(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークストライクを生じることなく燃焼室（５０）においてコロナ放電を制御する方法であって：
コロナ放電を前記燃焼室（５０）に送るように配置された電極（４０）と電気的に通信する回路（３０）の、コロナ放電が始まる前に低電圧において行う基準線インピーダンスの測定と、
前記回路（３０）の、コロナ放電中に行う実際のインピーダンスの測定と、
前記基準線インピーダンスに少なくとも部分的に基づくインピーダンス設定点の決定と、
前記実際のインピーダンスと前記インピーダンス設定点の比較と、
前記実際のインピーダンスと前記インピーダンス設定点との間の比較に少なくとも部分的に基づく、前記実際のインピーダンスの調整と、
を含む方法。
【請求項２】
追加のインピーダンス値の決定をさらに含み、前記インピーダンス設定点の決定が、前記追加のインピーダンス値を前記基準線インピーダンスに加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記追加のインピーダンス値が、前記燃焼室（５０）における最適なコロナの大きさに少なくとも部分的に基づく、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記追加のインピーダンス値の決定が：
動作状態を、前記燃焼室（５０）内でプラズマ生成及び電気アークストライクの無い動作状態における、最大のコロナの大きさと相関する、蓄えられた追加のインピーダンス値と関連付けるデータ構造（１０６）へのアクセスと、
前記動作状態と関連付けられた前記蓄えられた追加のインピーダンス値を戻すことと、
を含み；
さらに、以下に示す（ａ）〜（ｅ）の少なくとも1つを含み、
（ａ）前記燃焼室（５０）における電気アークストライクの検出、
（ｂ）最新の動作状態の測定、
（ｃ）最新の追加インピーダンス値の決定、
（ｄ）最初の追加インピーダンス値を与えるために、第１の許容誤差を前記最新の追加インピーダンス値から差し引くこと、
（ｅ）前記最新の動作状態を、データ構造（１０６）における前記最初の追加インピーダンス値と関連付けること、
前記動作状態は、前記燃焼室（５０）の大きさと、前記燃焼室（５０）内のピストン（５４）位置の１つ以上で表される、請求項２あるいは請求項３に記載の方法。
【請求項５】
最新の追加インピーダンス値の決定が：
前記電極（４０）に電力を供給する回路（３０）の最新の実際のインピーダンスの測定と、
前記電極（４０）に電力を供給する回路（３０）への入力における、最新の基準線インピーダンスの測定と、
前記最新の追加インピーダンス値を計算するために、前記最新の基準線インピーダンスを前記最新の実際のインピーダンスから差し引くことと
をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ディザリング・プロセスが：
変更された追加のインピーダンスを作り出すため、前記動作状態と関連する戻されたインピーダンス値を増加させることと、
設定点のインピーダンスを計算するために、前記変更された追加のインピーダンス値を前記基準線インピーダンスに加えることと、
前記燃焼室（５０）においてアークストライクが生じるか否かの決定と、
アークストライクが生じない場合、最新の動作状態の測定と、最新の追加インピーダンス値の決定と、最新の動作状態をデータ構造（１０６）における最新の追加インピーダンス値と関連付けることと、
アークストライクが生じた場合、新たな変更された追加のインピーダンス値を作り出すため、第２の許容誤差を前記変更された追加のインピーダンス値から差し引くことと、
前記動作状態を前記データ構造（１０６）における前記新たな変更された追加のインピーダンス値と関連付けることと、
を含む、周期的なディザリング・プロセスを行うことをさらに含む、請求項４あるいは請求項５に記載の方法。
【請求項７】
最初の期間中に、様々な動作状態において前記燃焼室（５０）を働かせることをさらに含み、及び／又は前記基準線インピーダンス及び前記実際のインピーダンスが、前記回路（３０）への入力（Ａ）において測定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記電極（４０）上及び／又は、前記電極（４０）と前記燃焼室（５０）との間に配置された貫通絶縁体（７１ａ、７１ｂ）の一部分上の堆積の積み上げを示す値よりも、前記基準線インピーダンスが大きい場合に、前記回路（３０）の実際のインピーダンス調整が、前記燃焼室（５０）においてアーク放電を生じるインピーダンス設定点を超えた前記実際のインピーダンスの増加を含み；及び／又は前記基準線インピーダンスが、しきい値に対して増加した実際のインピーダンスにおいて、前記回路（３０）が動作した後の堆積の積み上げを示す値未満に戻らない場合、警報を主幹エンジンコントローラ（８６）に送ることをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
アークストライクを生じることなく燃焼室（５０）においてコロナ放電を制御する制御システムであって：
コロナ放電を前記燃焼室（５０）に送るように配置された電極（４０）と、
前記電極（４０）と電気的に通信する回路（３０）と、
システムコントローラ（８４）であって、
前記回路（３０）の、コロナ放電が始まる前に低電圧において基準線インピーダンスを測定し、
前記基準線インピーダンスに少なくとも部分的に基づいて、インピーダンス設定点を決定し、
前記回路（３０）の、コロナ放電中に実際のインピーダンスを測定し、
前記実際のインピーダンスと前記インピーダンス設定点とを比較し、そして
前記コロナ放電を制御するため、前記実際のインピーダンスと前記インピーダンス設定点との間の比較に少なくとも部分的に基づき、前記実際のインピーダンスを調整するように構成される、システムコントローラと、
を備える制御システム。
【請求項１０】
前記システムコントローラ（８４）がさらに、追加のインピーダンスを決定し、前記インピーダンス設定点を決定するために、前期追加のインピーダンスを前記基準線インピーダンスに加えるように構成される、請求項９に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記システムコントローラ（８４）が、前記燃焼室（５０）における最適なコロナの大きさに少なくとも部分的に基づき、追加のインピーダンス値を決定するように構成され；
及び／又は前記システムコントローラ（８４）が、
動作状態を、前記燃焼室（５０）におけるプラズマの生成と電気アークストライクなしに、前記動作状態における最大のコロナの大きさと相関する蓄えられた追加のインピーダンス値と関連させる、データ構造（１０６）にアクセスし、そして
前記動作状態と関連する、蓄えられた追加のインピーダンス値を戻すように構成される、請求項１０に記載の制御システム。
【請求項１２】
動作条件が前記燃焼室（５０）の大きさ、及び／又は前記燃焼室（５０）におけるピストン（５４）の位置であり、及び／又は前記システムコントローラ（８４）がさらに、
前記燃焼室（５０）における電気アークストライクを検出し、
最新の動作状態を測定し、
最新の追加インピーダンス値を決定し、
最初の追加インピーダンス値を与えるために、第１の許容誤差を最新の追加インピーダンス値から差し引き、
最新の動作状態を、前記データ構造（１０６）における最初の追加インピーダンス値と関連させるように構成される、請求項１１の制御システム。
【請求項１３】
前記システムコントローラ（８４）がさらに、最初の期間中に様々な動作状態において前記燃焼室（５０）を働かせるように構成され；
及び／又は最新の追加インピーダンス値を決定するための、前記システムコントローラ（８４）の構成がさらに、
前記電極（４０）に電力を供給する前記回路（３０）の、最新の実際のインピーダンスを測定し、
前記電極（４０）に電力を供給する前記回路（３０）への入力において、最新の基準線インピーダンスを測定し、
前記最新の追加インピーダンス値を計算するため、前記最新の基準線インピーダンスを前記最新の実際のインピーダンスから差し引くように、前記システムコントローラ（８４）の構成を備える、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記システムコントローラ（８４）がさらに、周期的なディザリング・プロセスを実施するように構成され、前記ディザリング・プロセスを実施するための前記システムコントローラ（８４）の構成が、
変更された追加のインピーダンスを作り出すために、前記動作状態と関連する、戻されたインピーダンス値を増加させ、
設定点のインピーダンスを計算するために、前記変更された追加のインピーダンス値を前記基準線インピーダンスに加え、
アークストライクが前記燃焼室（５０）内で生じるか否かを決定し、
アークストライクが生じない場合、最新の動作状態を測定し、最新の追加インピーダンス値を決定し、最新の動作状態をデータ構造（１０６）における最新の追加インピーダンス値と関連付け、そして
アークストライクが生じた場合、新たな変更された追加のインピーダンス値を作り出すため、第２の許容誤差を変更された追加のインピーダンス値から差し引き、前記動作状態を、前記データ構造（１０６）における新たな変更された追加のインピーダンス値と関連付けるように、前記システムコントローラ（８４）の構成を備える、請求項１２あるいは請求項１３に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記電極（４０）上及び／又は、前記電極（４０）と前記燃焼室（５０）との間に配置された貫通絶縁体（７１ａ、７１ｂ）の一部分上の堆積の積み上げを示す値よりも、前記基準線インピーダンスが大きい場合に、アーク放電を前記燃焼室（５０）において生み出すため、前記システムコントローラが、インピーダンス設定点を超えて実際のインピーダンスを増加させるように構成され、特に前記基準線インピーダンスがしきい値の期間中、増加した実際のインピーダンスにおいて前記回路（３０）が動作した後に、堆積の積み上げを示す値未満に戻らない場合、前記システムコントローラ（８４）がさらに警告を送るように構成され、及び／又は前記基準線インピーダンス及び前記実際のインピーダンスが、前記回路（３０）への入力（Ａ）において測定される、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は内燃機関のように燃料−空気混合物に点火する、コロナ放電の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの内燃機関（「ＩＣＥｓ」）は、燃焼室及び、その燃焼室内に配置されて比較的小さい隙間により互いから隔てられている、２つの電極を持つ火花点火システムを含む。高電圧の直流電位が、電極間のガス中で絶縁破壊を生じるように、電極を横切って加えられる。絶縁破壊は燃焼室内で、電極付近において燃料−空気混合物の燃焼を開始できるアーク放電をもたらす。一定の条件化で、点火された燃料−空気混合物は火炎前面に発展し得る、火炎核を形成することができる。この火炎前面は次に電極付近から伝播し、燃焼室を横切って動くことができる。
【０００３】
電極間にアーク放電を生み出すために用いられる電位の量は、幾つかの要素に依存し得る。例えば、アーク放電を生み出すために必要な最小電位は、電極の間隔及び／又は内燃機関の動作条件に基づいて変化し得る。別の例として、電極における最大電位は、火花点火システムでの絶縁材料の絶縁耐力によって制限され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、１つの態様において、アークストライクを生じることなく、燃焼室内でコロナ放電を制御する方法は、電極と電気的に通信を行う回路の基準線インピーダンスの測定と、回路の実際のインピーダンスの測定と、基準線インピーダンスに少なくとも部分的に基づくインピーダンス設定点の決定と、実際のインピーダンスとインピーダンス設定点の比較と、実際のインピーダンスとインピーダンス設定点との間の比較に少なくとも部分的に基づく、実際のインピーダンスの調整とを含む。電極はコロナ放電を燃焼室に送るように配置される。
【０００５】
実施形態は以下の１つ以上を含むことができる。
【０００６】
幾つかの実施形態において、その方法はさらに追加インピーダンスの決定を含み、インピーダンス設定点の決定は基準線インピーダンスに追加インピーダンスを加えることを含む。
【０００７】
或る実施形態において、追加インピーダンスの値は少なくとも部分的に、燃焼室内の最適なコロナの大きさに基づく。
【０００８】
幾つかの実施形態において、追加インピーダンスの値はデータ構造へのアクセス及び、動作状態に関連して、蓄えられた追加インピーダンス値を戻すことを含む。データ構造は、燃焼室内でプラズマの生成及び電気アークストライクの無い動作状態において、動作状態を最大のコロナの大きさと相関する蓄えられた追加インピーダンス値と関連付ける。動作状態は以下の１つ以上であり得る：燃焼室の大きさと、燃焼室内のピストン位置。
【０００９】
或る実施形態において、その方法は燃焼室内での電気アークストライクの検出と、最新の動作状態の測定と、最新の追加インピーダンス値の決定と、最初の追加インピーダンス値を与えるために、最新の追加インピーダンス値から第１の許容誤差を差し引くことと、最新の動作状態をデータ構造における最初の追加インピーダンス値と関連付けることとをさらに含む。
【００１０】
幾つかの実施形態において、その方法は最初の期間中に、燃焼室を様々な動作状態で働かせることをさらに含む。
【００１１】
或る実施形態において、最新の追加インピーダンス値の決定は、電力を電極に供給する回路の最新の実際のインピーダンスの測定と、電力を電極に供給する回路への入力における最新の基準線インピーダンスの測定と、そして最新の追加インピーダンス値を計算するために、最新の実際のインピーダンスから最新の基準線インピーダンスを差し引くこととをさらに含む。
【００１２】
幾つかの実施形態において、その方法は周期的なディザリング・プロセスの実施をさらに含む。周期的なディザリング・プロセスは、変更された追加インピーダンスを作り出すために、動作状態と関連する戻されたインピーダンス値の増加と、設定点のインピーダンスを計算するために、変更された追加インピーダンス値を基準線インピーダンスに加えることと、そして燃焼室内でアークストライクが生じるか否かの決定とを含む。アークストライクが生じない場合、最新の動作状態が測定され、最新の追加インピーダンス値が決定され、そして最新の動作状態がデータ構造における最新の追加インピーダンス値と関連付けられる。アークストライクが生じた場合、新たな変更された追加インピーダンス値を作り出すために、第２の許容誤差が変更された追加インピーダンス値から差し引かれ、その動作状態はデータ構造における新たな変更された追加インピーダンス値と関連付けられる。
【００１３】
或る実施形態において、基準線インピーダンスが電極上及び／又は、電極と燃焼室との間に配置された貫通絶縁体の一部分上の堆積の積み上げを示す値よりも大きい場合、回路の実際のインピーダンスの調整は、燃焼室内にアーク放電を生み出すため、インピーダンス設定点を超えて、実際のインピーダンスを増加させることを含む。
【００１４】
或る実施形態においてその方法は、回路が増加した実際のインピーダンスにおいてしきい値の期間だけ動作した後に、基準線インピーダンスが堆積の積み上げを示す値未満に戻らない場合、警報を送ることをさらに含む。
【００１５】
或る実施形態において、基準線インピーダンス及び実際のインピーダンスは、回路への入力において測定される。
【００１６】
一般に、別の態様において、制御システムは燃焼室内でアークストライクを生じることなくコロナ放電を制御する。制御システムはコロナ放電を燃焼室に送るために配置された電極と、電極と電気的に通信を行う回路と、そしてシステムコントローラとを含む。システムコントローラは、回路の基準線インピーダンスを測定し、少なくとも部分的に基準線インピーダンスに基づいてインピーダンス設定点を決定し、回路の実際のインピーダンスを測定し、実際のインピーダンスをインピーダンス設定点と比較し、そしてコロナ放電を制御するために、実際のインピーダンスとインピーダンス設定点の間の比較に少なくとも部分的に基づいて、実際のインピーダンスを調整するように構成される。
【００１７】
幾つかの実施形態において、システムコントローラはさらに追加のインピーダンスを決定し、そしてインピーダンス設定点を決定するため、追加のインピーダンスを基準線インピーダンスに加えるように構成される。システムコントローラは、燃焼室内の最適なコロナの大きさに少なくとも部分的に基づいて、追加インピーダンス値を決定するために構成され得る。
【００１８】
或る実施形態において、システムコントローラは、動作状態を蓄えられた追加インピーダンス値と関連付けるデータ構造にアクセスし、そして動作状態と関連する蓄えられた追加インピーダンス値を戻すように構成される。蓄えられた追加インピーダンス値は、燃焼室内でのプラズマ生成及び電気アークストライクの無い動作状態において、最大のコロナの大きさと相関している。動作状態は、燃焼室の大きさ及び／又は燃焼室内のピストン位置であり得る。
【００１９】
幾つかの実施形態において、システムコントローラはさらに、燃焼室内での電気アークストライクを検出し、最新の動作状態を測定し、最新の追加インピーダンス値を決定し、最初の追加インピーダンス値を与えるために、最新の追加インピーダンス値から第１の許容誤差を差し引き、そして最新の動作状態をデータ構造における最初の追加インピーダンス値と関連付けるように構成される。システムコントローラはさらに、最初の期間中に燃焼室を様々な動作状態で働かせるように構成され得る。
【００２０】
或る実施形態において、追加インピーダンス値を決定するためのシステムコントローラの構成は、電力を電極に供給する回路の最新の実際のインピーダンスを測定し、電力を電極に供給する回路への入力において、最新の基準線インピーダンスを測定し、最新の追加インピーダンス値を計算するため、最新の実際のインピーダンスから最新の基準線インピーダンスを差し引くような、システムコントローラの構成をさらに含む。
【００２１】
幾つかの実施形態において、システムコントローラはさらに、周期的なディザリング・プロセスを実施するために構成される。ディザリング・プロセスを実施するためのシステムコントローラの構成は、変更された追加のインピーダンスを作り出すために、動作状態と関連する戻されたインピーダンス値を増加させ、設定点のインピーダンスを計算するために、変更された追加インピーダンス値を基準線インピーダンスに加え、そして燃焼室内でアークストライクが生じるか否かを決定するような、システムコントローラの構成を含む。アークストライクが生じない場合、システムコントローラは最新の動作状態を測定し、最新の追加インピーダンス値を決定し、そして最新の動作状態をデータ構造における最初の追加インピーダンス値と関連付けるように構成される。アークストライクが生じる場合、システムコントローラは新たな変更された追加インピーダンス値を作り出すために、変更された追加インピーダンス値から第２の許容誤差を差し引き、そして動作状態をデータ構造における新たな変更された追加インピーダンス値と関連付けるように構成される。
【００２２】
或る実施形態において、基準線インピーダンスが電極上及び／又は、電極と燃焼室との間に配置された貫通絶縁体上の堆積の積み上げを示す値よりも大きい場合、システムコントローラは燃焼室内にアーク放電を生み出すため、インピーダンス設定点を超えて、実際のインピーダンスを増加させるように構成される。
【００２３】
幾つかの実施形態において、システムコントローラはさらに、回路が増加した実際のインピーダンスにおいてしきい値の期間だけ動作した後に、基準線インピーダンスが堆積の積み上げを示す値未満に戻らない場合、警報を送るように構成される。
【００２４】
或る実施形態において、基準線インピーダンスと実際のインピーダンスは回路への入力において測定される。
【００２５】
一般に、別の態様において、コロナ放電の点火システムにおいて堆積を減らすための、放電エネルギーを制御する方法は、電極と電気的に通信を行う回路の基準線インピーダンスの測定と、回路の実際のインピーダンスの測定と、少なくとも部分的に基準線インピーダンスに基づくインピーダンス設定点の決定と、インピーダンス設定点に対する実際のインピーダンスの比較と、そして基準線インピーダンスが電極上及び／又は、電極と燃焼室との間に配置された貫通絶縁体の一部分上の堆積の積み上げを示す値よりも大きい場合、燃焼室内にアーク放電を生み出すため、インピーダンス設定点を超えて、実際のインピーダンスを増加させることとを含む。電極はコロナ放電を燃焼室に送るように配置される。
【００２６】
或る実施形態において、その方法は、回路が増加した実際のインピーダンスにおいてしきい値の期間だけ動作した後に、基準線インピーダンスが堆積の積み上げを示す値未満に戻らない場合、警報を主幹エンジンコントローラに送ることをさらに含む。
【００２７】
或る実施形態において、実際のインピーダンスを増すことは、固定された期間だけインピーダンス設定点を超えて、実際のインピーダンスを増すことを含む。
【００２８】
一般に、別の態様において、アークストライクを生じることなく、燃焼室内のコロナ放電を制御するコンピュータの読み取り可能媒体に備わっている、コンピュータプログラム製品は、コンピュータに回路の基準線インピーダンスを測定させ、回路の実際のインピーダンスを測定させ、少なくとも部分的に基準線インピーダンスに基づいてインピーダンス設定点を決定させ、インピーダンス設定点に対して実際のインピーダンスを比較させ、少なくとも部分的に実際のインピーダンスとインピーダンス設定点の間の比較に基づいて、実際のインピーダンスを調整させるための命令を含む。
【００２９】
その他の態様、特徴、及び利点は記述と図面、及び請求項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】燃焼室と直接結合された電極を有する、コロナ放電点火システムの略図である。
【図２】燃焼室と容量結合された電極を有する、コロナ放電点火システムの略図である。
【図３】往復動式内燃機関内にある、図１のコロナ放電燃焼システムの構成要素の略図である。
【図４】図３の往復動式内燃機関のピストンヘッド上に分布する電界増強器の図である。
【図５】図１のコロナ放電点火システムの高電圧回路のＡ点における、仮想の理想化された入力特性のグラフである。
【図６】図１のコロナ放電点火システムの高電圧回路のＢ点における、仮想の理想化された出力特性のグラフである。
【図７Ａ】図１又は図２における点Ａと結合されたインピーダンス測定回路を有する、制御電子機器と図３の主コイルユニットのブロック線図である。
【図７Ｂ】図１又は図２における点Ｂと結合されたインピーダンス測定回路を有する、制御電子機器と図３の主コイルユニットのブロック線図である。
【図８】コロナ放電点火システムを用いた、基準ラインにおいてコロナ発生中のインピーダンス測定のグラフである。
【図９】コロナ放電点火システムのシステムコントローラに関連する、データフローを例証している線図である。
【図１０】コロナ放電点火システムの、設定点のインピーダンスを計算する方法のフローチャートである。
【図１１】コロナ放電点火システムのデータ構造を最初に投入する方法のフローチャートである。
【図１２】周期的にディザリング・プロセスを実施することにより、コロナ放電点火システムの追加インピーダンス値を徐々に更新する方法のフローチャートである。
【図１３】コロナ放電点火システムを含むエンジンの、燃焼室内の燃焼を制御する方法のフローチャートである。
【図１４Ａ】コロナ放電点火システムを含み所定の燃料−空気比において動作しているエンジンの、高周波変圧器への入力電圧、周波数、及びシリンダ圧力を描写している。
【図１４Ｂ】コロナ放電点火システムを含み所定の燃料−空気比において動作しているエンジンの、高周波変圧器への入力電圧、周波数、及びシリンダ圧力を描写している。
【図１４Ｃ】コロナ放電点火システムを含み所定の燃料−空気比において動作しているエンジンの、高周波変圧器への入力電圧、周波数、及びシリンダ圧力を描写している。
【図１４Ｄ】コロナ放電点火システムを含み所定の燃料−空気比において動作しているエンジンの、高周波変圧器への入力電圧、周波数、及びシリンダ圧力を描写している。
【図１５】コロナ放電点火システムの多数の点火装置に接続された、主幹エンジンコントローラの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１を参照すると、コロナ放電点火システムは、例えばその全てがそれらの全体において、言及することによりここに包含される、２００８年７月２３日に出願されたＦｒｅｅｎによる米国仮特許出願第６１／１３５，８４３号明細書、２００９年３月１６日に出願されたＦｒｅｅｎによる米国仮特許出願第６１／２１０，２７８号明細書、及び米国特許第６，８８３，５０７号明細書に記述されているように、内燃機関（ＩＣＥ）内で燃料−空気混合物の燃焼を開始する。説明の明確化のために、コロナ放電点火システムの動作は、往復動内燃機関に関して以下に記述される。しかしながら、コロナ放電点火システムは、例えばガスタービン機関のような、別のタイプのエンジンにおける燃料−空気混合物に点火するために使用され得ることに注意されたい。
【００３２】
コロナ放電システムは高周波昇圧トランス２０を横切って高電圧回路３０に結合され、それは順に電極４０に結合される、低電圧回路１０を含む。使用中に、電極４０は燃焼室５０内に強力な高周波（「ＲＦ」）電界を作るために、高い高周波の電位を加えられる。強力な電界は、燃焼室内の燃料−空気混合物の一部分をイオン化する。しかしながら以下に述べるように、燃焼室５０内のガスの絶縁破壊が、プラズマの形成及び、電極４０から燃焼室５０の接地された壁（例えばシリンダ壁及び／又はピストンヘッド）に対する電気アークのストライクをもたらすであろう、電子なだれのレベルに進まないように、電界は（例えば高電圧回路３０のインピーダンス設定点を達成するために、放電電極の電圧を調整することによって）制御され得る。むしろ、高電圧回路３０のインピーダンスを制御することにより、電界は燃料−空気のガスの一部分のみがイオン化されるレベルに維持される−−−プラズマ及びアークストライクをもたらす電子なだれ連鎖を作り出すには不十分な一部分である。しかしながら、電界はコロナ放電の発生を可能にするのに十分なほど強く維持される。コロナ放電において、電極４０上の幾らかの電荷は、小電流としてガスを介してアースへと運ばれることを通じて、又は電子が、イオン化された燃料−空気混合物から電極より解放されるか、あるいは電極へと吸収されることを通じて消散するが、その電流は非常に小さく、電極４０における電位はアーク放電と比べて非常に高く留まる。十分に強力な電界は、燃焼室５０内での燃料−空気混合物の燃焼を始めるために、燃料−空気混合物の一部分のイオン化を生じる。
【００３３】
低電圧回路１０は、例えば１００Ｖ〜４００Ｖの直流回路であり得る。１００Ｖ〜４００Ｖの電位は従来、例えばエンジンの１２Ｖ、２４Ｖ、又は４８Ｖ直流電源システムのような、電源システムに接続された１つ以上の昇圧トランスを用いて作られ得る。低電圧回路１０の電圧及び／又は電流は、以下でさらに詳細に述べられるように、制御システムにより制御され得る。低電圧回路１０は、例えば５０〜５００ｋＨｚにおいて交流１〜５ＫＶの出力を持ち得る高周波昇圧トランス２０に給電する。
【００３４】
高周波昇圧トランス２０は高電圧回路３０を駆動する。高電圧回路３０は、例えば１つ以上の誘導要素３２を含み得る。誘導要素３２は図１において要素３１として表わされる、関連するキャパシタンスを有し得る。さらに、配線、電極４０、貫通絶縁体７１ａ、及びアースは、図１において要素３３として例証されている、関連するキャパシタンスを有し得る。誘導要素３２、キャパシタンス３１、及びキャパシタンス３３は共に、関連する共振周波数を有する一連のＬＣ回路を形成する。
【００３５】
高電圧回路３０は７．５ｍＨの誘導子３２及び２６ｐＦの等価な直列キャパシタンス（３１及び３３）を含む。この実施形態に対する共振周波数は３６０ｋＨｚである。高周波昇圧トランス２０の出力周波数は、高電圧回路３０の共振周波数に合致する。従って、例えば交流１ＫＶ〜５ｋＶの出力を有する高周波昇圧トランス２０が、高電圧回路３０をその共振周波数において駆動するとき、高電圧回路は励磁され、高電圧回路３０の出力（Ｂ点）において相当な、例えば交流５０ＫＶ〜５００ＫＶの電位増加をもたらす。
【００３６】
図１に例証される容量性素子３１、３３及び誘導素子３２は、可能な構成の代表である。高周波域において高電圧を作り出すために、他の構成が用いられ得る。同様に、上述の低電圧回路１０及び高電圧回路３０の電圧と周波数は、単に例となるものである。一般に、電圧、周波数、低電圧回路１０及び高電圧回路３０の構成要素の配置は、特定の点火システム用途の要求事項に応じて選ばれ得る。典型的には、電極４０に供給される高周波電力の周波数は３０，０００〜３，０００，０００Ｈｚの間であろう。
【００３７】
高電圧回路３０の出力は電極４０に接続される。電極４０は、高電圧回路３０の充電が燃焼室５０により定義される容積（例えば、電極４０と燃焼室５０の壁との間）において、電界の形成をもたらすように位置する。例えば、電極４０は燃焼室５０によって定義される容積内へ、電極４０の少なくとも一部分が突き出るように配置され得る。
【００３８】
燃焼室５０の壁は電極４０に対して接地される。燃焼室５０と電極４０は、貫通絶縁体７１ａの誘電体と、動作中に燃焼室５０内にあるガス状の燃料−空気混合物により分離される、従来のコンデンサの２枚の板に相当するものを形成する。このキャパシタンスは、電界エネルギーを蓄え、図１において高電圧回路３０における電極４０及び燃焼室５０の周りの円により説明されている。
【００３９】
電極４０は、燃焼室５０によって定義される容積の中に少なくとも電極４０の一部分が直接配置されるように、貫通絶縁体７１ａを通じて延びる。電極４０のこの配置は、燃焼室５０内の燃料−空気混合物への直接的な電極４０の露出を容易にし得る。燃焼室５０により定義される容積へのそのような電極４０の直接的な露出は、強力な電界の効率的な生成を容易にすることができる。
【００４０】
図２に示すように、幾つかの実施形態において、電極が燃料−空気混合物に直接露出されないように、電極４０は貫通絶縁体７１ｂの誘電材料により覆われる。使用中に、電極４０の電界は貫通絶縁体７１ｂの部分を通過し、燃焼室５０により定義される容積内へと通じる。別の点において、図２における容量的に結合したシステムは、図１及び図３のシステムと同じであり得る。電極４０が燃焼室に対して直接露出されないため、電極４０は燃焼室５０の厳しい環境から保護される。電極４０のそのような保護は、例えば、電極４０の劣化速度を低減する。
【００４１】
図３は比較的小さい容積内に一緒にまとめられ、内燃機関に取り付けられた構成要素を有する、コロナ放電点火システムの概略的な断面図である。コロナ放電点火システムは、エンジンの基本構造の小変更を伴う既存の往復動内燃機関と共に、有効に働き得る。例えば、電極４０及び貫通絶縁体７１ａ（又は貫通絶縁体７１ｂ）は、スパークプラグ・ソケットを通じ、そして典型的な火花点火式の往復動内燃機関の燃焼室内へ適合するように大きさを決定され得る。
【００４２】
図３の実施形態において、制御電子機器及び主コイルユニット６０は、入力としてタイミング信号６１、例えば直流１５０Ｖの低電圧直流電源６２、及び制御情報６３を受け取る。制御電子機器及び主コイルユニット６０の出力は、コロナ放電点火システムの性能についての診断情報６３であり得る。図１の高周波昇圧トランス２０は、制御電子機器及び主コイルユニット６０に含まれる。二次コイルユニット７０は、制御電子機器及び主コイルユニット６０と、エンジンのシリンダヘッド５１とに隣接している。図１の高電圧回路３０の容量性素子３１及び誘導素子３２は、図３の二次コイルユニット７０の部分である。制御電子機器及び主コイルユニット６０は、二次コイル７０の近くに位置する。しかしながら、幾つかの実施形態において、制御電子機器及び主コイルユニット６０は遠くに取り付けられることがあり、そして高周波昇圧トランスの出力は、例えば同軸ケーブルを通じて二次コイルの入力に接続され得る。
【００４３】
貫通絶縁体７１ａは、シリンダヘッド５１を通じて燃焼室５０内へ延びる電極４０を囲む。シリンダヘッド５１、シリンダ壁５３、及びピストン５４は電極４０に対して接地されている。貫通絶縁体７１ａは、例えば金属シリンダであり得る電極ハウジング７２内に固定されている。貫通絶縁体７１ａは例えば窒化ホウ素で形成され得る。電極ハウジング７２と電極４０との間の空間７３は、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ．ｓｕｂ．６）、圧縮空気、及び／又は圧縮窒素のような誘電気体で満たされ得る。それに加えて又はその代わりに、電極ハウジング７２と電極４０との間の空間７３は、誘電性流体及び／又は誘電性固体（例えば、酸化アルミニウム及び窒化ホウ素）で満たされ得る。
【００４４】
制御電子機器及び主コイルユニット６０、二次コイルユニット７０、電極ハウジング７２、電極４０、及び貫通絶縁体７１ａは、シリンダヘッド５１により定義される空間５２内へ挿入され得る点火装置８８を共に形成する。例えば、電極ハウジング７２の小さい方の直径部分は、点火装置８８がシリンダヘッド５１内へねじ込まれることにより、所定の位置に固定されることが出来るように、シリンダヘッド５１における対応するねじと協調するねじを持ち得る。
【００４５】
図４を参照すると、幾つかの実施形態において、燃焼室５０は最大の電界強度の領域を集中させるように構成される。電界増強器５５は、ピストン５４のヘッドからシリンダヘッド５１に向かって延びる、比較的鋭い突起を含む。動作中に、電界増強器５５は、電界を電界増強器５５と電極４０との間の領域（例えば、図３の斜線領域）内へと集中させる。幾つかの実施形態において、電界増強器５５はピストン内に定義される窪みの比較的鋭い縁で形成され得る。或る実施形態において多数の突起が、最大の電界強度の領域（例えば、電極４０と接地された燃焼室５０との間）を集中させるように、電極４０から延びる。例えば、電極４０は燃焼室５０の壁に向かって電極４０から放射状に外側へ延びる４つの突起を含み得る。
【００４６】
（電界が例えば図３に描かれるように、幾分か集中している時であっても、）電界は燃焼室５０内の比較的大きな容積を渡って広がるため、コロナ放電点火システムによって作られる、結果として得られる火炎前面は、火花点火システムにより開始される燃焼で典型的な火炎核よりも大きい。より大きな火炎前面は、全体的に希薄な燃料−空気混合物の燃焼を容易にし得る。例えば、乱流及び／又は別の要因のため、全体的に希薄な燃料−空気混合物は、幾らかの局部的な燃料−空気比率が全体の比率よりも希薄で、幾らかの局部的な燃料−空気比率が全体の比率よりも濃厚であるような、不均一な燃料分布を燃焼室５０内で有し得る。火花点火システムにより典型的に作られる、より小さな火炎核と比較して、コロナ放電点火システムにより作られる、より大きな火炎前面は、例えば全体の比率よりも希薄な局部的燃料−空気比率を有する、燃焼室５０の部分における点火を改善できる。
【００４７】
コロナ放電点火システムが、エンジン・サイクルの間の的確な時に点火し、放電が燃焼室５０内でプラズマの形成及び電気アークをもたらし得る、完全な絶縁破壊を起こさないように、制御システムが、例えば低電圧回路１０を制御するために備えられ得る。制御システムは各点火サイクルの間、点火システムを所定の時（例えば、上死点手前のクランク角（ＣＡＤ）１０°）に点火でき、コロナを所定の持続時間（例えば、１〜２ｍｓｅｃ）だけ維持できる。それに加えて又はその代わりに、コロナ放電を維持する持続時間は、エンジンの動作条件（例えば、エンジン速度、負荷、排気ガス再循環（ＥＧＲ）濃度）の関数であり得る。
【００４８】
各点火サイクルにおけるコロナ放電により与えられるエネルギーは、燃焼室内の燃料−空気混合物に点火するために十分である。コロナの持続時間を１〜２ｍｓｅｃ以上延長することで、エンジンの希薄限界及びＥＧＲ限界を延長できる。例えば、コロナの持続時間を１〜１．５ｍｓｅｃ延長することは、希薄不点火限界をλ＝１．４５からλ＝１．７に（１５％超）延長できる。エンジンの希薄限界を延長することにより、コロナ放電点火システムは、エンジンの酸化窒素排出を少なく、及び／又は燃料消費量を少なくできる。
【００４９】
それに加えて又はその代わりに、制御システムは、点火サイクルの間にコロナ放電点火システムが点火するであろう時間、点火の持続時間、及びまた点火サイクルあたりの点火回数を動的に選定する能力を含み得る。そのような動的制御は、内燃機関の出力、排出物、及び／又は熱効率を最適化するために用いられ得る。コロナ放電点火システムは、燃料−空気混合物の燃焼を制御するより優れた機会を提供し、従って火花点火システムを有する内燃機関に対して、内燃機関の改善された出力、排出物、及び／又は熱効率を提供し得る。コロナ放電点火システムによって、従来の火花点火システムよりも大幅に高くなり得る速度で、イオン化エネルギーを燃焼室５０内へ導入する能力のため、及び（例えば、往復動内燃機関の動力行程当たりで）大幅に多いイオン化エネルギーの全体量を燃焼室５０内へ導入する能力のため、制御可能範囲は大幅に広くなり得る。
【００５０】
それに加えて又はその代わりに、制御システムは更なる制御を容易にするため、燃焼室５０内の動作条件をモニター（例えば、不点火を検出）し得る。幾つかの実施形態において、制御システムは以下でより詳細に議論されるように、動作条件をモニターするための持続したコロナ放電システムの、独自の態様を活用するように構成され得る。
【００５１】
図５及び６を参照すると、コロナ放電点火システムはプラズマ及びアーク放電をもたらす電子なだれを避けるために制御される。図５は図１のＡ点における高電圧回路３０の仮想に基づく、理想化された入力特性を例証する。図６は図１のＢ点における電極４０に対する高電圧回路３０の仮想に基づく、理想化された出力特性を例証する。図６はまた、コロナ放電特性とアーク放電特性との間の差の有用な例証である。図６の電圧と電流のグラフの原点から始まって、電極４０における電位が増加するにつれて、電流は比較的遅い速度で増加する。これは燃料−空気の気体の誘電特性に起因する。電圧がさらに比較的高い電位へ増加するにつれて、電流上昇の速度は増加する。これは電圧‐電流の軌跡の勾配が減少することから明らかである。これはガス状の燃料−空気混合物の絶縁破壊が始まり、コロナ放電がこの遷移段階において生じていることを示す。この遷移段階を過ぎて電圧がさらに増加する場合、ガス状の燃料−空気混合物は（図６のグラフ中の、おおよそＥにおいて）完全な絶縁破壊を受け、プラズマが燃料−空気の気体中で形成される。プラズマは電荷を容易に運ぶことができ、それゆえプラズマが燃焼室５０内に維持されている間、電位は大幅に降下し、電流は電気アークを介して比較的自由に通る。コロナ放電点火システムは、高電圧回路３０の出力が通常、図６に示す点線の領域内へと延びないように、及びそれ故に、プラズマ及び電気アークの形成をもたらす電子なだれを通常生じないように制御される。以下で議論されるように、しかしながら、コロナ放電点火システムを制御する一定の方法は、（例えば、インピーダンス設定点を確立するため）短い期間だけ、アークストライク・モードにおいてシステムの動作を必要とし、及び／又は可能にする。
【００５２】
図５に示す高電圧回路３０の入力特性は、図６に示す出力特性とほぼ反対である。図５に示すように（アークが放たれる前に）電極４０の電位が増加し、出力電圧が上昇するにつれて、入力電流は高い出力電圧を生み出すために図６に示すように増加する。入力における電圧は入力電流が増加するにつれて高くなる。電流により除算された電圧はインピーダンスを表わし、そしてインピーダンスは低電圧に対してほぼ一定である。コロナ放電が生じる遷移段階において、電圧は電流よりも速く上昇し、インピーダンスは図５における点「Ｃ」の下の、増加した勾配によって表わされるように増加する。電極４０においてアークが放たれた場合、入力電流は図５における点線の水平部分で示されるように劇的に降下するであろう。コロナ放電点火システムは、高電圧回路３０への入力が通常、図５に示す点線の領域内へと延びないように、及びそれ故に、プラズマ及び電気アークの形成をもたらす電子なだれを通常生じないように制御される。以下で議論されるように、しかしながら、コロナ放電点火システムを制御する一定の方法は、（例えば、インピーダンス設定点を確立するため）短い期間だけ、アークストライク・モードにおいてシステムの動作を必要とし、及び／又は可能にする。
【００５３】
高電圧回路３０のインピーダンスは、コロナ型の放電が一般的に生成され維持されるように、放電を調整するために用いられる。インピーダンスと高電圧回路３０の放電がもたらす特性間の関係は、実質的に燃焼室５０内の圧力と無関係である。従って、コロナ放電点火システムの制御変数としてのインピーダンスの使用は、例えば、コロナ型の放電を発生させ、維持するために使用される制御方法を単純化できる。
【００５４】
高電圧回路３０への入力のインピーダンス設定点Ｉｓ（図５参照）は、選択されることができ、及び／又は経験的に決定されることができる。インピーダンス設定点の変動は、燃焼室５０内の放電の性質を変えるために用いられ得る。例えば、アーク放電が生じるレベル未満において、より高いインピーダンス設定点は、より大きなイオン化力及びより大きなコロナのサイズをもたらすであろう。
【００５５】
幾つかの実施形態において、インピーダンス設定点Ｉｓは、コロナ放電点火システムにより生成される、コロナ放電の特性を制御するために変更される。幾つかの実施形態において、実際のインピーダンスＩａが測定され、インピーダンス設定点Ｉｓと比較され得る。低電圧回路１０用の電源入力は、次に実際のインピーダンスＩａをインピーダンス設定点Ｉｓの所あるいは付近に置くために、例えばパルス幅変調を用いて調節され得る。
【００５６】
図７Ａに関して以下で議論されるように、幾つかの実施形態においてインピーダンス設定点Ｉｓは、設定点のインピーダンスを基準線インピーダンスと追加インピーダンス値とに分離することにより決定される。
【００５７】
基準線インピーダンスは直接測定され、そしてシステムの定量化可能な基準インピーダンスとして役立ち得る。例えば、経時的な基準線インピーダンスの増加は、電極４０上及び／又は、電極４０と燃焼室５０との間に配置されている貫通絶縁体７１ａ、７１ｂの一部分上の堆積の積み上げ（例えばカーボンの積み上げ）を示し得る。幾つかの実施形態において、システムコントローラ８４は、インピーダンス設定点を、電極４０と燃焼室５０との間のアーク発生に十分なレベルに設定できる。アークは堆積の積み上げの少なくとも一部分を取り除くために作用し得る。アーク発生モードは、一定期間及び／又は、測定された基準線インピーダンスが許容レベル（例えば、実質的に清浄な電極４０を示すレベル）に戻るまで維持され得る。
【００５８】
追加インピーダンス値は形成されるコロナの大きさに関係する。この追加の値及び、従って形成されるコロナの大きさは、コロナ放電点火システム及び／又は内燃機関の動作状態に依存し得る。例えば、追加インピーダンスは燃焼室５０の大きさ（例えば容積）に依存し得る。燃焼室５０の大きさは（例えば、圧縮行程の間にピストンヘッドが上死点に近づく時のように）内燃機関の動作サイクルの間に変化し得るため、インピーダンス設定点を計算するための追加インピーダンスは、燃焼室５０の容積が各々のクランク角度と共に変化するにつれて変わり得る。幾つかの実施形態において、インピーダンス設定点を計算するための追加インピーダンスは、往復動内燃機関のクランク角の数学的関数として規定される。或る実施形態において、所望のコロナの大きさ又は別のコロナ特性（例えば強さ、出力）のための追加インピーダンス値は、エンジンの各動作状態に対してその後の情報検索及び、設定点のインピーダンス計算における使用のために、データ構造内でマッピングされる。データ構造内で追加インピーダンスをマッピングするために使用されるパラメータは、エンジン速度、エンジン負荷、ＥＧＲ（排気ガス再循環）率、及び冷却剤の温度を含み得る。
【００５９】
図７Ａは、制御電子機器及び主コイルユニット６０の機能ブロック線図である。図７Ａに示すように、制御電子機器及び主コイルユニット６０は、直流電源から例えば１５０Ｖの電圧を線６２経由で受ける、中央タップの主高周波変圧器２０を含む。高電力スイッチ７２は、２相すなわち、Ａ相とＢ相の間の変圧器２０に加えられた電力を高電圧回路３０の所望の周波数、例えば共振周波数において切り替えるために備えられる（図２参照）。１５０Ｖ直流電源はまた、制御電子機器及び主コイルユニット６０内の制御回路用電源７４に接続される。制御回路電源７４は、１５０Ｖ直流電源を制御電子機器に対して受け入れ可能なレベル、例えば５〜１２Ｖへと低減するための降圧トランスを含み得る。図２及び７Ａにおいて「Ａ」で描かれる、変圧器２０からの出力は、二次コイルユニット７０（図３参照）内に収納される高電圧回路３０に給電するために使用される。
【００６０】
コロナ放電点火システムは、電極４０に電力を供給する回路の実際のインピーダンスを測定するために、Ａ点に結合されたインピーダンス測定回路（例えば、図７Ａにおける７３、７５、７７、７９、及び８０）を含む。変圧器２０から出力される電流及び電圧はＡ点において検出され、従来の信号処理は、例えば信号からノイズを取り除くため、それぞれ７３及び７５において行われる。この信号処理は、例えば能動的、受動的、又はデジタルの低域フィルター及び帯域フィルターを含み得る。電流及び電圧信号は、次に７７、７９においてそれぞれ全波整流され、平均化される。信号ノイズを除去する電圧及び電流の平均化は、従来のアナログ又はデジタル回路で達成され得る。平均化され整流された電流及び電圧信号は、電圧を電流により除算することにより、実際のインピーダンスを計算する除算器８０に送られる。
【００６１】
同じ又は類似の回路が、共振コイル７０の入力又は、共振コイル・インピーダンスを直接反映する高周波変圧器２０への入力において、基準線インピーダンスを直接測定するために使用され得る。基準線インピーダンスは、コロナが形成されないように、点火の直前に低電圧（例えば約１０Ｖ）において測定される。電流及び電圧信号はまた高電圧回路３０用の共振周波数である周波数を出力する、位相検出器及び位相同期ループ（ＰＬＬ）７８にも送られる。ＰＬＬは電圧及び電流が同相となるように、共振周波数をその出力周波数調整により決定する。直列の共振回路に関して、共振時に励磁されるとき電圧と電流は同相となる。
【００６２】
図８は点火直前の基準線インピーダンス８０２の測定を例証するグラフを示す。上側の曲線は、高周波昇圧トランス２０の入力（図２のＣ点）における測定である。下側の曲線は、共振周波数のアナログ表示である。基準線インピーダンス８０２は１１Ｖにおいて測定されている。（図７Ａに示す）システムコントローラ８４は、設定点のインピーダンスを決定するため、（例えば、数学的関数から決定され、及び／又はデータ構造から調べられるように）測定された基準線インピーダンス８０２を、追加インピーダンス値に加えることができる。
【００６３】
図７Ａに戻って、システムコントローラ８４はそこでコロナ発生８０４が起きている、図８においてコロナ発生８０４として示される放電プロセスの間、実際のインピーダンスを設定点のインピーダンスに対して制御できる。除算器８０からの計算された実際のインピーダンス、及びＰＬＬ７８からの共振周波数は、変圧器２０を駆動するため、それぞれが計算された負荷サイクルを有する２つのパルス信号、Ａ相とＢ相を出力する、パルス幅変調器８２に各々送られる。パルス信号の周波数はＰＬＬ７８から受け取った共振周波数に基づく。負荷サイクルは、除算器８０から受け取ったインピーダンス、及びまたシステムコントローラ８４から受け取ったインピーダンス設定点に基づく。パルス幅変調器８２は、除算器８０からの測定されたインピーダンスを、システムコントローラ８４から受け取ったインピーダンス設定点に合致させるように、２つのパルス信号の負荷サイクルを調整する。
【００６４】
図７Ｂは、制御電子機器及び主コイルユニット６０の別の実施形態の、機能ブロック線図である。制御電子機器及び主コイルユニット６０は高速の、パルス幅変調（ＰＷＭ）高速出力レギュレータ８７から、例えばＤＣ０〜１２５Ｖの間の制御された直流電圧を受ける、中央タップの主高周波変圧器２０を含む。ＰＷＭ高速出力レギュレータ８７は、直流電源６２（例えば１５０Ｖ）からの電圧により給電される。高電力スイッチ７２は、２相すなわち、Ａ相とＢ相の間の変圧器２０に加えられた電力を高電圧回路３０の所望の周波数、例えば共振周波数において切り替える（図２参照）。直流電源６２はまた、制御電子機器及び主コイルユニット６０内の制御回路用電源７４に接続される。制御回路用電源７４は、直流電源からの電圧を制御電子機器に対して受け入れ可能なレベル、例えば５〜１２Ｖへと低減するための降圧トランスを一般的に含む。図２及び７Ｂにおいて「Ａ」で描かれる、変圧器２０からの出力は、二次コイルユニット７０（図３参照）内に収納される高電圧回路３０に給電するために使用され得る。
【００６５】
図７Ｂに示す実施形態において、コロナ放電点火システムは、高周波変圧器２０の入力に電力を供給する回路の実際のインピーダンス及び／又は基準線インピーダンスを測定するために、Ｃ点に結合されたインピーダンス測定回路（図７Ｂにおける７３、７５、８０、及び８２）を含む。Ｃ点におけるインピーダンス測定値は、高周波変圧器２０の巻数比の二乗により除算された、Ａ点におけるインピーダンスと等価である。変圧器２０への給電における電流及び電圧はＣ点において検出され、従来の信号処理は、例えば信号からノイズを取り除くため、それぞれ７３及び７５において行われる。この信号処理は、例えば能動的、受動的、又はデジタルの低域フィルター及び帯域フィルターを含み得る。信号ノイズを取り除く電圧及び電流の平均化は、従来のアナログ又はデジタル回路を用いて達成され得る。平均化された電流及び電圧信号は、電圧を電流により除算することにより、実際のインピーダンスを計算する除算器８０に送られる。Ａ点における電流及び電圧信号は、ゼロ交差検出器７４及び７６に送られる。これらの信号は次に、高電圧回路３０用の共振周波数を出力する位相同期ループ（ＰＬＬ）７８に行く。ＰＬＬは電圧及び電流が同相となるように、共振周波数をその出力周波数調整により決定する。直列の共振回路に関して、共振時に励磁されるとき電圧と電流は同相となる。
【００６６】
電流及び電圧信号と同様、計算されたインピーダンスは信号セレクタ８２に送られる。信号セレクタは、使用中の制御モードに応じて適切な信号を閉ループコントローラ８１に送る。例えば、コントローラ８１はインピーダンス、電圧、又は電流を制御するために構成され得る。閉ループコントローラ８１は、設定点パラメータと測定されたパラメータが等しくなるように、負荷サイクル（０〜１００％）をＰＷＭ高速出力レギュレータ８７に出力する。例えば、制御モードがインピーダンス制御に基づいているとき、閉ループコントローラ８１は、除算器８０からの測定されたインピーダンスを、システムコントローラ８４からのインピーダンス設定点と合致させるように、ＰＷＭ高速出力レギュレータ８７に行く負荷サイクルを調整可能である。
【００６７】
図９を参照すると、システムコントローラ８４はメモリ１０２及びプログラム式論理回路１０８を含む。以下に述べるように、プログラム式論理回路１０８はメモリ１０２と通信しており、センサー１５０はエンジンのパラメータの１つ以上の測定値を受け取り、除算器８０は測定されたインピーダンス（例えば、測定された基準線インピーダンス）を受け取り、インピーダンス設定点を計算できる。使用中に、プログラム式論理回路１０８はインピーダンス設定点を決定可能である。
【００６８】
プログラム式論理回路１０８は、追加のインピーダンス値に基準線インピーダンスを加えることにより、設定点のインピーダンスを決定できる。プログラム式論理回路１０８は設定点のインピーダンスを計算するために用いられる、追加のインピーダンス値を決定可能である。例えば、プログラム式論理回路１０８は、コロナの大きさのような最適燃焼特性に基づいて追加のインピーダンス値を決定できる。それに加えて又はその代わりに、追加のインピーダンスはシステムの動作前又は動作中に、オペレータにより選択され得る。或る実施形態において、所望のコロナ特性（例えば、コロナの大きさ及び強さ）を示す信号が、内燃機関の主幹コントローラからプログラム式論理回路１０８に伝送される。
【００６９】
幾つかの実施形態において、プログラム式論理回路１０８は燃焼室５０の特性（例えば、与えられたクランク角における燃焼室の大きさ）に基づいて追加のインピーダンス値を決定する。或る実施形態において、追加のインピーダンス値は燃焼室５０の大きさ、（例えば、ピストンに連結されたクランク軸の角度変位を通じて決定されるような）燃焼室内のピストン５４の位置、エンジン出力、シリンダ圧力、エンジンのノッキング、負荷、スロットルの位置、エンジン速度、排気物質、燃料効率、等々を含む、エンジンの１つ以上の動作状態に基づいて決定される。幾つかの実施形態において、インピーダンス設定点は、アークストライクを生じることなく可能な最大インピーダンス（例えば、最大のコロナの大きさ）である。
【００７０】
システムコントローラ８４は、さらなる制御を容易にするため、燃焼室５０内の動作条件をモニターできる。例えば、燃焼サイクル中に燃焼室５０内で作られる火炎前面は、導電体である。そのようなものとして、火炎前面は放電電極４０における電気的分路として作用し、電気的分路は火炎前面の温度と大きさに従って変化する。この分路は共振二次コイル７０への入力電圧の低下をもたらす。減少したインピーダンスは高周波昇圧トランス２０及び共振二次コイル７０への低下した入力電圧をもたらす。
【００７１】
他の全ての変数が一定に保たれた、共振二次コイル７０（及びそこでコロナが形成される電極４０）の出力の分路は、共振二次コイル７０への入力インピーダンスを非常に高いレベルに上昇させる。しかしながら、幾つかの実施形態において、システムコントローラ８４は、一定のインピーダンス設定点に制御することにより実質的に一定のインピーダンスを保つ。そのような一定のインピーダンスの実施形態において、システムコントローラは、例えばＡ点において測定したように入力電圧を下げることにより、共振二次コイル７０の入力側における一定のインピーダンス（電流により除算された電圧の比率）を維持するために対応し得る。
【００７２】
システムコントローラ８４は、（例えば、図７Ａにおいて示すように）電圧信号処理ユニット７５又は整流器７９からの電圧測定値を受け取ることができる。それに加えて又はその代わりに、電圧測定値は図７Ａ内のＡ点における電圧入力から、直接システムコントローラ８４に伝送され得る。システムコントローラ８４は、測定値の集合が燃焼室５０内における火炎前面の分路の特性であるかどうかを決定するために、これらの電圧測定値及び／又は他の変数の測定値の解析値を解析することができる。
【００７３】
ここで記述されているように、システムコントローラ８４により解析される測定値の集合内の各「測定値」は、電気的測定値（例えば、入力電圧）及び電気的測定値が取得された時間を含む。アークストライクの間に生じ得る電気的測定値の殆ど瞬時的な変化と比較すると、火炎前面が分路をなす間に生じ得る電気的測定値の変化は、より緩やかであり得る。測定値が規則的間隔で周期的に取得される場合、時間はタイムスタンプ、又はカウントにおける整数であり得る。システムコントローラ８４のプログラム式論理回路１０８は、測定値の集合が燃焼室内の火炎前面分路の特性である場合、（例えば、センサー１５０からの）測定値の集合の少なくとも部分集合に基づいて、燃焼室５０内の動作条件を決定できる。それに加えて又はその代わりに、プログラム式論理回路１０８は、測定値の集合が火炎前面の分路の特性、及び／又はアークストライクの特性になり得ない場合、測定値の集合が燃焼室における失火条件の特性であるかどうかを決定可能である。
【００７４】
センサー１５０は上述のように、エンジンの動作状態を示すプログラム式論理回路１０８に情報を供給する。例えば、センサー１５０はクランク軸の回転位置、シリンダ内のピストンの長手方向位置、排気中の酸素濃度、ノッキング検出、及び／又はシリンダ圧力を示す信号を伝送し得る。センサー１５０は、並列又は直列転送を利用するアナログあるいはデジタル信号として、情報を伝送することができ、それはデータパケットとして伝送され得る。信号は、例えばＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ＝コントローラ・エリア・ネットワーク（‘ＣＡＮ’）バス信号のような、各種の異なる形態のいずれかで実装され得る。
【００７５】
システムコントローラ８４は、設定点のインピーダンス（例えば、基準線インピーダンスと追加インピーダンスの和）が、燃焼室内でのプラズマ生成及び電気アークストライクのために必要とされるものよりも低くなるように、或る動作状態において最大のコロナの大きさと相関する、追加のインピーダンス値と動作状態を関連付け得る、データ構造１０６を記憶するメモリ１０２をさらに含む。メモリ１０２はまた、例えば、典型的な基準線インピーダンス値が記憶され、診断のために実際の基準線インピーダンスと比較され得るように、基準線インピーダンスの記憶装置１０４を含む。或る実施形態において、システムコントローラ８４は追加のインピーダンスを第１メモリに記憶し、基準線インピーダンスを第２の別個のメモリに記憶する。
【００７６】
プログラム式論理回路１０８は、動作可能なようにメモリ１０２と結合された、メモリアクセス回路１１０を含む。メモリアクセス回路１１０はデータ構造１０６にアクセス可能であり、動作状態と関連する追加のインピーダンス値を戻すことができる。それに加えて又はその代わりに、メモリアクセス回路１１０はデータ構造１０６にアクセス可能であり、基準線インピーダンス値を戻すことができる。
【００７７】
メモリアクセス回路１１０は完全にハードウェアとして、又は１つ以上の組み込まれたプロセッサ上で実行するソフトウェア・モジュールとして、あるいはハードウェアとソフトウェアの態様を組み合わせた実施形態として実装され得る。メモリ１０２は、全体として又は部分的にプログラム式論理回路１０８内に組み込まれ得るか、あるいはプログラム式論理回路１０８へ動作可能なように結合された、別個の素子であり得る。メモリ１０２は、任意の形態の揮発性ランダムアクセスメモリ（‘ＲＡＭ’）、及びハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、又は（‘ＥＥＰＲＯＭ’又は「フラッシュ」メモリとしても知られる）電気的消去及びプログラム可能読取り専用記録装置の空間のような、幾つかの形態の不揮発性コンピュータメモリ、あるいは別の形態の不揮発性ランダムアクセスメモリ（‘ＮＶＲＡＭ’）を含み得る。
【００７８】
図１０は、コロナ放電点火システム用の設定点のインピーダンスを計算するために、例えばプログラム式論理回路１０８により行われる、方法１０００を例証するフローチャートである。本方法は、電力を電極４０に供給する高電圧回路３０への入力における、基準線インピーダンスの測定１００２と、エンジンの動作状態に少なくとも部分的に基づく、追加インピーダンス値の決定１００４と、設定点のインピーダンスを計算するための、基準線インピーダンスへの追加インピーダンス値の加算１００６と、実際のインピーダンスと設定点のインピーダンスとの比較１００８と、燃焼室５０内でプラズマが生成されず、電気アークのストライクがないように、実際のインピーダンスを実質的に設定点のインピーダンスと合致させるための、電極４０を通じた電気エネルギーの放出速度の制御１０１０とを含む。エンジンの動作状態に基づく、追加インピーダンス値の決定１００４は、燃焼室の大きさに基づく追加のインピーダンス値の決定１１２０を含み得る。
【００７９】
上述のように、追加のインピーダンス値の決定１００４は、最適なコロナの大きさに基づく追加のインピーダンス値の決定１０１２を含み得る。１つの実施形態において、追加のインピーダンス値の決定１００４は、データ構造へアクセスすることを含み、データ構造は、設定点のインピーダンスが、燃焼室内におけるプラズマの生成及び電気アークストライクのために必要とするものよりも低くなるように、例えば動作状態における最大のコロナの大きさと相関する、追加のインピーダンス値と動作状態を関連させ、そして同決定１００４は、動作状態と関連する追加のインピーダンス値を、データ構造１０６から取り出すことを含む。
【００８０】
図９を再度参照すると、プログラム式論理回路１０８は電気アークストライクを検出するために構成された、アークストライク検出回路１１４を含み得る。アークストライク検出回路１１４は、除算器８０からインピーダンスを受ける。ストライク検出回路は電圧‐電流の軌跡の勾配（インピーダンス）における減少を検知することにより、アークストライクを検出し得る。他の実施形態において、アークストライク検出回路１１４はＡ点において入力電流と結合され、大幅で急速な電流低下（図示せず）を検出することにより、アークストライクを検出し得る。
【００８１】
プログラム式論理回路１０８は、メモリ１０２、アークストライク検出回路１１４、及び決定回路１１８と動作可能なように結合されたマッピング回路１１２を含み得る。アークストライク検出回路１１４からの、アークストライクを示す情報を受けて、マッピング回路１１２は、最初のインピーダンス値を提供し、そして動作状態をデータ構造１０６内の最初のインピーダンス値と関連付けるために、第１の許容誤差（例を挙げると、約０．５％よりも大きく、及び／又は約５％未満で、例えば約１％）を最新の追加インピーダンス値から差し引くことができる。或る実施形態において、マッピング回路１１２は、アークストライク検出回路１１４によるアークストライクの検出の際、マッピング回路１１２がデータ構造１０６内の値を、動作条件がエンジンの正常な動作中に達成されているために変更するような、閉ループフィードバック制御システムの部分である。例えば、エンジンが経時的に運転されているため、マッピング回路１１２は、データ構造１０６を追加のインピーダンス値で動的に更新できる。幾つかの実施形態において、マッピング回路１１２は、最初の期間（例えば、エンジンの最初の起動後の期間）中にエンジンを様々な動作状態で運転し、そしてこの最初の期間中に様々な動作条件が達成されるため、データ構造１０６を投入するように構成される。
【００８２】
今、図１１を参照すると、最初にデータ構造１０６を投入する方法１１００は、この最初の期間中の様々な動作条件におけるエンジンの運転１１０２と、電気アークストライクの検出１１０４と、最新の動作状態の測定１１０６と、最新の追加インピーダンス値の決定１１０８と、最新の動作状態をデータ構造における最新の追加インピーダンス値に関連付けること１１１０を含み得る。最新の追加インピーダンス値の決定１１１２は、電力を電極４０に供給する高電力回路３０の最新のインピーダンス測定と、電力を電極４０に供給する高電力回路３０への入力における、最新の基準線インピーダンスの測定１１１４と、電力を電極４０に供給する高電力回路３０の最新の実際のインピーダンスから、回路への入力における最新の基準線インピーダンスを差し引くことによる、最新の追加インピーダンス値の計算１１１６とにより行われ得る。
【００８３】
プログラム式論理回路１０８は周期的ディザリング回路１１６を含み得る。周期的ディザリング回路１１６は、最初の期間（例えば、幾つかの実施形態におけるマッピング回路１１２と関連する最初の期間）の後、(例えばデータ構造１０６内で)動作状態と関連する追加のインピーダンス値を反復的に増加させ、その特定の動作状態に対して変更されたインピーダンス設定点を作り出すために、この増加した値を基準線インピーダンスに加えるように構成される回路を含む。追加のインピーダンス値における反復的な増加は、ディザリング回路１１６が電気アークストライクを示すアークストライク検出回路１１４から信号を受け取るまで続く。周期的ディザリング回路１１６は、動作状態をデータ構造における変更された追加インピーダンス値と関連付けるように構成される。各反復の間にアークストライク信号が受信されない場合、ディザリング回路１１６は（例えば、データ構造１０６内での関連付けにより）、動作状態を変更された追加のインピーダンス値と関連付ける。
【００８４】
周期的ディザリング回路１１６はさらに、アークストライクが検出された場合に、新たな変更された追加のインピーダンス値を作り出すために、第２の許容誤差（例を挙げると、約０．５％よりも大きく、及び／又は約５％未満で、例えば約１％）を、変更された追加のインピーダンス値から差し引き、そして（例えば、データ構造１０６内での関連付けにより）、動作状態を新たな変更された追加のインピーダンス値と関連付けるように構成された回路を含む。電気アークストライクを示すアークストライク検出回路１１４からの信号を受けて、回路は新たな変更された追加のインピーダンス値を作り出すために、第２の許容誤差を変更された追加のインピーダンス値から差し引き、そして（例えば、データ構造１０６内での関連付けにより）、動作状態を新たな変更された追加のインピーダンス値と関連付ける。
【００８５】
図１２を参照すると、ディザリング・プロセス１２００は最初の期間後に、変更された追加のインピーダンス値を作り出すために、動作状態と関連する（例えば、データ構造１０６内に関連する）追加のインピーダンス値の反復的増加１２０２と、設定点のインピーダンスを計算するための、基準線インピーダンスへの変更された追加インピーダンス値の加算１２０４と、アークストライクが生じるかどうかの決定１２０６とを含み得る。アークストライクが生じない場合、最新の動作状態の測定１２０８と、最新の追加インピーダンス値の決定１２１０と、（例えば、データ構造１０６内での関連付けによる）最新の動作状態と最新の追加インピーダンス値との関連付け１２１２とを含み得る。アークストライクが検出されない場合、追加のインピーダンス値は再度反復的な増加１２０２を生じる。アークストライクが生じる場合、ディザリング・プロセスは新たな変更された追加のインピーダンス値を作り出すために、第２の許容誤差を変更された追加のインピーダンス値から差し引くこと１２１４と、（例えば、データ構造１０６内での関連付けによる）動作状態と新たな変更された追加のインピーダンス値との関連付け１２１６とを含む。
【００８６】
再び図７Ａを参照すると、システムコントローラ８４は、インピーダンス設定値を出力することに加えて、トリガー信号パルスもパルス幅変調器８２に送る。このトリガー信号パルスは、（図２に示す）高電圧回路３０及び電極４０の作動を制御する、変圧器２０の作動タイミングを制御する。トリガー信号パルスは、図１５に示す主幹エンジンコントローラ８６から受けるタイミング信号６１に基づく。タイミング信号６１は点火シーケンスをいつ開始するべきかを決定する。システムコントローラ８４はこのタイミング信号６１を受け、次に適切なトリガーパルスのシーケンス及びインピーダンス設定点をパルス幅変調器８２に送る。この情報は、いつ点火すべきか、何回点火すべきか、どの位長く点火すべきか、及びインピーダンス設定点をパルス幅変調器に告げる。所望のコロナ特性（例えば、パルス幅変調器８２の点火シーケンス、及びインピーダンス設定点）はシステムコントローラ８４内でハード・コード化され得るか、あるいはこの情報は、主幹エンジンコントローラ８６からの信号６３を通じて、システムコントローラ８４に送られることができる。幾つかの実施形態において、システムコントローラ８４は診断情報を主幹エンジンコントローラ８６に送る。システムコントローラ８４から送られる診断情報の例は、低電圧／過電圧供給、電流及び電圧信号から決定されたような点火の失敗等を含み得る。
【００８７】
図１３を参照すると、燃焼室５０を制御する方法１３００は、燃焼室５０に結合された電極４０への電力供給１３０２と、燃焼室５０から測定値の集合を受け取ること１３０４と、測定値の集合が燃焼室５０内における火炎前面の分路の特性か否かの決定１３０９をするために、測定値の集合を解析すること１３０６を含む。
【００８８】
測定値の集合が火炎前面の分路の特性ではない場合、燃焼室５０を制御する方法１３００は、測定値の集合が失火条件の特性であるか否かの決定１３０８を含む。測定値の集合が火炎前面の分路の特性である場合、本方法は測定値の部分集合に基づく、燃焼室５０内の動作条件の決定１３１０を含む。
【００８９】
測定値の集合の解析１３０６は、電気的測定における経時的な変化の計算と、計算された変化に基づくパターンの決定と、１つ以上の記憶された測定プロファイルを用いたパターンの比較と、そしてパターンが（例えば、小さい偏差に対する余裕を伴って）少なくとも１つの記憶された測定プロファイルと実質的に合致する場合、燃焼室内での火炎前面の分路の正の表示を戻すことにより行われ得る。電気的測定における経時的な変化の計算は、測定値と測定値に対応する時間を座標の一対として扱うこと、及び測定値の集合により作り出される曲線の１つ以上の部分の勾配を見出すことを含み得る。パターンの決定はデータ・フィッティング、反復プロセス、又は他の統計的あるいは数学的技法を用いることにより行われ得る。測定値は平滑化により前もって調整され得るか、あるいはしきい値未満又は特定の座標空間外に外れる測定値を除外することにより事前処理され得る。測定プロファイルはプロファイル・データ構造（例えば、データ構造１０６）内に記憶され、プロファイル・アクセス回路によりアクセスされ得る。幾つかの実施形態において、小さい偏差に対する余裕を伴う記憶されたプロファイルと測定パターンを合致させることは、様々な数学的又は統計的手法を通じて達成されることができ、そのような個々の値は、技術的に良く知られているように期待値、信頼区間の使用、曲線フィッティング、等々の標準偏差内にある。
【００９０】
それに加えて又はその代わりに、測定値の集合の解析１３０６は、電気的測定における経時的な変化の計算と、計算された変化と１つ以上のしきい値との比較と、そして計算された変化がしきい値を超えた場合に、燃焼室内での火炎前面の分路の正の表示を戻すことにより行われ得る。例えば、しきい値は座標の対における特定の部分集合の勾配、特定の測定値、（例えば、勾配、電圧、共振周波数）の値の総量又は割合、あるいはこれらの組み合わせにおける変化を含み得る。
【００９１】
図１４Ａ〜Ｄは燃焼室５０内の様々な動作条件を表わす電圧プロファイルの、グラフによる表現である。図１４Ａ〜Ｄの各々において、測定値は主要な高周波変圧器２０の入力電圧レベル８０１、及び二次コイル７０の共振周波数、周波数８０３、及び内燃機関におけるシリンダ圧力８０５を含む。図１４Ａに描かれる条件に関して、その期間は燃焼サイクルを含み、システムコントローラ８４は上述のように一定のインピーダンスを維持する。図１４Ａは空気と燃料の化学量論的混合（λ＝１）を有する燃焼室５０内の期間にわたる電気的測定値のグラフである。ガス圧力はシリンダの圧縮の間に増加するため、一定のインピーダンスを維持するために要する電圧は増加する。点火の際、火炎前面は放電電極に分路を作り、一定のインピーダンスを維持するために要する電圧を減少させる。共振コイル２０の出力の分路は、共振コイル２０への入力インピーダンスを非常に高いレベルに上昇させる。システムコントローラが一定の入力インピーダンスを維持しており、コントローラが一定の入力インピーダンスを維持するために、電圧を下げることによってインピーダンス増大に対応するため、図１４Ａに示すように、入力電圧は低下する。化学量論的混合を用いる燃焼は比較的速い。速い燃焼は、温度の影響による絶縁セラミックスのキャパシタンスの増加に起因する、追加の容量性負荷を生じさせる。インダクタンスが固定されているため、これは共振周波数の低下をもたらす。
【００９２】
これらの条件はグラフ上で２つの領域を生じさせる。領域Ａは燃焼前の圧力上昇を示す。電圧はこの領域において上昇し、一般に正の勾配を曲線に与える。領域Ｂは燃焼室内の火炎前面の分路と相関する。電圧はこの領域において急激に低下し、比較的大きな負の勾配を曲線に与える。
【００９３】
図１４Ｂは（図１４Ａに対応する混合物よりも希薄な）λ＝１．３における希薄な空気と燃料の混合物を有する、燃焼室５０内の、或る期間にわたる電気的測定のグラフである。再び、点火の際に、火炎前面は放電電極４０に分路を作り、一定のインピーダンスを維持するために要する電圧を減少させる。希薄な混合物を用いる燃焼は、温度の影響による追加の容量性負荷が生じないように、化学量論的混合によるものよりも遅い。従って、共振周波数は大幅には変化しない。領域Ｂにおいて電圧は低下するが、しかし化学量論的混合の場合（図１４Ａ）のようには急激でなく、比較的小さい負の勾配を曲線に与える。
【００９４】
図１４Ｃはλ＝１．７における非常に希薄な空気と燃料の混合物を有する、燃焼室内の或る期間にわたる電気的測定のグラフである。点火の際に、火炎前面は放電電極に分路を作り、上述の例におけるように、一定のインピーダンスを維持するために要する電圧を減少させる。λ＝１．７の希薄な混合物を用いる燃焼は比較的遅い。これらの条件はグラフ上に４つの領域を生じさせる。領域Ａは燃焼前の圧力上昇を示す。電圧はこの領域において上昇し、曲線に一般に正の勾配を与える。領域Ｂは燃焼室内の火炎前面の分路と相関する。電圧はこの領域において低下し、負の勾配を曲線に与える。領域Ｃは電極から遠ざかり、分路を減少させる火炎前面と相関する。領域Ｃにおける電圧はそれゆえ上昇し、この領域の曲線に燃焼が領域Ｄにおいて止まるまで正の勾配を与え、そして電圧は最小値に至る。
【００９５】
図１４Ｄは失火があり、燃焼が生じない燃焼室内の、或る期間にわたる電気的測定のグラフである。サイクルが終了するまで電圧が上昇し続け、そして電圧が最小値に至るように、火炎前面の分路は生じない。
【００９６】
再び図１３を参照すると、測定値の集合が火炎前面の分路の特性になり得ない場合、本方法は測定値の集合が燃焼室５０内における、失火条件の特性であるか否かの決定１３０８を行い得る。
【００９７】
測定値の集合が燃焼室における火炎前面の分路の特性である場合、本方法は測定値の集合の少なくとも部分集合に基づき、燃焼室５０内の動作条件の決定１３１０を行う。幾つかの実施形態において、燃焼室５０における動作条件の決定は、測定値の集合が火炎前面の分路の特性であるか否かを事前に決定することなく行われ得る。これらの動作条件は火炎前面の燃焼速度、燃料に対する空気のシリンダ内比率、シリンダ内の排気ガス再循環（ＥＧＲ）率、及び最適点火期間を含み得る。
【００９８】
燃焼室５０内の動作条件の決定１３１０は、測定値の部分集合に基づき、最適な火炎前面を展開するために必要とされる、コロナ発生の持続時間の識別を含み得る。例えば、電気的測定が高電力回路３０の入力電圧である場合、最適な火炎前面を展開するために必要とされる、コロナ発生の持続時間の識別は、タイマーを開始させ、しきい値よりも大きい入力電圧の低下を検出したとき、タイマーを停止させること、及び最適な火炎前面を展開するために必要な、コロナ発生の持続時間としての経過時間を与えることにより行われ得る。
【００９９】
最適な火炎前面を展開するために必要とされる、コロナ発生の持続時間の識別はまた、しきい値よりも大きい入力電圧の低下を検出し、そしてしきい値よりも大きい入力電圧の低下を検出した際、コロナ発生を止めることにより行われ得る。しきい値は特定のパーセントの低下量（例えば１０％）であり得る。
【０１００】
それに加えて又はその代わりに、燃焼室５０内の動作条件の決定１３１０は、測定値の部分集合の勾配を計算することにより、火炎前面の燃焼速度（又は燃焼割合）の決定を含み得る。例えば、燃焼によりもたらされるピーク後の、電圧のラインの負の勾配（例えば、図１４Ａの領域Ｂを参照）は、最初の火炎前面の燃焼速度と相関する。
【０１０１】
幾つかの実施形態において、シリンダ内の空気‐燃料比率は燃焼の品質と相関する、火炎前面の燃焼速度に基づいて決定される。燃焼の品質は、シリンダ内圧を測定するセンサー（例えば、シリンダ圧力変換器）を用いて研究室で又は製作中に、あるいは研究所の条件において別のタイプのセンサーを用いて、事前に決定され得る。これらのセンサーは高価であり、現在はエンジン製作において使用されていない。従って、例えば、エンジンが使用中のときにエンジン動作の問題を診断するため、火炎前面の燃焼速度との相関に基づく燃焼品質を評価する、間接的な方法が有用であり得る。或る実施形態において、入力電圧（又はインピーダンス）信号が燃焼速度と相関し得る。
【０１０２】
ＥＧＲ（排気ガス再循環）の追加及び／又は希薄な空気‐燃料比率での動作は、ＥＧＲの無い化学量論的動作と比較して、燃焼を遅くし得る。徐々にＥＧＲ及び／又は空気‐燃料比率を変えることにより、特定のエンジンに対して空気‐燃料比率又はＥＧＲ率のいずれかを、（上述のように決定される）最初の燃焼速度が遅くなる量と相関させるように、測定値はマッピングされ得る。この情報は記憶された測定プロファイル（例えば電圧プロファイル）内へ組み込まれ得る。この制御システムは、如何にうまく最初の火炎前面が形成されるかを決定する、安価で間接的な方法を容易化し得る。火炎前面が形成されない場合、失火は上述の測定値を用いて検出され得る。非常に速い燃焼が存在する場合、測定値は実質的に非常に速い燃焼プロファイルに合致するであろう。非常に遅い燃焼が存在する場合、測定値は実質的に非常に遅い燃焼プロファイルに合致するであろう。ＥＧＲ及び／又は空気‐燃料比率は同様にマッピングされ得る。
【０１０３】
入力電圧信号（又はインピーダンス）と燃焼速度との相関は、（燃焼速度を表わす）発熱速度を計算し、サイクルからサイクルへの放熱量を入力電圧（又はインピーダンス）の測定値の集合と相関させることにより行われ得る。この相関は次にプロファイル・データを、数値的に実際の測定された発熱速度に合わせるために使用され得る。
【０１０４】
発熱速度は瞬間的なシリンダ圧力とシリンダ容積から計算され得る。これは０．１°のクランク角増加量において、シリンダ圧力を測定することにより達成され得る。クランク角はピストン位置を直接決定するため、クランク角はシリンダの容積に変換され得る。
【０１０５】
空気‐燃料比率は、火炎前面の燃焼速度と燃焼品質に基づいて関連する関数を得ることにより、又は空気‐燃料比率の値を特定の記憶された測定プロファイルと関連付ける、データ構造（例えば、データ構造１０６）にアクセスすることにより決定され得る。シリンダ内の排気ガス再循環率は同じやり方で得られ得る。
【０１０６】
幾つかの実施形態において、測定値の集合が燃焼室５０内での失火条件の特性であるか否かの決定１３０８は、電気的測定における経時的な変化の計算と、計算された変化におけるパターンの決定と、１つ以上の記憶された失火の測定プロファイルとパターンとの比較と、パターンが記憶された失火の測定プロファイルの少なくとも１つと実質的に合致する場合、燃焼室における失火条件の正の表示を戻すことにより行われ得る。それに加えて又はその代わりに、コロナの持続時間が火炎前面の分路の決定なしで最大値（例えば２ｍｓ）を超えた場合、点火は終了し、特定のシリンダは失火したものと決定される。
【０１０７】
或る実施形態において、測定値の集合が燃焼室５０内での失火条件の特性であるか否かの決定１３０８は、上述のような測定値の集合が燃焼室内の火炎前面の分路の特性であるか否かの決定と同様のやり方で行われ得る。例えば、測定値の集合が燃焼室内での失火条件の特性であるか否かの決定１３０８は、電気的測定における経時的な変化の計算と、計算された変化に基づくパターンの決定と、１つ以上の記憶された失火の測定プロファイルとパターンとの比較と、パターンが記憶された失火の測定プロファイルの少なくとも１つと実質的に合致する場合、燃焼室内における失火条件の正の表示を戻すことにより行われ得る。それに加えて又はその代わりに、測定値の集合が燃焼室５０内での失火条件の特性であるか否かの決定１３０８は、電気的測定における経時的な変化の計算と、計算された変化と１つ以上の失火のしきい値との比較と、そして計算された変化が失火のしきい値を超えた際に、燃焼室内での失火条件の正の表示を戻すことにより行われ得る。
【０１０８】
失火に関する警報は、測定値の集合が燃焼室内での失火条件の特性である場合に誘発され得る。警報はエンジンの灯火警報、点検が必要であることを示すフラグの集合、又は他のエンジン構成要素（例えば、図１５に示す主幹エンジンコントローラ８６）への電気信号であり得る。幾つかの実施形態において、本方法は測定値の集合が燃焼室内での失火条件の特性で場合、失火条件に対する修正行動を始めることを含む。例えば、空気‐燃料比率が調整され、設定点のインピーダンスが増やされ得る、等々。
【０１０９】
上記の実施形態の要素はシステムコントローラ８４の部分として記述されているが、別の実施形態において、要素の幾つか又は全ては主幹エンジンコントローラ８６内で、あるいはシステムコントローラ８４、主幹エンジンコントローラ８６、又は（図１５に示す）点火装置８８に動作可能なように結合された別個のコントローラあるいはモジュールとして実装され得る。測定値は、制御電子機器及び主コイルユニット６０から診断情報６３として主幹エンジンコントローラ８６に送られ得る。
【０１１０】
コロナ放電点火システムは、完全にハードウェアの実施形態、ソフトウェア（ファームウェア又はマイクロコードを含む）、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実装され得る。それらの全てはここで「回路」又は「モジュール」と呼ばれる。例えば、システムコントローラ８４は、幾つかの配線で接続された回路、１つ以上の特定用途向け集積回路（‘ＡＳＩＣｓ’：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）において実装された設計構造、設計構造の核、任意の数の組み込まれたプロセッサ上で実行する１つ以上のソフトウェア・モジュール、又はこれらのいずれかの組み合わせとして実装され得る。
【０１１１】
図１５を参照すると、主幹エンジンコントローラ８６は様々なタイミング、診断、及びコロナ特性信号と共に示される。主幹エンジンコントローラ８６はまた、温度及び圧力センサー又は回転速度計のような１つ以上のエンジン制御センサー、及び燃料噴射器又はスロットルのような１つ以上のアクチュエータとも通信可能である。また示されているのは、１２／２４Ｖの入力を受け、例えば従来の切替え電源技術を用いて電圧を直流１５０Ｖに昇圧し得る直流電源８９である。
【０１１２】
インピーダンス設定点Ｉｓは、システムコントローラ８４により決定されると述べられている一方で、他の実施形態が可能である。例えば、Ｉｓは主幹エンジンコントローラ８６により決定され得る。主幹エンジンコントローラ８６は、点火システムからの診断情報６３を含むエンジンの動作条件に基づき、例えばインピーダンス設定点、点火シーケンス当たりの放電回数、及び点火持続時間を含むコロナ放電特性を決定し得る。スロットルポジション、エンジン速度、負荷、ノッキング検出のような各種のパラメータを伴う所望のコロナ放電特性と相関するマップシステムは、エンジン運転中のマップに従ってコロナ放電特性及び、それゆえインピーダンス設定点が動的に設定されるように、与えられたエンジンに対して経験的に確立され、主幹エンジンコントローラ８６内へ組み込まれ得る。それに加えて又はその代わりに、所望のコロナ放電特性は、排気物質、エンジン出力、シリンダ圧力等のような閉ループフィードバック情報に基づいて主幹エンジンコントローラ８６により決定され得る。
【０１１３】
各種の信号や直流電力は、動力用及び論理用ハーネス６４を通じて多数の点火装置８８に接続される。図１５において、シリンダ当たり１個で、６個の点火装置が示されている。各点火装置８８は制御電子機器及び主コイルユニット６０、二次コイルユニット７０、電極ハウジング７２、及び貫通絶縁体７１を含む。各点火装置は例えば図３に示す構造を有し得る。
【０１１４】
制御システムはコロナ放電の特性及びタイミングを制御するために、別の方法で構成され得る。例えば、低電圧回路１０用の電源入力は、電圧制御又は電流制御技術を用いて調節され得る。放電は、高周波昇圧トランス２０の駆動周波数又は高電圧回路３０の共振周波数を動的に調整することにより調節され得る。それに加えて又はその代わりに、高電圧回路３０の特性を動的に変えることにより、放電を調節することもまた可能である。
【０１１５】
幾つかの実施形態において、コロナ放電は高電圧回路３０の（入力の反対として）出力におけるインピーダンスに基づき制御される。そのような実施形態において、高電圧回路３０の出力における実際のインピーダンスを測定するため、及び実際の出力インピーダンスＩａ，２と比較する目的でインピーダンス設定点Ｉｓ，２（図６参照）を選定するために、適切な構成要素が提供される。主幹エンジンコントローラ８６は、例えばマッピング又は閉ループフィードバック制御に基づき、所望のコロナ特性を決定するため、上述のように構成され得る。
【０１１６】
コロナ放電点火システムは、次の１つ以上を含む燃料：ガソリン、プロパン、天然ガス、水素、及びエタノールにより燃料を供給される内燃機関において、燃料−空気混合物を点火するために使用され得る。それに加えて又はその代わりに、コロナ放電点火システムは定置型及び／又は非定置型の内燃機関の部分として使用され得る。幾つかの実施形態において、コロナ放電点火システムは、ディーゼルエンジンのような自動点火型内燃機関における、点火支援装置として使用され得る。
【０１１７】
ここに開示されているコロナ放電点火システムは、多くの変更が可能であることを理解されたい。そのような変更は、エンジン設計、取得される測定値のタイプ、インピーダンスが制御される方法、決定されるか又はモニターされる動作条件、等々を含み得る。様々な実施形態において、燃焼室内の電界の制御はマッピングにより、設定点のインピーダンスの使用により、及び／又は他の方法を通じて制御され得る。そのような変更が、付属の請求項及びそれらに等価なものの範囲内にある限りにおいて、それらはこの開示によって網羅されるものと意図される。
【図１】
0005439484.tif 000002
【図２】
0005439484.tif 000003
【図３】
0005439484.tif 000004
【図４】
0005439484.tif 000005
【図５】
0005439484.tif 000006
【図６】
0005439484.tif 000007
【図７Ｂ】
0005439484.tif 000008
【図８】
0005439484.tif 000009
【図９】
0005439484.tif 000010
【図１０】
0005439484.tif 000011
【図１１】
0005439484.tif 000012
【図１２】
0005439484.tif 000013
【図１３】
0005439484.tif 000014
【図１４Ａ】
0005439484.tif 000015
【図１４Ｂ】
0005439484.tif 000016
【図１４Ｃ】
0005439484.tif 000017
【図１４Ｄ】
0005439484.tif 000018
【図１５】
0005439484.tif 000019
【図７Ａ】
0005439484.tif 000020