 연소 시스템, 방법, 및 회로에도 적용 가능함을 이해해야 할 것이다. 이러한 기타 연소 적용 분야에는 밀폐된 체임버 외부에 위치하는 연소 분야, 및 반복적인 점화가 개입되지 않는 연소 분야, 즉 주기마다 절연파괴를 위해 아크 방전에 의존하지 않는 대신 컴프레션(compression)에 의존해 점화를 일으키는 스파크 지원형 압축식 엔진(spark assisted compression engine) 뿐만 아니라 플레어(flare), 연소기(combustor), 용광로(furnace), 라이터(lighter) 등이 포함된다.
본 명세서에 기재된 특정 실시예들은 절연파괴를 일으키는 전극을 활용하는 적용 분야에 관한 것이기는 하나, 앞서 설명한 혜택들은 전극 간에 교류를 일으키기 위한 진동 구동 포텐셜의 적용으로 인해 발생됨을 이해해야 한다. 절연파괴와 점화를 최초에 일으킨 것이 전극 또는 그외 메커니즘인지와 관계없이, 일부 혜택은 연소 도중 상기 진동 포텐셜을 인가함으로써 제공될 것이다.
본 명세서에 기재된 특정 실시예들에서는 진동 구동 포텐셜 전에 적어도 하나의 전위 펄스가 인가되는 것으로 설명했으나, 일부 실시예에서는, 상기 적어도 하나의 전위 펄스 전에 상기 진동 구동 포텐셜이 인가될 수 있다. 진동 구동 포텐셜이 절연파괴 후 상당 기간 동안 지속되는 한 일부 혜택은 제공 가능한 것으로 이해된다.
앞선 설명에서, 전극들이 한 쌍의 분리된 전극의 구성을 갖는 것으로 설명했으나, 벌크 기체로 채워진 공간에 의해 분리되는 다른 형태 및 구성으로 된 전극 또한 본 발명에 활용될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 전위차 발생기(110) 또는 제어 유닛(809)에 의해 수신된 제어 신호는 일반적인 타이밍 신호, 가령 각 연소 주기가 시작될 시점을 나타내거나 결정하고 표준 스파킹 시스템을 조절하는 표준 ECU 신호만을 포함한다. 이러한 실시예들에 있어서, 초기 전위 펄스 및 진동 구동 신호를 위한 모든 후속 타이밍, 크기 및 함수 형태는 각각 전위차 발생기(110)와 제어 유닛(809)의 자동 기능으로 인한 결과이다. 이는, 표준 ECU와 스파크 플러그(spark plug) 사이에 적합하게 삽입되는 경우 표준 연소 시스템 내에서 본 발명에 따라 모듈의 사용을 가능케 한다.
몇몇 실시예에 있어서, 제어 신호는 전위차 발생기(110) 또는 제어 유닛(809)으로 전송되는 타이밍, 크기 및/또는 그외의 함수 형태 파라미터 신호들 및 상기 타이밍, 크기 및/또는 그외의 함수 형태 파라미터 신호들이 업데이트된 경우를 제외하고는, 앞서 설명한 바와 같이 일반적인 타이밍 신호만으로 이루어진 신호들을 포함한다.
또 다른 몇몇 실시예에 있어서, 제어 신호는 매 연소 주기 마다 전위차 발생기(110)나 제어 유닛(809)으로 전송되며, 그러한 연소 주기에 적용가능한 타이밍, 크기 및/또는 그외 함수 형태 파마리터 신호들뿐만 아니라 일반적인 타이밍 신호들도 포함한다.
앞서 설명한 실시예들이 지속적으로 발생되는 비평형 플라스마를 제공하기 위한 특정 메커니즘, 즉 전극을 사용해 벌크 기체로 전달되는 교류 등을 활용하는 것으로 도시되었으나, 비평형 플라스마를 생성하기 위해 벌크 기체에 물리적 영향을 미치는 그외의 벌크 기체 자극기(stimulator) 또한 활용될 수 있다. 벌크 기체 내의 비평형 플라스마의 발생은 앞서 설명한 혜택들을 가져오며, 이러한 혜택들은 비평형 플라스마가 지속적으로 발생되는 특정한 방식 또는 물리적 과정만을 바탕으로 하지 않는다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 벌크 기체 내에 비평형 플라스마를 지속적으로 생성하기 위해 벌크 기체에 물리적으로 영향을 미치는 다른 수단들도 생각해볼 수 있다. 여기에는 자기 또는 전기 과정, 전자기파, 운동, 열, 또는 화학 과정, 및/또는 비평형 플라스마 생성에 사용할 수 있는 그 외 모든 물리적 과정들이 포함될 수 있다.
또는, 상기 전위 발생 회로는 지속적 플라스마 발생 회로가 아닐 수 있으며 연소 제어를 위한 것일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (98)

  1. 벌크 기체 연소 제어 시스템으로서,
    벌크 기체가 연소 준비 상태에 있을 때, 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 제공하는 적어도 두 개의 전극; 및
    상기 전위차를 발생시키고 상기 전위차를 상기 적어도 두 개의 전극에 인가하는 전위차 발생기;
    를 포함하고, 상기 전위차 발생기는
    극성이 교번되고 교류가 상기 벌크 기체의 일부 내로 흐르도록 하는 진동 구동 포텐셜을 포함하고,
    상기 진동 구동 포텐셜은 상기 진동 구동 포텐셜에 의해 발생된 상기 벌크 기체 내 아킹을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전위차 발생기에 의해 발생된 상기 전위차는 상기 진동 구동 포텐셜 이전에 적용되고 상기 벌크 기체 내에 절연파괴를 일으키기에 충분한 시간 동안 상기 벌크 기체의 상기 일부에 절연파괴 포텐셜을 초과하는 피크 크기를 갖는 적어도 하나의 초기 전위 펄스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 두 개의 전극 간의 벌크 기체의 아킹 임계점의 ±20% 범위 내의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교류의 피크 크기는 상기 아킹 임계점과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 하나의 초기 전위 펄스의 적용 시 상기 벌크 기체의 상기 일부를 통과하여 흐르는 갭 전류의 피크 크기의 약 3분의 1의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 1×10-3 s, - 1×10-4 s 및 1×10-5 중 하나의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 10kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 30kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전위차의 진동 구동 포텐셜은 상기 벌크 기체의 완전한 연소를 위해 주기 전체에 실질적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  10. 제1항, 제2항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜로 인한 교류는 약 20 내지 100mA의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전위차 발생기는 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 포함하는 제어 신호 수신을 위한 입력을 포함하고, 상기 전위차 발생기는 상기 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 사용해 상기 초기 전위 펄스 발생을 시작할 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 신호는 타이밍, 크기, 및 함수 형태 파라미터 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 파라미터 신호를 포함하고, 상기 전위차 발생기는 적어도 하나의 상기 초기 전위 펄스 및 진동 구동 포텐셜의 적어도 하나의 타이밍, 크기 및 함수 형태 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제어 신호는 엔진 제어 유닛으로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전위차 발생기는 시간이 지남에 따라 상기 진동 구동 포텐셜의 피크 진폭 및 상기 진동 구동 포텐셜의 주파수 중 적어도 하나가 달라지는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 시스템.
  15. 벌크 기체 연소 제어 회로로서,
    제어 신호 수신을 위한 입력 단자;
    제어 신호를 사용해 전위 제어 신호 발생시키기 위한 상기 입력 단자에 연결된 제어 유닛;
    전력 신호 제공을 위한 전원;
    상기 전력 신호를 수신하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 전위 제어 신호를 수신하기 위해 상기 제어 유닛에 연결되며, 상기 전력 신호 및 상기 전위 제어 신호를 사용해 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 발생시키는 전위차 발생기; 및
    상기 전위차를 수신하기 위해 상기 전위차 발생기에 연결되고, 상기 전위차를 출력하기 위해 적어도 두 개의 외부 전극에 전기적으로 연결되는 적어도 두 개의 출력 단자;
    를 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 외부 전극은 상기 벌크 기체가 연소 준비 상태에 있을 때 상기 적어도 두 개의 외부 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 상기 전위차를 제공하고,
    상기 두 개의 외부 전극에 의해 제공된 상기 전위차는 극성이 교번되고 교류가 상기 벌크 기체의 일부 내로 흐르도록 하는 진동 구동 포텐셜을 포함하고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 구동 포텐셜에 의해 발생된 상기 벌크 기체 내 아킹을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 외부 전극에 의해 제공된 상기 전위차는 상기 진동 구동 포텐셜 이전에 적용되고 상기 벌크 기체 내에 절연파괴를 일으키기에 충분한 시간 동안 상기 벌크 기체의 상기 일부에 절연파괴 포텐셜을 초과하는 피크 크기를 갖는 적어도 하나의 초기 전위 펄스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 두 개의 전극 간의 벌크 기체의 아킹 임계점의 ±20% 범위 내의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 교류의 피크 크기는 상기 아킹 임계점과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 전위차 발생기는,
    제1 측면 상에서 상기 전원에 연결된 인덕터;
    양극이 상기 인덕터의 제2 측면에 연결된 제1 다이오드;
    제1 측면이 상기 제1 다이오드의 음극에 연결되고, 제2 측면이 공통 접지에 연결된 커패시터;
    주요 와인딩 및 2차 와인딩을 포함하는 점화 코일;
    양극이 상기 점화 코일의 상기 주요 와인딩의 제2 단부에 연결된 제2 다이오드; 및
    트랜지스터 스위치를 포함하고,
    상기 주요 와인딩의 제1 단부는 상기 제1 다이오드의 음극과 상기 커패시터의 제1 측면에 연결되고, 상기 2차 와인딩의 각 단부는 상기 적어도 두 개의 단자의 서로 다른 단자에 연결되고, 상기 트랜지스터 스위치의 소스는 상기 제2 다이오드의 음극에 연결되고, 상기 스위치의 게이트는 상기 전위 제어 신호를 수신하기 위하여 상기 제어 유닛에 연결되고, 상기 트랜지스터 스위치의 드레인은 상기 공통 접지에 연결된 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 전위 제어 신호로 상기 트랜지스터 스위치를 제어함으로써 상기 전위차 발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어 유닛은
    제1 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 폐쇄 회로;
    제2 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 개방 회로; 및
    제3 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 폐쇄 회로;
    를 제공함으로써 상기 전위차 발생기로 하여금 상기 적어도 하나의 초기 전위 펄스를 발생시키도록 하고,
    상기 적어도 하나의 초기 포텐셜은 두 개의 초기 전위 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어 유닛은
    제4 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 개방 회로; 및
    제5 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 폐쇄회로;
    를 반복적으로 제공함으로써, 상기 전위차 발생기로 하여금 상기 진동 구동 포텐셜을 발생시키도록 하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 하나의 초기 전위 펄스의 적용 시 상기 벌크 기체의 상기 일부를 통과하여 흐르는 갭 전류의 피크 크기의 약 3분의 1의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  24. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 1×10-3 s, - 1×10-4 s 및 1×10-5 중 하나의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  25. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 10kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 30kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  27. 제15항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 전위차의 상기 진동 구동 포텐셜이 상기 벌크 기체의 완전한 연소를 위하여 실질적으로 주기 전체에 인가되도록 상기 전위차 발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  28. 제15항, 제16항, 제19항 내지 제22항, 및 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜로 인한 교류는 약 20 내지 100mA의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  29. 제15항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 사용해 상기 전위차 발생기로 하여금 상기 초기 전위 펄스를 발생하도록 제어를 시작할 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  30. 제15항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 타이밍, 크기, 및 함수 형태 파라미터 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 파라미터 신호를 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 파라미터 신호를 사용하여 상기 초기 전위 펄스 및 상기 전위차 발생기에 의해 발생된 상기 진동 구동 포텐셜 중 적어도 하나의 타이밍, 크기, 및 함수 형태 중 적어도 하나를 제어하는 방법을 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  31. 제15항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 엔진 제어 유닛으로부터 상기 입력 단자로 전송되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  32. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 시간이 지남에 따라 상기 진동 구동 포텐셜의 피크 진폭 및 상기 진동 구동 포텐셜의 주파수 중 적어도 하나가 달라지도록 상기 전위차 발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 회로.
  33. 벌크 기체 연소 제어 방법으로서,
    연소 준비 상태의 벌크 기체를 제공하는 단계; 및
    시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 전위차를 제공하는 단계는 극성이 교번되고 교류가 벌크 기체의 상기 일부 내에 흐르도록 하는 상기 전위차의 진동 구동 포텐셜을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 구동 포텐셜로 인한 상기 벌크 기체 내의 아킹을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 전위차를 제공하는 단계는 상기 전위차의 적어도 하나의 초기 전위 펄스를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전위 펄스는 상기 진동 구동 포텐셜 이전에 제공되고 상기 벌크 기체 내에 상기 일부 내에서 절연파괴를 일으키기에 충분한 시간 동안 상기 벌크 기체의 상기 일부에 절연 파괴 포텐셜을 초과하는 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 두 개의 전극 간의 벌크 기체의 아킹 임계점의 ±20% 범위 내의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 교류의 피크 크기는 상기 아킹 임계점과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 하나의 초기 전위 펄스의 적용 시 상기 벌크 기체의 상기 일부를 통과하여 흐르는 갭 전류의 피크 크기의 약 3분의 1의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  38. 제33항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 1×10-3 s, - 1×10-4 s 및 1×10-5 중 하나의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  39. 제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 10kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 30kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  41. 제33항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    진동 구동 포텐셜은 상기 벌크 기체의 완전한 연소를 위하여 실질적으로 주기 전체에 인가되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  42. 제33항 내지 제34항 및 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜로 인한 교류는 약 20 내지 100mA의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  43. 제33항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    시간이 지남에 따라 달라지는 상기 전위차를 제공하는 단계는 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 포함하는 제어 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 사용해 상기 초기 전위 펄스 발생을 시작할 시간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 제어 신호는 타이밍, 크기, 및 함수 형태 파라미터 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 파라미터 신호를 포함하고,
    상기 시간이 지남에 따라 달라지는 상기 전위차를 제공하는 단계는 상기 초기 전위 펄스 및 진동 구동 포텐셜의 타이밍, 크기 및 함수 형태 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  45. 제43항 또는 제44항에 있어서,
    상기 제어 신호는 엔진 제어 유닛으로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  46. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 시간이 지남에 따라 달라지는 상기 전위차를 제공하는 단계는 상기 진동 구동 포텐셜의 피크 진폭 및 상기 진동 구동 포텐셜의 주파수 중 적어도 하나가 달라지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  47. 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템으로서,
    상기 벌크 기체가 연소 준비 상태일 때 상기 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 제공하기 위한 적어도 두 개의 전극; 및
    상기 전위차를 발생시키고 상기 전위차를 상기 적어도 두 개의 전극에 인가함으로써 상기 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 지속적 플라스마 발생기를 포함하고,
    상기 전위차는 상기 벌크 기체 내 아킹을 실질적으로 방지하기 위한 것임을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마 발생기에 의해 발생된 상기 전위차는
    극성이 교번되고 교류가 상기 벌크 기체의 일부 내로 흐르도록 하는 진동 구동 포텐셜을 포함하고,
    상기 교류는 상기 지속적 플라스마를 발생시키고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 구동 포텐셜에 의해 발생된 상기 벌크 기체 내 아킹을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  49. 제47항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 두 개의 전극 간의 벌크 기체의 아킹 임계점의 ±20% 범위 내의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 교류의 피크 크기는 상기 아킹 임계점과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  51. 제47항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마는 상기 지속적 플라스마로 인한 이온화 방사능, 상기 연소 반응물질들의 처리, 및 상기 연소 생성물의 처리 중 적어도 하나에 의한 상기 벌크 기체의 연소에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  52. 제47항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 1×10-3 s, - 1×10-4 s 및 1×10-5 중 하나의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  53. 제47항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 10kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 30kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  55. 제47항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전위차의 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 벌크 기체의 완전한 연소를 위하여 실질적으로 주기 전체에 인가되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  56. 제47항 내지 제48항 및 제51항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜로 인한 교류는 약 20 내지 100mA의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  57. 제47항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마 발생기는 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 포함하는 제어 신호를 수신하기 위한 입력을 포함하고, 상기 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 사용해 상기 진동 구동 포텐셜 발생을 시작할 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 제어 신호는 타이밍, 크기, 및 함수 형태 파라미터 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 파라미터 신호를 포함하고, 상기 지속적 플라스마 발생기는 상기 적어도 하나의 파라미터 신호를 사용해 상기 진동 구동 포텐셜의 타이밍, 크기, 및 함수 형태 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  59. 제57항 또는 제58항에 있어서,
    상기 제어 신호는 엔진 제어 유닛으로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  60. 제47항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마 발생기는 시간이 지남에 따라 상기 진동 구동 포텐셜의 피크 진폭 및 상기 진동 구동 포텐셜의 주파수 중 적어도 하나가 달라지는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 시스템.
  61. 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로로서,
    제어 신호를 수신하기 위한 입력 단자;
    상기 입력 단자에 연결되어 상기 제어 신호를 사용해 전위차 제어 신호를 발생시키기 위한 제어 유닛;
    전력 신호를 제공하기 위한 전원;
    적어도 두 개의 출력 단자; 및
    전원에 연결되어 전력 신호를 수신하고, 상기 제어 유닛에 연결되어 상기 전위 제어 신호를 수신하고, 상기 적어도 두 개의 출력 단자에 연결되어 상기 전위차를 상기 적어도 두 개의 출력 단자에 제공하는 지속적 플라스마 발생기를 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 출력 단자는 적어도 두 개의 외부 전극으로의 전기적 연결 및 상기 적어도 두 개의 외부 전극으로 상기 전위차를 출력하기 위한 것이고, 상기 적어도 두 개의 외부 전극은 상기 벌크 기체가 연소 준비 상태일 때 상기 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 상기 벌크 기체의 일부에 상기 전위차를 제공하기 위한 것이고,
    상기 지속적 플라스마 발생기는 상기 전기 전력 신호 및 상기 전위 제어 신호를 사용해 시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 발생시킴으로써 상기 적어도 두 개의 외부 전극에 의해 이격된 공간에서 지속적 플라스마를 발생시키는 것이고, 상기 전위차는 상기 벌크 기체 내 아킹이 실질적으로 방지하기 위한 것임을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 외부 전극에 의해 제공된 상기 전위차는
    극성이 교번되고 교류가 벌크 기체의 상기 일부 내에 흐르도록 하는 진동 구동 포텐셜을 포함하고,
    상기 교류는 상기 지속적인 플라스마를 발생시키고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 구동 포텐셜로 인한 상기 벌크 기체 내의 아킹을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  63. 제61항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 두 개의 전극 간의 벌크 기체의 아킹 임계점의 ±20% 범위 내의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 교류의 피크 크기는 상기 아킹 임계점과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  65. 제62항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마 발생기는
    제1 측면 상에서 상기 전원에 연결된 인덕터;
    양극이 상기 인덕터의 제2 측면에 연결된 제1 다이오드;
    제1 측면이 상기 제1 다이오드의 음극에 연결되고, 제2 측면이 공통 접지에 연결된 커패시터;
    주요 와인딩 및 2차 와인딩을 포함하는 점화 코일;
    양극이 상기 점화 코일의 상기 주요 와인딩의 제2 단부에 연결된 제2 다이오드; 및
    트랜지스터 스위치를 포함하고,
    상기 주요 와인딩의 제1 단부는 상기 제1 다이오드의 음극과 상기 커패시터의 제1 측면에 연결되고,
    상기 2차 와인딩의 각 단부는 상기 적어도 두 개의 단자의 서로 다른 단자에 연결되고, 상기 트랜지스터 스위치의 소스는 상기 제2 다이오드의 음극에 연결되고, 상기 스위치의 게이트는 상기 전위 제어 신호를 수신하기 위한 제어 유닛에 연결되고, 상기 트랜지스터 스위치의 드레인은 상기 공통 접지에 연결된 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 전위 제어 신호로 상기 트랜지스터 스위치를 제어함으로써 상기 지속적 플라스마 발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  67. 제66항에 있어서,
    상기 제어 유닛은
    제1 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 폐쇄 회로;
    제2 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 개방 회로; 및
    제3 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 폐쇄 회로를 제공함으로써 상기 지속적 플라스마 발생기로 하여금 상기 적어도 하나의 초기 전위 펄스를 발생시키도록 하고,
    상기 적어도 하나의 초기 포텐셜은 두 개의 초기 전위 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  68. 제67항에 있어서,
    상기 제어 유닛은
    제4 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 개방 회로; 및
    제5 지속 기간 동안 상기 제2 다이오드의 음극과 상기 공통 접지 간에 폐쇄회로를 반복적으로 제공함으로써 상기 지속적 플라스마 발생기로 하여금 상기 진동 구동 포텐셜을 발생시키도록 하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  69. 제68항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 하나의 초기 전위 펄스의 적용 시 상기 벌크 기체의 상기 일부를 통과하여 흐르는 갭 전류의 피크 크기의 약 3분의 1의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  70. 제61항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 1×10-3 s, - 1×10-4 s 및 1×10-5 중 하나의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  71. 제61항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 10kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 30kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  73. 제61항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 전위차의 상기 진동 구동 포텐셜이 상기 벌크 기체의 완전한 연소를 위하여 실질적으로 주기 전체에 인가되도록 상기 지속적 플라스마 발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  74. 제61항, 제62항, 제65항 내지 제68항, 및 제70항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜로 인한 교류는 약 20 내지 100mA의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  75. 제61항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 사용해 상기 진동 구동 포텐셜 발생을 위한 지속적 플라스마 발생기 제어를 시작할 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  76. 제61항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 타이밍, 크기 및 함수 형태 파라미터 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 파라미터 신호를 포함하고, 상기 제어 유닛은 적어도 하나의 파라미터 신호를 사용하여 상기 지속적 플라스마 발생기에 의해 발생된 진동 구동 포텐셜의 타이밍, 크기, 및 함수 형태 중 적어도 하나를 제어하는 방법을 결정하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  77. 제61항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 엔진 제어 유닛으로부터 상기 입력 단자로 전송되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  78. 제61항 또는 제62항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 시간이 지남에 따라 상기 진동 구동 포텐셜의 피크 진폭 및 상기 진동 구동 포텐셜의 주파수 중 적어도 하나가 달라지도록 상기 지속적 플라스마 발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 지속적인 플라스마를 발생시키기 위한 회로.
  79. 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법으로서,
    연소 준비 상태의 벌크 기체를 제공하는 단계; 및
    시간이 지남에 따라 달라지는 전위차를 공간 내 벌크 기체의 일부에 제공함으로써 적어도 두 개의 전극에 의해 이격된 공간에서 지속적인 플라스마를 발생시키는 단계를 포함하고,
    상기 전위차는 상기 벌크 기체 내의 아킹을 실질적으로 방지하기 위한 것임을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  80. 제79항에 있어서,
    상기 전위차를 제공하는 단계는 극성이 교번되고 교류가 벌크 기체의 상기 일부 내에 흐르도록 하는 상기 전위차의 진동 구동 포텐셜을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 진동 구동 포텐셜은 상기 구동 포텐셜로 인한 상기 벌크 기체 내의 아킹을 실질적으로 방지하는 함수 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  81. 제79항 또는 제80항에 있어서,
    상기 교류는 상기 적어도 두 개의 전극 간의 벌크 기체의 아킹 임계점의 ±20% 범위 내의 피크 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  82. 제81항에 있어서,
    상기 교류의 피크 크기는 상기 아킹 임계점과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  83. 제79항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마는 상기 지속적 플라스마로 인한 이온화 방사능, 상기 연소 반응물질들의 처리, 및 상기 연소 생성물의 처리 중 적어도 하나에 의한 상기 벌크 기체의 연소에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  84. 제79항 내지 제83항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 1×10-3 s, - 1×10-4 s 및 1×10-5 중 하나의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  85. 제79항 내지 제83항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 10kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  86. 제85항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜의 함수 형태는 약 30kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  87. 제79항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜은 상기 벌크 기체의 완전한 연소를 위하여 실질적으로 주기 전체에 인가되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  88. 제79항, 제80항 및 제84항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 구동 포텐셜로 인한 교류는 약 20 내지 100mA의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  89. 제79항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서,
    시간이 지남에 따라 달라지는 상기 전위차를 제공하는 단계는 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 포함하는 제어 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 일반 타이밍 신호를 사용해 상기 진동 구동 포텐셜 발생을 시작할 시간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  90. 제89항에 있어서,
    상기 제어 신호는 타이밍, 크기, 및 함수 형태 파라미터 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 파라미터 신호를 포함하고, 상기 시간이 지남에 따라 달라지는 상기 전위차를 제공하는 단계는 상기 적어도 하나의 파라미터 신호를 사용해 상기 진동 구동 포텐셜의 적어도 하나의 타이밍, 크기 및 함수 형태를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  91. 제89항 또는 제90항에 있어서,
    상기 제어 신호는 엔진 제어 유닛으로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  92. 제79항 또는 제80항에 있어서,
    상기 시간이 지남에 따라 달라지는 상기 전위차를 제공하는 단계는 상기 진동 구동 포텐셜의 피크 진폭 및 상기 진동 구동 포텐셜의 주파수 중 적어도 하나가 달라지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 방법.
  93. 벌크 기체 연소 제어를 위한 시스템으로,
    상기 벌크 기체가 연소 준비 상태일 때 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 상기 벌크의 일부에 제공하기 위한 적어도 하나의 벌크 기체 자극 요소; 및
    상기 벌크 기체의 일부 내에 지속적인 플라스마가 발생하도록 상기 적어도 하나의 벌크 기체 자극 요소에 의해 제공되는 상기 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 제어하기 위한 지속적 플라스마 발생기를 포함하고,
    상기 지속적 플라스마는 지속적으로 발생되는 비평형 플라스마를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 시스템.
  94. 제93항에 있어서,
    상기 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향은 상기 지속적 플라스마가 가변 전력 프로필을 보이도록 하는 것임을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 시스템.
  95. 제94항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마는 상기 지속적 플라스마로 인한 이온화 방사능, 상기 연소 반응물질들의 처리, 및 상기 연소 생성물의 처리 중 적어도 하나에 의한 상기 벌크 기체의 연소에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어를 위한 시스템.
  96. 벌크 기체 연소 제어 방법으로서,
    연소 준비 상태의 벌크 기체를 제공하는 단계;
    상기 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 제공함으로써 상기 벌크 기체의 일부를 자극하는 단계; 및
    상기 벌크 기체의 일부 내에 지속적 플라스마가 발생되도록 상기 벌크 기체의 일부에 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향을 제어하는 단계를 포함하고,상기 지속적 플라스마는 지속적으로 발생되는 비평형 플라스마를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  97. 제96항에 있어서,
    상기 시간이 지남에 따라 달라지는 물리적 영향은 상기 지속적 플라스마가 가변 전력 프로필을 보이도록 하는 것임을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.
  98. 제97항에 있어서,
    상기 지속적 플라스마는 상기 지속적 플라스마로 인한 이온화 방사능, 상기 연소 반응물질들의 처리, 및 상기 연소 생성물의 처리 중 적어도 하나에 의한 상기 벌크 기체의 연소에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 벌크 기체 연소 제어 방법.

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