KR20180122667A - 점화실 내의 공기/연료 혼합물을 점화시키는 점화 장치 - Google Patents

점화실 내의 공기/연료 혼합물을 점화시키는 점화 장치 Download PDF

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마르셀 반 델든
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로젠버거 호흐프리쿠벤츠테흐닉 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 특히 내연기관의 연소실 내의 공기/연료 혼합물을 점화시키는 점화 장치(10)에 관한 것으로, 제1 전극(18)과 제2 전극(19)을 가지는 스파크 플러그(12)와, 고전압 전원(14)의 출력단(22)에 고전압 펄스를 생성하는 고전압 전원(14)과, 고주파 전원(16)의 출력단(26)에 고주파 교류 전압을 생성하는 고주파 전원(16)을 구비하며, 제1 전극(18)에 고전압 펄스가 인가되도록 고전압 전원(14)의 출력(22)이 제1 도체 경로(24)를 통해 스파크 플러그(12)의 제1 전극(18)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(19)이 접지 전위에 전기적 연결되며, 제3 전극(20)에 고주파 교류 전압이 인가되도록 고주파 전원(16)의 출력(26)이 제2 도체 경로(28)를 통해 제3 전극(20)에 전기적으로 연결되는 점화 장치에 관한 것이다.

Description

점화실 내의 공기/연료 혼합물을 점화시키는 점화 장치
본 발명은 특히 내연기관의 연소실 내의 공기/연료 혼합물을 점화시키는 점화 장치에 관한 것으로, 청구항 1의 전제부에 따라 제1 전극과 제2 전극을 가지는 스파크 플러그와, 고전압 전원의 출력단에 고전압 펄스 또는 고전압 DC 펄스를 생성하는 고전압 전원 또는 고전압 DC 전원과, 고주파 전원의 출력단에 고주파 교류 전압을 생성하는 고주파 전원 또는 고주파 교류 전원을 구비하며, 제1 전극에 고전압 펄스가 공급되도록 고전압 전원의 출력이 제1 도체 경로를 통해 스파크 플러그의 제1 전극에 전기적으로 연결되고, 제2 전극이 접지 전위에 전기적 연결되는 점화 장치에 관한 것이다.
직접 연료 분사를 수반하는 소위 오토(Otto) 연소 과정은 연소실(combustion chamber) 내에 성층 충전(stratified charging)을 구현할 가능성 때문에 연료소비를 절감할 상당한 잠재성을 제공한다. 그러나 연소실 내의 불균일한 혼합물은 적시에 신뢰성 높은 점화를 달성하는 데 사용되는 점화 방법에 부과되는 요건들을 증가시킨다. 예를 들어, 어떤 종류의 요동(fluctuation)들이 점화의 품질을 저하시켜 엔진의 전체적 효율을 저하시킨다. 점화 가능한 혼합물의 위치가 약간 변화될 수 있는 한편, 스파크 플러그의 접지 전극의 훅(hook)이 혼합물의 형성을 방해할 수 있다. 직접 분사 연소 과정에는 연소실로의 공간적 연장이 긴 점화 시스템이 유용하다. 이를 위해, DE 10 2004 058 925 A1은 내연기관의 연소실 내의 연료-공기 혼합물을 플라즈마(plasma)에 의해 점화시킬 것을 제안한다. 해당 고주파 플라즈마 점화 장치는 인덕턴스(inductance) 및 캐패시턴스(capacitance)를 가지는 직렬 공진회로(resonant circuit)와 이 직렬 공진회로를 공진 여기(resonant excitation)시키는 고주파 전원을 구비한다. 캐패시턴스는 삽입된 유전체를 가지는 내부 및 외부 도전 전극들에 의해 구현된다. 이 전극들의 최외단들은 연소실 내로 연장되어 소정 거리만큼 이격된다.
DE 10 2008 051 185 A1로 공지된 점화 방법에서는 방전 플라즈마(discharge plasma)가 고전압 펄스에 의해 생성되어 HF 전계(field)에 의해 더 가열됨으로써 코로나 방전(corona discharge)으로 변환된다. 이에 따라 고전압 펄스와 HF 생성기의 출력 신호는 스파크 플러그의 스파크 전극에 함께 공급된다. 스파크 플러그의 리턴 전극(return electrode)은 접지된다(earthed).
현재, 가솔린 엔진(petrol engine)을 위한 현대적 점화 시스템들은 스파크 플러그와 전자 제어 유닛을 가진 단일한 점화 코일을 구비한다. 스파크 플러그는 동축(coaxial) 구조를 가지며 대략 절연체로 둘러싸인 중심 전극과 스파크 플러그 하우징에 연결된 외부 전극으로 구성된다. 점화 코일은 스파크 플러그에 고전압 펄스 또는 고전압 DC 펄스를 공급한다. 전극들 사이에 연소를 개시시키는 스파크가 생성된다. 점화 코일로부터 인가된 고전압에 추가하여 스파크 플러그에 고주파 전압을 인가하는 대체적인 방법이 DE 10 2013 215 663 A1에 기재되어 있다. 이에 따라 방전 플라즈마가 HF 플라즈마로 변환된다.
전술한 전통적 점화 개념들에서, 방전 플라즈마는 능동적 "구동(drive)" 전극(고전압 전극으로도 지칭됨)과, 그 전위(potential)가 엔진 블록의 접지(0 V)와 함께 차량의 전체 차체(bodywork)에 연결된 수동적 전극(접지 전극으로도 지칭됨)의 두 전극들 사이에서 연소된다. 접지 전극은 복수의 전극으로 설계될 수도 있다. 이 점화 시스템은 플라즈마의 점화에 이어 점화 코일에 저장된 에너지가 플라즈마에 수십 나노초의 기간(time scale) 동안 접속되므로, 기저의 원리에서 야기되는 제어 가능성(controllability)이 부족하다는 단점을 가진다. 급격하게 증가되는 전류는 신속하게 증가하는 전자 밀도와 이에 연계된 플라즈마의 도전성(conductivity)의 증가의 결과이다. 플라즈마 내의 모든 후속 과정은 단순히 이 에너지의 입력의 결과이므로 더 이상 외부적으로 영향을 받을 수 없다. 특히 플라즈마의 추가적 가열이 이뤄지지 않는다. 그 결과는 자유 전자(free electron)들의 생성과 이에 따른 연소를 촉진하는, 예를 들어 원자 산소 등의 활성 종(reactive species)들의 현저한 생성이 일어나지 않는다. 반면, 연소는 상당히 더 긴 기간 동안 이뤄지지만, 이는 이전에 생성된 원자 산소의 농도에 좌우된다.
본 발명은 전술한 방식의 점화 장치를 스파크 플러그의 전극들 간의 플라즈마의 매개변수들에 영향을 미칠 가능성의 관점에서 개선하는 문제에 기반한다.
본 발명에 따르면 이 문제는 청구항 1의 특징들로 특징지어지는 전술한 방식의 점화 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 유용한 변형예들은 추가적인 청구항들에 기재되어 있다.
이 목적을 위해 전술한 방식의 점화 장치에 있어서, 본 발명에 따라 스파크 플러그가 제3 전극을 가지는데, 고주파 교류 전압이 제3 전극에 공급되도록 고주파 전원(high frequency voltage source)의 출력이 제2 도체 경로(conductor path)를 통해 제3 전극에 전기적으로 연결된다.
이는 두 능동(active) 전극들이 제공될 수 있어, 고전압 펄스에 의한 스파크 플러그의 두 전극들 간의 플라즈마의 점화에 이어 즉시, 고주파 교류 전압이 상당히 더 낮은 전압의 전위로 플라즈마에 에너지를 접속을 지속할 수 있는 이점을 가진다.
고전압 전원이 점화 코일(ignition coil)의 형태로 설계되어 특히 간단하고 기능적으로 신뢰성 높은 점화 장치가 이뤄진다.
고전압 전원으로부터 고주파 전원의 출력단으로의 역류(sparkover)를 차단하는 보호회로가 스파크 플러그의 제3 전극과 고주파 전원의 출력단 간의 제2 도체 경로에 전기적으로 루프 접속(loop)되어 고전압 펄스의 과전압(overvoltage)에 대한 고주파 전원의 보호가 이뤄진다.
특히 대역 필터(band pass filter) 형태의, 주파수 선택 필터(frequency-selective filter) 형태의 분리 소자(isolating element)가 스파크 플러그의 제3 전극과 고주파 전원의 출력단 간의 제2 도체 경로에 전기적으로 루프 접속되어 고주파 전원으로부터 스파크 플러그의 제2 전극으로의 예를 들어 원하는 주파수 대역만의 주파수-선택적인 전송이 이뤄진다.
분리 소자가 보호회로와 고주파 전원의 출력단 사이의 제2 도체 경로에 루프 접속되어 분리 소자의 과전압에 대한 보호 역시 이뤄진다.
본 발명의 바람직한 추가적 개발 예에서는, 분리 소자가 보호회로와 제3 전극 사이의 제2 도체 경로에 루프 접속된다. 그러면 분리 소자의 통과 대역(band pass)이 통과 대역 범위 밖의 에너지를 감쇠시키는데, 이는 보호회로의 구현을 간단하게 하는 이점을 가진다.
보호회로가 HF에 대한 접지 기준(ground reference)(전위)을 형성하는 고전압 전원의 출력단과 스파크 플러그의 제1 전극 사이의 제1 도체 경로에 루프 접속되어 고주파 전원으로부터 스파크 플러그로의 고전압의 전송이 향상된다.
제1 실시예(alternative)에서는. 제1 전극에 고전압 펄스를 인가하면 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 도전성 플라즈마 채널(conductive plasma channel)이 형성되고, 제3 전극에 고주파 교류 전압이 인가되면 제3 전극과 제2 전극 사이에 제3 도전성 플라즈마 채널이 형성된다. 이와 같이, 고주파 전원으로부터 고주파 전극으로의 고주파 전압의 추가적 인가를 통해, 더 기간 동안 더 많은 전력이 플라즈마에 도입될 수 있다. 결과적으로, 전자들이 지속적으로 생성되어 플라즈마 내의 자유 전자 밀도가 더 길게 유지되는데, 이는 (특히 원자 산소 등의) 활성 종들(reactive species)의 영구적 생성에 연계된다.
제2 실시예에서는, 제1 전극에 고전압 펄스가 인가되면 제1 전극과 제3 전극 사이에 제2 도전성 플라즈마 채널이 형성되고 제3 전극과 제2 전극 사이에 제3 도전성 플라즈마 채널이 형성된다. 고주파 전압이 제3 전극에 인가되면 제3 전극과 제2 전극 사이에 제3 플라즈마 채널이 유지되고, 더 긴 기간 동안 더 큰 공간에 걸쳐 전파된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 더 상세히 설명되는 바, 도면에서
도 1은 본 발명에 따른 점화 장치의 한 바람직한 실시예의 개략도, 그리고
도 2는 본 발명에 따른 점화 장치의 다른 바람직한 실시예의 개략도이다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 점화 장치(10)는 스파크 플러그(spark plug; 12)와, 고전압 전원 또는 고전압 DC 전원(high voltage source or high DC voltage source; 14)과 그리고 고주파 전원(high frequency voltage source; 16)을 구비한다. 스파크 플러그(12)는 제1 전극(18)(고전압 전극)과, 제2 전극(19)(접지 전극)과, 그리고 제3 전극(20)(고주파 전극)을 가진다. 제2 전극(19)은 접지 전위(electrical ground potential; 40)에 전기적으로 연결된다. 전극(18, 19, 20)들은 예를 들어 그 내부에서 연료-공기 혼합물이 점화되는 내연기관의 작동 실린더(working cylinder) 등의 연소실(combustion chamber)(도시 안 됨) 내로 돌출된다. 고전압 전원(14)은 점화 코일 형태로 설계되어 고전압 전원(14)의 출력단(22)에 존재하는 고전압 펄스 또는 고전압 DC 펄스(DC)를 생성한다. 이 경우 "고전압 DC 펄스(electrical high DC voltage pulse)"라는 표현은 예를 들어 3 kV 내지 30 kV 또는 8 kV 내지 12 kV 등 수 kV의 고전압을 가지는 DC 전압 펄스를 지칭한다. 고전압 전원(14)의 출력단(22)은 고전압 전원(14)으로부터의 고전압 펄스가 스파크 플러그(12)의 제1 전극(18)에 공급되도록 제1 도체 경로(electrical conduction path)(24)를 통해 제1 전극(18)에 전기적으로 연결된다.
고주파 전원(16)은 고주파 전원(16)의 출력단(26)에 존재하는 고주파 교류 전압(high frequency alternating voltage)을 생성한다. 고주파 전원(16)의 출력단은 고주파 전원(16)으로부터 공급된 고주파 교류 전압이 스파크 플러그(12)의 제3 전극(20)에 공급되도록 제2 도체 경로(28)를 통해 스파크 플러그(12)의 제3 전극(20)에 전기적 연결된다. 고주파 전원(16)은 또한 접지 전위(40)에도 전기적 연결된다.
보호회로(protective circuit: 30)가 제2 도체 경로(28)에 전기적으로 루프 접속(loop)된다. 보호회로(30)는 고전압 전원(14)로부터의 고전압 펄스가 제2 도체 경로를 통해 고주파 전원(16)의 출력단(26)으로 역류(spark over)하는 것을 방지하는 한편, 고주파 전원(16)으로부터의 고주파 교류 전압을 스파크 플러그(12)의 제3 전극(20)의 방향으로 통과시키도록 구성된다. 이러한 방법으로 고주파 전원(16)이 과전압(overvoltage)에 대해 보호된다.
분리 부재(isolating element: 32) 역시 보호회로(30)와 고주파 전원(16)의 출력단(26) 사이의 제2 도체 경로(28)에 전기적으로 루프 접속된다. 분리 부재(32)는 예를 들어 고정 또는 가변 캐패시턴스(capacitance; 34)와 고정 또는 가변 인덕턴스(inductance; 36)를 가지는 대역 필터(band pass filter) 등의 주파수 선택 필터(frequency-selective filter)의 형태로 설계된다. 이 대역 필터는 소정의 주파수 대역만이 고주파 전원(16)으로부터 제2 도체 경로(28)를 통해 제3 전극(20)의 방향으로 통과할 수 있게 한다. 고주파 교류 전압의 접속 주파수(coupled-in frequency)가 분리 부재(32)에 의해 지속적으로 조정되어 점화된 플라즈마로의 에너지의 최적 입력이 이뤄진다.
본 발명에 따른 점화 장치는 고주파 플라즈마 점화 시스템의 형태로 설계되어, 스파크 플러그(12) 내에 두 능동 전극들, 즉 고전압 전극으로서의 제1 전극(18)과 고주파 전극으로서의 제3 전극(20)과, 그리고 접지 전극(19)을 포함한다. 제1 실시예(alternative)에 있어서 점화 코일(14)은 스파크 플러그(12)의 고압 전극(18)과 접지 전극(19) 간의 항복 전압(breakdown voltage)에 도달하면 두 전극(18, 19)들 둘레의 공간에 초기 플라즈마(제1 플라즈마 채널; 42)를 생성하는 고전압 펄스 또는 고전압 DC 펄스(DC)를 생성한다.
플라즈마는 전자, 이온, 여기 입자(excited particle), 중성 입자(neutral particle)들을 포함한다. 자유 전하 캐리어(free charge carrier)(전자 및 이온들)들은 초기에 스파크 플러그(12)의 고전압 전극(18)과 접지 전극(19) 사이에 도전성 제1 플라즈마 채널을 형성한다. 고주파 전원(16)으로부터 초기 플라즈마의 공간 내에 위치한 제3 전극(20)으로의 고주파 교류 전압의 후속적인 공급을 통해, 초기 플라즈마가 고주파 전극(20)과 접지 전극(19) 사이의 공간에 유지된다(제3 플라즈마; 44). 고주파 에너지의 도입(input)을 통해 고전압 전원(14)로부터의 고전압 펄스만을 통한 경우보다 플라즈마가 더 길게 유지된다. 특히 제3 플라즈마 채널(44)의 중심으로부터 플라즈마가 공간적으로 확장된다. 플라즈마를 통해 생성된 자유 전하 캐리어들은 고주파 전극(20)과 접지 전극(19) 사이의 고주파 플라즈마의 전류 이송에 사용된다. 이에 따라 고주파 전원(16)으로부터 제2 전극(20)으로의 고주파 전압의 추가적 인가를 통해 더 긴 기간에 걸쳐 플라즈마에 더 많은 전력이 도입될 수 있다. 이는 전자들이 지속적으로 생성되어 플라즈마 내의 자유 전자 밀도가 더 오래 유지됨을 의미하는데, 이는 (특히 원자 산소 등의) 활성 종(reactive species)들의 영구적 생성에 연계된다. 현저히 증가된 원자 산소의 양은 더 효율적인 연소를 보장하고, 특히 연소실 내의 희박(lean) 연료-공기 혼합물의 신뢰성 높은 점화 또는 일정한 연료 소비율로 향상된 엔진 출력을 가능하게 한다.
제2 실시예에서는, 초기 플라즈마가 제1 전극(18)과 제3 전극(20) 사이의 제2 플라즈마 채널(43)과 제3 전극(20)과 접지 전극(19) 사이의 제3 플라즈마 채널(44)에 형성된다. 고주파 전원(16)으로부터 고주파 교류 전압이 제3 전극(20)에 공급되면, 플라즈마가 오래 유지되고 제3 플라즈마 채널(44)의 중심으로부터 공간적으로 확장된다.
고전압 전원(14)로부터의 고전압 펄스에 대해 고주파 전원(16)을 보호하기 위해, 고주파 전극(20)과 고주파 전원(16) 사이에 보호회로(30)가 구비된다. 모든 경우에 초기 스파크 형성(sparking)이 전극들 간의 자유 전하 캐리어들을 생성하므로 고전압 전원(14)로부터의 고전압 펄스를 통한 초기 스파크 형성에 이어 플라즈마에 에너지의 능동적 접속을 지속하기 위한 고주파 전원의 신뢰성 높은 인계(takeover)가 보장된다.
보호회로(30)는 예를 들어, 전압이 예를 들어 약 450 V의 소정 값 미만인 한 분리 효과(isolating effect)를 가지는 가스 충전(gas-filled) 서지 어레스터(surge arrester)를 포함한다. 약 2 pF 뿐인 낮은 캐패시턴스 덕분에 가스 충전 서지 어레스터는 간섭을 야기하지 않는다. 가스 충전 서지 어레스터의 점화 전압(ignition voltage)이 초과되면 수 마이크로초 내에 저항이 매우 낮은 값으로 강하되어 예를 들어 100 kA의 피크 전압(current peak)이 소산될 수 있다.
공통의 접지 전극(19)은 고주파 전극(20)과 고전압 전극(18)에 대한 기준 전위이다. 분리 부재(32)의 유전 강도(dielectric strength)의 관점에서의 요건들은 고전압과 고주파 전위의 분리를 통해 극적으로 저감된다. 이와 동시에, 점화 코일 형태의 고전압 전원(14) 상의 부하가 이 단계를 통해 현저히 감소되어 고전압의 생성이 크게 간단해진다. 점차 압축비가 높아지며(increasingly highly charged) 배기량이 작아지는(small-volume) 가솔린 엔진의 배경에 대해, 신뢰성 높은 점화를 보장하는 충분히 높은 고전압 펄스의 생성은 점차 과제를 증가시키고 있다(increasingly growing challenge). 뿐만 아니라, 더 이상 점화 코일 상의 가능한 최저의 용량성 부하를 요구하지 않으므로 분리 부재의 활성(reactive) 구성 소자의 선택의 자유도가 커지도록 한다. 종래의 스위칭 개념과 비해 분리 부재의 캐패시턴스는 높이고 인덕턴스는 낮출 수 있는데, 이는 분리 부재의 구현을 단순화한다.
도 2에서, 동일한 기능을 가지는 부재들은 도 1과 동일한 참조부호로 식별되었으므로 그 설명에 대해서는 도 1의 전술한 설명을 참조하기 바란다. 도 2에 따른 제2 실시예에서는 도 1에 따른 제1 실시예와 달리 보호회로(30)가 분리 부재(32)와 고주파 전원(16)의 출력단(26) 사이의 제2 도체 경로(28)에 루프 접속된다.
선택적으로, 보호회로(30) 및/또는 분리 부재(32)는 도 1 및 도 2에 점선으로 표시된 바와 같이 추가적으로 접지 전위(40)에 전기적 연결된다.
선택적으로, 접지 전위(40)에 전기적 연결된 보호회로(31)가 고전압 전원(14)의 출력단(22)과 제1 전극(18) 사이의 제1 도체 경로(24)에 전기적으로 루프 접속된다. 이에 따른 보호회로(31)가 도 1 및 2에 점선으로 표시된다. 보호회로는 HF에 대한 접지 기준(전위)이 되고 고전압을 차단하지 않도록 설계된 것이다.

Claims (9)

  1. 특히 내연기관의 연소실 내에서 공기/연료 혼합물을 점화시키는 점화 장치(10)로, 제1 전극(18)과 제2 전극(19)을 가지는 스파크 플러그(12)와, 고전압 전원의 출력단(22)에 고전압 펄스를 생성하는 고전압 전원(14)과, 그리고 고주파 전원(16)의 출력단(26)에 고주파 교류 전압을 생성하는 고주파 전원(16)을 구비하며, 제1 전극(18)에 고전압 펄스가 인가되도록 고전압 전원(14)의 출력(22)이 제1 도체 경로(24)를 통해 스파크 플러그(12)의 제1 전극(18)에 연결되고, 제2 전극(19)이 접지 전위에 전기적 연결되는 점화 장치에서,
    스파크 플러그(12)가 제3 전극(20)을 가지며, 고주파 교류 전압이 제3 전극(20)에 인가되도록 고주파 전원(16)의 출력(26)이 제2 도체 경로(28)를 통해 제3 전극(20)에 전기적으로 연결되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  2. 청구항 1에서,
    고전압 전원(14)이 점화 코일의 형태로 설계되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  3. 청구항 1 또는 2에서,
    고전압 전원(14)으로부터 고주파 전원(16)의 출력단(26)으로의 고전압 펄스의 역류를 차단하는 보호회로(30)가 스파크 플러그(12)의 제3 전극(20)과 고주파 전원(16)의 출력단(26) 사이의 제2 도체 경로(28)에 전기적으로 루프 접속되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  4. 선행하는 항들 중의 적어도 한 항에서,
    특히 대역 필터 형태인 주파수 선택 필터 형태의 분리 소자(32)가 스파크 플러그(12)의 제2 전극(20)과 고주파 전원(16)의 출력단(26) 사이의 제2 도체 경로(28)에 전기적으로 루프 접속되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  5. 청구항 3 및 4에서,
    분리 소자(32)가 보호회로(30)와 고주파 전원(16)의 출력단(26) 사이의 제2 도체 경로(28)에 전기적으로 루프 접속되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  6. 청구항 3 및 4에서,
    분리 소자(32)가 보호회로(30)와 제3 전극(20) 사이의 제2 도체 경로(28)에 전기적으로 루프 접속되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  7. 선행하는 항들 중의 적어도 한 항에서,
    보호회로(31)가 HF에 대한 접지 기준이 되는, 고전압 전원(14)의 출력단(22)과 스파크 플러그(12)의 제1 전극(18) 사이의 제1 도체 경로(24)에 전기적으로 루프 접속되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  8. 선행하는 항들 중의 적어도 한 항에서,
    제1 실시예에서는, 제1 전극(18)에 고전압 펄스가 인가되면 제1 전극(18)과 제2 전극(19) 사이에 제1 도전성 플라즈마 채널(42)이 형성되고, 제3 전극(20)에 고주파 교류 전압이 인가되면 제3 전극(20)과 제2 전극(19) 사이에 제3 도전성 플라즈마 채널(44)이 형성되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
  9. 청구항 1 내지 7 중의 적어도 한 항에서,
    제2 실시예에서는, 제1 전극(18)에 고전압 펄스가 인가되면 제1 전극(18)과 제3 전극(20) 사이에 제2 도전성 플라즈마 채널(43)이 형성되고, 제3 전극(20)과 제2 전극(19) 사이에 제3 도전성 플라즈마 채널(44)이 형성되는 것을
    특징으로 하는 점화 장치(10).
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016006782A1 (de) * 2016-06-02 2017-12-07 Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg Zündvorrichtung und Verfahren zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches
WO2019087799A1 (ja) * 2017-10-30 2019-05-09 ヤンマー株式会社 エンジン
WO2019203736A1 (en) * 2018-04-19 2019-10-24 Vechain Foundation Limited Blockchain transaction processing
DE102018125080A1 (de) 2018-10-10 2020-04-16 Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg Zündsystem mit einem durch ein HF-Plasma vergrößerten Zündfunken einer Zündkerze mit einer Vorkammer sowie ein zugehöriges Verfahren

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5983871A (en) * 1997-11-10 1999-11-16 Gordon; Eugene Ignition system for an internal combustion engine
DE102004058925A1 (de) 2004-12-07 2006-06-08 Siemens Ag Hochfrequenz-Plasmazündvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für direkt einspritzende Otto-Motoren
DE102005037256A1 (de) * 2005-08-08 2007-02-15 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches
EP2017465B1 (en) * 2006-07-07 2014-03-12 Hristo Atanasov Batchvarov Electronic high frequency plasma ignition
EP3404253A1 (en) 2006-09-20 2018-11-21 Imagineering, Inc. Ignition apparatus and internal-combustion engine
JP2008082286A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Toyota Central R&D Labs Inc 内燃機関及びその点火装置
EP2178181B1 (en) 2007-07-12 2017-08-30 Imagineering, Inc. Ignition plug, and analyzing device
DE102008051185A1 (de) 2008-02-14 2009-11-12 Stanislav Tkadlec Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasma mit Hilfe HF-Feldes und Gleichspannungsimpulses
JP5152653B2 (ja) * 2008-05-20 2013-02-27 株式会社エーイーティー 火花放電点火方式とマイクロ波プラズマ点火方式を併用する点火装置
JP2010101174A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Daihatsu Motor Co Ltd 火花点火式内燃機関の点火プラグ
US8861173B2 (en) * 2009-08-06 2014-10-14 Imagineering, Inc. Mixer, matching device, ignition unit, and plasma generator
JP4891384B2 (ja) * 2009-12-10 2012-03-07 株式会社新川 プラズマ発生装置
JP5423417B2 (ja) * 2010-01-20 2014-02-19 株式会社デンソー 高周波プラズマ点火装置
KR101441834B1 (ko) * 2010-09-07 2014-09-18 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 점화 시스템 및 점화 플러그
WO2012124671A2 (ja) 2011-03-14 2012-09-20 イマジニアリング株式会社 内燃機関
JP5805125B2 (ja) 2013-03-18 2015-11-04 三菱電機株式会社 点火装置
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
CN103758678B (zh) * 2013-12-18 2015-12-30 安徽理工大学 一种脉冲谐振电火花触发微波放电体模点火助燃装置
JP6000320B2 (ja) * 2014-11-18 2016-09-28 三菱電機株式会社 高周波放電点火装置

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