(57)【要約】  コロナ点火装置（２０）は、高電圧のエネルギを電極に供給する点火コイル（２６）を含む。コイル（２６）は、ハウジング（３４）内に設置され、コイル充填材（３６）および減容量要素（３８）によって電気的に絶縁される。コイル充填材（３６）および減容量要素（３８）は共に、システムのエネルギ効率を向上させる。コイル充填材（３６）は、コイル（２６）に浸透する絶縁樹脂を含む。減容量要素（３８）の誘電率は６以下であって、たとえば、周囲空気、加圧ガス、絶縁油、または低誘電率個体などが該当する。減容量要素（３８）はコイル（２６）および他の要素を取り囲み、ハウジング容積の残りを充填する。コイル充填材（３６）は充填体積を有し、減容量要素（３８）の要素体積は充填体積よりも大きい。
2014505338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電界をもたらして燃料空気混合物の一部をイオン化し、燃焼室（２２）にコロナ放電（２４）を生じさせるコロナ点火装置（２０）であって、
複数の壁（４０，４２，４４）を有するハウジング（３４）を備え、複数の壁（４０，４２，４４）の間にハウジング容積全体を呈し、コロナ点火装置（２０）はさらに、
前記ハウジング（３４）内に配置され、第１の電圧でエネルギを受け取り、前記エネルギを前記第１の電圧よりも高い第２の電圧で転送するためのコイル（２６）と、
前記コイル（２６）に電気的に接続され、前記エネルギを受け取り、前記高周波電界を与えるための電極と、
前記コイル（２６）上に配置され、樹脂材料で形成され、前記ハウジング容積全体の一部を占める充填体積を有するコイル充填材（３６）と、
前記ハウジング（３４）内に配置される、比誘電率が６未満の減容量要素（３８）とを備え、
前記減容量要素（３８）の要素体積は、前記ハウジング容積全体の一部を占め、かつ、前記充填体積よりも大きい、コロナ点火装置（２０）。
【請求項２】
前記減容量要素（３８）は、前記ハウジング容積全体の少なくとも２０％であり、前記充填体積は、前記ハウジング容積全体の少なくとも１０％である、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項３】
前記充填体積は、前記ハウジング容積全体の１０％〜７０％である、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項４】
前記要素体積は、前記ハウジング容積全体の２０％〜９０％である、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項５】
前記要素体積は、前記充填体積より少なくとも２倍大きい、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項６】
前記減容量要素（３８）は、前記コイル（２６）周囲に連続的に延びる、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項７】
前記コイル（２６）は、複数の巻き線（５４）と、前記巻き線（５４）周囲の巻き間隙とを含み、前記コイル充填材（３６）は前記巻き間隙に配置される、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項８】
前記巻き線（５４）はコイル中心軸（ａc）の周囲で円周方向に延び、前記減容量要素（３８）は、前記ハウジング（３４）に沿って前記巻き線（５４）周囲に連続的に延びる、請求項７に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項９】
前記コイル（２６）は、エネルギを受け取るコイル低電圧端（２８）からエネルギを転送するコイル高電圧端（３０）まで延びる長さ（ｌ）を有し、前記減容量要素（３８）は、前記長さｌの少なくとも５０％まで延びる、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項１０】
前記コイル充填材（３６）は、前記コイル高電圧端（３０）に配置される、請求項９に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項１１】
前記コイル充填材（３６）とは別個に、電気絶縁材料で形成され、前記コイル低電圧端（３０）を前記ハウジング（３４）に対して接続する固定具（８４）をさらに備える、請求項９に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項１２】
前記減容量要素（３８）の絶縁耐力は、少なくとも３ｋＶ／ｍｍである、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項１３】
前記減容量要素（３８）は、ガス、絶縁耐力が少なくとも３ｋＶ／ｍｍであるオイル、絶縁耐力が少なくとも１０ｋＶ／ｍｍである液体、および誘電率が６未満である個体のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項１４】
前記ガスは、周囲空気と１０バール以下の圧力のガスとのうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項１５】
前記コイル充填材（３６）の絶縁耐力は少なくとも１０ｋＶ／ｍｍであり、比誘電率が８未満である、請求項１に記載のコロナ点火装置（２０）。
【請求項１６】
高周波電界をもたらして燃料空気混合物の一部をイオン化し、燃焼室（２２）にコロナ放電（２４）を生じさせるコロナ点火装置（２０）であって、
内壁（４０，４２，４４）を有するハウジング（３４）を備え、内壁（４０，４２，４４）の間に全容積を呈し、コロナ点火装置（２０）はさらに、
前記ハウジング（３４）内に配置され、第１の電圧でエネルギを受け取り、前記エネルギを前記第１の電圧より少なくとも１５倍高い第２の電圧で転送するためのコイル（２６）を備え、
前記コイル（２６）は、コイル中心軸（ａc）に沿って長手方向に延び、前記第１の電圧でエネルギを受け取るコイル低電圧端（２８）から前記第２の電圧で当該エネルギを転送するコイル高電圧端（３０）までの長さ（ｌ）を有し、
前記コイル（２６）のインダクタンスは、少なくとも５００マイクロヘンリーであり、
前記コイル（２６）は、水平方向に互いに揃って配置される複数の巻き線（５４）を含み、前記コイル中心軸（ａc）に沿って長手方向に延び、巻き間隙が前記巻き線（５４）各々の周囲に配置され、
前記巻き線（５４）は、前記コイル中心軸（ａc）周囲の外周を表わし、コイル中心軸ａcに直交する巻き線径（ｄ）を有し、コロナ点火装置（２０）はさらに、
電気絶縁材料で生成され、前記コイル中心軸（ａc）に沿って、前記巻き線（５４）を前記コイル中心軸（ａc）から離間するよう配置されるコイルフォーマ（６２）と、
前記ハウジング（３４）内の、前記コイル高電圧端（３０）に配置された前記コイルフォーマ（６２）とは異なる電気絶縁材料で形成され、前記巻き線（５４）周囲の巻き間隙内に配置される、コイル充填材（３６）と、を備え、
前記コイル充填材（３６）の絶縁耐力は少なくとも３ｋＶ／ｍｍであり、熱伝導率は少なくとも０．１２５Ｗ／ｍ．Ｋ、比誘電率は６未満であり、
前記コイル充填材（３６）の充填体積は前記ハウジング容積全体の１０％〜７０％であり、コロナ点火装置（２０）はさらに、
前記コイル（２６）に電気的に接続され、前記コイル（２６）からエネルギを受け取るための電極と、
前記コイル（２６）と前記ハウジング（３４）の内壁（４０，４２，４４）との間に設けられた間隙と、
比誘電率が６未満であり、前記ハウジング（３４）の前記間隙に充填される要素体積を有する減容量要素（３８）と、を備え、
前記減容量要素（３８）は、前記コイル周囲および前記ハウジング（３４）の前記内壁（４０，４２，４４）に沿って、連続的に延び、
前記減容量要素（３８）は、前記コイル（２６）の前記長さ（ｌ）の少なくとも５０％まで延び、
前記要素体積は前記充填体積よりも大きく、
前記要素体積は前記ハウジング容積全体の２０％〜９０％であり、
前記減容量要素（３８）の絶縁耐力は少なくとも３ｋＶ／ｍｍであり、
前記減容量要素（３８）は、ガス、絶縁耐力が少なくとも３ｋＶ／ｍｍであるオイル、絶縁耐力が少なくとも１０ｋＶ／ｍｍである液体、および誘電率が６未満である個体のうちの少なくとも１つである、コロナ点火装置。
【請求項１７】
高周波電界をもたらして燃料空気混合物の一部をイオン化し、燃焼室（２２）にコロナ放電（２４）を生じさせるコロナ点火装置（２０）を形成する方法であって、
樹脂を含み、充填体積を有するコイル充填材（３６）を、インダクタンスが少なくとも５００マイクロヘンリーであるコイル（２６）に装着するステップと、
前記コイル（２６）と装着されたコイル充填材（３６）とをハウジング（３４）内に配置するステップと、
比誘電率が６未満であり、前記充填体積よりも大きい要素体積である減容量要素（３８）を前記ハウジング（３４）内に充填するステップとを備える、コロナ点火装置形成方法。
【請求項１８】
前記減容量要素（３８）をハウジング（３４）内に充填するステップは、ハウジング容積全体の少なくとも２０％充填するステップを含む、請求項１７に記載のコロナ点火装置形成方法。
【請求項１９】
前記コイル充填材（３６）をコイル（２６）に装着するステップは、コイル（２６）上に樹脂を配置し、樹脂を硬化させるステップを含む、請求項１７に記載のコロナ点火装置形成方法。
【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、２０１０年１２月１５日に提出された、米国仮出願連続番号６１／４２３，３０６の利益を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．  発明の分野
この発明は、概して、非熱プラズマを放射するためのコロナ点火装置に関し、より特定的には、コロナ点火装置の点火コイルの絶縁に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．  関連技術
米国特許第６，８８３，５０７号（フリーン（Ｆｒｅｅｎ））は、コロナ放電点火システムの一例を開示する。コロナ放電点火システムは、高い無線周波数の電圧電位に帯電された電極を有する点火装置を含む。点火装置に収容された点火コイルは第１の電圧の電源からエネルギの供給を受ける。そして、点火コイルは、そのエネルギを、典型的には第１の電圧の１５〜５０倍高い第２の電圧の上記の電極に転送する。次いで、電極は、強い高周波電界を形成する。この高周波電界は、燃焼室における燃料空気混合物の一部のイオン化、および絶縁破壊の開始を引き起こし、燃料空気混合物の燃焼を促す。その電界は、好ましくは、燃料空気混合物が誘電特性を維持し、非熱プラズマとも称されるコロナ放電が引き起こされるように制御される。燃料空気混合物のうちのイオン化された部分は火炎全面を形成し、それは、次いで、自己持続するようになり、残りの燃料空気混合物を燃焼する。好ましくは、電界は、さらに、燃料空気混合物が、上記電極と接地されたシリンダ壁またはピストンなどの点火装置の他の部分との間に非熱プラズマおよび電気アークを生成するといった、すべての誘電特性を失わないよう制御される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コロナ点火システムで用いられている高周波および高電圧を防ぐことは難しく、点火コイルのハウジングを介したエネルギの漏洩が問題となる。いくつかの技術が、点火コイルを介して転送されるエネルギを絶縁することに活用されてきた。たとえばエポキシ樹脂などの樹脂で封入するなどの従来の絶縁技術は、システムの電気容量を大いに増加させ、エネルギの寄生損失を引き起こす。それ故、同時に稼働のために必要な電力が増加しているにも関わらず、出力電圧および電力は減少する。
【０００５】
フリーン特許は、コイルハウジング全体に絶縁加圧ガスを充填させるステップを含んだ、コロナ点火装置のための電気的な絶縁方法を開示する。加圧ガスはエネルギの寄生損失を低く保つことができるが、確実に安定させて実行することが難しく、また、機械的支持をもたらさない。コロナ点火システムで用いられる他の絶縁手法として、ハウジング全体に樹脂を充填させることが挙げられる。樹脂はハウジングの内側全体に浸透して機械的支持および温度管理をもたらす。しかしながら、ハウジングに樹脂を完全に充填すると、樹脂の高誘電率によって、高いエネルギの寄生損失および寄生容量が誘発される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の一局面は、高周波電界をもたらして燃料空気混合物の一部をイオン化し、燃焼室にコロナ放電を生じさせるコロナ点火装置を提供する。コロナ点火装置は、複数の壁を有するハウジングを含み、複数の壁の間にハウジング容積全体を呈する。ハウジング内に、第１の電圧でエネルギを受け取り、そのエネルギを第１の電圧よりも高い第２の電圧で転送するためのコイルが配置される。コイルには、そのエネルギを受け取って高周波電界を与えるための電極が電気的に接続される。コイル上に、樹脂材料で形成されているコイル充填材が配置され、ハウジング内に比誘電率が６未満の減容量要素（電気容量を減少させる要素）が配置される。コイル充填材はハウジング容積全体の一部を占める充填体積を有し、減容量要素はハウジング容積全体の一部を占める要素体積を有する。要素体積は、充填体積よりも大きい。
【０００７】
この発明の他の局面は、コロナ点火装置を形成する方法を提供する。その方法は、コイル充填材をコイルに装着するステップを含む。コイル充填材は樹脂を含み、充填体積を有する。また、コイルのインダクタンスは、少なくとも５００マイクロヘンリーである。この方法は、次に、コイルと装着されたコイル充填材とをハウジング内に配置するステップを含む。この方法は、さらに、比誘電率が６未満であり、要素体積が充填体積よりも大きい減容量要素をハウジング内に充填するステップを含む。
【０００８】
コイル充填材と減容量要素とはハウジング内のコイルを電気的に絶縁し、それ故、内燃機関の稼働中におけるコイルからのエネルギの寄生損失を、ハウジングが樹脂で完全に充填されている従来のコロナ点火装置と比較して減少させる。この点火装置は、ハウジングを介したエネルギの漏洩を抑えることで、必要な入力電力を抑え、高電圧かつ高出力でエネルギを出力する。この改良された絶縁手法によって、従来のコロナ点火装置における絶縁手法と比較して、典型的には３０％〜５０％少ないエネルギしか必要とせず、エネルギ効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明の他の利点は、添付の図面に関連付けて考慮する際に以下の詳細な記載を参照することによってよりよく理解されることで、容易に認識されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１つの局面に従う点火装置を含んだコロナ点火システムの断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に従う点火装置のハウジング内に配置されたコイルを示す図である。
【図２Ａ】図２の一部の拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態に従う単層コイルの断面図である。
【図３Ａ】図３の一部の拡大図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施の形態に従う単層コイルの断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に従う多層コイルの断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態に従う「まとめられた」多層コイルの断面図である。
【図６】従来のコロナ点火装置と本発明の一実施の形態に従うコロナ点火装置とでの、点火装置出力電圧に対する必要なエネルギの入力を表わしたグラフである。
【図７】従来のコロナ点火装置と本発明の一実施の形態に従うコロナ点火装置との、寄生容量と体積とを表わしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な記載
本発明の１つの局面は、図１に示されるように、点火装置２０を含むコロナ点火システムを提供する。コロナ点火装置２０は、燃焼室２２内に配置される。コロナ点火装置２０は、燃料空気混合物の一部をイオン化し、燃焼室２２にコロナ放電２４を生じさせる高周波電界を放出する。点火装置２０は、図２に示されるように、点火コイル２６を含む。点火コイル２６は、低電圧コイル端２８で電力源（図示しない）からエネルギを受け、高電圧コイル端３０から電極（図示しない）に対して高電圧でそのエネルギを転送する。点火コイル２６の改良された絶縁は、コイル２６のハウジング３４に提供される。樹脂材料などである、最低限のコイル充填材３６は、コイル２６に結合され、加圧ガスや周囲空気や絶縁油や低誘電率体などである減容量要素３８がコイル２６の周囲のハウジング３４内に充填される。コイル充填材３６は、減容量要素３８と共に、すぐれた機械的支持、熱絶縁、および電気的絶縁を有して、従来のコロナ点火装置における絶縁手法と比較して寄生容量を抑える。
【００１２】
コイル２６のハウジング３４は、コイル２６を取り囲む複数の壁４０，４２，４４を有する。ハウジング３４は、間隔をあけて平行に配置された内側壁４０を有する。これら内側壁４０は、コイル２６に対しても平行に伸びる。入口内壁４２は、内側壁４０の間に、低電圧コイル端２８に隣接して配置される。出口内壁４４は、内側壁４０の間に、高電圧コイル端３０に隣接して配置される。内壁４０，４２，４４は、それらの間に、ハウジング体積全体を表わす。ハウジング体積全体は、ハウジング３４の内壁４０，４２，４４の間の空いているスペースの体積であって、ハウジング３４内に何も配置されていないときの体積である。一実施の形態では、ハウジング体積全体は１１ｃｍ3から３３０ｃｍ3である。
【００１３】
ハウジング３４の内壁４０，４２，４４は、コイル２６および他の要素から離間して配置され、内壁４０，４２，４４とコイル２６および他の要素との間には間隙がある。この間隙は、好ましくは、コイル２６の周囲に円周方向、およびハウジング３４の内側壁４０に沿って連続的に延び、そこには減容量要素３８が充填される。ハウジング３４は、入口内壁４２を通って延びる低電圧入口４６を含む。低電圧入口４６によって、エネルギ供給源からコイル２６にエネルギが運ばれる。ハウジング３４は、さらに、出口内壁４４を通って延び、低電圧入口４６の反対側に設けられる、高電圧出口４８を含む。
【００１４】
点火装置２０のコイル２６は、ハウジング３４内の、低電圧入口４６と高電圧出口４８との間に設置される。コイル２６は第１の電圧でエネルギを受け、そのエネルギを第１の電圧よりも高い第２の電圧に変換してから、第２の電圧で電極に転送する。第２の電圧は、典型的には、第１の電圧よりも少なくとも１５倍は高い。図２に示されるように、コイル２６は、エネルギを受ける低電圧コイル端２８からエネルギを転送する高電圧コイル端３０へと、コイル中心軸ａcに沿って、長手方向に延びる。コイル２６は、低電圧コイル端２８から高電圧コイル端３０までの長さｌを有する。一実施の形態では、コイル２６の長さｌは、２０ｍｍから７５ｍｍである。
【００１５】
コイル２６は、例えば銅などの、伝導性を有する金属材料で形成されたベースを含む。一実施の形態では、コイル２６のインダクタンスは５００マイクロヘンリーから２ミリヘンリーである。コイル２６は、図２および図２Ａに示されるように、コイル中心軸ａcの周囲の円周方向に延びる、複数の巻き線５４を含む。巻き線５４は、水平方向に他の巻き線と揃っている。巻き線５４はコイル中心軸ａcの周囲で外周を表わす。すなわち、コイル２６は、コイル中心軸ａcと離間している。図２に示されるように、巻き線５４の外周長さは、コイル中心軸ａcに直交して延びる巻径ｄを表わす。巻き線５４は、コイル中心軸ａcに沿って長手方向に延び、それぞれの巻き線５４の周りには巻き間隙が設けられる。巻き線５４は、最良の性能のために、互いに接触していたり集められていたりしてもよいし、離間していたり互いに距離を置いて配置されていたりしてもよい。
【００１６】
コイル２６は、図２および図３に示されるように、単層の巻き線５４を含んでよい。図２の実施の形態では、コイル２６は連続した巻き線５４である。図３および図３Ａに示されるように、巻き線５４はそれぞれの周囲に巻き間隙を伴って互いに隣接してよい。また、他の実施の形態では、図２および図３Ｂに示されるように、巻き線５４は互いに距離を置いて設けられ、巻き間隙が巻き線５４ごとに長手方向に設けられてもよい。他の実施の形態では、コイル２６は、図４および図５に示されるように、多層の巻き線５４を含む。図５の実施の形態では、コイル２６は、「まとめられた」巻き線４３を含む。コイルフォーマ６２は、互いに結合された複数の「容器」を含み、それぞれが複数の巻きを有する。
【００１７】
コイル２６は、種々の方法に従って電極に電気的に接続され得る。点火装置２０は高電圧コネクタ６０を含み得る。高電圧コネクタ６０は、ハウジング３４の高電圧出口４８に納められ、コイル２６と電極との接続を援助するために一部がハウジング３４内に配置される。一実施の形態では、高電圧コネクタ６０は、ゴムブーツである。高電圧コネクタ６０は、くぼみ３２を含む。くぼみ３２は、点火装置電極の点火端部の先端（図示しない）、または高電圧を電極点火端部に伝送する拡張部（図示しない）を受容する。終端接続部５８は、典型的には、電極にコイル２６を電気的に接続し、コイル２６から電極にエネルギを転送するために、高電圧コイル端３０と高電圧コネクタ６０との間に配置される。
【００１８】
コイル２６の巻き線５４は、典型的には、コイル中心軸ａcとコイル２６との間に配置されたコイルフォーマ６２によって巻径ｄに維持される。コイルフォーマ６２は、コイル中心軸ａcからコイル２６を離間する。コイルフォーマ６２は、巻径ｄを有し、コイル２６を係合する外面６４を含む。コイルフォーマ６２は、コイル中心軸ａcの周囲で円周方向に延び、コイル中心軸ａcに沿って中央キャビティ６８を呈する内面６６を含む。一実施の形態では、コイルフォーマ６２の内面６６が描かれている。コイルフォーマ６２は、コイルの低電圧端２８に隣接するフォーマ低電圧端７０からコイルの高電圧端３０に隣接するフォーマ高電圧端７２まで、コイル中心軸ａcに沿って長手方向に延びる。コイルフォーマ６２の厚みは、製造の容易さや使用される材料の比誘電率の相対値に応じて可変とされ得る。
【００１９】
コイルフォーマ６２は、適切な位置に巻き線５４を維持することに加えて、コイル２６への電気的絶縁を提供する。なぜなら、コイルフォーマ６２は、非磁性、電気絶縁材料で形成されているためである。好ましくは、コイルフォーマ６２の絶縁耐力は、少なくとも１０ｋＶ／ｍｍであり、比誘電率は８未満であり、熱伝導率は少なくとも０．２５Ｗ／ｍ．Ｋ．である。一実施の形態では、コイルフォーマ６２の材料は、少なくとも、ナイロン、テフロン（登録商標）、およびＰＴＦＥのうちの１つを含む。コイルフォーマ６２は、さらに、電気絶縁を提供することができる内面６６と外面６４との間に延びる厚みｔを有する。一実施の形態では、コイルフォーマ６２の厚みｔは、１ｍｍ〜１４ｍｍである。
【００２０】
点火装置２０はまた、磁気コア７４を含んでもよい。磁気コア７４は、コイルフォーマ６２の中央キャビティ６８内に配置され、本システムのインダクタンスに寄与する。磁気コア７４は、フェライトまたは鉄粉などの磁性材料で形成される。一実施の形態では、磁気コア７４の比透磁率は、少なくとも４００である。または、中央キャビティ６８に、非磁材料が充填されてもよい。
【００２１】
点火装置２０はまた、コイルフォーマ６２に似た特性を有する管状スリーブ７６を含む。管状スリーブ７６は、コイル２６とハウジング３４の内側壁４０との間に配置され、コイル２６の位置をあわせる。管状スリーブ７６は、コイル２６の周囲に円周方向に延び、コイル２６の巻き線５４を第１の径に維持する。管状スリーブ７６は、さらに、ハウジング３４の内側壁４０から巻き線５４を離間する。管状スリーブ７６は、コイルの低電圧端２８に隣接する管状低電圧端７８から管状高電圧端８０まで沿って長手方向に延びる。管状高電圧端８０は、コイル高電圧端３０を超えて延び、コイル高電圧端３０とハウジング３４の高電圧出口４８との間に配置される。管状スリーブ７６の厚みは、製造の容易さや使用される材料の比誘電率の相対値に応じて可変とされ得る。
【００２２】
樹脂材料で形成されたコイル充填材３６は、減容量要素３８と隣接して、コイル２６の上に配置されてコイル２６に接続され、熱安定性および電気的絶縁を提供し、コイル２６を通過する高電圧エネルギに起因する過熱および電気的損失を防ぐ。コイル充填材３６は、さらに、機械的な支持を提供してコイル２６をハウジング３４に対して相対的な位置に維持する。図２および図２Ａに示されるように、コイル充填材３６は、好ましくは、管状スリーブ７６内であってコイル高電圧端３０に配置され、巻き線５４に浸透する。それ故、コイル充填材３６は、巻き線５４周囲の巻き間隙のうちの少なくとも１つの中に配置される。好ましくは、コイル充填材３６は、巻き線周囲の複数またはすべての巻き間隙に配置される。図２Ａ〜図５では、コイル充填材３６は、巻き間隙内であって巻き線５４と管状スリーブ７６との間に配置されている。
【００２３】
図２に示されるように、コイル充填材３６は、管状スリーブ７６に沿って管状高電圧端８０に向かって延びる。コイル充填材３６は、また、管状スリーブ７６から高電圧コネクタ６０まで、フォーマ高電圧端７２に沿って延びる。コイル充填材３６は、コイル２６および高電圧コネクタ６０のコネクタ端８２に接続され、コイル２６を互いの相対位置で維持する。一実施の形態では、終端接続部５８の一部は、図２および図２Ａに示されるように、コイル充填材３６とコイルフォーマ６２とによって挟まれる。代替的な実施の形態では、コイル充填材３６は中央キャビティ６８内に向けて延び、コイル２６に対して相対的な位置で任意の磁気コア７４を固定する。
【００２４】
コイル充填材３６は、ハウジング３４の壁４０，４２，４４から離間され、減容量要素３８と隣接して配置される。コイル充填材３６は、ハウジング容積全体の一部を占める充填体積を有する。一実施の形態においては、充填体積は少なくともハウジング容積全体の１０％、もしくは、ハウジング容積全体の７０％未満、または、ハウジング容積全体の１０〜７％であり、好ましくは、ハウジング容積全体の４０％未満である。充填体積は、樹脂を硬化させた後のコイル充填材３６の体積であって、コイル充填材３６がハウジング３４内に配置される前後で測定され得る。
【００２５】
一実施の形態では、コイル充填材３６の絶縁耐力は少なくとも１０ｋＶ／ｍｍであり、熱伝導率は少なくとも０．５Ｗ／ｍ．Ｋ．であり、比透磁率は６未満である。一例として、コイルの充填材３６はシリコン樹脂およびエポキシ樹脂を含む。樹脂はコイル２６上に配置され、そして、硬化されてコイル充填材３６となる。一実施の形態では、管状スリーブ７６は樹脂が硬化された後に取り除かれて、ハウジング３４内の部材の径が抑えられる。コイル充填材３６は、コイル２６および減容量要素３８に隣接する他の要素への接続が維持される。
【００２６】
点火装置２０は、コイル２６を囲みハウジング３４に充填された減容量要素３８を含む。図２に示されるように、減容量要素３８は電気的な要素とハウジング３４の内壁４０，４２，４４との間の間隙に配置される。中央キャビティ６８が磁気コア７４を含んでいない場合には、減容量要素３８はこの間隙に有益に充填され得る。減容量要素３８は、ハウジング３４内の不要な電気容量を最小化する。減容量要素３８およびコイル充填材３６は共に、従来のコロナ点火装置で用いられていた絶縁手法と比較すると、絶縁性を改良し、エネルギの寄生損失を減少させる。
【００２７】
減容量要素３８は、ハウジング容積全体の一部を占める要素体積を有する。要素体積は充填体積からは独立しており、充填体積よりも大きい。一実施の形態では、要素体積は、充填体積よりも少なくとも２倍は大きい。要素体積は減容量要素３８の体積であって、減容量要素３８がハウジング３４内に配置される前後で測定され得る。一実施の形態では、要素体積は、ハウジング容積全体の少なくとも２０％であって、好ましくは、ハウジング容積全体の５０％より大きいか、２０％〜９０％である。
【００２８】
一実施の形態では、ハウジング３４は、ハウジング３４内に他のすべての要素が配置された後に減容量要素３８で充填される。減容量要素３８は、典型的には、コイル２６の周囲に円周方向に、およびコイル２６の長さｌに沿って連続的に延びる。一実施の形態では、減容量要素３８は、コイル２６の長さｌの少なくとも５０％まで延び、好ましくは、コイル２６の長さｌの１００％〜１５０％まで延びる。減容量要素３８は、また、典型的には、巻き線５４の外周に円周方向に、および巻き線５４からハウジング３４の内側壁４０まで、連続的に延びる。図２に示されるように、減容量要素３８は、内側壁４０に沿って配置され、ハウジング３４の他の壁４２，４４に沿って配置され得る。
【００２９】
減容量要素３８は低比誘電率を有して、ハウジング３４内の不要な静電容量を最小限に抑える。減容量要素３８の比誘電率は、コイル充填材３６のそれよりも低い。一実施の形態では、減容量要素３８の比誘電率は６以下であり、好ましくは、１〜４である。減容量要素３８はまた、熱伝導率が０．１２５Ｗ／ｍ．Ｋ未満である。一実施の形態では、減容量要素３８の絶縁耐力は少なくとも３ｋＶ／ｍｍであり、好ましくは、１０ｋＶ／ｍｍより大きい。
【００３０】
一実施の形態において、減容量要素３８に加えてすべての要素が収容された後のハウジング容積には、まだ空きがある。この実施の形態では、減容量要素３８は単に周囲空気である。ハウジング３４に充填された減容量要素３８は、大気圧または高圧のガスなどである他の低誘電率材料に代替できる。一実施の形態では、減容量要素３８は、１０バール以下の圧力のガスである。そのガスの絶縁耐力は少なくとも３ｋＶ／ｍｍ、比誘電率は２未満とすることができる。
【００３１】
他の実施の形態では、減容量要素３８は、エステル油等の絶縁油などである液体である。その油の絶縁耐力は少なくとも１０ｋＶ／ｍｍ、熱伝導率は０．１２５Ｗ／ｍ．Ｋよりも高く、および比誘電率は４未満とすることができる。さらに他の実施の形態では、減容量要素３８は、たとえば窒化ホウ素またはＰＴＦＥまたはポリエチレンなどである、低誘電率固体である。その個体の絶縁耐力は少なくとも１０ｋＶ／ｍｍ、熱伝導率は０．１２５Ｗ／ｍ．Ｋよりも高く、および比誘電率は４未満とすることができる。代替的な実施の形態では、減容量要素３８は、複数のガスの組み合わせ、または、たとえば、周囲空気と低誘電率固体といったような、複数の要素の組み合わせを含む。
【００３２】
図２に示されるように、点火装置２０は、さらに、ハウジング３４に対してコイル２６を装着する固定具８４を含み得る。固定具８４は、コイルフォーマ６２に係合し、また、コイル２６に接続された他の要素に係合してもよい。固定部８４は、ねじ、クランプ、締まりばめ、接着剤、またはポッティング材などの、どのような従来の固定具８４であってもよい。固定具８４はまた、溶接するもの、または圧着するものであってもよい。一実施の形態では、図２に示されるように、コイル２６をハウジング３４に固定するために複数の固定具が用いられる。
【００３３】
図２の固定具８４のうちの１つは、入口内壁４２に沿って配置されたポッティング材であり、ハウジング３４の内側壁４０の一部をなす。ポッティング材は、壁４０，４２から管状スリーブ７６、コイル２６、コイルフォーマ６２、および中央キャビティ６８まで延びる。ポッティング材は、低電圧コイル端２８、フォーマ低電圧端７０および管状低電圧端７８を取り囲む。ポッティング材の体積は減容量要素３８の体積よりも少ない。ポッティング材は、また、高電圧コイル端３０からかなりの距離離れている。それ故、ポッティング材は有益な電気的絶縁をもたらす。
【００３４】
ポッティング材はコイル充填材３６と同じ材質であってよい。または、ポッティング材はコイル充填材３６とは異なる組成を有していてもよい。ポッティング材は、熱硬化性プラスチックまたはシリカゲルなどの、固体またはゲルであってもよい。一実施の形態では、ポッティング材の絶縁耐力は少なくとも１０ｋＶ／ｍｍ、熱伝導率は少なくとも０．１５Ｗ／ｍ．Ｋ、および比誘電率は６未満である。
【００３５】
点火装置２０は、典型的には、図１に示されるように、自動車の内燃機関のシリンダヘッド８６内に設置される。シリンダヘッド８６はシリンダブロック８８の上に設置され、ピストン９０がシリンダブロック８８内に設置される。そして、シリンダヘッド８６、シリンダブロック８８、およびピストン９０の間には燃焼室２２が設けられる。コロナ点火装置２０は、図示しない電力源からエネルギを受け取り、そのエネルギを高電圧に変換し、高周波電界を放出して、燃料空気混合物をイオン化し、燃焼室２２内にコロナ放電２４を提供する。電源は、典型的には車両の１２ボルトのバッテリである。
【００３６】
コイル充填材３６および減容量要素３８をハウジング３４内に有する点火装置２０は、コイル２６を電気的に絶縁する。それ故、点火装置２０は、内燃機関の稼働中におけるコイル２６からのエネルギの寄生損失を、ハウジングが樹脂または他の電気絶縁充填材料で完全に充填されている従来のコロナ点火装置と比較して減少させる。点火装置２０は、ハウジング３４を介したエネルギの漏洩を抑えることで、必要な入力電力を抑え、高電圧かつ高出力でエネルギを出力する。この改良された絶縁手法によって、従来のコロナ点火装置における絶縁手法と比較して、典型的には３０％〜５０％少ないエネルギしか必要とせず、エネルギ効率を向上させることができる。
【００３７】
図６は、同一の条件下で動作する、従来のコロナ点火装置と本発明の１つの実施の形態に従うコロナ点火装置２０とでの、点火装置出力電圧（横軸）に対する必要なエネルギの入力（縦軸）とを表わしたグラフである。このグラフより、コロナ点火装置２０に必要なエネルギが、従来のコロナ点火装置よりも３０％〜５０％少ないことがわかる。
【００３８】
図７は、従来のコロナ点火装置と本発明の１つの実施の形態に従うコロナ点火装置２０との、寄生容積を表わしたグラフである。また、図７は、各設計の相対的な体積も示している。本発明のコロナ点火装置２０は寄生容量を５０％低下させ、これが必要なエネルギおよび入力電流の減少をもたらす。本発明のコロナ点火装置２０は、また、全体積を３０％低下させ、それによって、低コスト、優れた振動性能、エンジンの上へのパッケージングの容易性、および燃費向上への貢献につながっている。
【００３９】
本発明の他の局面は、コロナ点火装置２０の形成方法を提供する。その方法は、コイル充填材３６をコイル２６に装着するステップを含む。装着するステップは、好ましくは、コイル２６のコイル高電圧端３０に沿って未硬化樹脂を配置するステップと、樹脂を硬化させて充填体積を有するコイル充填材３６とするステップとを含む。この方法は、次に、コイル２６と装着されたコイル充填材３６とをハウジング３４内に配置するステップを含む。他の要素もまたハウジング３４内に配置され、コイルが電極に電気的に接続される。
【００４０】
この方法は、さらに、比誘電率が６未満、要素体積が充填体積よりも大きい、減容量要素３８をハウジング３４に充填するステップを含む。ハウジング３４は、典型的には、他の要素がハウジング３４内に配置された後に減容量要素３８で充填される。一実施の形態では、減容量要素３８は周囲空気である。そのため、ハウジング３４を充填するステップは、周囲空気をハウジング３４内に導入するステップを含む。このステップは、典型的には、組み立て工程中に自然に行なわれる。他の実施の形態では、加圧ガスがハウジング３４内に圧送される。この方法は、ハウジング容積全体の少なくとも２０％を減容量要素３８で充填し、好ましくは、ハウジング容積全体の５０％を上回る容積を減容量要素３８で充填する。
【００４１】
明らかに、本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、具体的には、添付の特許請求の範囲内であれば具体的に記載される以外の態様で実施されるであろう。また、請求項における参照符号は、単に便宜上であり、限定的にどのようにも読み取られるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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