(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、単一のコロナ事象中、すなわち事象内制御中に、コロナ放電およびアーク形成を制御するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】ドライバ回路３０は、コロナイグナイタ２０にエネルギーを提供し、任意のアークの形成を検出する。各アーク形成に応答して、コロナイグナイタに供給されるエネルギーを短時間遮断する。ドライバ回路はまた、最初のアーク形成の発生のタイミングおよび発生数といったアークの形成に関する情報を取得する。制御ユニット２６は、遮断時間の後、アークの形成に関する情報に基づいて、同じコロナ事象中にコロナイグナイタに供給されるエネルギーを調整する。たとえば、電圧レベルを低減することができ、または遮断時間を増加させることができ、同じコロナ事象中のアーク形成を制限し、コロナ放電の大きさを増加させる。【選択図】図１
2018159382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナイグニッションシステムであって、
コロナ事象中に、エネルギーを受け、電界を放射するコロナイグナイタを備え、前記エネルギーはある電圧レベルおよびある電流レベルにあり、前記コロナ事象は開始時刻から停止時刻におよぶ単一の連続する継続時間を含み、
前記コロナイグニッションシステムは、
前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタに前記エネルギーを提供するドライバ回路をさらに備え、
前記ドライバ回路は、アーク形成の任意の発生直後の継続時間の間、前記コロナイグナイタへエネルギーを提供せず、
前記ドライバ回路は、前記アーク形成の少なくとも１つの発生についての情報を取得し、前記情報は、前記コロナ事象の前記開始時刻に対する前記アーク形成の少なくとも１つの発生タイミングと、前記アーク形成の２つの連続する発生の間の継続時間と、前記コロナ事象中の期間にわたる前記アーク形成の発生回数と、の少なくとも１つを含み、
前記コロナイグニッションシステムは、
前記ドライバ回路から前記アーク形成についての情報を受け、前記アーク形成についての前記情報に基づいて、前記電圧レベルおよび前記電流レベルの少なくとも１つを調整する制御ユニットをさらに備え、
前記ドライバ回路は前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタにエネルギーが提供されない前記継続時間後に前記コロナイグナイタにエネルギーを提供し、前記継続時間後に提供される前記エネルギーは、前記調整された電圧レベルおよび前記調整された電流レベルの少なくとも１つを有する、コロナイグニッションシステム。
【請求項２】
前記ドライバ回路に前記エネルギーを提供し、前記制御ユニットから電力制御信号を受け、前記電力制御信号に応答して前記ドライバ回路に提供される前記エネルギーの前記電圧レベルおよび前記電流レベルの少なくとも１つを調整する電源を含む、請求項１に記載のコロナイグニッションシステム。
【請求項３】
前記制御ユニットは、所定の電圧レベルを格納し、前記所定の電圧レベルで前記ドライバ回路に前記エネルギーを提供するように前記電源に指示し、前記制御ユニットは、前記コロナ事象の前記開始時刻に対するアーク形成の発生タイミングと、アーク形成の２つの連続発生間の継続時間と、前記コロナ事象中の期間にわたるアーク形成の発生回数と前記コロナ事象の前記停止時刻に対する前記アーク形成の発生タイミングと、アーク形成の発生回数の合計と、前記コロナ事象の前記停止時刻に前記コロナイグナイタに提供される前記電圧レベルと、の少なくとも１つに基づいて、前記コロナ事象後の前記所定の電圧レベルを調整する、請求項２に記載のコロナイグニッションシステム。
【請求項４】
前記ドライバ回路は、前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタからアーク形成の任意の発生を検出する、請求項１に記載のコロナイグニッションシステム。
【請求項５】
前記制御ユニットにイネーブル信号を伝達することにより、前記開始時刻にコロナ事象を開始するエンジン制御システムを含む、請求項１に記載のコロナイグニッションシステム。
【請求項６】
コロナイグニッションシステムであって、
エネルギーを受け、コロナ事象中に電界を放射するコロナイグナイタを備え、前記エネルギーはある電圧レベルおよびある電流レベルにあり、前記コロナ事象は開始時刻から停止時刻におよぶ単一の連続する継続時間を含み、
前記コロナイグニッションシステムは、
前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタに前記エネルギーを提供するドライバ回路をさらに備え、
前記ドライバ回路は、アーク形成の任意の発生直後の継続時間の間、前記コロナイグナイタへエネルギーを提供せず、前記ドライバ回路は、前記アーク形成の少なくとも１つの発生についての情報を取得し、前記情報は、前記コロナ事象の前記開始時刻に対する前記アーク形成の少なくとも１つの発生タイミングと、前記アーク形成の２つの連続する発生の間の継続時間と、前記コロナ事象中の時間にわたる前記アーク形成の発生回数との少なくとも１つを含み、
前記ドライバ回路は、エネルギーが前記コロナイグナイタに提供されない前記継続時間後に前記コロナイグナイタにエネルギーを提供し、
前記コロナイグニッションシステムは、
前記ドライバ回路から前記アーク形成についての情報を受け、前記アーク形成についての情報に基づいて、前記コロナイグナイタにエネルギーが提供されない前記継続時間を調整する制御ユニットをさらに備え、
前記ドライバ回路は、前記コロナ事象中のその後の前記アーク形成の発生後に調整された継続時間の間、前記コロナイグナイタへのエネルギーを提供しない、コロナイグニッションシステム。
【請求項７】
前記制御ユニットは、アーク形成の発生直後に前記コロナイグナイタにエネルギーが提供されない所定の継続時間を記憶し、前記制御ユニットは、前記コロナ事象の前記開始時刻に対するアーク形成の発生タイミングと、２つの連続するアーク形成の発生の間の継続時間と、前記コロナ事象間の時間にわたるアーク形成の発生回数と、前記コロナ事象の前記停止時刻に対する前記アーク形成の発生タイミングと、アーク形成の全ての発生回数の合計と、前記コロナ事象の前記停止時刻に前記コロナイグナイタに提供された前記電圧レベルと、の少なくとも１つに基づいて、前記コロナ事象後の前記所定の電圧レベルを調整する、請求項６に記載のコロナイグニッションシステム。
【請求項８】
前記ドライバ回路は、前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタからアーク形成の任意の発生を検出する、請求項６に記載のコロナイグニッションシステム。
【請求項９】
コロナイグニッションシステムであって、
エネルギーを受け、コロナ事象中に電界を放射するコロナイグナイタを備え、前記コロナ事象は開始時刻から停止時刻におよぶ単一の連続する継続時間を含み、
前記コロナイグニッションシステムは、
前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタに前記エネルギーを提供するドライバ回路をさらに備え、
前記ドライバ回路は、アーク形成の任意の発生の直後に、継続時間の間、前記コロナイグナイタへエネルギーを提供せず、
前記ドライバ回路は、前記アーク形成の少なくとも１つの発生についての情報を取得し、前記情報は、前記コロナ事象の前記開始時刻に対する前記アーク形成の少なくとも１つの発生タイミングと、前記アーク形成の２つの連続する発生の間の継続時間と、前記コロナ事象間の継続時間にわたるアーク形成の発生回数との少なくとも１つを含み、
前記ドライバ回路は、エネルギーが前記コロナイグナイタに提供されない前記継続時間後に前記コロナイグナイタに前記エネルギーを提供し、
前記コロナイグニッションシステムは、
前記ドライバ回路から前記アーク形成についての情報を受け、前記アーク形成についての情報に基づいて、前記コロナ事象の前記停止時刻を調整する制御ユニットをさらに備える、コロナイグニッションシステム。
【請求項１０】
前記ドライバ回路は、前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタからアーク形成の任意
の発生を検出する、請求項９に記載のコロナイグニッションシステム。
【請求項１１】
コロナイグニッションシステムの制御方法であって、
コロナ事象中に、コロナイグナイタにエネルギーを提供するステップを備え、前記エネルギーはある電圧レベルおよびある電流レベルにあり、前記コロナ事象は開始時刻から停止時刻におよぶ単一の連続する継続時間を含み、
前記方法は、
アーク形成の任意の発生の直後の継続時間の間、前記コロナイグナイタへエネルギーを提供しないステップと、
前記アーク形成の少なくとも１つの発生についての情報を取得するステップとを備え、前記情報は、前記コロナ事象の前記開始時刻に対する前記アーク形成の少なくとも１つの発生タイミングと、前記アーク形成の２つの連続する発生の間の継続時間と、前記コロナ事象中の期間にわたる前記アーク形成の発生回数と、の少なくとも１つを含み、
前記方法は、
前記アーク形成についての前記情報に基づいて、前記電圧レベルと、前記電流レベルと、前記コロナ事象の停止時刻と、前記コロナイグナイタにエネルギーが提供されない前記継続時間と、のうちの少なくとも１つを調整するステップとをさらに備え、
前記調整ステップは前記コロナ事象中に発生する、方法。
【請求項１２】
前記調整ステップは、前記アーク形成についての前記情報に基づく係数によって前記コロナ事象中に前記電圧レベルおよび前記電流レベルの少なくとも１つを減少させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記調整ステップは、前記アーク形成についての前記情報に基づく係数により前記コロナイグナイタにエネルギーが提供されない前記継続時間を調整することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記コロナイグナイタは、アーク形成の最初の発生の前にコロナ放電を放射し、
前記コロナイグナイタにエネルギーが提供されないステップは、前記アーク形成を散逸させることを含み、
エネルギーが前記コロナイグナイタに提供されない前記継続時間直後に前記コロナ放電を再開するために前記コロナイグナイタにエネルギーを提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記調整ステップの結果として前記コロナ事象中の前記コロナ放電の大きさおよび前記継続時間の少なくとも１つを増加させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
方法であって、
ドライバ回路をアクティブにするために前記ドライバ回路に制御ユニットからのコマンド信号を伝達するステップと、
前記イネーブル信号に応じて電源に前記制御ユニットからの電力制御信号を伝達するステップと、
前記電力制御信号に応じて前記ドライバ回路に前記電源からの電力を伝達するステップと、
前記コマンド信号に応答して、前記コロナイグナイタがコロナ放電を提供するよう、前記コロナイグナイタへ前記ドライバ回路からのエネルギーを伝達するステップと、
前記ドライバ回路を使用して前記アーク形成の任意の発生を検出するステップと
前記ドライバ回路によって行われる前記アーク形成についての情報を取得するステップと、
前記コロナ事象中に前記制御ユニットに前記ドライバ回路からのフィードバック信号を
伝達するステップと、を備え、前記フィードバック信号は前記アーク形成の発生を示し、前記アーク形成についての前記情報を含み、
前記方法は、
前記フィードバック信号に応答して、前記継続時間の間前記コロナイグナイタにエネルギーを提供しないように前記ドライバ回路を指示する制御ユニットから前記ドライバ回路へのコマンド信号を伝達するステップと、
前記フィードバック信号に応答して、前記アーク形成の前記情報に基づいて、前記ドライバ回路に提供される前記電圧レベルを調整するよう前記電源に指示する電力制御信号を前記制御ユニットから前記電源へ伝達するステップと、
前記コロナ事象の前記停止時刻前に前記コロナ放電を再開するために、前記コロナイグナイタにエネルギーが提供されない前記継続時間の後に前記コロナイグナイタに前記ドライバ回路からの前記調整された電圧レベルの前記エネルギーを伝達するステップと、を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御ユニットにエンジン制御システムからイネーブル信号を伝達することにより、前記開始時刻に前記コロナ事象を始動するステップを含み、前記イネーブル信号に応答して前記ドライバ回路をアクティブにするために前記ドライバ回路に前記制御ユニットからコマンド信号を伝達するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記コロナ事象中に前記コロナイグナイタからアーク形成の任意の発生を検出するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
アーク形成の任意の発生を検出する前記ステップは、前記コロナイグナイタの共振周波数の振動周期の変化を識別することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記開始時刻に前記コロナイグナイタに提供される前記電圧レベルは所定であり、前記コロナ事象後に前記所定の電圧レベルを、前記コロナ事象の前記開始時刻に対するアーク形成の発生タイミングと、２つの連続するアーク形成の発生の間の継続時間と、コロナ事象中の時間にわたるアーク形成の発生回数と、前記コロナ事象の前記停止時刻に対する前記アーク形成の発生タイミングと、アーク形成の発生回数の合計と、前記コロナ事象の前記停止時刻に前記コロナイグナイタに提供される前記電圧レベルと、の少なくとも１つに基づいて調整するステップと、将来のコロナ事象において前記コロナイグナイタに前記調整された電圧レベルを提供するステップとを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
コロナ放電イグニッションシステムの制御方法であって、
コロナ事象中にコロナイグナイタにエネルギーを提供するステップを備え、前記コロナ事象は、開始時刻から所定の停止時刻まで持続する単一の連続する継続時間を含み、
前記方法は、
前記コロナ事象の前記継続時間の大部分の間コロナ放電を提供するために前記コロナ放電を引き起こし、前記コロナ事象の前記停止時刻の前に前記コロナ放電に続く少なくとも１つの前記アーク形成を前記コロナイグナイタに提供させる、前記電圧レベルおよび前記電流レベルでコロナイグナイタにエネルギーを提供するステップをさらに備える、コロナ放電イグニッションシステムの制御方法。
【請求項２２】
前記コロナ事象の前記継続時間の大部分の間連続して前記コロナ放電を提供するステップと、
１つのみのアーク形成の発生を提供するステップを含み、前記１つの発生は、前記コロナ事象の所定の停止時刻の直前である、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この米国実用特許出願は２０１２年１２月２１日に出願された米国の仮特許出願第６１／７４０，７８１号および２０１２年１２月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／７４０，７９６号の利益を主張し、その全体を参照することによりその全内容を本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は一般的に、コロナイグニッションシステム、およびコロナイグニッションシステムによって提供されるコロナ放電とアーク形成とを制御する方法に関する。
【０００３】
２．関連技術
コロナ放電イグニッションシステムは、迅速に連続して高電位電極および低電位電極を逆転させる、交流の電圧と電流とを提供する。これらのシステムは、高い高周波電位に帯電された電極を有し、燃焼室内に強い高周波電場を生成するコロナイグナイタを含む。電界は、燃焼室内の燃料と空気の混合物の一部にイオン化を引き起こして絶縁破壊を開始し、混合気の燃焼を促進する。コロナ放電イグニッションシステムの典型的な動作の間、混合気が誘電特性を維持して非熱プラズマとも呼ばれるコロナ放電が発生するように、電界は理想的に制御される。混合気のイオン化された一部は、その後に自律的になり混合気の残りの部分を燃焼する、火炎面を形成する。コロナ放電は低電流を有しており、大きなエネルギー量を必要とすることなく、またイグニッションシステムの物理的な部品に著しい損耗を引き起こすことなく、堅牢な点火を提供することができる。
【０００４】
コロナイグニッションシステムでは、良好なイグニッション特性は多数のフィラメントまたはストリーマで大量に広がるコロナ放電による。多すぎるエネルギーがコロナイグナイタに印加される場合、コロナ放電は高い電圧源から十分に遠くまで届き得て、接地されたエンジン部品に到達し得る。このとき、アークと呼ばれる導電性経路は、接地された部品へと形成される。アーク形成は、比較的高い電流を含み、したがって、非常に限られた体積にイグニッションエネルギーを集中させ、イグニッション効率を低下させる。このような状況を回避することが典型的には望ましい。逆に、コロナ放電の量を求める直接的な方法がないので、コロナイグナイタが十分に大きいコロナを生成するために十分なエネルギーを提供されることを確実にすることは困難である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の一態様は、単一のコロナ事象中にコロナ放電の体積および継続時間を制御するための、すなわち事象内制御のためのコロナイグニッションシステムを提供する。コロナ事象は、開始時刻から停止時刻におよぶ単一の連続する継続時間である。コロナ事象中に、コロナイグナイタは、ある電圧レベルおよび電流レベルでエネルギーを受信し、電界を放出する。ドライバ回路は、コロナ中に、コロナイグナイタにエネルギーを提供する。アーク形成の任意の発生後すぐに、ドライバ回路は、継続時間の間コロナイグナイタにエネルギーを提供しない。ドライバ回路はまた、少なくとも１つのアーク形成の発生についての情報を取得する。この情報は典型的には、コロナ事象の開始時刻に対するアーク形成の少なくとも１つ発生のタイミングと、アーク形成の２つの連続する発生の間の時間と、コ
ロナ事象中の期間にわたるアーク形成の発生回数と、の少なくとも１つを含む。制御ユニットは、ドライバ回路からアーク形成についての情報を受け、アーク形成についての情報に基づいて電圧レベルおよび電流レベルの少なくとも１つを調整する。 ドライバ回路は
、その後、何らのエネルギーがコロナイグナイタに提供されない継続時間後に調整されたエネルギーレベルをコロナイグナイタに提供する。調整されたエネルギーレベルは、調整された電圧レベルおよび調整された電流レベルの少なくとも１つを含む。
【０００６】
あるいは、制御ユニットは、任意のアーク形成が検出された後に、検出されたアーク形成についての情報に基づいて、エネルギーがコロナイグナイタに提供されない継続時間を調整する。ドライバ回路は、その後、コロナ事象中のアーク形成のその後の発生後、この調整された継続時間を適用する。別の実施形態によれば、制御ユニットは、アーク形成についての情報に基づいて、コロナ事象の停止時刻を調整する。
【０００７】
本発明の別の態様は、コロナイグニッションシステムを制御する方法を提供する。方法は、コロナ事象中にコロナイグナイタにエネルギーを提供するステップと、アーク形成の任意の発生直後の継続時間の間コロナイグナイタへエネルギーを提供しないステップとを備える。この方法はさらに、アーク形成についての情報を得ることを含む。情報は、コロナ事象の開始時刻に対するアーク形成の少なくとも１つの発生のタイミングと、２つのアーク形成の連続発生間の継続時間と、コロナ事象中の期間にわたるアーク形成の発生回数との少なくとも１つを含む。次に方法は、アーク形成の情報に基づいて、電圧レベルと、電流レベルと、コロナ事象の停止時刻と、コロナイグナイタにエネルギーが提供されない継続時間の少なくとも１つを調整することを含む。この調整ステップは、同じコロナ事象中に発生する。
【０００８】
本発明の別の態様は、コロナ放電イグニッションシステムを制御する方法を提供する。この方法は、コロナ事象中にコロナイグナイタにエネルギーを提供することと、コロナ事象の継続時間の大部分の間、コロナ放電をコロナイグナイタに提供させる電圧レベルおよび電流レベルでコロナイグナイタにエネルギーを提供することとを含む。コロナイグナイタに提供されるエネルギーの電圧レベルおよび電流レベルはまた、コロナ事象の所定の停止時刻の前にコロナ放電に続くアーク形成の少なくとも１つの発生をコロナイグナイタに提供させる。
【０００９】
図面の簡単な説明
本発明の他の利点は、添付図面と関連して考慮されるときに同じことが以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるようになり、容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による、コロナ放電およびアーク形成を制御するためのコロナイグニッションシステムのハードウェアを示すブロック図である。
【図２】コロナ事象を開始および停止するイネーブル信号に対する単一のコロナ事象中の少なくとも１つのアーク形成の発生の有無を示す９つの例示的なフィードバック信号を示すグラフである。
【図３】コロナ事象中に１つのみのアーク形成の発生が検出された場合のフィードバック信号とイネーブル信号とコマンド信号とを示すグラフである。
【図４】コロナ事象中に複数のアーク形成の発生が検出された場合のフィードバック信号とイネーブル信号とコマンド信号とを示すグラフである。
【図５】コロナ事象の終わりに１つのみのアーク形成の発生が検出された理想的な場合のフィードバック信号とイネーブル信号とコマンド信号とを示すグラフである。
【図６】コロナ事象でアーク形成が検出されなかった場合のフィードバック信号とイネーブル信号とコマンド信号とを示すグラフである。
【図７】アーク形成の最初の発生のタイミングに対する、電圧レベルを印加するための減少率を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態による、事象内電圧制御方法および任意の事象間制御方法の簡略化した例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の別の実施形態による、事象内遮断制御方法および任意の事象間の制御方法の別の簡略化した例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施可能な実施形態の説明
本発明の一態様は、内燃機関用のコロナイグニッションシステムを提供する。システムは、コロナ放電２２を提供するコロナイグナイタ２０と、エンジン制御システム２４と、制御ユニット２６と、電源２８と、ドライバ回路３０とを含む。１つの例示的なシステムは、図１に大まかに示される。電源２８からコロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーは単一のコロナ事象中に、すなわち事象内基準で調整されコロナ放電２２の大きさおよび継続時間を向上させる。システムは、すべての動作条件下でコロナ放電２２の最大の可能な体積を提供することができ、またアーク形成へのコロナ放電２２のブレークダウンが避けられないものを含め、すべての動作条件に対して安定にされることができる。
【００１２】
エンジン制御システム２４は、燃焼室３２内の燃料と空気の混合気に点火し、内燃機関に動力を提供するために、コロナ事象の開始を惹起する。コロナ事象は、開始時刻から停止時刻におよぶ単一の連続した継続時間であり、この間、コロナイグナイタ２０はエネルギーを受けてコロナ放電２２を提供する。コロナ事象の継続時間は、例示的には予め決定され、エンジン動作パラメータの関数として設定される。例示的には、コロナ事象の継続時間は、２０〜３，５００マイクロ秒の範囲である。エンジン制御システム２４は、制御ユニット２６を起動するイネーブル信号３４を制御ユニット２６に搬送することにより、開始時刻にコロナ事象を開始する。この例では、エンジン制御システム２４はまた、制御ユニット２６を停止する信号を制御ユニット２６に搬送することにより、停止時刻にコロナ事象を停止させる。図１の実施形態では、エンジン制御システム２４は、制御ユニット２６から分離しているが、代替的に、エンジン制御システム２４は、単一のハードウェア内で制御ユニット２６と組み合わせることができる。さらに、システムの他の部品は、様々な異なる方法で組み合わせることができる。
【００１３】
イネーブル信号３４に応答して、制御ユニット２６は、ドライバ回路３０にコマンド信号３６を搬送することにより、ドライバ回路３０をオンにする。制御ユニット２６は、電源２８に電力制御信号３８を搬送して、ドライバ回路３０にエネルギーを提供するよう電源２８に指示し、最終的に所定の電圧レベルおよび所定の電流レベルでコロナイグナイタ２０に到達する。したがって、制御ユニット２６はコロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを制御する。例示的なシステムでは、所定の電圧レベルは、１００〜１５００Ｖの範囲であり、所定の電流レベルは、０．５〜１５Ａの範囲である。理想的には、コロナイグナイタ２０は、高い高周波電圧および電流を受信し、強い高周波電場、すなわちコロナ放電２２を燃焼室３２内で提供する、図１のシステムでは、コロナイグナイタ２０は、コロナ放電２２を放出するためのイグニッション先端部４０を備える。
【００１４】
制御ユニット２６は、例示的には、制御ユニット２６またはエンジン制御システム２４に記憶されたテーブルまたはマップから所定の電圧レベルおよび所定の電流レベルを読み取る。初期的には所定の電圧レベルと所定の電流レベルは、例示的に燃焼室３２内のエンジンパラメータまたは動作条件に基づく。しかし、制御ユニット２６またはエンジン制御システム２４に記憶されたこれらの所定のレベルは、必要に応じて、以前のコロナ事象についての情報に基づいて調整されることができ、そのことは以下に説明される。
【００１５】
ドライバ回路３０は、電源２８から所定の電圧レベルおよび所定の電流レベルのエネルギーを受ける。制御ユニット２６からのコマンド信号３６に応答して、ドライバ回路３０は、コロナイグナイタ２０に所定の電圧レベルおよび所定の電流レベルでエネルギーを提供する。コロナイグナイタ２０は、ドライバ回路３０からのエネルギーを受けて、コロナ放電２２を放出する。理想的な状況では、コロナ放電２２は、燃焼室３２内で急激に形成し、最大体積に成長するであろう。最大体積は、接地された部品に到達することなく、コロナ事象終了時まで最大体積のままである最大可能体積である。したがって、コロナ放電２２は、燃焼室３２内の大量の空気と燃料の混合気に点火することによって、高品質のイグニッションを提供する。
【００１６】
しかしながら、コロナ事象中のある時点で、コロナイグナイタ２０は、典型的には多すぎるエネルギーを受け取り、コロナ放電２２が大きくなりすぎて燃焼室３２の壁４２または燃焼室３２内で往復するピストン４４のような接地された部品に到達することになる。このとき、アーク形成と称される導電性経路は、コロナイグナイタ２０と接地された部品との間で形成する。言い換えると、コロナ放電２２は、アーク形成に変わる。より低い電流を有してより大きな体積にわたって広がり、ひいては混合気のより高い品質のイグニッションを提供することができるため、コロナ放電２２はアーク形成よりも好ましい。
【００１７】
燃焼室３２内のアーク形成の任意の発生は、即座にドライバ回路３０により検出される。アーク形成の開始を検出するために使用される例示的な方法は、米国特許出願番号第１３／４３８，１１６に記載されている。この方法は、コロナ放電２２に関連する電流、電圧、またはインピーダンスパラメータを測定することに依存しない。むしろ方法は、共振周波数の振動周期の変化を識別することによってアーク形成を検出し、ナノ秒またはマイクロ秒単位で、典型的２μｓ未満で明確な検出を提供する。したがって、それは、アーク形成の発生を示す、非常に迅速なフィードバックを可能にする容易な実現方法である。しかし、他の方法で、アーク形成を検出することができる。また、コロナ事象中にアーク形成の任意の発生が検出されても、コロナ事象が任意のアークなしに起こり得るため、コロナ事象中にアーク形成が必ずしも検出されるとは限らない。
【００１８】
ドライバ回路３０がアーク形成の発生を検出すると、ドライバ回路３０は、制御ユニット２６にアーク形成の発生を示すフィードバック信号４６を伝える。図２は、コロナ事象を開始し停止するイネーブル信号３４に対して、単一のコロナ事象中の１つまたは複数のアーク形成を示す９つの例示的なフィードバック信号４６を示すグラフである。フィードバック信号４６に応答して、制御ユニット２６は、アーク形成の発生直後の短い継続時間にコロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを停止するようにドライバ回路３０に指示する他のコマンド信号３６をドライバ回路３０へ送信する。この継続時間は、例示的には、所定であり、制御ユニット２６に記憶されている。したがって一度アーク形成が検出されると、ドライバ回路３０は、継続時間の間コロナイグナイタ２０へエネルギーを提供せず、このためアーク形成が散逸される。一実施形態において、この継続時間は、１０から数１００マイクロ秒の範囲である。
【００１９】
短い継続時間の間コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを遮断するために使用される例示的な方法は、米国特許出願番号第１３／４３８，１２７に記載されている。最初の検出の際、アーク形成の最初の発生を防ぐために何も行われないが、システムは、将来のアーク形成を防止するためのアクションを実行する。例示的な方法では、アーク形成を維持するために必要な電圧がコロナ放電２２を維持するために必要な電圧よりもはるかに小さく、このためにコロナイグナイタ２０に印加される電圧を減少することはアーク形成を散逸させない可能性が高いため、エネルギーはアーク形成に応じて減少されるのではなく、即座に遮断される。アーク形成の発生を検出し、エネルギーを遮断するステップは、コロナ事象を通して繰り返される。
【００２０】
アーク形成を検出すると、ドライバ回路３０はまた、アーク形成についての情報を取得する。この情報は、単に”ｙｅｓ（はい）またはｎｏ（いいえ）”の結果ではなく、情報は、コロナ放電２２の体積および継続時間についての情報を推測するために使用される。アーク形成についての情報は、コロナ事象の開始時刻に対するアーク形成の発生タイミングと、２つの連続したアーク形成の発生の間の継続時間と、コロナ事象中のある時間にわたるアーク形成の発生回数との特徴のうちの少なくとも１つを含む。
【００２１】
ドライバ回路３０は、フィードバック信号４６内のアーク形成についての情報を制御ユニット２６に伝達する。これは、アーク形成の検出に応答して送信された同一のフィードバック信号４６、または別の信号とすることができる。図３は、コロナ事象がアーク形成の１回の発生を含む場合のフィードバック信号４６と、制御ユニット２６にエンジン制御システム２４から提供されるイネーブル信号３４と、ドライバ回路３０に制御ユニット２６から提供されるコマンド信号３６とを示すグラフである。図４は、単一のコロナ事象中に複数のアーク形成が検出された場合の、フィードバック信号４６とイネーブル信号３４とコマンド信号３６とを示すグラフである。
【００２２】
アーク形成に応答して、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを遮断することに加えて、制御ユニット２６は、同一のコロナ事象中にコロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを調整するために、同じコロナ事象中のその後にコロナ放電２２の最大体積と継続時間を達成する目的のため、アーク形成についての情報を使用する。たとえば、制御ユニット２６は、エネルギーが増やされるべき減らされるべきかを決定するために情報を使用することができる。すなわち、制御ユニット２６は、事象内基準でコロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを制御するために、アーク形成についての情報を使用する。
【００２３】
エネルギーがコロナイグナイタ２０に提供されずアーク形成が散逸した継続時間の後、制御ユニット２６は、再びコロナイグナイタ２０にエネルギーを提供するために、ドライバ回路３０に指示する。しかし、今回、制御ユニット２６は、アーク形成についての情報に基づいて、ドライバ回路３０に提供されるエネルギーを調整し、少なくともコロナ事象のまさに最後までアーク形成の発生の可能性を減少するよう電源２８に指示する。言い換えれば、コロナ放電２２の大きさおよび／または継続時間を向上させるために、制御ユニット２６は、電源２８へ電力制御信号３８を伝え、同じコロナ事象中、すなわち事象内に、アーク形成についての情報に基づいて、ドライバ回路３０および最終的にコロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを調整するために電源２８に指示する。制御ユニット２６は、ドライバ回路３０がコロナイグナイタ２０にエネルギーを提供する継続時間を調整するために、ドライバ回路３０へコマンド信号３６のタイミングを調整することができる。
【００２４】
例示的には、制御ユニット２６は、コロナ放電２２の品質を向上させるために、電圧レベルと、電流レベルと、コロナ事象の全継続時間と、コロナイグナイタ２０に全くエネルギーが提供されない継続時間と、の少なくとも１つを調整する。制御ユニット２６へのフィードバック信号４６が、たとえば図２および図４のトレース１−３のように、複数のアーク形成がコロナ事象の早くに発生し、コロナ事象を通して繰り返されたことを示している場合は、その後制御ユニット２６は、コロナイグナイタ２０に提供される電圧レベルが高すぎてコロナ事象中に減少されるべきであることを推測する。あるいは、コロナ事象の全継続時間またはエネルギーがコロナイグナイタ２０に提供されない継続時間は増加されることができる。制御ユニット２６へフィードバック信号４６が、たとえば図２のトレース４のように、単一のアーク形成がコロナ事象の開始時に発生したことを示す場合には、制御ユニット２６は、再度、コロナイグナイタ２０に提供する電圧レベルが高すぎてコロ
ナ事象中に減少されるべきであることを推測する。あるいは、エネルギーがコロナイグナイタ２０に提供されない継続時間を増加させることができる。フィードバック信号４６は、たとえば図２または図６のトレース９のように、アーク形成が発生していないことを示す場合、制御ユニット２６は、コロナイグナイタ２０に提供される電圧レベルが低すぎ、コロナ事象中にコロナ放電２２の体積を増加させるために増加されるべきであることを推測する。
【００２５】
アーク形成の最初の発生が、たとえば図２と図５のトレース５−８のように、コロナ事象のまさに最後にある場合、制御ユニット２６は、コロナイグナイタ２０に提供する電圧レベルが正しい範囲内にあることを推測する。好ましい一実施形態では、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーは、コロナイグナイタ２０がコロナ事象の開始時刻の後直ちにかつコロナ事象の継続時間の大部分を連続してコロナ放電２２を発生させ、コロナイグナイタ２０にコロナ事象の停止時刻前にコロナ放電２２に続く１つのみのアーク形成の発生を提供させる電圧レベルおよび電流レベルである。この場合には、アーク形成に応答して、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを遮断するようドライバ回路３０に指示するコマンド信号３６は、コロナ事象を終了させるイネーブル信号３４により遮断されてもよい。つまり、アーク形成は、コロナ事象の所定の停止時刻の直前に発生する。図２と図５のトレース８は、この理想的な状況の間のフィードバック信号４６を示す。この場合、制御ユニット２６は、コロナ放電２２が最大可能体積であるか、または最大可能体積に非常に近く、したがって、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーへの調整が必要とされないことを推測する。
【００２６】
例示的には、電圧レベルおよび電流レベルのうちの少なくとも１つは、アーク形成についての情報に依存する係数によって調整される。たとえば、アーク形成がコロナ事象の開始時刻でまたは近くで検出された場合、またはアーク形成の連続発生間の継続時間が短い場合は、アーク形成がコロナ事象の終わりに向かって検出された場合または１つのアーク形成が検出された場合よりも大きい係数によって電圧レベルが減少される。図７は、アーク形成の最初の発生のタイミングに対して、電圧レベルに適用する減少率を示すグラフである。アーク形成がコロナ事象の前半で検出された場合、係数は、アーク形成がコロナ事象の後半に検出された場合よりも大きい。単一のコロナの事象で複数のアーク形成がある場合には、電圧レベルの変更は累積される。それぞれの場合において、電圧レベルと電流レベルと継続時間とは、特定のシステムおよび動作条件に依存して規定される制限を受ける可能性がある。一実施形態では、電圧レベルおよび電流レベルの両方が係数によって調整され、係数は、電圧レベルおよび電流レベルの対して同一または異なることができる。
【００２７】
アーク形成についての情報に応じて、方法はまた、アーク形成についての情報に基づく係数によってエネルギーがコロナイグナイタ２０に提供されない継続時間を調節することを含んでもよい。この係数は、電圧および電流レベルを調整するために使用される係数と同じでも異なることもできる。たとえば、アーク形成の最初の発生が開始時刻に非常に近い場合、または連続的なアーク形成が非常に接近している場合には、エネルギーがコロナイグナイタ２０に提供されない継続時間は、より大きな係数によって増加させられる。
【００２８】
上述のように、エネルギーが全くコロナイグナイタ２０に提供されない継続時間の後、方法は、より強力なコロナ放電２２を形成し、同じコロナ事象中のアーク形成を制限するために、調整したエネルギーをコロナイグナイタ２０に提供することを含む。別のアーク形成の発生が検出された場合、制御ユニット２６は、再び、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを停止し、続いて同じコロナ事象すなわち事象内制御中、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを調整する。
【００２９】
本発明のシステムおよび方法は、必要に応じて事象間基準の制御を含めることができる
。本実施形態では、コロナ事象の終了を示す停止時刻の後、制御ユニット２６に記憶された所定の電圧レベルと所定の電流レベルとのうちの少なくとも１つが調整される。所定の電圧レベルおよび／または電流レベルは、コロナ事象の開始時に対するアーク形成の発生のタイミング、アーク形成の２つの連続発生間の継続時間、コロナ事象の継続時間中のアーク形成の発生回数、コロナ事象の停止時刻に対するアーク形成の発生タイミング、アーク形成の発生の総数、コロナ事象の停止時刻にコロナイグナイタ２０に提供される電圧レベルおよび電流レベルの少なくとも１つ、の少なくとも１つに基づいて調整される。この調整された電圧レベルおよび／または調整された電流レベルは、その後制御ユニット２６に格納され、将来のコロナ事象でより強力なコロナ放電２２を取得し、アーク形成を制限するために使用される。言い換えれば、将来のコロナ事象では、制御ユニット２６は、調整された電圧レベルおよび／または調整された電流レベルで最終的にコロナイグナイタ２０にエネルギーを提供するように電源２８に指示する。
【００３０】
別の実施形態では、コロナ事象の終了後に、検出されたアーク形成に応じて、所定の遮断時間が調整される。したがって、将来のコロナ事象では、制御回路は、コロナ放電２２の品質を高めるために、この調整された継続時間の間、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーを停止するようにドライバ回路３０に指示する。将来のコロナ事象の全継続時間は、将来の事象でのコロナ放電２２の品質を高めるために、前のコロナ事象のアーク形成についての情報に基づいて調整することができる。
【００３１】
図８は、事象内制御および任意の事象間の制御を含む、本発明のコロナイグニッションシステムの簡略化された例を示すフローチャートである。コロナ事象が開始すると、所定の電圧レベルが設定される。この電圧レベルは、通常、制御ユニット２６またはエンジン制御システム２４に記憶された値のテーブルまたはマップから読み出される。所定の電圧レベルは、燃焼室３２内の動作条件に依存する。加えて、電圧減少係数は、ゼロに設定されており、すなわち電圧レベルはまだ減少されていない。
【００３２】
制御ユニット２６は、コロナ放電２２をイネーブルにするために、ドライバ回路３０にコマンド信号３６を送信し、タイマがスタートされる。タイマは、アーク形成が検出される前にアクティブなコロナ放電２２の継続時間を測定する。タイマは、コロナ放電２２が終了しエンジン制御システム２４からのイネーブル信号３４がコロナ事象を終了させるとき、またはアーク形成が検出されフィードバック信号４６が制御ユニット２６に送信されるとき、停止する。
【００３３】
図８のシステムでは、アーク形成の検出は、遮断時間と呼ばれる制御時間の間、コロナイグナイタ２０に提供されるエネルギーの中断を引き起こし、またアーク形成前のコロナ放電２２の継続時間に応じて印加される電圧レベルの減少を引き起こす。加えて、コロナ事象中の任意のアーク形成の数および接近度についての情報は、制御ユニット２６に提供される。
【００３４】
タイマは、アーク形成の検出時に停止し、これによりアーク形成の前のコロナ放電２２の継続時間を提供する。ドライバ回路３０は、コロナイグナイタ２０に印加されるエネルギーをオフにするようにコマンド信号３６を使用してオフになり、タイマ遮断と呼ばれるこの遮断のタイミングが開始する。遮断時間は固定されていてもよく、運転状態に依存してマップから取得されてもよく、または以前に検出されたアーク形成に応じて適合させてもよい。アーク形成は、フィードバックおよび診断目的のために記録され、たとえば図７に示すように、係数は、たとえば、適切な関数に応じて変更される。この関数は、しかし、図７に示されたものから変えることができ、同じコロナ事象における異なるアーク形成のために異なる関数を使用することができる。また、時間に対して係数を制御するために使用される関数は、電圧に対してまたは電流に対して係数を制御するために使用されるも
のと異なってもよい。
【００３５】
電源２８への制御信号は、外部設定された最小値と最大値の下で係数に応じて減少された電圧レベルを提供するよう、電源２８に指示する。これは、コロナイグナイタ２０に印加される電圧レベルを減少させ、したがって、ドライバ回路３０が再びエネルギーを与えられるときにイグナイタ先端部４０で得られる電圧を低下させる。遮断タイマが完了すると、コロナイグナイタ２０が再びイネーブルにされコロナイグナイタ２０の動作が継続する。図８の左側の図に示すようにイネーブル信号３４は、最終的にコロナ放電２２を遮断させ、任意の事象間の処理が発生し得る。
【００３６】
図９は、事象内と任意の事象間制御を含む本発明のコロナイグニッションシステムの別の簡略的な例を示すフローチャートである。図９は、アーク形成を散逸させてコロナ放電２２を再開することを可能にするために、アーク形成が一旦検出されるとコロナイグナイタ２０を遮断するために使用される遮断時間を最適化するために同様の制御方法がどのように適用され得るかを示す。システムのロジックは、電圧制御に対する図８のシステムと同じであるが、この場合、係数は遮断時間を増加させるために使用される。遮断時間、印加電圧、またはその両方の同時の制御は、事象内の時間スケールにおいてコロナ放電２２を最適化するために適用されてもよい。
【００３７】
コロナ事象の後、電圧レベル、電流レベル、および／または遮断時間の最終的な値と、さらにアーク形成の記録数とタイミングとが検出され、フィードバック信号４６を介して制御ユニット２６に提供され、フィードバックインターフェース４８を介してエンジン制御システム２４に提供される。このデータは、必要に応じて、図８および図９の左側の図に示すように、次のコロナ事象で使用される初期値を変更するために処理され使用され得る。したがって、制御ユニット２６またはエンジン制御システム２４は、図５に示すパターンのような、コロナ放電２２とアーク形成の最適なパターンを生成するよう試みることができる。電圧レベルおよび継続時間がコロナ事象中に減少されない場合、これはアーク形成が検出されなかったことを意味する。したがって、次のコロナ事象で電圧は理想的なパターンの実現を有利にするために増加されるべきである。電圧レベルおよび／または継続時間が大幅に減少されている場合、次のコロナ事象の電圧レベルは、アーク形成の量を減少するために減少されるべきである。電圧レベルと電流レベルと継続時間のすべての変更は、エンジンおよびイグナイタの形状とエンジン運転状態に応じて設定される外部定義された最小値と最大値によって制限されるべきである。
【００３８】
明らかに、上記の教示に照らして本発明の多くの修正および変形が可能であり、具体的に添付の特許請求の範囲内に記載された以外の方法で実施し得る。
【図１】
2018159382.tif 000003
【図２】
2018159382.tif 000004
【図３】
2018159382.tif 000005
【図４】
2018159382.tif 000006
【図５】
2018159382.tif 000007
【図６】
2018159382.tif 000008
【図７】
2018159382.tif 000009
【図８】
2018159382.tif 000010
【図９】
2018159382.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月25日(2018.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電イグニッションシステムの制御方法であって、
コロナ事象中にコロナイグナイタにエネルギーを提供するステップを備え、前記コロナ事象は、開始時刻から所定の停止時刻まで持続する単一の連続する第１の継続時間であり、前記方法は、
前記コロナ事象の前記第１の継続時間の大部分の間コロナ放電を提供するために前記コロナ放電を引き起こし、前記コロナ事象の前記停止時刻の前に前記コロナ放電に続く少なくとも１つのアーク形成を前記コロナイグナイタに提供させる、電圧レベルおよび電流レベルで前記コロナイグナイタにエネルギーを提供するステップをさらに備える、方法。
【請求項２】
前記方法は、
前記コロナ事象の前記第１の継続時間の大部分の間連続して前記コロナ放電を提供するステップと、
１つのみのアーク形成の発生を提供するステップとをさらに備え、前記１つの発生は、前記コロナ事象の所定の停止時刻の直前である、請求項１に記載の方法。
【外国語明細書】
2018159382000001.pdf