(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼チャンバ（２０）内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電（２４）点火システムであって、
燃焼可能な混合物をイオン化し、前記燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電（２４）を提供するために、無線周波数電圧のエネルギを受け取り、無線周波数電界を放射する電極（３８）と、
主電圧のエネルギを貯蔵し、エネルギを最終的に前記電極（３８）に提供する主エネルギ貯蔵部（２８）と、
前記主電圧より高い追加電圧のエネルギを貯蔵し、アーク放電が発生した場合にのみ前記アーク放電を強化するためにエネルギを最終的に前記電極（３８）に提供する追加エネルギ貯蔵部（２６）とを備える、点火システム。
【請求項２】
前記コロナ放電（２４）が提供されている間は前記電極（３８）に対する前記追加エネルギ貯蔵部（２６）のエネルギの提供を防止するように前記追加エネルギ貯蔵部（２６）と前記電極（３８）との間にスイッチ（７２）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記スイッチ（７２）に対し、前記コロナ放電（２４）が提供された場合には開いたままとし、前記アーク放電が発生した場合には閉じるように指示するスイッチ制御（７４）を含み、前記スイッチ（７２）が閉じられることによって、前記追加エネルギ貯蔵部（２６）のエネルギが前記電極（３８）に提供される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記追加電圧は、前記主電圧の少なくとも１．１倍大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
電源（４２）と、前記主電圧のエネルギを前記電源（４２）から前記主エネルギ貯蔵部（２８）に提供する制御高電圧エネルギ源（５２）と、前記制御高電圧エネルギ源（５２）とは別個であって、前記追加電圧のエネルギを前記電源（４２）から前記追加エネルギ貯蔵部（２６）に提供する固定高電圧エネルギ源（５４）とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記固定高電圧エネルギ源（５４）は、前記追加エネルギ貯蔵部（２６）を完全に充電した状態に維持する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御高電圧エネルギ源（５２）によって提供される前記主電圧は３０Ｖから１００Ｖであり、前記固定高電圧エネルギ源によって提供される追加電圧は１００から２００Ｖである、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
点火器駆動回路（４６）と点火器駆動部（４８）とを含み、
前記点火器駆動回路（４６）は、コロナ駆動信号（５６）を前記点火器駆動部（４８）に送り、前記コロナ駆動信号（５６）は、前記電極（３８）に最終的に提供されるエネルギの所定の時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数を示し、
前記点火器駆動部（４８）は、前記コロナ駆動信号（５６）と、前記主エネルギ貯蔵部（２８）からのエネルギとを受け取り、所定の時間、経過時間、電圧レベル、および共振周波数のエネルギを最終的に電極（３８）に提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
エネルギを前記点火器駆動部（４８）から受け取り、前記電極（３８）にエネルギを提供する前に電圧を上げて電流を下げるＬＣ回路（６４）を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記点火器駆動回路（４６）は、０．５から２．０ＭＨｚの高い周波数で稼働する共振回路である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
燃焼チャンバ（２０）内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火する方法であって、
主電圧でエネルギを主エネルギ貯蔵部（２８）に貯蔵するステップと、
燃焼可能な混合物をイオン化し、燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電（２４）を提供するために、無線周波数電界を電極（３８）が放射できるようにエネルギを主エネルギ貯蔵部（２８）から最終的に電極（３８）に提供するステップと、
主電圧より高い追加電圧でエネルギを追加エネルギ貯蔵部（２６）に貯蔵し、アーク放電が発生した場合にのみアーク放電を強化させるためにエネルギを追加エネルギ貯蔵部（２６）から電極（３８）に提供するステップとを備える、方法。
【請求項１２】
コロナ放電（２４）が提供されている間は電極（３８）に対する追加エネルギ貯蔵部（２６）のエネルギの提供を防止するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
追加エネルギ貯蔵部（２６）が完全に充電された状態を維持するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
主電流のエネルギを主エネルギ貯蔵部（２８）に供給するステップと、主電流より大きい追加電流のエネルギを追加貯蔵部に供給するステップとを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
この出願は、２０１１年１月１３日に出願された米国特許仮出願第６１／４３２，２７４の利益を主張するものであり、その全体が引用によりここに援用される。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、概して燃焼チャンバ内の燃料と空気との燃焼混合物を点火するためのコロナ点火システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
コロナ放電点火システムは、交流の電圧および電流を与え、間断なく高電位電極と低電位電極とを逆転させることにより、アーク放電が形成されにくくなり、コロナ放電の形成が強化される。システムは、高い無線周波数電位に帯電し、燃焼チャンバ内に強い無線周波電界を作り出す電極を有するコロナ点火器を含む。電界は、燃焼チャンバ内の燃料と空気との混合物の一部をイオン化して絶縁破壊を開始させ、燃料空気混合物の燃焼を容易にする。コロナ放電点火システムの通常の稼働時において、電界は、燃料空気混合物が誘電特性を維持して、非熱プラズマとも称されるコロナ放電が発生するように制御される。燃料空気混合物のイオン化された部分は、火炎前面を形成し、これが自燃して燃料空気混合物の残りの部分が燃焼する。コロナ放電は、電流が低く、大量のエネルギを必要とすることなく、かつ点火システムの物理的部品を大きく摩耗させることなく、しっかりとした点火を行うことができる。コロナ放電点火システムの例は、Ｆｒｅｅｎの米国特許第６，８８３，５０７号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常は、電極と、接地したシリンダ壁、ピストン、またはコロナ点火器の他の部分との間に熱プラズマおよび電気アーク放電を作り出す誘電特性の全てを燃料空気混合物が失わないように電界を制御するのが望ましい。しかしながら、アーク放電は、コロナ放電をもたらすために必要な高い電圧によって、およびエンジンの稼働条件の変化によって、意図的であるか否かに関わらず起こる場合が多い。通常、コロナ点火システムにおけるアーク放電の持続時間および強度は、燃焼混合物を確実に点火するほど大きなものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要および利点
本発明の一局面は、燃焼チャンバ内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火するためのコロナ放電点火システムを提供する。システムは、燃焼可能な混合物をイオン化し、燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電を提供するために、無線周波数電圧のエネルギを受け取り、無線周波数電界を放射する電極を含む。主エネルギ貯蔵部は、主電圧のエネルギを貯蔵し、エネルギを最終的に電極に提供する。追加エネルギ貯蔵部も、追加電圧のエネルギを貯蔵する。追加電圧は、主電圧よりも高い。追加エネルギ貯蔵部からのエネルギは、アーク放電が発生した場合にのみアーク放電を強化するために最終的に電極に提供される。
【０００６】
本発明の他の局面は、燃焼チャンバ内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火する方法を提供する。方法は、主エネルギ貯蔵部に主電圧でエネルギを貯蔵するステップと、燃焼可能な混合物をイオン化し、燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電を提供するために、無線周波数電界を電極が放射できるようにエネルギを主エネルギ貯蔵部から最終的に電極に提供するステップとを含む。方法はまた、追加エネルギ貯蔵部内に追加電圧でエネルギを貯蔵するステップを含む。追加電圧は、主電圧よりも高い。方法はさらに、アーク放電が発生した場合にのみアーク放電を強化させるためにエネルギを追加エネルギ貯蔵部から電極に提供するステップを含む。
【０００７】
コロナ放電点火システムの稼働時にコロナ放電がアーク放電に切り替わると、主エネルギ供給源が単独でコロナ点火器に提供するエネルギは、燃焼可能な混合物を確実に点火させるのに十分に大きな持続時間と強度をアーク放電に提供するには通常は十分でない。このため、アーク放電が発生すると、追加エネルギ貯蔵部が追加エネルギをコロナ点火器に提供し、主エネルギ貯蔵部によって提供されるエネルギを補完し、これによってアーク放電を強化するとともに、燃焼可能な混合物をしっかりと確実に点火する。
【０００８】
本発明の他の利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と関連付けて考慮することによってより良好に理解され、容易に認識される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るコロナ放電点火システムの燃焼チャンバに配置されるコロナ点火器を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコロナ放電点火の電子構成部品を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るコロナ放電点火の電子構成部品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施可能な実施形態の詳細な説明
本発明のある局面によれば、燃焼チャンバ２０内の燃料と空気との燃焼可能な混合物を点火するためのコロナ点火システムが提供される。システムは、燃焼可能な混合物を点火するためにコロナ放電２４を通常は提供するコロナ点火器２２を有する発火端部アセンブリを含む。システムは、向上したエネルギ貯蔵部および伝達機能を有し、主エネルギ貯蔵部２８に加え、追加エネルギ貯蔵部２６を含み、コロナ放電２４がアーク放電に切り替わった場合の点火の信頼性を向上させる。高い電圧の追加エネルギは、アーク放電が発生した場合にコロナ点火器２２に与えられ、燃焼可能な混合物を点火することが可能なレベルにアーク放電が強化される。このため、システムは、アーク放電の持続時間の間、１つ以上の点火サイクルにわたり、コロナ放電２４が回復するまで、確実な点火を提供することができる。
【００１１】
正常な稼働条件において、主エネルギ貯蔵部２８は、主電圧のエネルギを貯蔵し、エネルギを最終的にコロナ点火器２２に提供し、追加エネルギ貯蔵部２６は、主電圧より高い追加電圧のエネルギを貯蔵する。コロナ放電２４がコロナ点火器２２によって提供され、燃焼可能な混合物を効率的に点火する限りにおいては、追加エネルギ貯蔵部２６は追加エネルギをコロナ点火器２２に提供することはない。しかしながら、コロナ放電２４がアーク放電に切り替わると、追加エネルギ貯蔵部２６は、追加エネルギをコロナ点火器２２に提供してアーク放電を強化する。強化されたアーク放電は十分に強く、コロナ放電２４が回復するまで確実な点火を提供する。追加エネルギ貯蔵部２６は、アーク放電が検知された場合、コロナ点火器２２に加えられる電圧を急速に高める。アーク放電が発生した時にコロナ点火器２２に大きなエネルギが放出されると、コロナ放電２４よりも低下したアーク放電の点火効率が相殺される。大きなエネルギが放出された後、エネルギ貯蔵部２６、２８は再充電され、次なるアーク放電事象の場合における使用に備えられる。
【００１２】
コロナ点火システムは、通常は自動車（図示せず）の内燃機関に採用される。図１に示されるように、シリンダ中心軸の周りを周方向に延在し、その間に空間が存在する側壁を有するシリンダブロック３０がエンジンに含まれる。側壁は、上部開口を囲う上端３２を有する。シリンダヘッド３４は、上端３２の上に配置され、上部開口にわたって延在する。ピストン３６は、シリンダブロック３０の側壁に沿った空間に配置され、エンジンの稼働時に側壁に沿って摺動する。ピストン３６は、シリンダブロック３０とシリンダヘッド３４とピストン３６との間に燃焼チャンバ２０が設けられるように、シリンダヘッド３４から間隔を空けられている。
【００１３】
コロナ点火器２２は、燃焼チャンバ２０内に横断方向に延在し、エネルギを受け取る電極３８を含む。通常のコロナ点火システムの稼働時において、電極３８が受け取るエネルギは、０．５から２．０メガヘルツの無線周波数、１０から１００キロボルトのＡＣ電圧、１０アンペアより小さい電流を有する。そして、電極３８は、１０ミリアンペア以下の電流の無線周波数電界を放射することで、燃料空気混合物の一部をイオン化し、燃料空気混合物を点火するコロナ放電２４を形成する。図１に示されるように、電極３８は、コロナ放電２４を放射する発火端部４０を含むことができる。
【００１４】
図２および図３に示されるように、コロナ点火システムの電子機器は、電源４２と、低電圧エネルギ源４４と、点火器駆動回路４６と、点火器駆動部４８と、制御高電圧エネルギ源５２と、主エネルギ貯蔵部２８と、固定高電圧エネルギ源５４と、追加エネルギ貯蔵部２６とを含む。電源４２は、エネルギを最終的にコロナ点火器２２の電極３８に提供する高電圧エネルギ源５２、５４にエネルギを提供する。電源４２は、通常は自動車の１２ボルトのバッテリであるが、他のエネルギ源とすることができる。ある実施形態において、電源４２は、０．１から４０Ａの平均電流のエネルギを提供する。
【００１５】
低電圧エネルギ源４４は、電源４２からエネルギを受け取り、エネルギを貯蔵し、０から２４ボルトの低い電圧のエネルギを点火器駆動回路４６に提供する。点火器駆動回路４６は、低電圧のエネルギを低電圧エネルギ源４４から受け取り、そのエネルギを使用してコロナ駆動信号５６を点火器駆動部４８に送る。点火器駆動回路４６は、０．５から２．０メガヘルツの高い周波数で稼働する発振回路である。
【００１６】
駆動制御部５８は、コロナ駆動信号５６を送るように点火器駆動回路４６に指示する駆動制御信号６０を点火器駆動回路４６に送る。駆動制御部５８は、通常は自動車のエンジン制御ユニットと一体であるが、別個のユニットであってもよい。コロナ駆動信号５６は、所定の時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数のエネルギをＬＣ回路６４および最終的にコロナ点火器２２に提供するように点火器駆動部４８に指示する。システムがコロナ放電２４を提供する間、点火器駆動部４８は、エネルギを追加エネルギ貯蔵部２６からではなく主エネルギ貯蔵部２８から受け取る。主エネルギ貯蔵部２８が単独で提供するエネルギにより、コロナ点火器２２は燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電２４を提供することができる。
【００１７】
主エネルギ貯蔵部２８は、電源４２からエネルギを受け取る制御高電圧エネルギ源５２からエネルギを受け取る。制御高電圧エネルギ源５２は、点火器駆動部４８にエネルギを提供する主エネルギ貯蔵部２８にエネルギのパルスを提供する。図２の実施形態において、制御高電圧エネルギ源５２は、電源４２から直接的にエネルギを受け取る。図３の実施形態において、制御高電圧エネルギ源５２は、電源４２から直接的にエネルギを受け取らず、代わりに電源４２から直接的にエネルギを受け取る固定高電圧エネルギ源５４からエネルギを受け取る。図３の実施形態は、製造およびエネルギ効率を向上させることができる。
【００１８】
エネルギのパルスは、１０ｍＡ以下の電流でコロナ点火器２２によってコロナ放電２４を提供することができる所定の時間、持続時間、および電圧レベルで、制御高電圧エネルギ源５２から主エネルギ貯蔵部２８に提供される。制御高電圧エネルギ源５２から主エネルギ貯蔵部２８に提供される電流は、主電流という。ある実施形態において、制御高電圧エネルギ源５２は、平均値が０．１から１０Ａであって最大値が４０Ａまでの主電流でエネルギを提供する。
【００１９】
制御高電圧エネルギ源５２は、低電圧エネルギ源４４によって提供される電圧よりも高い電圧のエネルギを提供する。ある実施形態において、制御高電圧エネルギ源５２は、電圧が３０から１００Ｖであって、最大電圧が１５０Ｖのエネルギを提供する。制御高電圧エネルギ源５２は、５０００ｕＦ以下の容量を有する。制御高電圧エネルギ源５２によって提供されるエネルギのパルスは、最終的にコロナ点火器２２に提供される電圧を変調する。
【００２０】
システムは、主エネルギ貯蔵部２８に提供されるエネルギのパルスの所定の時間、持続時間、および電圧レベルを示すエネルギ制御信号６８を制御高電圧エネルギ源５２に送るエネルギ制御部６６を含む。制御高電圧エネルギ源５２からのエネルギの出力は、調節することができる。しかしながら、アーク放電が形成されると、通常は制御高電圧エネルギ源５２は、しっかりと点火を行うことができるレベルにアーク放電を強化するのに十分に大きな比率でエネルギを単独で伝達することができない。特に、制御高電圧エネルギ源５２によって提供される主電流は、通常はアーク放電を十分なレベルに強化できるほど強くはない。
【００２１】
向上したエネルギ貯蔵部および伝達機能を有さず、単一のエネルギ貯蔵ユニットのみが設けられる他のコロナ点火システムにおいて、アーク放電が発生した際にコロナ点火器２２に伝達することができる利用可能なエネルギは、通常はアーク放電の形成時に単一のエネルギ貯蔵部に貯蔵されているエネルギに限定される。制御高電圧エネルギ源５２によって供給されるエネルギは、適切に単一のエネルギ貯蔵ユニットからコロナ点火器２２にエネルギを伝達することができるように十分に小さくする必要がある。加えて、アーク放電が発生する特定の稼働条件のために制御高電圧エネルギ源５２の電圧が低い値に設定された場合、制御高電圧エネルギ源５２によって供給されるエネルギは限定されてもよい。
【００２２】
コロナ放電点火システムの主エネルギ貯蔵部２８は、制御高電圧電源４２からエネルギのパルスを受け取り、エネルギを貯蔵し、エネルギのパルスを点火器駆動部４８および最終的にコロナ点火器２２に提供する。主エネルギ貯蔵部２８は、１０から１５０ボルトの最大電圧の容量内の固定量のエネルギを貯蔵する。主エネルギ貯蔵部２８に貯蔵される最大電圧は、システムの稼働条件に依存する。たとえば、シリンダの圧力が低い場合は、約２０Ｖの低い電圧が必要となり、シリンダの圧力が高い場合は、適切なコロナ放電を作るために１００Ｖが必要となる。固定量のエネルギは、主エネルギ貯蔵部２８にエネルギが供給される比率に依存し、この比率は、制御高電圧エネルギ源５２の主電流の最大値によって制御される、およびこの最大値に依存する。
【００２３】
主エネルギ貯蔵部２８は、最終点火器駆動部４８およびコロナ点火器２２が必要とする電流パルスを平滑化し、これによって電源４２および制御高電圧エネルギ源５２は、最大電流ではなく平均電流のエネルギを供給するのみでよい。主エネルギ貯蔵部２８は、制御高電圧エネルギ源５２とは別個に示されるが、主エネルギ貯蔵部２８は代替的に制御高電圧エネルギ源５２と一体とすることができる。
【００２４】
点火器駆動部４８は、コロナ駆動信号５６を点火器駆動回路４６から受け取り、１０から１５０ボルトの電圧のエネルギを主エネルギ貯蔵部２８から受け取り、固定のエネルギ供給比率、所定の時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数のエネルギをＬＣ回路６４および最終的にコロナ点火器２２に提供する。点火器駆動部４８から受け取ったエネルギは、駆動エネルギ供給５０という。コロナ駆動信号５６は、固定のエネルギ供給比率、所定の時間、持続時間、電圧レベルを満たし、ＬＣ回路６４の共振周波数に合致させるために駆動エネルギ供給５０を操作するように点火器駆動部４８に指示する。点火器駆動部４８は、駆動エネルギ供給５０をＤＣ電流として受け取り、駆動エネルギ供給５０をＡＣ電流に操作し、点火器エネルギ供給６２と称するＡＣ電流をＬＣ回路６４および最終的にコロナ点火器２２に提供する。点火器エネルギ供給６２は、主エネルギ貯蔵部２８からのエネルギおよび追加エネルギ貯蔵部２６からの追加エネルギの両方を含む。点火器駆動部４８は、共振インダクタンスＬ１および発火端部アセンブリの容量Ｃ１にも影響を与える。点火器駆動部４８は、点火器駆動回路４６とは別個に示されているが、代替的に点火器駆動回路４６と一体とすることができる。
【００２５】
ＬＣ回路６４は、エネルギのＡＣ電流を点火器駆動部４８から受け取り、エネルギを変換し、変換したエネルギをコロナ点火器２２に提供する。コロナ点火システムの通常の稼働時において、ＬＣ回路６４は、点火器駆動部４８から受け取ったエネルギの電圧よりも通常は少なくとも２０倍大きいレベルに電圧を上げることによってエネルギを変換する。また、ＬＣ回路６４は、通常は点火器駆動部４８から受け取った電流の少なくとも２０分の１に電流を下げることによってエネルギを変換する。ある実施形態において、ＬＣ回路６４は、１０から１００キロボルトの電圧に上げ、０．１から５アンペアの電流に下げる。
【００２６】
ＬＣ回路６４は、点火器駆動部４８の影響を受ける共振インダクタンスＬ１および発火端部アセンブリの容量Ｃ１によって提供される。発火端部アセンブリの共振周波数を示すフィードバック信号７０も、ＬＣ回路６４から点火器駆動回路４６に送られる。点火器駆動回路４６は、フィードバック信号７０の情報を分析し、コロナ点火器２２に提供されるエネルギの所定の時間、持続時間、および電圧レベルを決定するためにその情報を使用する。点火器駆動回路４６は、提供されるエネルギの共振周波数を決定するためにフィードバック信号７０の情報を使用し、ＬＣ回路６４の共振周波数に共振周波数を合致させる。
【００２７】
コロナ点火システムの通常の稼働時において、コロナ点火器２２の電極３８は、０．５から２．０ＭＨｚの無線周波数および１０から１００ｋＶの高電圧のエネルギをＬＣ回路６４から通常は受け取る。そして、電極３８は、無線周波数電界としてエネルギを放射して燃焼可能な混合物をイオン化し、燃料空気混合物を点火するコロナ放電２４を提供し、コロナ放電２４は、１０から１００ｋＶの電圧および１０ｍＡより小さい電流を有する。しかしながら、エンジンの稼働条件が変化するなどの特定の場合においては、電流は上がり、電界は全ての誘電特性を失い、非熱プラズマであるコロナ放電２４はアーク放電と称される熱プラズマに移行する。アーク放電は、電極３８と、接地されたシリンダ壁、ピストン３６、またはコロナ点火器２２の他の部分との間に延在する。アーク放電は、意図的に起こすことができるが、通常は確実な点火を提供するのに十分でないため、通常はシステムの稼働条件の変化によって意図せずに引き起こされるものである。アーク放電の発生を検知するために任意の方法を使用してもよい。アーク放電が発生すると、システムは、追加エネルギ貯蔵部２６に貯蔵された追加エネルギをコロナ点火器２２に伝達し、アーク放電を強化し、これによってコロナ放電２４が回復するまでの点火の確実性が向上する。
【００２８】
図２および図３に示されるように、追加エネルギ貯蔵部２６は、電源４２からエネルギを受け取る固定高電圧エネルギ源５４からエネルギを受け取る。固定高電圧エネルギ源５４は、１００から２００Ｖの電圧および４０Ａの最大電流のエネルギを追加エネルギ貯蔵部２６に提供する。図３の実施形態において、制御高電圧エネルギ源５２はエネルギを直接的に電源４２から受け取らないため、固定高電圧エネルギ源５４は、電源４２から受け取ったエネルギを制御高電圧エネルギ源５２に提供する。この実施形態によって、製造およびエネルギ効率を向上させることができる。
【００２９】
固定高電圧エネルギ源５４から追加エネルギ貯蔵部２６に提供されるエネルギは、通常は制御高電圧エネルギ源５２によって得られる可能な限り最大の電圧、またはこれに近い電圧に設定される。ある実施形態において、固定高電圧エネルギ源５４によって提供される電圧と制御高電圧エネルギ源５２によって得られる最大の電圧との差は、制御高電圧エネルギ源５２によって得られる最大の電圧の５％以下である。固定高電圧エネルギ源５４は、追加エネルギ貯蔵部２６が完全に充電された状態を維持するように、追加エネルギ貯蔵部２６に対してエネルギを継続的に提供することができる。
【００３０】
追加エネルギ貯蔵部２６は、固定高電圧エネルギ源５４からエネルギを受け取り、追加電圧と称される１００から２００ボルトの容量内のエネルギを貯蔵する。追加エネルギ貯蔵部２６は、好ましくは、追加エネルギ貯蔵部２６が維持することのできる最大電圧に等しい。追加電圧は、通常は主電圧よりも１．１から１０倍大きい、または主エネルギ貯蔵部２８が貯蔵することのできる最大電圧よりも１．１から１０倍大きい。ある実施形態において、追加電圧は１５０から２００ボルトである。固定高電圧エネルギ源５４は、追加エネルギ貯蔵部２６が追加電圧を維持するように、追加エネルギ貯蔵部２６にエネルギを提供する。固定高電圧エネルギ源５４は、主電流よりも大きい追加電流と称される電流のエネルギを追加エネルギ貯蔵部２６に提供する。
【００３１】
追加エネルギ貯蔵部２６は、通常は制御高電圧エネルギ源５２に接続されていないため、大きさを制限する必要がなく、主エネルギ貯蔵部２８よりも大きなエネルギを追加エネルギ貯蔵部２６がコロナ点火器２２に送ることができる。加えて、追加エネルギ貯蔵部２６はシステムの稼働条件に依存しないため、システムの稼働条件に依存せずに、追加エネルギ貯蔵部２６によって維持することのできる最大電圧に充電したままとすることができる。代替的な実施形態において、追加エネルギ貯蔵部２６は、電源４２の出力容量に貯蔵された電荷に加えられる電荷とすることができる。
【００３２】
スイッチ７２は、追加エネルギ貯蔵部２６と点火器駆動部４８との間に配置され、コロナ放電２４が電極３８によって提供されて効果的に燃焼可能な混合物を点火している時に点火器駆動部４８に追加エネルギが送られないようにする。スイッチ７２は、通常は、電界効果トランジスタ（ｆｅｔ）、バイポーラ接合トランジスタ（ｂｊｔ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｇｂｔ）、シリコン制御整流器（ｓｃｒ）、または他の半導体装置を含む電子スイッチ７２である。代替的に、スイッチ７２は、リレーなどの機械的なものであってもよい。アーク放電が検知されると、スイッチ７２は閉じられ、追加エネルギが点火器駆動部４８に伝達される。このため、駆動エネルギ供給５０は、主エネルギ貯蔵部２８からのエネルギおよび追加エネルギ貯蔵部２６からの追加エネルギの両方を含む。追加エネルギは、点火器駆動部４８および最終的にコロナ点火器２２の電極３８に伝達され、これによってアーク放電が強化され、コロナ放電２４よりも低下したアーク放電の点火効率が相殺される。追加エネルギにより、通常はアーク放電が燃焼可能な混合物を点火し、コロナ放電２４が回復するまで信頼性の高い点火を確実なものとすることができる。追加エネルギが点火器駆動部４８に伝達されると、次なるアーク放電が起こった場合に再びシステムが追加エネルギを送るよう準備できるように、追加エネルギ貯蔵部２６は、固定高電圧エネルギ源５４によって最大電圧にすぐに再び充電される。
【００３３】
コロナ点火システムの通常の稼働時において、スイッチ７２は、点火器駆動部４８に対する追加エネルギの提供を防止するために開かれ、アーク放電が発生した場合に要求に応じて追加エネルギを送るために閉じられる。システムは、コロナ放電２４の間は開き続けてアーク放電が発生した場合に閉じるようにスイッチ７２に指示するスイッチ制御７４を含む。
【００３４】
アーク放電が発生すると、追加エネルギ貯蔵部２６からスイッチ７２を通って点火器駆動部４８に追加エネルギが提供される。点火器駆動部４８は、点火器駆動回路４６からのコロナ駆動信号５６とともに、駆動エネルギ供給５０において、主エネルギ貯蔵部２８からのエネルギおよび追加エネルギ貯蔵部２６からの追加エネルギを同時に受け取る。そして、点火器駆動部４８は、コロナ駆動信号５６における所定の比率、時間、持続時間、電圧レベル、および共振周波数に基づき、ＬＣ回路６４にエネルギを提供する。点火器駆動部４８は、ＤＣ電流としてエネルギ貯蔵部２６、２８からのエネルギを受け取り、ＬＣ回路６４に提供されるＡＣ電流にエネルギを操作する。ＬＣ回路６４は、コロナ点火器２２にエネルギを提供する前にエネルギを変換する。ＬＣ回路６４は、電圧を高め、少なくとも１つのエンジンサイクルにわたって、およびコロナ放電２４が回復するまで、アーク放電を強化し、維持する。
【００３５】
アーク放電が発生すると、貯蔵されたエネルギは、通常、アーク放電を検知する１０マイクロ秒内に追加エネルギ貯蔵部２６からコロナ点火器２２に提供される。コロナ点火器２２は、主エネルギ貯蔵部２８および追加エネルギ貯蔵部の両方から同時にエネルギを受け取る。そして、コロナ点火器２２は、燃焼可能な混合物を点火するために、２５から５００ｍＡの電流のエネルギをアーク放電として放射する。
【００３６】
本発明の他の局面は、コロナ点火システムに採用される燃焼チャンバ２０内の燃料と空気の燃焼可能な混合物を点火する方法を提供する。方法は、主電流のエネルギを主エネルギ貯蔵部２８に供給するステップと、主電圧のエネルギを主エネルギ貯蔵部２８に貯蔵するステップとを含む。方法はさらに、主エネルギ貯蔵部２８から最終的に電極３８にエネルギを提供するステップと、燃焼可能な混合物をイオン化し、燃焼可能な混合物を点火するコロナ放電２４を提供するために、電極３８に無線周波数電界を放射させるステップとを含む。
【００３７】
方法はまた、主電流より大きい追加電流のエネルギを追加エネルギ貯蔵部２６に供給するステップを含む。そして、方法は、主電圧より大きい追加電圧のエネルギを追加エネルギ貯蔵部２６に貯蔵するステップを含む。方法はさらに、アーク放電が発生した場合にのみアーク放電を強化させるために追加エネルギ貯蔵部２６から電極３８にエネルギを提供するステップを含む。コロナ放電２４がシステムによって提供されている間、方法は、電極３８に対する追加エネルギ貯蔵部２６からのエネルギの提供を防止するステップを含む。スイッチ７２は、コロナ放電が提供された場合に追加エネルギ貯蔵部２６からコロナ点火器２２への追加エネルギの伝達を防止するために開かれ、方法は、アーク放電が発生した場合にのみ追加エネルギをコロナ点火器２２に提供するためにスイッチ７２を閉じることを含む。また、方法は、要求に応じて追加エネルギを提供するようシステムが準備できるように、追加エネルギ貯蔵部２６が完全に充電された状態を維持するステップを含む。
【００３８】
当然ながら、本発明に関して多くの変形および変更をすることが上記の教示に鑑みて可能であり、添付の請求項の範囲内において、詳述されるように実施してもよい。加えて、請求項内の参照番号は便宜上のものであり、限定として読み取られるものではない。
【図１】
0005860481.tif 000002
【図２】
0005860481.tif 000003
【図３】
0005860481.tif 000004