(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼チャンバ内の流体燃料に点火する点火装置であって、
供給される燃料を運ぶ内部燃料チャネルを形成する、少なくとも１つの長尺部材（１０２、１０３）と、
加熱コイルおよび点火コイルを備えた導電性ワイヤループとを具備し、前記加熱コイル（１０４Ｂ）は、前記内部燃料チャネルの内部において前記少なくとも１つの長尺部材とは別個に配置されるとともに前記内部燃料チャネルを通じて流れる流体燃料を抵抗加熱し、前記点火コイルは、前記内部燃料チャネルの下流に配置されて前記内部燃料チャネルから流出する流体燃料に点火し、
前記加熱コイルおよび前記点火コイルは電子的に直列接続されていて、前記加熱コイルが前記内部燃料チャネルを通じて流れる流体燃料と直接接触し、前記点火コイルが前記内部燃料チャネルから流出する燃料と直接接触する、点火装置。
【請求項２】
前記導電性ワイヤループの各端部に電子的に接続された第１および第２の端子をさらに具備する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの長尺部材が長手部分を有する第１の部材を含み、前記加熱コイルが前記第１の部材の長手部分に沿って概ね延在する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの長尺部材が、第１の部材と、該第１の部材を包囲して支持する第２の部材とを具備する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項５】
前記第１の部材が第１の長手部分を有し、前記加熱コイルが前記第１の長手部分に概ね沿って延在する、請求項４に記載の点火装置。
【請求項６】
前記導電性ワイヤループがニクロム線から構成される、請求項１に記載の点火装置。
【請求項７】
前記加熱コイルが、１．０オームと１．５オームとの間の範囲の抵抗を有する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項８】
前記点火コイルが、０．７オームと１．２オームとの間の範囲の抵抗を有する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項９】
前記導電性ワイヤループに接続された電源をさらに具備し、該電源は、３０Ｗより小さい電力を前記導電性ワイヤループに供給して、それにより前記加熱コイルに抵抗加熱させて前記内部燃料チャネルを通じて流れる流体燃料を加熱する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの長尺部材が燃料供給路に接続するための接続手段を含む、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの長尺部材が燃焼チャンバの標準ネジ部に接続するための接続手段を含む、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記導電性ワイヤループが、パルスモードの電圧信号を受信する２つの端子を含む、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１３】
前記導電性ワイヤループが、ＤＣ電圧信号を受信する２つの端子を含む、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１４】
前記導電性ワイヤループに電力を供給する供給手段をさらに具備し、前記抵抗加熱により、前記少なくとも１つの長尺部材の前記内部燃料チャネルを通過する液体燃料を気化させるようにして為る、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１５】
前記導電性ワイヤループが、摂氏７０４度（華氏１３００度）より高い温度における抵抗加熱を与える、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１６】
前記電力を供給する供給手段が、所定のパルス電圧信号を供給するパルスモード電圧源を含む、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１７】
前記電力を供給する供給手段が、所定のＤＣ電圧信号を供給するＤＣ電圧源を含む、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１８】
前記電力を供給する供給手段が、３０Ｗより小さい電力を前記導電性ワイヤループに供給し、それにより前記内部燃料チャネルを通じて流れる流体燃料の抵抗加熱が為される、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１９】
燃焼チャンバ内の点火を制御するシステムであって、
燃料を受ける流入口および燃焼温度を測定するための熱電対とを備えた、請求項１に記載の点火装置と、
前記点火装置および燃料ポンプの間の燃料供給ラインとを含み、該燃料供給ラインは始動ソレノイドおよび排出ソレノイドを含み、前記点火装置の前記流入口に液体燃料を供給し、
さらに、
前記点火装置、前記熱電対、前記始動ソレノイドおよび排出ソレノイドに接続され、第１および第２のモードで稼働する電子制御ユニットを含む制御システムにおいて、
前記第１のモードにおいて、第１組の制御信号が前記始動ソレノイドおよび排出ソレノイドにそれぞれ供給されて、液体燃料が前記燃料供給ラインを通じて前記点火装置に流れることが可能になるとともに、第１の電力供給信号が前記導電性ワイヤループに与えられて、それによって、液体燃料の抵抗加熱が前記点火装置の前記内部燃料チャネルを通過する液体燃料を気化させるとともに、前記点火装置の前記内部燃料チャネルから流出する気化燃料に点火し、
前記第２のモードにおいて、第２組の制御信号が前記始動ソレノイドおよび排出ソレノイドにそれぞれ供給されて、前記燃料供給ラインを通じて前記点火装置に流れる液体燃料が遮断されるとともに、第２の電力供給信号が前記導電性ワイヤループに与えられて、前記点火装置の前記内部燃料チャネルを通過する液体燃料の抵抗加熱を停止し、前記点火装置の前記内部燃料チャネルから流出する燃料の点火を停止する、制御システム。
【請求項２０】
前記熱電対が前記燃焼チャンバに隣接して取り付けられる、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２１】
前記電子制御ユニットが前記熱電対と協働しており、前記熱電対が前記第１のモードの間に所定の温度変化を検出したときに、前記電子制御ユニットが前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えを開始する、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２２】
前記燃焼チャンバが、ロータを備えたタービンエンジンの部品であり、前記熱電対が前記所定の温度変化を検出したときに、前記電子制御ユニットが前記燃焼チャンバへの液体燃料の供給を増大させて、前記ロータの速度を増大させる、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２３】
前記第２のモードの間に、前記内部燃料チャネル内の燃料を排出する燃料排出ラインをさらに含み、前記第２組の制御信号が前記排出ソレノイドを作動させて、前記燃料排出ラインと前記点火装置の前記内部燃料チャネルとを流体連通させ、これにより、前記点火装置の前記内部燃料チャネルに残存するか、または侵入する燃料が、前記燃料排出ラインに流れる、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２４】
燃焼チャンバ内に配置される少なくとも１つのノズルをさらに含み、前記第１および第２のモード両方において、液体燃料が前記燃料ポンプによって前記少なくとも１つのノズルに供給される、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２５】
前記点火装置の前記導電性ワイヤループが、摂氏７０４度（華氏１３００度）より高い温度の抵抗加熱を提供する、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２６】
前記点火装置の前記導電性ワイヤループが、要求される作動温度範囲において１．７オームと２．２オームとの間の範囲の抵抗を有する、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２７】
前記第１の電力供給信号が３０Ｗより小さい電力を導電性ワイヤループに与える、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２８】
前記第１および第２の電力供給信号が所定のＤＣ電圧信号を含む、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２９】
前記第１および第２の電力供給信号が所定のＤＣ電圧パルスを含む、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項３０】
前記第１のモードの間に前記電子制御ユニットが、熱電対の出力に応じて前記第１の電力供給信号の時間と電圧とを調整する、請求項１９に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して燃焼チャンバ内の燃料に点火するための機構に関する。より具体的には、本発明は、抵抗加熱を利用する点火プラグにおいて、該点火プラグに供給される燃焼可能な燃料に点火する点火プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型タービンエンジンその他の回転式エンジンにおいて、燃焼チャンバ内の燃焼可能な燃料に点火するために抵抗加熱を利用する点火プラグが広く利用されている。燃焼チャンバ内において燃焼する燃料によって結果的に生成される火炎は、燃焼チャンバ内に導入される重液燃料に点火する。そして、点火プラグに供給される燃焼可能な燃料が遮断され、エンジンは燃焼チャンバに供給された重液燃料によって稼働し続ける。このタイプの点火プラグは典型的にグロープラグと称されており、これらの例は、米国イリノイ州シャンペーンのグレート  プレインズ  モデル  ディストリビュータ（Great Planes Model Distributors）社のＯ．Ｓ．Ｅｎｇｉｎｅｓの商品名で市場で入手可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術のグロープラグにおいて採用されている抵抗加熱では、エンジンを稼働させるために必要な重液燃料が点火されないため、エンジンを始動するために追加の燃料システムが要求される。追加の燃料システムは、このようなエンジンの運用コストおよび重量を大幅に増大させることになる。重液燃料に点火するグロープラグは、大型のディーゼルエンジンにおいて、燃焼空気を加熱してエンジン始動を助勢するために利用されている。しかしながら、これらの従来技術のグロープラグは、典型的に大きなアンペア数のＤＣ電圧を使用していて非常に大型で重く、小型のタービンエンジンには適合しない。さらに、これらの従来技術は点火プラグを通る燃料経路においてコークスが発生しやすく、点火プラグの稼働寿命が短くなるとともに、かかるエンジンの運用コストが増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
燃焼チャンバ内の燃料に点火する点火プラグが提供される。この点火プラグは、内部燃料チャネルを形成する少なくとも１つの長尺部材を具備している。この少なくとも１つの長尺部材は、電子的に直列接続された加熱コイルと点火コイルとを備えた導電性ワイヤループを支持している。加熱コイルは内部燃料チャネル内に配置されており、内部燃料チャネルを通じて流れる流体燃料と直接接触して抵抗加熱を与える。点火コイルは内部燃料チャネルの下流に配置されていて、流体燃料が内部燃料チャネルから流出する際に流体燃料に点火する。
【０００５】
好適な実施形態において、少なくとも１つの長尺部材は、中空の外方支持部材によって包囲された内方管状部材を備え、外方支持部材は内方管状部材を支持している。この支持は、好ましくは外方支持部材の上縁からオフセットされた姿勢で為されている。この好適な構成において、内方管状部材および外方支持部材の内部空間は内部燃料チャネルを形成している。内部燃料チャネルは、外方支持部材の上縁近傍から内方管状部材および外方支持部材の中心軸に沿って延在している。導電性ワイヤループの加熱コイルは内方管状部材内部に配置されている。点火コイルは、内方管状部材および外方支持部材の下流であって、かつ内部燃料チャネルの出口に近接して配置されている。２つの端子は外方支持部材の外表面に配置され、好ましくは内方管状部材の上縁に位置する径方向の突起の上方に配置されている。この２つの端子は、導電性ワイヤループの端部にそれぞれ電子的に接続されており、これによって、２つの端子に亘って印加された電圧が導電性ワイヤループに通ずる電流を供給し、加熱コイルおよび点火コイルが駆動されるようになる。好適な実施形態において、加熱コイルは、内部燃料チャネル内において内方管状部材の長手部分に沿って概ね延在している。この配置により、小さい消費電力で点火プラグ内部の燃料に対して熱を迅速に与えることができる。さらに内方管状部材は、加熱コイルと導電性ワイヤループのその他の部位との間に介在する電気絶縁体として作用し、内部での電気的短絡を防ぐのに役立つ。
【０００６】
一実施形態にしたがって、導電性ワイヤループは、１．７オーム〜２．２オームの範囲の抵抗を有しており、摂氏７０４度（華氏１３００度）〜摂氏７６０度（華氏１４００度）の範囲の温度まで抵抗加熱するとともに、起動時に３０ワットより小さい電力を消費する。これらのパラメータは、広範囲の燃焼可能な重液燃料（ジェット燃料を含む）を気化させて点火するのに十分であり、要求される電力も低減される。さらに、液体燃料が迅速に気化されるので、点火プラグを通ずる燃料チャネルにおけるコークスの発生が大幅に減少する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る点火プラグの分解図である。
【０００８】
【図２】図１の点火プラグの部分断面図である。
【０００９】
【図３】図１および図２の点火プラグを採用する自動燃料供給システムの概略図において、該システムで実行される始動モードの動作を説明する図である。
【図４】図１および図２の点火プラグを採用する自動燃料供給システムの概略図において、該システムによって実行される通常稼働モードの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１および図２を参照して、本発明に係る点火プラグ１００は、内方管１０３を包囲する外方管１０２と、内方管１０３内に配置された導電性ワイヤループ１０４と具備する。内方管１０３は好ましくは中空円筒形状である電気絶縁性のセラミック材料、例えば極高温下においても耐えられ、かつ電気絶縁性であるオメガセラミック管（omega ceramic tubing）ｐ／ｎ  ｏｒｘ１３２１１６から構成される。内方管１０３は、好ましくは１．５ミリメートル（０．０６１インチ）の内径と、２．４ミリメートル（０．０９３インチ）の外径とをそれぞれ有する。外方支持管１０２は好ましくは中空円筒形状である同様に電気絶縁性のセラミック材料、例えばアルミナ材料から生産されるオーテックセラミック管（Ortech ceramic tubing）から構成される。外方支持管１０２は、好ましくは３．９６ミリメートル（０．１５６インチ）の外径と、２．６２ミリメートル（０．１０３インチ）の内径とをそれぞれ有する。好適な実施形態において、内方管１０３は外方支持管１０２の内部に配置され、外方支持管１０２の内部１０５の下部１０５ａにおいて窪んでいる。内方管１０３および外方管１０２は、外方支持管１０２の上縁１０７から内方管１０３および外方管１０２の長手の中心軸線１３０に沿って延在する燃料チャネル１０６を形成しており、これにより、燃料チャネル１０６を通過する燃料が外方管１０２および内方管１０３の内壁面に直接接触するようになっている。内方管１０３は、締まり嵌めおよび／または接着剤（例えば、接着性のマグネシア化合物などの絶縁性接着剤、例えば、市場で入手可能な米国ニューヨーク州ブルックリンのコトロニクス社（Cotronics Corp.）による９０６マグネシア接着性化合物）を用いて外方管１０２内部に支持されうる。内方管１０３の上縁１０９においてシールされていてもよく、これにより、燃料チャネル１０６に供給される燃料が、上縁１０９周りにおいて漏出することなく内方管１０３内部を通るようになる。このシールは、絶縁性接着剤（接着性のマグネシア化合物など、例えば、市場で入手可能な米国ニューヨーク州ブルックリンのコトロニクス社（Cotronics Corp.）による９０６マグネシア接着化合物）によって実現されうる。また、このシールは内方管１０３と外方管１０２との間に機械的結合を与えうる。
【００１１】
燃料チャネル１０６は、外方管１０２および内方管１０３を通って流れる燃料の経路を形成することに加えて、導電性ワイヤループ１０４の一部の貫通路をも形成している。導電性ワイヤループ１０４の一部分が内方管１０３の内部に配置される一方、導電性ワイヤループ１０４の別の部分は外方管１０２と内方管１０３との間に配置されており、以下においてさらに説明されるように、導電性ワイヤループ１０４のこれらの部分は電気的に絶縁されている。
【００１２】
導電性ワイヤループ１０４は、論理的には、４つの直列接続された部位１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄに分けられる。導電性ワイヤループ１０４の第１の部位１０４Ａは、外方管１０２の外表面の第２の端子１１２から外方管１０２に穿孔された孔を通って、内方管１０３の上縁１０９の上方に延在している。好ましくは、第１の部位１０４Ａは、スポット溶接その他の適切な手段を用いて第２の端子１１２に接続されている。第２の部位１０４Ｂ（以下、「加熱コイル」と称する）はヘリカルコイル形に巻かれていて、内方管１０３内部の燃料チャネル１０６に沿って配置されているとともに、内方管１０３の長手部分に沿って概ね延在している。第２の部位１０４Ｂは加熱コイルとして作用し、燃料チャネル１０６を通じて流れる燃料と直接接触して燃料を加熱する。これにより、燃料が燃料チャネル１０６から流出する際に、燃料が気化されるようになる。第３の部位１０４Ｃ（以下、「点火コイル」と称する）は、加熱コイル１０４Ｂの端部から外方管１０２および内方管１０３の下流の箇所まで下降しており、燃料チャネル１０６の流出口（出口）１０６Ａに隣接する箇所においてヘリカルコイル形に巻かれている。点火コイル１０４Ｃは、燃料チャネル１０６から流出する気化燃料に点火するように作動する。第４の部位１０４Ｄは、点火コイル１０４Ｃの端部から内方管１０３と外方管１０２との間を上方に向かって延在し、次いで外方管１０２に形成された孔を通じて、第１の端子１１４に接続される。第４の部位１０４Ｄは、図２に示されるように、外方管１０２と内方管１０３との間の環状部を上方に向かって延在していてもよいが、または内方管１０３若しくは外方管１０２の壁面に形成された溝を通じて延在するか、或いは内方管１０３の外表面を平坦に研磨して形成される、外方管１０２と内方管１０３との間の空間を通って延在していてもよい。絶縁性接着剤は、内方管１０３と外方管１０２との間に提供されうる。これにより、第４の部位１０４Ｄは、第１の端子１１４に至る途中にこの接着部分を通過することになる。好ましくは第４の部位１０４Ｄは、スポット溶接その適切な手段を用いて第１の端子１１４に接続される。重要なことは、第４の部位１０４Ｄが、内方シリンダ１０３によって、および場合によっては絶縁性接着剤によって、加熱コイル１０４Ｂから電気的に絶縁されている点である。絶縁性接着剤は、第１の部位１０４Ａおよび第４の部位１０４Ｄが通過できるようになっていた外方管１０２を通る孔を塞ぐためにも使用されうる。これにより、燃料経路１０６を通じて流れる燃料が外方管１０２の外へ漏出しないようになる。
【００１３】
端子（１１２，１１４）は、外方管１０２の環状壁の外表面に取り付けられ、好ましくは銅から構成される。好適な実施形態において、端子１１２，１１４は、外方管１０２の外表面を滑動する円柱状部位１１２ａ，１１４ａと、外方管１０２から外方に突出するタブ部１１２ｂ，１１４ｂとを有する。円柱状部位１１２ａ，１１４ａは、絶縁性接着剤を用いて外方管１０２に固定される。導電性ワイヤループ１０４の第１端部１０８は第２の端子１１２に接続され、導電性ワイヤループ１０４の回帰端部１１０は第１の端子１１４に接続される。絶縁性接着剤は、２つの端子１１２，１１４および導電性ワイヤループの２つの端部１０８，１１０を互いに絶縁するためにも使用されてもよい。有利な点は、上記構成による絶縁性接着剤は、導電性ワイヤループ１０４の種々の部位を互いに電気的に絶縁するので、電気的短絡のリスクを最小限に抑えることができる。
【００１４】
外方管１０２の底部１０２ａは下方部材１２４によって支持され、好ましくは絶縁性接着剤によって下方部材１２４に固定されている。下方部材１２４には、外方管１０２を支持するための軸方穴１２４ｂと、取付けおよび取外しのための一般的なレンチその他の道具と協働する外方肩部１２４ｃと、燃焼チャンバ１２８（図３）につながるネジ部（図示せず）によって受け入れられる外方雄ねじ面１２４ａとが形成されている。軸方穴１２４ｂは、外方管１０２および内方管１０３を支持するための下方部材１２４に段部を形成する。点火コイル１０４Ｃは、外方管１０２の出口の下流に配置され、好ましくは図２に最もよく示されるように、下方部材１２４の雄ねじ面１２４ａの直下に配置される。
【００１５】
燃料ラインカプラ１１８は、締まり嵌めその他の適切な固定手段によって、外方管１０２の上縁１０７に結合されている。燃料ラインカプラ１１８は、当該技術分野において公知である、燃料ラインに接続するための任意の標準的な複数部品の燃料ラインコネクタでありうる。燃料ラインカプラ１１８は、外方管１０２および内方管１０３の燃料チャネル１０６と、外方管１０２および内方管１０３内部の燃料チャネル１０６とに流体連通する内部チャネル１２０を形成している。燃料ラインカプラ１１８は燃料供給ライン２０５Ａへの結合を提供する（図３および図４）。後述される始動動作の際に、燃料は燃料供給ライン２０５Ａから燃料ラインカプラ１１８の内部チャネル１２０に流れ、そして外方管１０２および内方管１０３の燃料チャネル１０６内に流れる。燃料は、燃料の流出位置である内方管１０３の下端まで流れ続ける。
【００１６】
液体燃料が内方管１０３の燃料チャネル１０６を通って流れる際に、燃料は、導電性ワイヤループ１０４の加熱コイル１０４Ｂと直接接触する。熱は、端子１１２，１１４に亘って印加される電圧により導電性ワイヤループ１０４に生じる電流に対する加熱コイルの抵抗を通じて、加熱コイル１０４Ｂにおいて発生する。加熱コイル１０４Ｂは、内方管１０３の燃料チャネル１０６を通じて流れる燃料に十分な熱を直接与えるように作動し、これにより燃料が内方管１０３から流出する前に気化するようになる。内方管１０３は伝熱管として作用し、流体の加熱を助勢する。
【００１７】
燃料が内方管１０３の燃料チャネル１０６から流出する際に、燃料は空気と混合して点火コイル１０４Ｃと直接接触する。また、導電性ワイヤループ１０４を通過する電流は、内部燃料チャネル１０６から流出して空気と混合される燃料蒸気を点火するのに十分に高い温度まで、点火コイル１０４Ｃを加熱させるようになっている。点火コイル１０４Ｃによって点火されて燃焼する燃料から発生する火炎は、第２の燃料供給ライン２０５Ｂ（図３および図４）から燃焼チャンバ１２８に流れ込む液体燃料に点火する。
【００１８】
始動操作の際に、好ましくは導電性ワイヤループ１０４の２つの端子１１２，１１４に亘ってパルス電圧信号が印加され、これにより電流パルスが導電性ワイヤループ１０４を通じて流れるようになる。或いは、導電性ワイヤループ１０４内にＤＣ電流を生じさせるために、ＤＣ供給電圧が端子１１２，１１４に亘って印加されてもよい。端子１１２，１１４に亘ってＤＣ供給電圧ではなく電圧パルスを供給することによって、点火プラグ１００の寿命が１０倍にまで増大しうる。導電性ワイヤループ１０４を通じて流れる電流の量は、オームの法則に従って導電性ワイヤループ１０４が呈する電気抵抗に応じて定まる。要求される加熱特性を提供するために、導電性ワイヤループ１０４は、導電性ワイヤループ１０４によって得られる電気抵抗を調整するようになっている。導電性ワイヤループ１０４による抵抗加熱および点火とともに、端子１１２，１１４に亘ってパルス電圧信号を印加することによって従来技術のデザインよりも小さい電力が消費されるようになる。この低減された電力要件により、軽量の電源の使用が可能となり、したがって、システム全体の重量が小さくなる。
【００１９】
好適な実施形態において、重液燃料（液体ジェット燃料、灯油またはディーゼルなど）が点火プラグ１００に供給される。導電性ワイヤループ１０４によって液体燃料に加えられる熱は、供給される重液燃料を燃料チャネル１０６内において概ね気化させるのに十分であり、したがって、燃料チャネル１０６から蒸気の状態で流出する。燃料チャネル１０６の加熱温度は、重液燃料を加熱して蒸気にするのに十分に高く維持されるとともに、燃料チャネル１０６の壁面に残存する燃料の量を最小限に抑える必要がある。燃料チャネル１０６内に過度の量の燃料が残存するとコークス化を引き起こすことがあり、これにより燃料チャネル１０６を通じた流体の適切な流れが阻害されうる。導電性ワイヤループ１０４の加熱コイル１０４Ｂの巻数および内方管１０３の熱伝導率は、燃料チャネル１０６の加熱温度に影響する。
【００２０】
導電性ワイヤループ１０４は、好ましくは直径が０．２５４ミリメートル（０．０１０インチ）、長さが１０４ミリメートル（４．１インチ）のニクロム線から構成され、後述の要求される稼働温度において１．７オーム〜２．７オームの範囲の全抵抗を有する。高温の抵抗加熱に適した白金およびタングステンを含む他の金属のワイヤも使用可能である。加熱コイル１０４Ｂおよび点火コイル１０４Ｃの温度は、それぞれ加熱コイル１０４Ｂおよび点火コイル１０４Ｃのワイヤの抵抗率および長さによっても定まる。好適な実施形態において、加熱コイル１０４Ｂの抵抗率および長さは、加熱コイル１０４Ｂの稼働温度が摂氏７０４度〜７６０度（華氏１３００度〜１４００度）の範囲になるように選定される。点火コイル１０４Ｃの抵抗率および長さは、点火コイル１０４Ｃの稼働温度が摂氏７０４度〜７６０度（華氏１３００度〜１４００度）の範囲になるように選定される。これらの温度を得るために端子１１２，１１４に亘って印加される好適な電圧は、１．０オーム〜１．５オームの範囲の抵抗を有する加熱コイル１０４Ｂと、０．７〜１．２オームの範囲の抵抗を有する点火コイル１０４Ｃとを用いた場合、７．５ボルトである。これらの電圧レベルにおいて加熱コイル１０４Ｂおよび点火コイル１０４Ｃを作動させると、３０ワットより小さい消費電力を使って点火コイルが気化した重液燃料に点火できるようになる。
【００２１】
導電性ワイヤループ１０４によって得られる高温の加熱温度によって、燃料チャネル１０６における燃料のコークス化が大幅に発生しにくくなるため有利である。端子１１２，１１４に亘ってパルス電圧を印加すると、導電性ワイヤループ１０４の寿命が延びる。点火プラグ１００の外方管１０２、内方管１０３および下方部材１２４は、好ましくは点火プラグ１００が小型タービンエンジン用の既存のグロープラグと直接置換されうるように寸法および形状が決められる。
【００２２】
本明細書において説明される点火プラグ１００は、好ましくは図３および図４に示される高機能燃料供給システム２００の部品として利用される。高機能燃料供給システム２００は、ジェット燃料、灯油またはディーゼルなどの重液燃料を貯蔵する燃料タンク２０４に流体連通された流体ポンプ２０２を含む。燃料ポンプの出力は２つの流体供給ライン２０５Ａ，２０５Ｂに沿って分岐する。第１の燃料供給ライン２０５Ａは点火プラグ１００につながっている。第２の流体供給ライン２０５Ｂは燃焼チャンバ１２８に液体燃料を注入する複数のノズルにつながっている。２つの電子的に励起されるソレノイド２０８Ａ，２０８Ｂは第１の燃料供給ライン２０５Ａに沿って直列に配列されている。電子制御ユニット２１０は燃料ポンプ２０２およびソレノイド２０８Ａ，２０８Ｂと協働する。
【００２３】
図３に示される燃焼始動動作の際に、電子制御ユニット２１０は、制御ライン２１１（単数または複数）を介して燃料ポンプ２０２を起動する。このとき、ソレノイド２０８Ａ（「始動ソレノイド」と称する）とソレノイド２０８Ｂ（「排出ソレノイド」と称する）との両方を、制御ライン（単数または複数）２１３，２１５を介してそれぞれ開放し、それにより燃料ポンプ２０２と点火プラグ１００との間の流体供給ライン２０５Ａを開放して、矢印２１７によって示される経路に沿って燃料が流れるようにする。また、電子制御ユニット２１０は、点火プラグ１００の２つの端子１１２，１１４に亘って電圧ポテンシャルを供給して、点火プラグ１００の導電性ワイヤループ１０４によって提供される抵抗加熱を有効にする。これにより、上述したように点火プラグ１００を通じて流れる燃料が気化して点火されるようになる。気化燃料の燃焼により得られる火炎２１８が、第２の流体供給ライン２０５Ｂおよびノズル２０６を介して燃焼チャンバ１２８に注入される液体燃料に点火する。このようにして燃焼開始が可能になる。
【００２４】
好適な実施形態において、電子制御ユニット２１０によって導電性ワイヤループ１０４の端子１１２，１１４に亘って供給される電圧はパルス形である。したがって始動の際に、流体は点火プラグ１００に向かって流体供給ライン２０５Ａに沿って連続的に流れるが、加熱コイル１０４Ｂおよび点火コイル１０４Ｃに流れる電流は、端子１１２，１１４に亘って印加される電圧パルスによってオンとオフとが繰り返される（パルス形）。各電圧パルスの周期は変化しうるが、好ましくはおよそ１０ヘルツである。このようにして導電性ワイヤループ１０４に印加される電圧をパルス化することによって、導電性ワイヤループ１０４の寿命が延び、転じて点火プラグ１００の寿命が延びる。或いは、燃焼始動動作の際に７．５ボルトの連続ＤＣ電圧が同様に端子１１２，１１４にわたって印加されてもよい。
【００２５】
始動動作の際に、制御ユニット２１０が燃焼チャンバ１２８への燃料の供給を増大し、好ましくはエンジンのロータ速度の上昇を開始して、エンジンをアイドル速度まで加速させる。
【００２６】
始動動作が完了した後に、電子制御ユニット２１０が図４に示される通常稼働モードに切り替わる。通常稼働モードにおいて、電子制御ユニット２１０は制御ライン（単数または複数）２１１を介して燃料ポンプ２０２を起動する。このとき、制御ライン（単数または複数）２１３を介して始動ソレノイド２０８Ａを閉止して、燃料供給路２０５Ａに沿う燃料の供給を遮断している。また、電子制御ユニット２１０は、点火プラグ１００の端子１１２，１１４に亘って印加されていた始動動作パルス電圧（またはＤＣ電圧）を停止しており、導電性ワイヤループ１０４によって提供される抵抗加熱が消勢されている。最後に、電子制御ユニット２１０はライン２１５（単数または複数）を介して排出ソレノイド２０８Ｂを制御して、燃料ラインカプラ１１８の内部チャネル１２０につながる流体供給ライン２１７を排出燃料ライン２１９と流体連通させて、点火プラグ１００の内部チャネル１２０および燃料チャネル１０６を所定の時間（好ましくはおよそ２０秒間）通気する。これにより、通常稼働モードの間に残っていたいずれの液体燃料も、矢印２２１で示されるように、燃焼圧力によって排出燃料ライン２１９の外に排気される。かかる所定の時間の間、内部チャネル１２０および燃料チャネル１０６の残存燃料はいずれも排出される。この所定の時間の最後に、電子制御ユニット２１０が排出ソレノイド２０８Ｂを閉止する。
【００２７】
好適な実施形態において、図３および図４に示されるように、燃焼チャンバ１２８内の温度上昇を検出するために熱電対１２２が燃焼チャンバ１２８内または燃焼チャンバ１２８に隣接して配置される。熱電対１２２は電子制御ユニット２１０に電子的に接続される。熱電対１２２が始動動作の間に燃焼チャンバ１２８内の燃料に点火されたことを示唆する所定の温度変化を検出したとき、電子制御ユニット２１０は燃焼チャンバ１２８に供給される燃料を増大する（これによりエンジンのロータの速度の増大を開始させ、アイドル速度まで上昇させる）。制御ユニット２１０が燃料供給の増大を開始する（転じてロータ速度の増大を開始する）所定の温度変化は、使用されるエンジンのタイプに応じて異なることがある。小型のエンジンにおいてはこの所定の温度変化はおよそ１０度である。
【００２８】
そして制御ユニット２１０は上述したように稼働モードの動作に切り替える。上述した通気動作／燃料排出動作により、点火プラグ１００の内部チャネル１２０および燃料チャネル１０６における燃料のコークス化が大幅に発生しにくくなり、点火プラグ１００の作動寿命が改善される利点がある。
【００２９】
通過する燃焼可能な燃料を加熱して点火するための点火プラグのいくつかの実施形態について本明細書で説明するとともに図示した。本発明の特定の実施形態を説明したが、本発明がそれらの実施形態に限定されることを意図したものではなく、本発明は、技術的に許容される広範な範囲に及ぶことを意図し、明細書についても同様に解釈されることを意図している。したがって、点火プラグの特定の管形状および構成を記載したが、他の形状および構成も同様に使用されうることを理解されたい。例えば点火プラグは、本明細書に記載されたように、内部燃料チャネルを形成するとともに、導電性ワイヤループを支持する単一の長尺部材から実現されうると考えられる。かかる長尺部材は、好ましくは内部燃料チャネルから電気的に絶縁されていて、導電性ワイヤループの戻り部分を収容する経路を含む。別の例において、本明細書に記載された導電性ワイヤループの加熱コイル部分および点火コイル部分は、並列に配線された別体部品の導電性ワイヤループとして構成されてもよい。また別の代替の実施形態において、燃料の抵抗加熱および点火を提供するために多数のコイル部分が使用されうる。このようなコイル部分は電力供給源に直列または並列に配線されうる。導電性ワイヤループの端部を取り付けるために特定の端子が記載されているが、他の形態の端子が使用されてもよいことに留意されたい。さらに、特定の材料および特定の燃焼可能な燃料を記載したが、他の適切な材料および燃焼可能な燃料も同様に使用可能であることを理解されたい。また、点火プラグの導電性ワイヤループ（単数または複数）を駆動するためにパルス信号が使用されるのが好ましいが、ＡＣ電源など他の適切な電力源も同様に使用可能であることを認識されたい。さらに、特定のワイヤ抵抗値、ＤＣ電圧源の値、ワット範囲および加熱温度範囲が記載されているが、他のワイヤ抵抗値、ＤＣ電圧源の値、ワット範囲および加熱温度も利用可能である。本明細書に記載された構造は、管内部に管が配置されたものであるが、単一の長尺部材のデザインとともに、内部燃料チャネルが形成された異なる形状の長尺部材も使用可能であることを理解されたい。さらに、特定の高機能燃料供給システムを記載したが、本明細書に記載された点火プラグは、種々の燃焼の用途のために同様にして使用可能であることを理解されたい。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明にまた別の改変を為しうることは当業者の認識するところである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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