(57)【要約】  コロナ点火システム２０は、コロナ駆動回路２６と、補助エネルギ回路２８とを含む。エネルギ回路２８は、標準のコロナ点火サイクルの間にエネルギを蓄える。アーク放電が発生するときに、またはコロナ放電がアーク放電へ切り替わるときに、エネルギ回路２８は、電極３０へ蓄積エネルギを放電して、強いアーク放電２９を意図的に維持し、それによって信頼性のある点火を提供する。蓄積エネルギは、所定の期間に亘って電極３０へ伝達される。アーク放電が検出され、アーク制御信号６０がエネルギ回路２８へ伝達されると、電極３０への蓄積エネルギの放電がトリガリングされる。蓄積エネルギは、様々な異なる経路に沿って電極３０へ伝達され得る。蓄積エネルギの電圧は、典型的には、電極３０へ伝達される前に、エネルギトランス７０によって増大される。
2013539519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の燃料および空気の混合気に点火するためのコロナ点火システム（２０）であって、
電極（３０）と、
前記電極（３０）から放電が可能な量のエネルギを、前記電極（３０）へ伝達するコロナ駆動回路（２６）と、
前記コロナ駆動回路（２６）が前記電極（３０）へ前記エネルギを伝達する間にエネルギを蓄えるとともに、前記アーク放電を検出したときに前記アーク放電（２９）を意図的に維持するように前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するための、前記コロナ駆動回路（２６）を補助するエネルギ回路（２８）とを備える、コロナ点火システム。
【請求項２】
アークフィードバック信号（５６）を受けるとともに、前記アーク放電の検出時に前記エネルギ回路（２８）へアーク制御信号（６０）を伝達するエネルギコントローラ（５８）をさらに備え、
前記アーク制御信号（６０）は、前記電極（３０）への前記蓄積エネルギの伝達を開始する、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項３】
前記エネルギ回路（２８）は、前記エネルギを蓄えるためのエネルギキャパシタ（６２）を含む、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項４】
キャパシタンスを有するとともに前記電極を含む燃焼エンドアセンブリ（２２）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項５】
前記電極（３０）への前記エネルギの伝達に先立って前記エネルギを変換するための、共振インダクタと前記燃焼エンドアセンブリ（２２）の前記キャパシタンスとを含むＬＣ回路をさらに備える、請求項４に記載のシステム（２０）。
【請求項６】
前記蓄積エネルギの電圧を増大させるために、前記エネルギ回路（２８）と、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタとへ電気的に接続されるエネルギトランス（７０）をさらに備える、請求項４に記載のシステム（２０）。
【請求項７】
前記共振インダクタ（４６）を通して前記蓄積エネルギを伝達するために、前記エネルギトランス（７０）は、前記エネルギ回路（２８）と、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタ（４６）との間に配置される、請求項６に記載のシステム（２０）。
【請求項８】
前記エネルギトランス（７０）は、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタと統合される、請求項６に記載のシステム（２０）。
【請求項９】
前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを直接伝達するために、前記エネルギトランス（７０）は、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタ（４６）を補助する、請求項６に記載のシステム（２０）。
【請求項１０】
所定の期間中に、前記電極（３０）と、前記コロナ駆動回路（２６）および前記エネルギ回路（２８）の少なくとも１つとの間のエネルギの伝達を妨げるブロッキング素子（７４）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項１１】
燃焼室（３２）の燃料および空気の混合気に点火するための方法であって、
電極（３０）から放電が可能な量のエネルギを、コロナ駆動回路（２６）から前記電極（３０）へ伝達するステップと、
前記電極（３０）へ前記エネルギを提供しながら、前記コロナ駆動回路（２６）を補助するエネルギ回路（２８）にエネルギを蓄えるステップと、
前記電極（３０）から放出されるアーク放電を検出するステップと、
前記アーク放電を検出したときに、アーク放電（２９）を意図的に維持するステップとを含み、
前記アーク放電（２９）を意図的に維持するステップは、前記エネルギ回路（２８）から前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するステップを含む、方法。
【請求項１２】
前記アーク放電を検出したときに前記蓄積エネルギを伝達するステップを開始するために、前記エネルギ回路（２８）へアーク制御信号（６０）を伝達するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アーク放電を検出したときに前記アーク制御信号（６０）を伝達するステップを開始するために、アークフィードバック信号を伝達するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アーク放電（２９）を維持可能な量のエネルギを、前記エネルギ回路（２８）に維持するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギを蓄えるステップは、前記エネルギ回路（２８）のエネルギキャパシタ（６２）を充電するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記エネルギ回路（２８）から前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するときに前記エネルギ回路（２８）の前記エネルギキャパシタ（６２）を再充電するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
所定の期間に亘って前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記電極（３０）への前記蓄積エネルギの伝達に先立って前記蓄積エネルギの電圧を増大するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記エネルギを蓄えるステップは、前記コロナ駆動回路（２６）から前記エネルギ回路（２８）へエネルギを伝達するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
所定の期間中に、前記電極（３０）と、前記コロナ駆動回路（２６）および前記エネルギ回路（２８）の少なくとも１つとの間におけるエネルギの伝達を妨げるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願への相互参照
本願は、２０１０年８月３１日に出願された出願シリアル番号６１／３７８，６７３の利益を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般に、燃焼室の燃料および空気の混合気に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．先行技術の説明
従来の火花点火システムの高い温度および関連する結果を伴わないロバストな点火を提供するためには、多くの場合、コロナ点火システムが望ましい。コロナ点火システムは、燃焼室内へ伸びる電極を有するイグナイタを含む。接地は、燃焼室の壁部、または燃焼室において往復するピストンによって提供される。イグナイタは、接地電極を含まない。イグナイタの電極は、エネルギ源からエネルギを受け取り、好ましくはコロナ放電の形で、放電を放出する。コロナ放電は、電極から接地への高い電気的インピーダンスを有する複数のイオン化されたストリーマを含む電界である。燃焼室へ燃料が供給されると、電界は、燃焼室内の燃料および空気の混合気に点火する。コロナ点火システムの一例は、フリーン（Freen）に対する米国特許第６，８８３，５０７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】
電極へエネルギが供給されるにつれて、電界におけるイオンの集中が増大する。ロバストなコロナ放電を提供するためには、高電圧が望ましい。しかしながら、電圧があるしきい値を超えて上昇すると、増大するイオンの集中は、典型的には、アーク放電へコロナ放電を変形させるカスケードプロセスをもたらす。アーク放電は、電極から接地への導電経路を提供する単一のストリーマを含む電界である。典型的なコロナ点火システムにおいては、アーク放電が発生すると、システムの蓄積エネルギのすべては、即座に放電されて枯渇する。アーク放電は、持続時間が短い可能性があるので、信頼性のある点火を提供できない。したがって、電極へ提供されるエネルギレベルは、典型的には、アーク放電へ切り替わることなくコロナ放電を提供できる最大電圧である。
【０００５】
多くの場合、電圧がコロナ放電しきい値を通過して、アーク放電が発生する。さらに、他の状況またはエンジンコンディションが、アーク放電を引き起こし得る。また、イグナイタがカーボンデポジットの燃料によって汚されるとき、またはピストンがイグナイタに接近し過ぎるとき、もしくは電極と接地との間における低い電気的抵抗がある他の状況の間にも、アーク放電が発生する可能性がある。アーク放電は、典型的には、意図せずに形成され、望ましくないが、アーク放電が意図的に形成されるある状況が存在する。アーク放電を止めてコロナ放電に戻す試みにおいて、アーク放電が望ましくないときは、電極へ供給される電圧は、即座に低減される。しかしながら、電圧を低減することは、多くの場合、コロナ放電に戻して信頼性のある点火を提供することにおいて実用的ではない、または効果的ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の１つの局面は、燃焼室の燃料および空気の混合気に点火するためのコロナ点火システムを提供する。システムは、電極と、コロナ駆動回路と、エネルギ蓄積回路とを含む。コロナ駆動回路は、電極から放電が可能な量のエネルギを、電極へ伝達する。エネルギ回路は、コロナ駆動回路を補助するとともに、コロナ駆動回路が電極へエネルギを伝達する間にエネルギを蓄える。アーク放電の検出時に、エネルギ回路は、アーク放電を意図的に維持するように電極へ蓄積エネルギを伝達する。
【０００７】
発明のもう１つの局面は、燃焼室の燃料および空気の混合気に点火するための方法を提供する。方法は、電極から放電が可能な量のエネルギを、コロナ駆動回路から電極へ伝達するステップと、電極へエネルギを提供しながら、コロナ駆動回路を補助するエネルギ回路にエネルギを蓄えるステップとを含む。方法は、アーク放電を検出するステップと、アーク放電を検出したときにアーク放電を意図的に維持するステップとをさらに含む。アーク放電を意図的に維持するステップは、エネルギ回路から電極へ蓄積エネルギを伝達するステップを含む。
【０００８】
先行技術のシステムのようにアーク放電の開始において電極へ提供されるエネルギを低減する代わりに、本発明のシステムおよび方法は、アーク放電を意図的に維持して、確実にロバストで信頼性のある点火が行われるように、補助エネルギ回路に蓄えられたエネルギを電極へ提供するステップを含む。
【０００９】
付随する図面に関連して考慮される後続の詳細な説明への参照によってより理解されるので、本発明の他の利点は、容易に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】代替的なエネルギ供給経路Ａ，Ｂ，Ｃを示す発明の１つの実施の形態に従うコロナ点火システムの図である。
【図２】エネルギ供給経路Ａを示す図１のシステムの図である。
【図３】エネルギ供給経路Ｂを示す図１のシステムの図である。
【図４】エネルギ供給経路Ｃを示す図１のシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
可能な実施の形態の詳細な説明
発明の１つの局面は、燃焼室３２の燃料および空気の混合気に点火するためのコロナ点火システム２０を提供する。コロナ点火システム２０は、燃焼エンドアセンブリ２２と、コロナ駆動回路２６と、エネルギ回路２８と称されるエネルギ蓄積供給回路とを備える。燃焼エンドアセンブリ２２は、燃焼室３２に突出する電極３０を含むイグナイタ２４を備える。コロナ駆動回路２６は、電極３０からアーク放電かもしれないが典型的にはコロナ放電である放電が可能な量のエネルギを、電極３０へ伝達する。エネルギ回路２８は、コロナ駆動回路２６を補助し、コロナ駆動回路２６が電極３０へエネルギを伝達する間にエネルギを蓄える。アーク放電が検出されると、エネルギ回路２８は、電極３０へ蓄積エネルギを伝達してアーク放電２９を意図的に維持する。電極３０へ伝達された蓄積エネルギは、ロバストなアーク放電２９を提供し、その結果、信頼性のある点火を提供する。
【００１２】
燃焼エンドアセンブリ２２のイグナイタ２４は、エンジン（図示せず）、典型的にはハイブリッド車両のような自動車の内燃機関、またはガスタービンエンジンのシリンダヘッドの中に取り付けられる。イグナイタ２４の電極３０は、典型的には、電界を放出するための燃焼ティップを含む。図１に示されるように、システム２０は、コロナ駆動回路２６へ、最終的には電極３０へエネルギを提供する駆動力源３４を含む。自動車においては、駆動力源３４は、典型的には１２ボルトバッテリであるが、他の電源であってもよい。
【００１３】
コロナ点火システム２０は、所定のタイミング、持続期間、および電圧レベルでエネルギを電極３０へ提供するように設計され、それによって、典型的には、コロナ放電の形で電極３０が電界を放出し、電界の全長に沿って点火が発生する。所定のタイミング、持続期間、および電圧レベルは、車両のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によって算出または決定されてもよい。電圧レベルは、典型的には、アーク放電を形成することなくコロナ放電を提供可能な最大電圧である。システム２０は、駆動回路コントローラ３６を含む。駆動回路コントローラ３６は、コロナ放電を得るために必要とされる所定のタイミング、持続期間、および電圧レベルを示す、コロナ駆動回路２６への駆動制御信号３８を提供する。駆動回路コントローラ３６は、ＥＣＵに統合されてもよいし、または分離したユニットとされてもよい。
【００１４】
駆動力源３４からエネルギを受け取り、そして、駆動回路コントローラ３６から駆動制御信号３８を受け取ると、コロナ駆動回路２６は、ＡＣ電流を出力するとともに、およびコロナ放電を得るために必要とされる所定のタイミング、持続時間、および電圧レベルに合うようにエネルギを操作する。また、コロナ駆動回路２６は、以下にさらに説明されるが、特定の共振周波数に一致するようにエネルギを操作する。コロナ駆動回路２６は、駆動トランス４４と称されるトランスを含み得る高周波発振回路である。回路２６は、駆動力源３４によって提供されるエネルギを操作するために用いられる。
【００１５】
図１に示されるように、その後、コロナ駆動回路２６は、調整された回路またはＬＣ回路４８へ操作されたエネルギのＡＣ電流を伝達する。ＬＣ回路は、ＬＣ共振回路またはＬＣ共振器とも称される。図１に示されるように、ＬＣ回路は、共振インダクタ４６、および燃焼エンドアセンブリ２２のキャパシタンス（Ｃ１）によって提供される。共振インダクタ４６は、所定の電圧（Ｌ１）で動作し、銅のような金属のコイルによって提供される。コイルは、第１のコイル５０と称され、イグナイタ２４の電極３０へ結合される。また、共振インダクタ４６は、共振周波数で動作する。上記に示唆されたように、ＬＣ回路４８からコロナ駆動回路２６へのフィードバックループ信号５２は、コロナ駆動回路２６へ共振周波数を伝達し、コロナ駆動回路２６は、共振周波数に一致するように供給されたエネルギを操作する。また、システム２０は、共振インダクタ４６と電極３０との間の電気的な接続要素および絶縁要素を含み得る。
【００１６】
コロナ駆動回路２６からエネルギを受け取ると、ＬＣ回路４８は、電極３０への伝達に先立ってエネルギを変換する。ＬＣ回路４８は、典型的には電圧を増幅して電流を低減する。１つの実施の形態においては、ＬＣ回路４８は、最大１５０００ボルトの電圧に、典型的には５０００ボルトから１００００ボルトまでの電圧にエネルギを増大する。エネルギは、その後、ＬＣ回路４８から電極３０へ伝達されて、コロナ放電を提供する。
【００１７】
上述のように、イグナイタ２４の電極３０がＬＣ回路４８からエネルギを受け取ると、共振は、電極３０で高電圧を発生し、電極３０は、好ましくはコロナ放電の形で、場合によってはアーク放電の形で燃焼室３２の周辺空気において電界を放出する。電極３０へ提供される所定の電圧レベルは、典型的には、アーク放電へ切り替わることなくコロナ放電を提供し得る最大電圧である。燃料が燃焼室３２へ供給されると、電界は、電界の全長に沿って燃焼室３２の燃料および空気の混合気に点火する。電極がコロナ放電を放出し、信頼性のある点火を提供していると、コロナ点火システム２０は、エネルギ回路２８からの蓄積エネルギを採用することなく動作し得る。
【００１８】
しかしながら、アーク放電が発生する事象において、またはコロナ放電がアーク放電に切り替わると、信頼性のある点火を確実にするために、起動時において、およびシステム２０が動作する間と同時にコロナ駆動回路２６を補助するエネルギ回路２８に補助的なエネルギが蓄えられる。アーク放電の事象において、またはコロナ放電がアーク放電に切り替わると、コロナ駆動回路２６のエネルギは、即座に枯渇する。アーク放電は、ＬＣ共振器４８に蓄えられた少ない量のエネルギを即座に放電させる。典型的には、アーク放電は短時間にとどまり、信頼性のある点火を確実にするには十分な長さではない。
【００１９】
したがって、確実にアーク放電の発生時の信頼性のある点火を行うために、エネルギ回路２８に蓄えられたエネルギは、システム２０へ即座に放電され、最終的には電極３０へ伝達されて、アーク放電２９を意図的に維持する。蓄積エネルギは、ロバストなレベル、および持続期間でアーク放電２９を維持するために十分な量で電極３０へ伝達され、意図的に維持されたアーク放電２９は、燃焼室３２内の燃料および空気の混合物に点火する。
【００２０】
上述のように、様々な条件は、アーク放電の開始をトリガリングし得るが、典型的には、電極３０へ供給される電圧があるしきい値を上回ったときに、アーク放電が発生する。本技術分野において知られる任意の方法が、アーク放電の開始または存在を検出するために用いられ得る。アーク放電の検出時に、アークフィードバック信号５６は、エネルギコントローラ５８と称される、エネルギ回路２８のコントローラへ伝達される。エネルギコントローラ５８は、アークフィードバック信号５６を受け取り、その後、エネルギ回路２８へアーク制御信号６０を伝達して、エネルギ回路２８に電極３０へ伝達するための蓄積エネルギの放電を伝達および指示する。エネルギコントローラ５８は、ＥＣＵまたは駆動回路コントローラ３６に統合されてもよいし、もしくは分離されたユニットとされてもよい。
【００２１】
エネルギ回路２８は、典型的には、付加的なエネルギを蓄えるための、エネルギキャパシタ６２と称されるキャパシタを含む。エネルギキャパシタ６２は、ＬＣ共振回路４８またはコロナ点火システム２０で典型的に使用される他のキャパシタによって蓄えられる量よりも、典型的には、１００から２００倍多い量のエネルギを蓄える。上述にように、コロナ点火システム２０に典型的に蓄えられるエネルギの量は、一旦アーク放電が発生するとアーク放電を開始および維持するために十分ではない。
【００２２】
１つの実施の形態においては、図１〜４に示されるように、コロナ点火システム２０は、エネルギキャパシタ６２へ追加のエネルギを提供する、エネルギ電源６８と称される補助電源を含む。代替的には、エネルギ回路２８へ供給されるエネルギは、コロナ駆動回路２６と同じ電源から供給されてもよい。もう１つの実施の形態においては、追加のエネルギは、コロナ駆動回路２６からエネルギ回路２８へ伝達される。
【００２３】
エネルギコントローラ５８からアーク制御信号６０を受け取ると、エネルギ回路２８は、最終的には電極３０へ伝達される蓄積エネルギのいくらかまたはすべてを伝達または放電する。したがって、アーク放電の検出時に、蓄積エネルギ供給は、即座に枯渇する。一旦蓄積エネルギが放電されると、エネルギ回路２８は即座にリセットされ、補助エネルギは、エネルギ回路２８へ再び供給される。したがって、システム２０は、次のアーク放電の発生およびアーク制御信号６０の受信時に電極３０へ蓄積エネルギを放電するための準備が再びできる。
【００２４】
図１〜４に示されるように、コロナ点火システム２０は、いくつかの異なる経路、たとえば経路Ａ、Ｂ、およびＣに従って、電極３０へ蓄積エネルギを伝達し得る。エネルギ回路２８から初めに放電されるエネルギは、典型的には数百ボルトであり、アーク放電を開始または維持するために十分ではないかもしれない。したがって、システム２０は、電極３０への伝達に先立ってエネルギの電圧を増大するための、エネルギトランス７０と称される、もう１つのトランスを含んでもよい。エネルギトランス７０は、エネルギ回路２８へ電気的に接続され、システム２０の少なくとも１つの他の要素、ＬＣ回路４８または電極３０へ電気的に接続され、第２のコイル７２と称される、少なくとも１つの金属のコイルを含む。
【００２５】
図２〜４の実施の形態においては、エネルギトランス７０は、エネルギ回路２８から蓄積エネルギを受け取り、最終的に電極３０へ伝達する前にエネルギの電圧を増大する。また、エネルギトランス７０は、電極３０とエネルギ回路２８との間における伝達からエネルギをブロックするために、および回路２６，２８，４８へのダメージを防ぐために使用され得る。もう１つの実施の形態においては、エネルギトランス７０は、ＬＣ回路４８の共振インダクタ４６に統合される。さらにもう１つの実施の形態においては、非常に高い電圧は、エネルギ回路２８のエネルギキャパシタ６２において蓄えられ、したがって、エネルギトランス７０は必要ない。
【００２６】
１つの実施の形態によると、点火を確実にすることができるロバストなアーク放電２９を維持するために、蓄積エネルギは、エネルギ回路２８から放電され、瞬間的に放電されるというよりも、所定の期間に亘って電極３０へ伝達される。１つの実施の形態においては、時定数と称される所定の期間は、およそ１ミリ秒である。時定数は、共振インダクタ４６の電圧（Ｌ１）および燃焼エンドアセンブリ２２のキャパシタンス（Ｃ１）と比較することによって定量化され得る。時定数は、Ｌ１／Ｃ１よりも、典型的には、１００から２０００倍長くなければならない。エネルギ回路２８、エネルギトランス７０、およびＬＣ回路４８は、所定の時定数を満足するように調整される。
【００２７】
所定の時定数を達成して、ロバストなアーク放電２９を得るために、少なくとも１つのブロッキング素子７４が、所定の期間中に、電極３０、コロナ駆動回路２６、エネルギ回路２８、およびシステム２０の他の要素への、およびこれらからの、またはこれらの間における伝達から、エネルギをブロックするように用いられ得る。また、ブロッキング素子７４は、システム２０の要素間のエネルギ伝達を促進するように設計され得る。１つの実施の形態においては、ブロッキング素子７４は、受動的であり、たとえば抵抗要素およびリアクタンス要素からなるフィルタである。もう１つの実施の形態においては、ブロッキング素子７４は、線形能動素子、たとえばダイオード、ＴＶＳ、またはスパークギャップユニットを含む。さらにもう１つの実施の形態においては、ブロッキング素子７４は、フルアクティブ、たとえばトランジスタである。さらにもう１つの実施の形態においては、エネルギは、コロナ駆動回路２６によってエネルギ回路２８へ供給され、ブロッキング素子７４は、コロナ駆動回路２６からエネルギキャパシタ６２へエネルギを伝達するために用いられる。ブロッキング素子７４の設計およびそれらの実現は、コロナ点火システム２０およびシステム２０の用途の特定の要件による。
【００２８】
図２は、電極３０へ経路Ａに沿ってエネルギ回路２８が蓄積エネルギを伝達する、１つの代表的な実施の形態を説明する。この実施の形態によると、エネルギトランス７０は、エネルギ回路２８とＬＣ回路４８の共振インダクタ４６との間に配置される。蓄積エネルギは、エネルギ回路２８からエネルギトランス７０を通って、その後、ＬＣ回路４８の共振インダクタ４６を通って、最終的に電極３０へ伝達される。エネルギトランス７０は、ＬＣ回路４８への蓄積エネルギの伝達に先立って、蓄積エネルギの電圧を増大する。また、図２の実施の形態は、エネルギトランス７０およびＬＣ回路４８間の１つのブロッキング素子７４と、ＬＣ回路４８およびコロナ駆動回路２６との間のもう１つのブロッキング素子７４とを含み、電極３０およびコロナ駆動回路２６またはエネルギ回路２８間でエネルギが伝達されることを防ぐ。エネルギ回路２８、エネルギトランス７０、およびブロッキング素子７４は、ロバストなアーク放電２９を達成するための時定数に応じて蓄積エネルギを供給するように調整される。
【００２９】
図３は、電極３０へ経路Ｂに沿ってエネルギ回路２８が蓄積エネルギを伝達するとともに、ＬＣ回路４８にエネルギトランス７０が統合される、もう１つの代表的な実施の形態を説明する。この例示的な実施の形態は、単純な構成およびこれによる低コストのために、図２および４の実施の形態においてたびたび好適である。統合されたエネルギトランス７０は、共振インダクタ４６の第１のコイル５０を第２のコイル７２へ磁気的に結合することによって形成される。第２のコイル７２の少数のターンは、共振インダクタ４６の第１のコイル５０と同一の磁気コアに巻かれるが、第２のコイル７２は、第１のコイル５０から電気的に絶縁される。蓄積エネルギは、エネルギ回路２８から統合されたエネルギトランス７０およびＬＣ回路４８を通して最終的に電極３０へ伝達される。統合されたエネルギトランス７０は、電極３０への蓄積エネルギの伝達に先立って、蓄積エネルギの電圧を増大する。また、図３の実施の形態は、統合されたエネルギトランス７０とＬＣ回路４８との間の１つのブロッキング素子７４を含む。ブロッキング素子７４は、エネルギ回路２８が電極３０からのエネルギを、たとえばアーク放電がまだ発生していないときのコロナ放電からエネルギを「流す」ことを妨げてもよい。代替的には、ブロッキング素子７４は、任意の流されたエネルギをエネルギ回路２８のエネルギキャパシタ６２へ戻してもよい。エネルギ回路２８、トランス、およびブロッキング素子７４は、ロバストなアーク放電を達成するための時定数に応じて、および所定の期間に亘って蓄積エネルギを供給するように調整される。
【００３０】
図４は、電極３０へ経路Ｃに沿ってエネルギ回路２８が蓄積エネルギを伝達する、他の代表的な実施の形態を説明する。この実施の形態によると、エネルギトランス７０は、ＬＣ回路４８の共振インダクタ４６を補助し、エネルギ回路２８と電極３０との間に配置される。この実施の形態においては、エネルギは、エネルギ回路２８から電極３０へ直接伝達され、ＬＣ回路４８を通らない。
【００３１】
また、図４の実施の形態は、アーク放電が発生する前に、電極３０から回路２６，２８，４８へコロナ放電などからのエネルギが伝達されることを妨げるための、エネルギトランス７０とＬＣ回路４８との間の１つのブロッキング素子７４を含む。もう１つのブロッキング素子７４は、コロナ駆動回路２６とＬＣ回路４８との間に位置し、電極３０からコロナ駆動回路２６へエネルギが伝達されることを妨げるとともに、ＬＣ回路４８を通したエネルギ伝達を可能とする。エネルギ回路２８、エネルギトランス７０、およびブロッキング素子７４は、ロバストなアーク放電を達成するために所定の期間に亘って蓄積エネルギを供給するように調整される。
【００３２】
発明のもう１つの局面は、燃焼室の燃料および空気の混合気に点火するための方法を提供する。上記に示唆されたように、方法は、エネルギ回路２８へエネルギを供給しながら、コロナ駆動回路２６へエネルギおよび駆動制御信号３８を供給するステップを含む。そして、方法は、電極３０から電気的放電を可能な量のエネルギを、コロナ駆動回路２６から電極３０へ伝達するステップを含む。１つの実施の形態においては、コロナ駆動回路２６から電極３０へエネルギを伝達するステップは、所定の量のエネルギを決定および伝達するステップを含み、所定の量のエネルギは、コロナ放電を放出するとともにアーク放電を回避することが可能である。
【００３３】
コロナ駆動回路２６から電極３０へエネルギが伝達される間に、方法は、コロナ駆動回路２６を補助するエネルギ回路２８にエネルギを供給するステップおよび蓄えるステップを含む。エネルギ回路２８にエネルギを蓄えるステップは、典型的には、エネルギ回路２８のエネルギキャパシタ６２を充電するステップを含む。１つの実施の形態においては、エネルギを蓄えるステップは、コロナ駆動回路２６からエネルギ回路２８へエネルギを伝達するステップを含む。
【００３４】
また、方法は、電極３０から放出されるアーク放電を検出するステップを含む。アーク放電の開始が一旦検出されると、方法は、エネルギコントローラ５８へアークフィードバック信号５６を伝達するステップと、それから、エネルギコントローラ５８からエネルギ回路２８へアーク制御信号６０を伝達するステップとを含む。アーク制御信号６０は、エネルギ回路２８から電極３０へ蓄積エネルギを伝達または放電して、それによって、アーク放電２９を意図的に維持するステップを開始する。
【００３５】
十分な蓄積エネルギが放電されるとともに電極３０へ伝達されるとすぐに、方法は、エネルギ回路２８のエネルギキャパシタ６２を再充電するステップを含む。方法は、アーク放電２９を意図的に維持可能とする十分な量のエネルギを、エネルギ回路２８に維持するステップを含む。したがって、システム２０は、次のアーク放電の発生のための準備をすぐにできる。
【００３６】
上述のように、ロバストなアーク放電２９を維持するように、方法は、所定の期間に亘って時定数に応じて、電極３０へ蓄積エネルギを伝達するステップを含む。１つの実施の形態においては、方法は、所定の期間または時定数を算出するステップと、アーク制御信号６０においてエネルギ回路２８へ時定数を伝達するステップとを含む。方法は、典型的には、電極３０へ蓄積エネルギを伝達するステップに先立って、エネルギトランスによって蓄積エネルギの電圧を増大するステップを含む。１つの実施の形態においては、方法は、エネルギ回路２８から電極３０へ蓄積エネルギを伝達する間のような所定の期間中に、電極３０、コロナ駆動回路２６、エネルギ回路２８、またはシステム２０の他の要素への、およびこれらからの、またはこれらの間における伝達を防ぐために、または可能とするためにブロッキング素子７４を使用するステップを含む。
【００３７】
明らかなように、本発明の多くの修正および変更が上記教示に照らして可能であり、添付された特許請求の範囲の範囲内であるが具体的に記載されているもの以外で実行されてもよい。これらの先行する記述は、発明の新規性がその有用性を発揮する任意の組み合わせをカバーするように解釈されるべきである。装置クレームにおける「前記（said）」という単語の使用は、クレームの範囲に含まれることが意図される積極的な記述である先行詞を指すのに対して、「前記（the）」という単語は、クレームの範囲に含まれることが意図されない単語に先行する。さらに、特許請求の範囲における参照番号は、単に便宜的なものであって、いかなる限定もされずに読まれるべきである。
【図１】
2013539519.tif 000003
【図２】
2013539519.tif 000004
【図３】
2013539519.tif 000005
【図４】
2013539519.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月1日(2013.5.1)
【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】
燃焼室の燃料および空気の混合気に点火するためのコロナ点火システム（２０）であって、
電気的放電を提供するための電極（３０）と、
コロナ放電を維持可能な量のエネルギを、前記電極（３０）へ伝達するコロナ駆動回路（２６）と、
前記コロナ駆動回路（２６）が前記電極（３０）へ前記エネルギを伝達する間にエネルギを蓄えるとともに、アーク放電を検出したときに前記アーク放電（２９）を意図的に維持するように前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するための、前記コロナ駆動回路（２６）を補助するエネルギ回路（２８）とを備える、コロナ点火システム。
【請求項２】
アークフィードバック信号（５６）を受けるとともに、前記アーク放電の検出時に前記エネルギ回路（２８）へアーク制御信号（６０）を伝達するエネルギコントローラ（５８）をさらに備え、
前記アーク制御信号（６０）は、前記電極（３０）への前記蓄積エネルギの伝達を開始する、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項３】
前記エネルギ回路（２８）は、前記エネルギを蓄えるためのエネルギキャパシタ（６２）を含む、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項４】
キャパシタンスを有するとともに前記電極を含む燃焼エンドアセンブリ（２２）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項５】
前記電極（３０）への前記エネルギの伝達に先立って前記エネルギを変換するための、共振インダクタと前記燃焼エンドアセンブリ（２２）の前記キャパシタンスとを含むＬＣ回路をさらに備える、請求項４に記載のシステム（２０）。
【請求項６】
前記蓄積エネルギの電圧を増大させるために、前記エネルギ回路（２８）と、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタとへ電気的に接続されるエネルギトランス（７０）をさらに備える、請求項４に記載のシステム（２０）。
【請求項７】
前記共振インダクタ（４６）を通して前記蓄積エネルギを伝達するために、前記エネルギトランス（７０）は、前記エネルギ回路（２８）と、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタ（４６）との間に配置される、請求項６に記載のシステム（２０）。
【請求項８】
前記エネルギトランス（７０）は、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタと統合される、請求項６に記載のシステム（２０）。
【請求項９】
前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを直接伝達するために、前記エネルギトランス（７０）は、前記ＬＣ回路（４８）の前記共振インダクタ（４６）を補助する、請求項６に記載のシステム（２０）。
【請求項１０】
所定の期間中に、前記電極（３０）と、前記コロナ駆動回路（２６）および前記エネルギ回路（２８）の少なくとも１つとの間のエネルギの伝達を妨げるブロッキング素子（７４）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（２０）。
【請求項１１】
燃焼室（３２）の燃料および空気の混合気に点火するための方法であって、
コロナ放電を維持可能な量のエネルギを、コロナ駆動回路（２６）から前記電極（３０）へ伝達するステップと、
前記電極（３０）へ前記エネルギを提供しながら、前記コロナ駆動回路（２６）を補助するエネルギ回路（２８）にエネルギを蓄えるステップと、
前記電極（３０）から放出されるアーク放電を検出するステップと、
前記アーク放電を検出したときに前記エネルギ回路（２８）から前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達することによって前記アーク放電（２９）を意図的に維持するステップとを含む、方法。
【請求項１２】
前記アーク放電を検出したときに前記蓄積エネルギを伝達するステップを開始するために、前記エネルギ回路（２８）へアーク制御信号（６０）を伝達するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アーク放電を検出したときに前記アーク制御信号（６０）を伝達するステップを開始するために、アークフィードバック信号を伝達するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エネルギ回路（２８）から前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するステップは、前記アーク放電（２９）を維持可能な量のエネルギを、前記エネルギ回路（２８）に維持するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギを蓄えるステップは、前記エネルギ回路（２８）のエネルギキャパシタ（６２）を充電するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記エネルギ回路（２８）から前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するときに前記エネルギ回路（２８）の前記エネルギキャパシタ（６２）を再充電するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
所定の期間に亘って前記電極（３０）へ前記蓄積エネルギを伝達するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記電極（３０）への前記蓄積エネルギの伝達に先立って前記蓄積エネルギの電圧を増大するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記エネルギを蓄えるステップは、前記コロナ駆動回路（２６）から前記エネルギ回路（２８）へエネルギを伝達するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
所定の期間中に、前記電極（３０）と、前記コロナ駆動回路（２６）および前記エネルギ回路（２８）の少なくとも１つとの間におけるエネルギの伝達を妨げるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
発明の１つの局面は、燃焼室の燃料および空気の混合気に点火するためのコロナ点火システムを提供する。システムは、電気的放電を提供するための電極と、コロナ駆動回路と、エネルギ蓄積回路とを含む。コロナ駆動回路は、コロナ放電を維持可能な量のエネルギを、電極へ伝達する。エネルギ回路は、コロナ駆動回路を補助するとともに、コロナ駆動回路が電極へエネルギを伝達する間にエネルギを蓄える。エネルギ回路は、アーク放電の検出時にアーク放電を意図的に維持するように電極へ蓄積エネルギを伝達する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
発明のもう１つの局面は、燃焼室の燃料および空気の混合気に点火するための方法を提供する。方法は、コロナ放電を維持可能な量のエネルギを、コロナ駆動回路から電極へ伝達するステップと、電極へエネルギを提供しながら、コロナ駆動回路を補助するエネルギ回路にエネルギを蓄えるステップとを含む。方法は、電極から放出されるアーク放電を検出するステップと、アーク放電を検出したときにエネルギ回路から電極へ蓄積エネルギを伝達することによってアーク放電を意図的に維持するステップとをさらに含む。
【国際調査報告】
2013539519.tif 000007
2013539519.tif 000008
2013539519.tif 000009