(57)【要約】  抵抗発熱体を使用して内燃機関で燃焼を開始する点火システム、装置、方法を開示する。一実施形態において、点火システムは、内燃機関の燃焼室内に位置付けるために配置される部分を有し、低抵抗部分により隔てられる少なくとも２つの高抵抗部分を備える導電部材を備え、高抵抗部分は機関内で点火を引き起こすのに十分な温度に到達するように配置される。いくつかの例では、燃焼室内に位置付けられ、空気／燃料混合気に点火するように配置される導電部材は内側部分と外側部分とを備え、内側部分が、過早点火を防止するのに十分に外側部分から熱を除去するように配置される熱除去部分を備える。他の実施形態も開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４００℃超の発火点を持つ燃料により動く内燃機関であって、
内燃機関内の燃焼室と、
４００℃超の発火点を有する燃料の点火を提供するように配置された、前記燃焼室内に位置する部分を有する導電部材と、
前記導電部材の部分の外面の温度を４００℃超に上昇させるのに十分な、１００ｋＨｚ超の周波数の電力を前記導電部材の部分に周期的に提供するように構成され配置された電源であって、それによって前記機関は４００℃超の発火点を有する燃料により動作可能である、電源と
を備えた内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の機関であって、前記内燃機関は往復動機関である、機関。
【請求項３】
請求項１に記載の機関であって、前記内燃機関は２サイクル機関である、機関。
【請求項４】
請求項１に記載の機関であって、燃料源をさらに備え、燃料はエタノール、プロパンおよび天然ガスから成る群から選択された、機関。
【請求項５】
請求項４に記載の機関であって、燃料は天然ガスである、機関。
【請求項６】
請求項１に記載の機関であって、前記電源および導電部材は、前記導電部材の温度を約２ミリ秒未満で少なくとも４０℃上昇させるように構成され配置された、機関。
【請求項７】
請求項１に記載の機関であって、前記導電部材は、過早点火を防ぐのに十分な温度に冷却されるように構成され配置された、機関。
【請求項８】
請求項１に記載の機関であって、前記導電部材は、約４０ミリ秒未満で少なくとも８０℃冷却されるように構成され配置された、機関。
【請求項９】
請求項８に記載の機関であって、前記導電部材は、約１０ミリ秒未満で少なくとも８０℃冷却されるように構成され配置された、機関。
【請求項１０】
請求項１に記載の機関であって、前記電源は交流を提供するように構成され配置された、機関。
【請求項１１】
請求項１０に記載の機関であって、前記電源は、交流を１００ｋＨｚ超の周波数で提供するように構成され配置された、機関。
【請求項１２】
請求項１１に記載の機関であって、前記電源は、電力を２００ＭＨｚ未満の周波数で提供する、機関。
【請求項１３】
請求項１に記載の機関であって、前記導電部材は少なくとも１×１０−５Ｈ／ｍの最大透磁率を有する材料を含む、機関。
【請求項１４】
請求項１３に記載の機関であって、前記導電部材は少なくとも１×１０−４Ｈ／ｍの最大透磁率を有する材料を含む、機関。
【請求項１５】
請求項１に記載の機関であって、前記熱導体は金属を含む、機関。
【請求項１６】
請求項１５に記載の機関であって、前記導電部材は金属を含み、その大部分はアルミニウム、クロム、銅、イリジウム、鉄、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウムおよびチタンから成る群のうちの１つまたは複数の元素を含む、機関。
【請求項１７】
請求項１６に記載の機関であって、前記導電部材はクロム、鉄およびニッケルから成る群のうちの１つまたは複数の元素属から選択された金属を含む、機関。
【請求項１８】
請求項１７に記載の機関であって、前記導電部材はステンレス鋼を含む、機関。
【請求項１９】
請求項１７に記載の機関であって、前記導電部材はニクロムである、機関。
【請求項２０】
２サイクル内燃機関であって、
前記内燃機関の燃焼室内に位置し、燃料の点火を提供するように配置された部分を有する導電部材と、
前記導電部材の部分の外面の温度を前記燃料の発火温度より上に上昇させるのに十分な、１００ｋＨｚ超の周波数の電力を前記導電部材の部分に周期的に提供するように構成され配置された電源と
を備えた２サイクル内燃機関。
【請求項２１】
請求項２０に記載の機関であって、燃料ソースをさらに備え、燃料はエタノール、プロパンおよび天然ガスから成る群から選択された、機関。
【請求項２２】
請求項２０に記載の機関であって、前記電源および導電部材は、前記導電部材の温度を約２ミリ秒未満で少なくとも４０℃上昇させるように構成され配置された、機関。
【請求項２３】
請求項２０に記載の機関であって、前記導電部材は、過早点火を防ぐのに十分な温度に冷却されるように構成され配置された、機関。
【請求項２４】
請求項２０に記載の機関であって、前記導電部材は、約４０ミリ秒未満で少なくとも８０℃冷却されるように構成され配置された、機関。
【請求項２５】
請求項２４に記載の機関であって、前記導電部材は、約１０ミリ秒未満で少なくとも８０℃冷却されるように構成され配置された、機関。
【請求項２６】
請求項２０に記載の機関であって、前記電源は、電力を２００ＭＨｚ未満の周波数で提供する、機関。
【請求項２７】
請求項２０に記載の機関であって、前記導電部材は、少なくとも１×１０−５Ｈ／ｍの最大透磁率を有する材料を含む、機関。
【請求項２８】
請求項２７に記載の機関であって、前記導電部材は、少なくとも１×１０−４Ｈ／ｍの最大透磁率を有する材料を含む、機関。
【請求項２９】
請求項２５に記載の機関であって、前記導電部材は金属を含み、その大部分はアルミニウム、クロム、銅、イリジウム、鉄、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウムおよびチタンから成る群のうちの１つまたは複数の元素を含む、機関。
【請求項３０】
内燃機関であって、
前記内燃機関の燃焼室内に位置し、燃料の点火を提供するように配置された部分を有する導電部材と、
前記導電部材の部分の外面の温度を前記燃料の発火温度より上に上昇させるのに十分な、１００ｋＨｚ超の周波数の電力を前記導電部材の部分に周期的に提供するように構成され配置された電源と、
前記電源を、導電部材温度センサおよび点火センサから成る群から選択された少なくとも１つのエンジンセンサに応じて自動的に調節する制御ユニットと
を備えた内燃機関。
【請求項３１】
請求項３０に記載の機関であって、前記少なくとも１つのエンジンセンサは、誘導性センサ、容量性センサ、抵抗性センサ、圧電センサ、ホール効果センサおよび光学センサから成る群から選択された点火センサである、機関。
【請求項３２】
請求項３１に記載の機関であって、前記点火センサは、前記導電部材への電力を自動的に調節するための圧電センサである、機関。
【請求項３３】
請求項３０に記載の機関であって、前記少なくとも１つのエンジンセンサは、電圧センサ、電流センサ、熱電対センサまたは光学センサから成る群から選択された導電部材温度センサである、機関。
【請求項３４】
請求項３３に記載の機関であって、前記導電部材温度センサは、前記導電部材への電力を自動的に調節するために、前記導電部材の部分を流れる電流を測定することにより温度を推論的に求める電流センサである、機関。
【請求項３５】
内燃機関用点火装置であって、
電源と、
前記内燃機関の燃焼室内に位置するよう配置された部分を有する導電部材と
を備え、
前記導電部材は、低抵抗部分により隔てられる少なくとも２つの高抵抗部分を含み、前記低抵抗部分は前記２つの高抵抗部分を前記燃焼室内で離し、
前記導電部材は、前記高抵抗部分の１つから前記燃焼室の外の点まで通るように配置された導体を通して前記電源に接続された、内燃機関用点火装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の導電部材であって、前記高抵抗部分は金属を含み、その大部分はクロム、イリジウム、鉄、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウムおよびチタンから成る群のうちの１つまたは複数の元素を含む、導電部材。
【請求項３７】
請求項３５に記載の導電部材であって、前記高抵抗部分は、少なくとも１×１０−５Ｈ／ｍの最大透磁率を有する材料を含む、導電部材。
【請求項３８】
請求項３７に記載の導電部材であって、前記高抵抗部分は、少なくとも１×１０−４Ｈ／ｍの最大透磁率を有する材料を含む、導電部材。
【請求項３９】
請求項３５に記載の導電部材であって、前記低抵抗部分は金属を含み、その大部分は銅、アルミニウム、鉄鋼およびステンレス鋼から成る群から選択された元素を含む、導電部材。
【請求項４０】
請求項３５に記載の導電部材であって、前記低抵抗部分は、少なくとも１０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を持つ材料を含む、導電部材。
【請求項４１】
請求項３５に記載の導電部材であって、前記低抵抗部分は、少なくとも１００Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を持つ材料を含む、導電部材。
【請求項４２】
請求項３５に記載の点火装置であって、前記高抵抗部分の少なくとも１つは、前記低抵抗部分のものよりも小さい最小外法寸法を有する前記導電部材の一部分を含む、点火装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の点火装置であって、前記高抵抗部分の少なくとも１つは、前記低抵抗部分の最小外法寸法の１／３よりも小さい最小外法寸法を有する、点火装置。
【請求項４４】
請求項４２に記載の点火装置であって、前記高抵抗部分の少なくとも１つは、０．１０１６センチメートル（０．０４インチ）未満の最小外法寸法を有する、点火装置。
【請求項４５】
請求項３５に記載の点火装置であって、前記導電部材は低抵抗部分により隔てられる少なくとも３つの高抵抗部分を含む、点火装置。
【請求項４６】
請求項３５に記載の点火装置であって、前記導電部材は低抵抗部分により隔てられる少なくとも４つの高抵抗部分を備える、点火装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の導電部材であって、前記高抵抗部分は直列に配置された、導電部材。
【請求項４８】
請求項３５に記載の点火装置であって、前記電源は交流を供給するように構成され配置された、点火装置。
【請求項４９】
請求項４８に記載の点火装置であって、前記電源は電力を１００ｋＨｚ超の周波数で供給するように構成され配置された、点火装置。
【請求項５０】
請求項４９に記載の点火装置であって、前記電源は電力を２００ＭＨｚ未満の周波数で供給するように構成され配置された、点火装置。
【請求項５１】
ブロックとヘッドから形成される少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関と、
電力を１００ｋＨｚ超の周波数で周期的に提供するように構成され配置された電源と、
第１の導電部材および該第１の導電部材から離された別個の第２の導電部材であって、各々は前記内燃機関の同一シリンダ内に設けられた高抵抗部分を含む、第１の導電部材および第２の導電部材と
を備え、前記導電部材は前記電源に電気的に接続された、内燃機関。
【請求項５２】
請求項５１に記載の機関であって、前記第１の導電部材および第２の導電部材は、前記機関の前記ヘッドを前記機関の前記ブロックから取り外すことなく、別々に、挿入可能であり、前記機関から取り外し可能である、機関。
【請求項５３】
請求項５１に記載の機関であって、前記第１の導電部材および第２の導電部材は前記機関の前記ヘッド内の凹部に設けられた、機関。
【請求項５４】
請求項５１に記載の機関であって、前記第１の導電部材または第２の導電部材の少なくとも１つは、さらに、低抵抗部分により前記第１の高抵抗部分から分離された第２の前記高抵抗部分を含む、機関。
【請求項５５】
内燃機関であって、
前記内燃機関の燃焼室内に位置して空気／燃料混合気の点火を提供し、内側部分と外側部分とを備える導電部材の部分であって、
前記内側部分は、前記外側部分に熱的に結合され、前記外側部分から熱を除去するように配置された熱導体を備えた、導電部材の部分と、
前記外側部分の温度を点火に十分なよう上昇させるのに十分な量、１００ｋＨｚ超の周波数の電力を前記導電部材の部分に周期的に提供するように構成され配置された電源と
を備えた内燃機関。
【請求項５６】
請求項５５に記載の機関であって、前記内側部分は、少なくとも１０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を持つ材料を含む、機関。
【請求項５７】
請求項５５に記載の機関であって、前記内側部分は、少なくとも１００Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を持つ材料を含む、機関。
【請求項５８】
請求項５５に記載の機関であって、前記熱導体は流体を含む、機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は点火源の分野に関し、さらに詳細には、内燃機関に使用される点火源に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に往復動型の分野では、測定量の燃料と空気が圧縮され、点火源によるか圧縮熱によるかのいずれかで点火される。空気／燃料混合気が圧縮熱により点火される機関は一般的にディーゼル機関と呼ばれる。それは、燃焼用空気が燃料噴射源から供給される燃料に点火するのに十分に高い昇温状態に圧縮されるシステムを利用する。そのような燃料噴射源は典型的には、燃焼室に露出される先端を有し、離散流で燃料を噴霧する噴射器である。燃料噴射器は、中心位置から放射パターンでまたは燃焼室空気の旋回による混合を促進する所与の方向にかのいずれかで燃料を噴射する。しかしながら、いずれの場合も、燃料の噴射および結果としての燃焼の開始は、実質的に最大ピストン行程点でまたはその付近で起こされる。
【０００３】
予混合圧縮着火機関の分野での開発では、圧縮前の吸気中に燃料を噴射し、得られた混合気に様々な方策を使用して点火することを提案してきた。そのような提案は大抵、点火プラグのような点点火源を含む。
【０００４】
路上で断然最も一般的な機関の種類は、火花点火ガソリン機関である。ガソリン機関は１９世紀後半に初めて開発され、以来その比較的静かな動作や始動容易性のため、乗用車両に動力を供給するために広く採用されてきた。エネルギー価格や顧客需要上昇の到来に伴い、火花点火機関は、旧年に求められたよりもはるかに勝ることを行うように求められている。ガソリン機関開発は大部分が、最大流の空気を効率良く燃焼室中に運び込み、燃焼事象が起こった後に燃焼生成物を排気することに焦点を合わせてきた。多弁、同調吸気システム、可変形状吸気システム、およびターボチャージャまたはスーパーチャージャによる積極的な給気の装填などの開発が、エアフローを改善しようとするために使用される一般的取り組みである。
【０００５】
それに対応して、燃料システムは噴射器の使用を通じて進化、発展してきた。噴射器は、燃焼用混合気中への高度に柔軟な燃料噴射を生み出すために量とタイミングを変更するように電子的に制御されてきた。初期のメルセデスベンツのスポーツカーに機械的に実装されたシステムと同様、燃料を直接燃焼室中に電気機械的に噴射する提案が追加でなされてきた。
【０００６】
最近、穀類作物、細胞性繊維または植物質からの様々な形態のエタノールまたはメタノールを使用してそれにより再生可能資源を提供するバイオ燃料が提案されている。そのような燃料は高オクタン価という利点を与えるため、燃焼室内でより高い圧縮比が容易に扱えるようになる。それらは、排出物質の大幅な低減も可能にする。しかしながら、この種の燃料の１つの欠点は、火炎前面の伝播が遅いので、混合気の全てが適時燃焼されることを確実にするためには、点火時期を上死点（ＴＤＣ：Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）の十分前にする必要があることである。この早期点火は延いては効率を低減させるが、これは、燃焼はピストンを一方向に押す一方で、ピストンはＴＤＣに向かって動く際には反対方向に動いているためである。
【０００７】
点火プラグは、火花点火機関で燃料空気混合気の燃焼を開始するために使用される一般的な点火器である。長年にわたる様々な開発により、火花ギャップを超えるエネルギーが増加したため、燃焼をより効率的に促進する。加えて、火花ギャップを電磁力に曝して燃焼が開始される領域を事実上広げることにより、点火を強化することを提案してきた発明者もいる。
【０００８】
しかしながら、これらの取り組みの大部分は依然、それらが火花を生成するためには、安全性、無線周波妨害、信頼性、電気的絶縁、ならびに高電圧発生機器およびスイッチングの要件についての懸念が伴う高電圧を必要とするという制限を受ける。１９４６年に、Ｋｏｒｍａｎへの米国特許第２，４０３，２９０号は点火プラグの制限の多くを概説した。この特許は、点火プラグ代替物−極超高周波点火発生器により電力を供給される、単一の電線か絶縁支持体上の薄い電導膜かのいずれかを使用して発火温度に加熱させた極超高周波点火装置を開示する。Ｋｏｒｍａｎの単一加熱電線または電導膜被覆絶縁体は望ましい「表皮効果」表面加熱を組み込んだが、Ｋｏｒｍａｎの開示にはその設計、実装および適用に関して評価できない欠点があり、その有用性を著しく限定していた。ディーゼル機関とそれらの寒中での起動不能に関連する別の問題が存在する。上述のように、ディーゼル機関は、燃焼室で空気／燃料混合気に点火するために圧縮熱を利用する。しかしながら、シリンダヘッドとシリンダブロックが冷えているとき、それらはヒートシンクとして働き、圧縮により発生する熱の一部を吸収する。現在、エンジンブロックと周囲のシリンダを加熱するためにグロープラグが利用される。グロープラグは本質的に、電流がそれらを通して流れるときに熱を発する抵抗負荷であるので、予熱処理は２０秒まで時間がかかることがある。したがって、寒中条件でディーゼル機関の点火を可能にするのに十分なより迅速かつ効率的な加熱の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００９】
電気導体では、高周波電流は電流密度が導体の表面付近で最大であるように分布する傾向があり、「表皮効果」と呼ばれる。電流の多くが流れる深さ（即ち、「表皮厚さ」）は次式により近似できる：
【００１０】
【数１】
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【００１１】
式中、
ρは導体の抵抗率であり、
ωは電流の角周波数（２π×周波数）であり、
μは導体の絶対透磁率（μ＝μ０・μｒにより求められ、式中μ０は自由空間の透磁率で、μｒは材料の比透磁率）である。
導体の表面での電流の集中は、その内部の比較的急速な加熱なしに、導体の表面の急速な加熱に帰着できる。加えて、特に表皮効果を最も顕著に示す材料では、導体の実効抵抗は、周波数が高いほど導体の有効横断面積の減少のために実質的に大きくなる。
【００１２】
本開示のいくつかの実施形態は、内燃機関で空気／燃料混合気に点火するために、表皮効果と関連する導体の局部加熱を使用する装置および方法を教示する。あるいは、または加えて、本開示は、燃焼室内での空気および／または空気／燃料混合気の圧縮が点火を引き起こすのに十分な温度に達するように、室を予熱するための装置および方法を教示する。いくつかの実施形態において、本開示は、導電部材が比較的低い電気抵抗率および比較的高い透磁率を有する配置を提供する。
【００１３】
加えて、いくつかの例では、本開示は、従前の単点点火原理により拘束されない熱源を生み出せる内燃機関用点火システムを説明する。点火システムは、自らの部分で表皮効果を増加させ、それにより複数の同時熱源を効果的に提供する複数の分離した別個の加熱部分を有する導電部材を備えられる。その部分は、燃焼室内で複数の火炎前面が複数の点火源または位置から伝搬できるように室内に配列できる。有利には、これは、従前の単点点火システムよりも短時間での燃焼室内での燃料の燃焼を見込め、点火がより上死点付近で起こり、改善された効率に帰着する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、本開示は、電源と、内燃機関の燃焼室内に位置付けるために配置される部分を有し、低抵抗部分により隔てられる少なくとも２つの高抵抗部分を備える導電部材とを備え、導電部材が電源に導体を通じて電気的に接続される、内燃機関用点火装置を提供する。いくつかの例では、高抵抗部分の少なくとも１つは、低抵抗部分よりも小さい最小外法寸法を有する導電部材の一部分を備える。加えてまたはあるいは、いくつかの実施形態において、電源は電力を１００ｋＨｚ超の周波数で供給するように構成および配置される。好ましくは、周波数は２００ＭＨｚ未満である。
【００１５】
本開示はまた、内燃機関の燃焼室内に位置付けられ、空気／燃料混合気の点火を提供するように配置され、内側部分と外側部分とを備える部分を有する導電部材と、導電部材部分に電力を、外側部分の温度を空気／燃料混合気の発火温度より上昇させるのに十分なだけ、いくつかの例では２００ＭＨｚ未満の周波数で、周期的に提供するように構成および配置される電源とを備え、内側部分が、上記外側部分に熱的に結合され、外側部分から熱を除去するように配置される熱除去部分を備える、空気／燃料混合気を燃焼するように配置される内燃機関を教示する。いくつかの例では、内燃機関は２サイクル機関であり、いくつかの例では、燃料は４００℃超の発火点を有する。燃料は好ましくは天然ガスである。加えてまたはあるいは、導電部材は、４０ミリ秒未満で、より好ましくは２０ミリ秒未満で、最も好ましくは１０ミリ秒未満で、外側部分を少なくとも８０℃冷却するように構成および配置できる。
【００１６】
いくつかの実施形態において、本開示は、電源と、内燃機関の同一シリンダ内に位置される少なくとも２つの高抵抗部分を各々備える第１の導電部材および第２の導電部材とを備え、第１および第２の導電部材の高抵抗部分が低抵抗部分により隔てられ、導電部材が電源に導電的に接続される、内燃機関を提供する。いくつかの例では、第１および第２の導電部材は、機関のヘッドを取り外すことなく、別々に挿入可能でありまた機関から取り外し可能である。加えてまたはあるいは、導電部材は燃焼室のヘッド内の凹部に設けられる。
【００１７】
本発明の更なる形態、目的、特徴、態様、便益、利点および実施形態は、本明細書と共に提供される詳細な説明および図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】機関での例示的な点火システムの概略図を例示する。
【図２】導電部材の一実施形態の斜視図を例示する。
【図３】取付台と接続具とを持つ図２の導電部材実施形態の斜視図を例示する。
【図４】図２および３の導電部材をヘッドに装着する一配置の斜視図を例示する。
【図５】導電部材を内燃機関のシリンダ内に装着する一実施形態の横断面図を例示する。
【図６】導電部材を内燃機関のシリンダ内に装着する別の実施形態の横断面図を例示する。
【図７】図６のヘッドの７−７線に沿った断面図を例示する。
【図８】導電部材を内燃機関のシリンダ内に装着する別の実施形態の横断面図を例示する。
【図９】図８のヘッドの９−９線に沿った断面図を例示する。
【図１０】導電部材の一実施形態の一部分の正面図を例示する。
【図１１】導電部材の一実施形態の横断面図を例示する。
【図１２】点火システムを制御するためのシステムを例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の原理の理解を促進する目的で、図面に例示する実施形態を参照し、それらを具体的な術語を使用して説明していく。それでも、それにより本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解されるであろう。説明される実施形態の任意の変更および更なる修正、ならびに、本明細書に記載されるような本発明の原理の任意の更なる応用は、本発明が関係する当業者に通常想起されるものと企図される。
【００２０】
明細書および特許請求の範囲に関しては、明示的に別段の協議がない限り、単数形「ａ（ある１つの）」、「ａｎ（ある１つの）」、「ｔｈｅ（その）」などは複数の指示物を含むことに留意するべきである。例示として、「ある１つの装置」または「その装置」への言及は１つまたは複数のそのような装置およびその等価物を含む。「上へ」、「下へ」、「上部」、「底部」などの方向を示す用語は、本明細書ではもっぱら、例示する実施形態の読者の理解を援助する目的で読者の便宜のために使用されることにも留意するべきであり、これらの方向を示す用語の使用は、いかなる方法でも、説明、例示および／または請求する特徴を特定の方向および／または向きに限定することを意図するものではない。
【００２１】
開示する実施形態およびその変形は、内燃機関のシリンダ内で燃料混合気に点火するために使用してよい。いくつかの部分では、２サイクルまたは４サイクルディーゼルまたは火花点火機関などの特定の機関を具体的に参照しつつ、例示的配置および／または方法を論じていくが、しかしながら、本開示がそれらに限定されることを意図するものではない。
【００２２】
図１は、内燃機関１０００の点火システム１００であって、内燃機関１０００の燃焼室内に位置付けられる内部部分１０４を有する点火システム１００の概略図を例示する。
点火システムは、電気エネルギーを交流（ＡＣ：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）または直流パルス（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）の形で、電気導体１０８、１０９を通して内部部分１０４に送達するように構成してよい電源１０６を含む。電源１０６は、センサ１３０に応答する制御ユニット１２２により制御され、したがって、内部部分１０４の一部分を、点火を引き起こすように、燃焼室内での空気／燃料混合気の燃焼温度を超える温度に加熱するのに十分な周波数、電圧および電流でＡＣまたはＤＣ電気エネルギーを提供するように配置できる。センサ１３０は、制御システム（以下図１２も参照）への入力のために必要または所望され得るような適切なセンサ含み、例えば非限定的には、クランク角度センサ、ピストン位置センサ、冷却剤温度、燃料温度、燃料圧力、燃料流量、ノックセンサ、燃焼センサ、空気温度、空気圧力、車両速度、車両加速度、マスエアフロー、酸素濃度、カムシャフト角度、電源電圧、電源電流、電源周波数、スロットル位置、燃料種類、燃料噴射器状態などを含んでよい。いくつかの例では、センサ１３０は、燃焼室内での空気／燃料混合気の点火を検出するための点火センサ１３１、導電部材（後述）の温度を測定するための導電部材温度センサ１３２、および／または他のセンサ１３３−１３９を含み得る。
【００２３】
いくつかの例では、内部部分１０４は、空気／燃料混合気に点火するように燃焼室内での空気／燃料混合気の燃焼温度を超える温度に抵抗発熱し、その後、次サイクル中の過早点火を防止するように燃焼温度未満の温度に急冷するように配置される部分を有する導電部材１１０を備える。後述するように、導電部材１１０はいくつかの配置のいずれを備えてもよい。いくつかの例では、導電部材１１０は、低抵抗部分１１４により隔てられる第１の高抵抗部分１１２および第２の高抵抗部分１１６を備える。あるいはまたは加えて、導電部材１１０は内側部分と外側部分とを備えることができ、内側部分は熱導体を備える。
【００２４】
理解されるであろうが、点火システム１００および以下に開示する実施形態は、多様な異なる種類の内燃機関１０００と共に使用してよい。例えば、点火システム１００は任意の気筒数の２サイクルおよび４サイクル機関で使用してよい。同様に、点火システム１００は往復動および非往復動の両機関で使用してよい。例えば、点火システム１００はヴァンケル（別名「回転」）機関で使用できる。
【００２５】
有利には、点火システム１００は多様な燃料に点火するために使用してよい。自動車に見受けられる内燃機関は一般的に、ガソリン、ディーゼル燃料、またはＥ８５（エタノールとガソリンの混合物）を燃やす。点火システム１００はこれらの燃料にだけでなく、はるかに高い発火温度を有する燃料にも適する。例えば、点火システム１００は、燃料源（ａ  ｓｕｐｐｌｙ  ｏｆ  ｆｕｅｌ）１０１からのエタノール、プロパン、および／または天然ガスに点火するために使用してよい。内燃機関で空気と共に使用されるときのこれらの燃料の発火温度は以下、表１に見つけられる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
一般的に内燃機関は、圧縮比が高いほどより効率的に動作する。しかしながら、燃料が圧縮行程の頂点付近以前に導入される場合、高圧縮機関ほど過早点火の危険を冒す。したがって、より高い発火点を持つ燃料の使用は、圧縮行程の頂点に近づく前に燃料を空気に導入する設計のためのより高い圧縮比を見込める。より高い発火点燃料を持つそのようなシステムはしたがって、より簡素でより効率的であり得る−効率と機関寿命を低下させる、望ましくない過早点火の「ノッキング」問題を回避する。本出願人の発明は、そのような高発火点燃料と共に使用するのに非常に適しており、機関設計も対応して最適化されている。圧縮行程の頂点付近で燃料を導入する内燃機関では、燃料が燃焼前または中に空気と適切に混ざるかどうかについて問題が発生し得る。
【００２８】
火花点火システムと異なり、点火システム１００は、安全性、無線周波妨害、信頼性、電気的絶縁、ならびに高電圧発生機器およびスイッチングの要件についての懸念が伴う、点火コイルのような高電圧部品の使用を必要としない。対照的に、点火システム１００は、３０キロボルトよりも著しく低い電圧で難なく動作でき、安全性、無線周波妨害、信頼性、電気的絶縁のリスクは最小限となる。例えば、いくつかの例では、点火システム１００は約５０ボルトで動作する。点火システム１００のより低い動作電圧は、機関と関連する他の電子部品と干渉し得るＲＦノイズ、および高電圧点火システムに作業を施す人々への健康リスクを除去する一助となる。電源１０６は、電力を導電部材１１０など、内部部分１０４に電気導体１０８および／または１０９を通して周期的に供給するように構成および配置される。いくつかの実施形態において、電源１０６は電力を１００ｋＨｚ超の周波数で周期的に供給するように構成および配置される。加えて、いくつかの例では、電源１０６は電力を２００ＭＨｚ未満の周波数で供給する。
【００２９】
電源１０６は、交流（ＡＣ）、直流（ＤＣ）、またはその両方を供給するように配置できる。例えば、電源１０６は、複数のＤＣパルスを１００ｋＨｚ超の周波数で５０％のデューティ比で供給するように配置できる。理解されるであろうが、電源１０６は、特定の周波数、電圧および／もしくは電流、または或る範囲の周波数、電圧および／もしくは電流を提供するように配置できる。ＤＣを提供する電源１０６はさらに、特定のデューティ比または範囲のデューティ比を提供するように配置できる。
【００３０】
電気導体１０８、１０９は、高周波電力の伝送に適していることが当業者に明らかな任意の導体であり得る。例えば、電気導体１０８、１０９は、銅のような一般的に使用される導電性材料で作られた同軸伝送線路であり得る。いくつかの例では、エンジンブロックまたはヘッドのような、機関または車両の既存部分が電気導体１０８、１０９の一方の役目をしてよい。
【００３１】
抵抗加熱は火花点火に比べていくつかの便益を有することも分かっている。抵抗発熱体は、点火プラグとは劣化の仕方が異なり、有害なコロナをそれほど生成せず、様々な材料の劣化を促進もしない。加えて、シリンダごとに複数の点火プラグを有する機関は複数の高電圧導線および／または点火コイルを必要とする一方で、抵抗発熱体は複数の高抵抗部分を電源に接続される単一の導体に関連付けできる。同様に、２つ以上の点火プラグを使用するシステムは通常、プラグを受容するためにシリンダ壁に複数の開口を必要とする一方で、単一の抵抗発熱体上の複数の高抵抗部分により、複数の点火点がシリンダ壁の単一の開口を通じてシリンダ内に位置付けられてよい。
【００３２】
図２は、低抵抗部分２０４により隔てられる複数の高抵抗部分２０２を備える例示的な導電部材２００を例示する。いくつかの例では、１つまたは複数の低抵抗部分２０４が２つ以上の高抵抗部分２０２の間に位置付けられる。図２に例示するように、高抵抗２０２および低抵抗２０４部分は直列に接続できる。しかしながら、当業者により理解されるであろうが、１つまたは複数の低抵抗部分２０４が２つ以上の高抵抗部分２０２を並列に接続してよい。有利には、少なくとも２つの高抵抗部分２０２を並列に接続することで、１つの高抵抗部分２０２が故障した際に、少なくとも１つの他の高抵抗部分２０２が導電部材２００を通して電気的連続性を維持することを見越した耐故障装置を提供できる。いくつかの例では、少なくとも１つの高抵抗部分２０２が、第２の高抵抗部分と直列にかつ第３の高抵抗部分と並列に接続される。
【００３３】
いくつかの例では、導電部材２００は、少なくとも１つの低抵抗部分２０４により隔てられる少なくとも２つの高抵抗部分２０２を備える。いくつかの実施形態において、導電部材２００は、各々低抵抗部分２０４により隔てられる４つ以上の高抵抗部分２０２を備える。加えて、高抵抗部分２０２は、導電部材２００の全長に沿って離間または導電部材２００の一部分のみに沿って位置付けてよい。例えば、いくつかの配置では、高抵抗部分２０２は、導電部材２００の長さに沿って均一に離間または分散してよい。他の実施形態において、高抵抗部分２０２は、１つの高抵抗部分２０２により近く、別の１つからより遠くてよい。いくつかの例では、低抵抗部分２０４の長さは、高抵抗部分２０２を導電部材２００の長さに沿って不均一に離間するように変わり得る。
【００３４】
理解されるであろうが、導電部材２００は多様な形状のいずれを形成してもよい。図２に例示するように、導電部材は、高抵抗部分２０２が周囲に沿って位置付けられる概ね円形の配置を形成できる。しかしながら、導電部材２００は、単に少しの非限定的な例を挙げると線形、多角形、または曲線形状など、他の形状に形成できることが企図される。加えて、高抵抗部分２０２は、導電部材２００により画定される領域の周囲に沿って、その内部に、またはそれに沿ってかつその内部に位置付けてよい。
【００３５】
図３は、１つまたは複数の取付台２０６と接続具２０８とを持つ例示的な導電部材２００を例示する。取付台２０６は、導電部材２００の１つまたは複数の部分を内燃機関のシリンダ内の面に取り付けるように配置できる。例えば、取付台２０６は、低抵抗部分２０４をヘッドのデッキに装着するように配置できる。いくつかの実施形態において、取付台２０６は、低抵抗部分２０４など、導電部材２００の部分を実質的に取り囲む。取付台２０６が電気絶縁体であり、取付台２０６を通じた導電部材２００からエンジンブロックへの、またはその逆への電流の流れを阻止することが好ましい。
【００３６】
取付台２０６は、熱伝導性であるようにも配置できる。例えば、取付台２０６は、高い熱伝導率を持つ材料を含んでよく、および／または導電部材２００からエンジンブロックに熱を伝達するように配置してよい。しかしながら、取付台２０６は、導電部材２００とエンジンブロックとの間の熱の伝達を阻止するように、セラミックのような熱絶縁物を含むことができることも企図される。
【００３７】
いくつかの例では、少なくとも１つの接続具２０８が導電部材２００に結合される。例えば、図３に例示するように、導電部材２００は、１つまたは複数の接続具２０８がその上に位置付けられる第１の端部２１０および第２の端部２１２を有してよい。接続具２０８は、導電部材２００を、電源に接続する電気導体１０８、１０９など、点火システム１００の他の部分に電気的に結合するように配置できる。
【００３８】
接続具２０８は、当業者が適切であると理解するであろう任意の種類のものであり得る。いくつかの例では、導電部材２００の第１および第２の端部２１０、２１２は、単一の接続具２０８を通じて電気導体１０８、１０９に接続可能である。例えば、接続具２０８は、電気導体１０８への接続を提供する端子と、電気導体１０９（例えば、エンジンブロック）への接続を提供するねじ部とを持つ点火プラグに似ていることができる。
【００３９】
図４は、機関１０００のヘッド４００上に位置付けられる図２および３の導電部材２００の一実施形態を例示する。いくつかの例では、導電部材２００は、デッキ４０４により画定される凹部４０２内に位置付け可能である。接続具２０８は、導電部材２００の端部２１０および２１２を、シリンダ外の位置まで延在する電気導体１０８および１０９に結合する。いくつかの実施形態において、電気導体１０８および１０９は、電気が電気導体１０８および１０９間を通ることを防止する絶縁要素４１０により隔てられる。同様に、電気導体１０８および１０９は個別に絶縁および／または同軸配置で位置付けられる。図４での例示から分かるように、導電部材２００、取付台２０６、および／または接続具２０８は、導電部材２００の各部分、取付台２０６、および／または接続具２０８がデッキ４０４を超えて延在しないよう、凹部４０２内に存在するように配置できる。
【００４０】
理解されるであろうが、導電部材２００および関連部品（例えば、取付台２０６と接続具２０８）はいくつかの異なる機関構成内に位置付けてよい。例えば、導電部材２００は２サイクルおよび／または４サイクル機関内に位置付けてよい。導電部材２００は様々な弁配置を有する機関内にも位置付けてよい。例えば、導電部材２００は、単に少しの非限定的な例を挙げると、頭弁開口や側弁開口（例えば、平頭機関）を有する機関で、および／またはスリーブ弁、即ちピストンにより覆われてまた露出される弁開口のような、弁開口がシリンダの側壁内に位置付けられる機関で使用してよい。
【００４１】
いくつかの例では、ヘッド４００は、シリンダの一端の選択的な開閉を見越した、排気または吸気弁のような弁を受容するように配置される弁開口４２０を画定する。加えて、いくつかの実施形態において、凹部４０２および／または導電部材２００は、弁開口４２０の一部分の周りに延在するように配置される。例えば、図４に例示するように、凹部４０２および導電部材２００は弁開口４２０の周りに延在してよい。
【００４２】
有利には、導電部材２００は、高抵抗部分２０２をヘッドの広範囲にわたり位置付けできる。これは、シリンダ内での空気／燃料混合気のより迅速な燃焼に至り得る、ヘッド４００のデッキ４０４にわたる複数の火炎前面の伝播を見込んでいる。火花を上死点（ＴＤＣ）の十分前に起こさせる火花点火システムのような現行の点火時調整システムと異なり、点火システム１００（導電部材２００を含む）による空気／燃料混合気のより迅速な燃焼は、燃焼がより上死点付近で開始されることを見込め、したがって効率を向上させる。
【００４３】
図５は、燃焼室５０６を画定する内面５０４を有するシリンダ壁５０２を備える内燃機関の一部分を例示する。ピストン５１０が燃焼室５０６内に位置付けられ、また燃焼室５０６に向かって上向きであり、円筒形の燃焼室５０６の底端を閉じるピストン面５１２を有する。
【００４４】
燃焼室５０６の上端を閉じるのは、シリンダヘッドで４００である。シリンダヘッド４００は、燃焼室５０６に面し、いくつかの例では、吸気／排気ランナ５２４に流体的に接続される弁開口４２０を画定するデッキ４０４を備える。吸気／排気ランナ５２４と弁開口４２０は、空気／燃料混合気が燃焼室５０６に流入し、および／または排気ガスが燃焼室５０６から流出することを見越すように配置される。シリンダヘッド４００はまた、空気／燃料混合気の吸気および／または燃焼室５０６からのガスの排気のための弁開口４２０の選択的な開閉のためのポペット弁５３０を受容するように配置される弁案内５２６と弁座５２８を画定する。
【００４５】
いくつかの例では、ピストン面５１０は輪郭５１４を有する。輪郭５１４は、燃焼室５０６内での全燃料の燃焼を促進するように、燃焼室５０６に位置付けられる空気／燃料混合気の旋回および／または混合を促進するように配置できる。加えてまたはあるいは、輪郭５１４は使用済み空気／燃料混合気の掃気（例えば、排気）を促進するように配置できる。
【００４６】
いくつかの例では、ピストン面５１０の輪郭５１４は凹部５１６を画定する。凹部５１６は、弁５３０の部分を受容するように、および／または燃焼室５０６内での空気／燃料混合気および／またはガスの流れを変えるように配置してよい。いくつかの実施形態において、凹部５１６は、以下でより詳細に論ずるように、導電部材５１０など、点火システム１００の内部部分５０４の部分を受容するように配置される。
【００４７】
図５および６に見られるように、点火システム１００は、好ましくは燃焼室５０６の外部に位置付けられる電源１０６を備え、電気導体１０８および１０９（図示せず）が電源１０６を燃焼室５０６内に位置付けられる内部部分１０４に電気的に接続する。いくつかの例では、電気導体１０８および／または１０９はシリンダヘッド４００の部分を通って延在する。例えば、電気導体１０８および／または１０９は吸気／排気ランナ５２４を通っておよび／またはシリンダヘッド４００内の専用の空洞を通って延在できる。いくつかの配置では、電気導体１０８および／または１０９はシリンダ壁５０２を通って延在できる。加えてまたはあるいは、ヘッド４００など、エンジンブロックの部分が電気導体１０８、１０９の一方の役目をしてよい。
【００４８】
電気導体１０８、１０９の少なくとも１つは、電気導体１０８、１０９を別の電気導体からと周囲の材料から電気的に絶縁するように絶縁体５４０により取り囲まれる。同様に、導電部材１１０、２００など、点火システム１００の内部部分１０４は、取付台２０６など、内部部分１０４をシリンダヘッド４００および／またはシリンダ壁５０２から分離する絶縁体５４０を有してよい。
【００４９】
図５では、導電部材２００など、点火システム１００の内部部分１０４は、上記図４でのように、シリンダヘッド４００のデッキ４０４により画定される凹部内に保持される。シリンダヘッド４００のデッキ５０４により画定される凹部４０２内に位置付けられる高抵抗部分２０２および低抵抗部分２０４は、燃焼室５０６と連通する。この配置では、内部部分１０４への電気エネルギーの印加時に、高抵抗部分２０２の外面が、点火を引き起こすように、燃焼室５０６での空気／燃料混合気の燃焼温度超の温度に発熱できる。
【００５０】
図６は、内燃機関用点火システム１００の別の実施形態を例示する。例示のように、１つまたは複数の挿入可能部材６００が、ヘッド４００および／またはシリンダ壁５０２を通って燃焼室５０６内に延在してよい。導電部材２００などの導電部材は燃焼室５０６に露出される挿入可能部材６００の部分上に位置付けでき、空気／燃料混合気が燃焼室５０６内で圧縮されると、導電部材２００の部分が、それと接触する空気／燃料混合気に点火して燃焼室５０６を通して伝播するための火炎核を生成するように、選択的に加熱できるようになる。
【００５１】
いくつかの実施形態において、挿入可能部材６００は、点火プラグが火花点火を使用する機関に挿入可能であるのと同様に、ヘッド４００を通って挿入可能であるため、ヘッド４００を除去せずに除去および保守が見込める。例えば、各挿入可能部材６００は、ヘッド４００のねじ付き面と噛合可能なねじ付外面を有してよい。理解されるであろうが、挿入可能部材６００は、吸気または排気弁など、機関の他の必要な部品を回避するように、任意の数の位置または角度から燃焼室５０６に向かって延在してよい。図７は、図６の７−７線に沿って見たヘッド４００の底面図を例示する。図で分かるように、挿入可能部材６００はヘッド４００上および燃焼室５０６内で離間される。吸気弁７０２および／または排気弁７０４をヘッド４００に有する機関では、挿入可能部材６００の導電部材２００は弁開口から離れたヘッド４００の部分に位置付けできる。理解されるであろうが、１つまたは複数の挿入可能部材６００を燃焼室５０６内に挿入してよく、各挿入可能部材６００は、１つまたは複数の低抵抗部分２０４により隔てられる複数の高抵抗部分２０２を有する導電部材２００などの導電部材を有してよい。
【００５２】
図８は、挿入可能部材８００が、燃焼室５０６内に、シリンダ壁５０２を通っておよび／またはヘッド４００を通ってなど、その側面を通って挿入可能な導電部材８０２を有する別の実施形態を例示する。いくつかの例では、導電部材８０２は、シリンダヘッド４００のデッキ４０４の凹部４０２内に横方向に沿って挿入可能である。有利には、導電部材８０２は、高抵抗部分８０４が実質的に全側面で燃焼室５０６内に含まれる空気／燃料混合気により点火開始のために到達可能であるように、凹部４０２に位置付けて燃焼室５０６と連通できる。導電部材８０２を収容するのに十分な隙間を有する機関では、導電部材８０２はさらに燃焼室５０６の中心に向かって位置付けでき、これにより火炎核形成を改善して燃焼室５０６全体を通して伝播を促進でき、したがってより迅速かつより効率的な燃焼を可能にする。
【００５３】
いくつかの例では、ピストン面５１２の輪郭５１４により画定される凹部５１６は、導電部材８０２など、点火システム１００の内部部分１０４の一部分を受容するように配置されるため、ピストン５１０が上死点位置にあるとき、内部部分１０４はピストン５１０の部分に接触しない。例えば、凹部５１６は、導電部材８０２など、内部部分１０４の一部分と実質的に同形状であってよい。あるいはまたは加えて、輪郭５１４により画定される凹部５１６は、空気／燃料混合気の乱流および／または旋回に備えるように配置してよいが、依然、導電部材８０２を受容することができてよい。いくつかの例では、導電部材２００を凹部５１６内に存在するように配置できる。
【００５４】
図９は、図８の９−９線に沿って見たヘッド４００および挿入可能部材８００の底面図を例示する。いくつかの実施形態において、導電部材８０２は、シリンダ壁５０２の開口を通って挿入および／または除去するように配置される。例えば、いくつかの例では、導電部材８０２は、実質的に燃焼室５０６の幅にわたって延在する細長い配置を形成する。導電部材８０２は線形および／または曲線形であってよい。加えてまたはあるいは、導電部材８０２は、そのようなバルブ開口をヘッド４００有する機関であれば、吸気弁７０２および／または排気弁７０４の周りに延在するように配置できる。
【００５５】
図９に例示するように、導電部材８０２は、吸気弁７０２および／または排気弁７０４のいずれかの側に位置付けできる。端部９００では、挿入可能部材８００は、挿入される導電部材８０２をシリンダ壁５０２および／またはヘッド４００から電気的に絶縁するように配置される絶縁体９０２を有し得る。いくつかの例では、絶縁体９０２は、導電部材８０２を燃焼室５０６内で適所に保持するように、シリンダ壁５０２および／またはヘッド４００のねじに係合するように配置されるねじ部を備える。
【００５６】
挿入可能部材８００の端部９００は、導電部材８０２を電源１０６に電気的に接続するために配置される接続具９０４をも備え得る。電気回路は、シリンダ壁５０２および／またはヘッド４００に接続されて接地を提供する対向端部９０６で、および／または図示せぬ常設の絶縁連結導体を通して互いに接続される対向端部９０６で完結されてよい。有利には、この配置は、導電部材８０２の保守または点検のための容易なアクセスを提供しつつ、迅速な点火のための広範に離間される温点に備え得る。
【００５７】
いくつかの実施形態において、上述の導電部材１１０、２００、および／または８０２などの導電部材は、導電部材の高抵抗部分を燃焼室内および／または周囲に分散させる経路に沿って延在する。例えば、いくつかの実施形態において、導電部材は、少なくとも１つの高抵抗部分を燃焼室の周囲に沿って、および高抵抗部分を実質的に燃焼室の中央に位置付ける。加えてまたはあるいは、導電部材は、２つ以上の高抵抗部分を燃焼室の中心とシリンダ壁の内面との間に位置付けてよく、かつ／または導電部材は、２つ以上の高抵抗部分を燃焼室の周囲に沿って位置付けてよい。
【００５８】
導電部材は、バルブ開口を画定する部分など、デッキの部分の周りに追従してよい。例えば、導電部材は、吸気弁７０２および／または排気弁７０４の周りに追従できる。これは、導電部材が弁の動作に干渉しないため、所望され得る。いくつかの実施形態において、導電部材は、実質的に吸気弁、排気弁の周囲の一部分に沿って、および／またはシリンダ壁の内面の一部分に沿って延在できる。
【００５９】
導電部材の様々な配置は、燃焼室の広い領域にわたって高抵抗部分を位置付けできる。有利には、この配置は、複数の火炎核を作成、伝播するように、燃焼室内に含まれる空気／燃料混合気の多点点火に備え得る。これにより、多くの火花点火システムのような、単点点火システムに比べてより短時間での燃焼室内での発火性材料の実質的に完全な点火を見込める。
【００６０】
当業者により理解されるであろうが、導電部材の高抵抗部分は、特定の構成の燃焼室を通して火炎核形成および伝播を促進するように配置できる。例えば、導電部材は、複数の火炎核が燃焼室の中央で形を成し、周囲に向かって（例えば、シリンダ壁に向かって、）伝播する、および／またはその逆となるように、高抵抗部分を位置付けてよい。いくつかの例では、導電部材は、火炎核を燃焼室の一方の側から燃焼室の別の側に向けて形成および／または伝播するように配置してよい。さらに、いくつかの実施形態において、導電部材は、火炎核を旋回および／または掬い方向に形成および／または伝播するように配置してよい。例えば、導電部材は複数の火炎核を、シリンダ壁に沿ってなど、燃焼室の周りの経路に沿って（例えば、燃焼室の周りに時計回りまたは反時計回り方向に）形成するように配置してよい。
【００６１】
いくつかの例では、火炎核を所望の構成で形成および／または伝播するように導電部材を構成することは、燃焼室内での全てのまたは実質的に全ての発火性材料の点火を改善する上で有利になり得る。あるいはまたは加えて、導電部材は、或る割合の発火性材料（例えば、９０％）の発火率を増加させるように配置してよい。いくつかの例では、それは、２サイクル機関などで、燃焼室からのガスの排気および／または掃気を改善するため有利になり得る。さらに、いくつかの実施形態において、導電部材は、火炎核形成および伝播を遅延および／もしくは抑制させる、かつ／または潜在的に機関を損傷させるかもしれない、燃焼室内の望ましくない圧力波を低減および／または排除するように配置してよい。
【００６２】
いくつかの実施形態において、導電部材の部分は、火炎核を電源により提供される異なる電圧、電流、および／または周波数の電気エネルギーで形成および／または伝播するように配置してよい。例えば、いくつかの例では、導電部材は、導電部材の第１の高抵抗部分が、第２の高抵抗部分が空気／燃料混合気のための燃焼温度に達するように配置された後に、その温度に達するように配置されるように、配置してよい。これにより、一点が他点より僅かに先に空気／燃料混合気に点火する多点点火を見込んでよい。換言すれば、導電部材は、別々の火炎核が導電部材の長さに沿って異なる時間に作成されるように配置してよい。以下の議論から明らかなろうが、これは、異なる形状、寸法、および／または材料のような、異なる配置の高抵抗部分を導電部材に沿って有することにより達成してよい。
【００６３】
いくつかの例では、導電部材は、火炎核を開始する部分、例えば、高抵抗部分が導電部材の他の部分、例えば、低抵抗部分よりも速い速度で冷却するように配置してよい。例えば、導電部材は、点火が起こり、導電部材に印加される電力が停止された後、導電部材のいくつかの部分が他の部分よりもより迅速に温度が下がるように配置してよい。有利には、これにより、導電部材の最も熱い部分は、過早点火を防止または阻止するのに十分な温度に低下できる。
【００６４】
いくつかの実施形態において、導電部材および電源は、導電部材の表面の温度を約２ミリ秒未満で少なくとも４０℃上昇させるように構成および配置される。加えてまたはあるいは、電源および／または導電部材は、導電部材の表面が約４０ミリ秒未満で、またはいくつかの例では約２０ミリ秒未満で、および最も好ましくは約１０ミリ秒未満で、少なくとも８０℃冷却できるように構成および配置できる。
【００６５】
当業者であれば、１つの導電部材または複数の導電部材が、高抵抗部分を燃焼室内の複数の位置に位置付けするために使用できることを理解するであろう。加えてまたはあるいは、導電部材は、高抵抗部分などの点火開始部分を直列にまたは並列に位置付けてよい。同様に、複数の導電部材は、少なくとも１つの高抵抗部分または複数の高抵抗部分を直列におよび／または平列に有する各導電部材と直列におよび／または並列に配置されてよい。
【００６６】
図１０は、導電部材の一部分の一実施形態を例示する。例えば、図１０の導電部材２００は、縮小部分１０１２を備える高抵抗部分２０２と、大寸法部分１０１４を有する低抵抗部分２０４とを持つ電線１０１０を備える。いくつかの例では、縮小部分１０１２および大寸法部分１０１４は第１の遷移１０１６および／または第２の遷移１０１８により結合される。
【００６７】
当業者により理解されるであろうが、高抵抗部分２０２は所望の抵抗に配置してよい。例えば、高抵抗部分２０２の抵抗を増加させるためには、第１の遷移１０１６と第２の遷移１０１８との間に延在する縮小部分１０１２の長さを増加してよい。あるいはまたは加えて、第１のおよび／または第２の遷移１０１６、１０１８の長さを特定の抵抗に配置してよい。
【００６８】
高抵抗部分２０２の抵抗は、縮小部分１０１２の最小外法寸法、第１の遷移１０１６、および／または第２の遷移１０１８を配置することにより構成してよい。例えば、縮小部分１０１２は、高抵抗部分２０２の抵抗を増加させるようにより小さい最小外法寸法を有するように配置してよい。
【００６９】
高抵抗部分２０２の抵抗は、特定の電源に関して、高抵抗部分２０２が空気／燃料混合気の燃焼温度超の温度まで急速に発熱でき、かつ過早点火を回避するように、シリンダによる未着火空気／燃料混合気の次の完全圧縮前に、燃焼温度未満の温度まで冷却できるように配置してよい。これは、より高い回転速度（例えば、ＲＰＭ）で動作し、したがってより短いサイクル間時間を有する機関に特に重要である。
【００７０】
理解されるであろうが、縮小部１０１２のような導電部材の部分は、多様な形状および寸法を有し得る。例えば、第１の遷移１０１６および／または第２の遷移１０１８は、大寸法部分１０４から縮小部分１０１２まで実質的に線形の遷移を画定できる。いくつかの実施形態において、第１の遷移１０１６および／または第２の遷移１０１８は、「ｕ」および／または「ｖ」形配置を形成するように互いに隣接する。同様に、第１の遷移１０１６および／または第２の遷移１０１８は電線１０１０の凹状外面を画定できる。
【００７１】
導電部材の部分の様々な横断面形状および寸法も、本開示において企図される。いくつかの実施形態において、導電部材の部分は円形横断面を有する。しかしながら、いくつかの例では、導電部材の部分は、多角形または他の閉じた図形に似る横断面形状を有してよい。例えば、いくつかの実施形態において、導電部材の低抵抗部分は、機関のヘッドに取り付けるための特定の取付台と係合するように矩形形状を有してよい。同様に、高抵抗部分は、単に少しの非限定的な例を挙げると矩形横断面または、ランセットオジーヴのように各端部が尖り、側面が湾曲した細長い横断面のような、非円形横断面を備えてよい。
【００７２】
当業者により理解されるであろうが、材料選定は導電部材の部分の横断面形状に影響を及ぼし、その逆も同様である。例えば、導電部材の高抵抗部分の或る横断面形状は、或る材料のために望まれてよい。特に、円形横断面形状を持つ高抵抗部分は磁性材料のために好適でよいが、一方細長い横断面形状は非磁性材料のために好適でよい。同様に、いくつかの形状が高い汚れ抵抗を示す材料のために好適でよいが、一方他の形状が低い汚れ抵抗を示す材料のために好適である。
【００７３】
いくつかの実施形態において、高抵抗部分は、大寸法部分１０１４のような低抵抗部分のものよりも小さい最小外法寸法を有する、縮小部分１０１２のような一部分を備える。いくつかの例では、高抵抗部分は上記低抵抗部分の最小外法寸法の１／３よりも小さい最小外法寸法を有する。例えば、いくつかの実施形態において、導電部材は、約０．１０１６センチメートル（０．０４インチ）未満の最小外法寸法を持つ縮小部分１０１２を有する高抵抗部分と、約０．２５４センチメートル（１／１０インチ）の最小外法寸法を持つ低抵抗部分とを備える。
【００７４】
導電部材はいくつかの数の導電性材料から構成されてよい。例えば、導電部材の大部分は、アルミニウム、クロム、銅、イリジウム、鉄、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、およびチタンから成る群のうちの１つまたは複数の元素を含んでよい。単に少しの非限定的な例を挙げると、ステンレス鋼またはニクロムが具体的に考えられる。いくつかの実施形態において、導電部材の部分が、或る周波数で表皮効果を高めるように配置される材料から構成されることが好ましい。例えば、導電部材は、比較的高い透磁率を持つ材料を含んでよい。例えば、導電部材の高抵抗部分は、少なくとも１×１０−５Ｈ／ｍ、またはいくつかの場合には、少なくとも１×１０−４Ｈ／ｍの最大透磁率を持つ材料を含んでよい。同様に、いくつかの実施形態において、導電部材の部分は、２０℃で１×１０−６Ωｍ未満、またはいくつかの例では、２０℃で１×１０−７Ωｍ未満の電気抵抗率を有する材料のような、低い電気抵抗率を示す材料を含み得る。
【００７５】
高抵抗部分や低抵抗部分などの導電部材の部分は異なる材料を含み得る。例えば、いくつかの例では、導電部材の高抵抗部分は、例えば、ステンレス鋼またはニクロムのような、表皮効果を促進する電気伝導率および／または透磁率を有する材料を含んでよく、一方低抵抗部分は、例えば、銅やアルミニウムのような、所与の周波数に対してより大きな表皮厚さを有する材料を含む。例えば、いくつかの実施形態において、縮小部分１０１２は高周波ＡＣ／ＤＣに高い抵抗を示す材料を含み、かつ／または大寸法部分１０１４は高周波ＡＣ／ＤＣに低い抵抗を示す材料を含む。高周波ＡＣ電流が電線１０１０を通って流れる構成では、縮小部分１０１２は、高周波数で表皮厚さを減少させ、縮小部分１０１２の抵抗を増加させるように、低い電気抵抗率および／または高い絶対透磁率を有する材料を含んでよい。加えてまたはあるいは、電線１０１０の大寸法部分１０１４は、高い熱伝導率を有する材料のような、縮小部分１０１２の温度を低下させるよう縮小部分１０１２から熱を除去するように配置される材料を含んでよい。
【００７６】
いくつかの例では、導電部材の部分は比較的高い熱伝導率を有する材料を含む。例えば、いくつかの実施形態において、導電部材の高抵抗部は、少なくとも１０Ｗ／（ｍＫ）、またはいくつかの場合には、少なくとも１００Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有する材料を含む。有利には、高い熱伝導率を有する材料は、縮小部分の表皮からおよび／または縮小部分自体から熱をより急速に除去できる。異なる部分は、所望の効果を最適化するため、それぞれの層に異なる材料を用いて積層できる。
【００７７】
図１１は、導電部材の一実施形態の一部分の横断面図を例示する。いくつかの例では、導電部材は外側部分１１０２と内側部分１１０４を有する。外側部分１１０２は、高周波ＡＣおよび／またはＤＣ電気エネルギー下で発熱するように配置できる一方で、内側部分１１０４は外側部分１１０２から熱を除去するように配置される。例えば、導電部材の高抵抗部分は、外面１１１４と内面１１１６を有する壁部分１１１２含み得る。内面１１１６は電気絶縁体の薄層で被覆してよく、また熱伝導性流体のような作動流体を受容するように配置してよい空洞１１１８を画定し、ここで壁部分１１１２から熱を除去するように、壁部分１１１２の内面１１１６からの熱を空洞１１１８内に位置付けられる流体に伝達することになる。
【００７８】
いくつかの例では、空洞１１１８内に位置付けられる作動流体は液体のような流動性材料を含んでよい。例えば、流動性流体は内燃機関用冷却剤および／または別の冷却流体を含んでよい。特殊用途では、空洞１１１８内に位置付けられる流動性流体は、内面１１１６を冷却してそれにより壁部分１１１２、次いで壁部分１１２を介する伝導により外面１１１４を冷却するための液体ナトリウムのような液体金属をも含んでよいが、但し適切な予防措置を考慮し水や大気に曝された場合の加熱金属の一般的反応性に対処することが条件となる。
【００７９】
いくつかの実施形態において、内側部分１１０４はヒートパイプを備え得る。例えば、導電部材の高抵抗部分は、液体を蒸気に変えるように空洞１１１８内に位置付けられる液体を加熱してよい。蒸気はその後、導電部材の長さに沿って空洞１１１８を通って移動できる。蒸気が、低抵抗部分または燃焼室外部分など、内面１１１６のより冷たい部分に達すると、蒸気は元の液体に凝縮でき、潜熱を放出して重力によるなどして再び高抵抗部分への液体流となる。液体はその後、もう一度蒸発されサイクルを繰り返してよい。理解されるであろうが、少しの非限定的な例を挙げると熱サイホンや熱ダイオードなど、他の装置およびシステムを使用して導電部材の高抵抗部分から熱を伝達してもよい。
【００８０】
いくつかの例では、導電部材の部分は外面１１１４および／または内面１１１６上の被覆を備えてよい。例えば、電線１０１０の大寸法部分１０１４など、低抵抗部分は、機関の燃焼室内の燃焼ガスから電線１０１０の大寸法部分１０１４への熱伝達を低減するように配置される外側被覆を備えてよい。加えてまたはあるいは、電線１０１０の縮小部分１０１２は、電線１０１０から燃焼室内に位置付けられる空気／燃料混合気への熱伝達を増加させるように配置される外側被覆を備えてよい。例えば、いくつかの例では、外側被覆は、表皮効果を増加させて、電気が高周波数で電線１０１０を流れる際の縮小部分１０１２の温度を増加させるよう、電線１０１０の縮小部分１０１２の抵抗を減少させるように構成される金属であってよい。
【００８１】
同様に、いくつかの例では、電線１０１０は、壁部分１１１２の内面１１１６から空洞１１１８内に位置付けられる作動流体への熱伝達を増加および／または減少させるように配置できる内部被覆を備えてよい。例えば、電線１０１０の縮小部分１０１２は、壁部分１１１２から熱を除去し、外面１１１４の温度を低下させるよう、壁部分１１１２から作動流体への熱伝達を増加させるために配置される内面１１１６上の内部被覆を有してよい。
【００８２】
いくつかの例では、壁部分１１１２の内面１１１６および／または内部被覆は、壁部分１１１２から空洞１１１８内に位置付けられる作動流体への熱伝達を増加させるように配置してよい。例えば、壁部分１１１２の内面１１１６は、空洞１１１８内の作動流体と接触する壁部分１１１２の表面積を増大させるために配置されるフィンおよび／または粗面を備えてよい。
使用方法
例えば、２サイクルおよび４サイクル機関など、往復動機関での燃焼行程の前に、ピストンは下死位置から上死位置に向かって移動していく。ピストンが上死点位置に到達するにつれ、高抵抗部分２０２など、機関の燃焼室内に位置付けられる導電部材の部分の温度を燃焼室内で燃焼されるべき空気／燃料混合気の燃焼温度に近い温度に上昇させるように、電気エネルギーを導電部材に印加してよい。いくつかの例では、交流または直流パルスのような電気エネルギーの導電部材への印加は、ピストンが室内で上死点に到達する直前におよび／または到達したときに、導電部材の表面の温度を少なくとも燃焼温度まで上昇させるように構成してよい。
【００８３】
いくつかの例では、電気エネルギーを導電部材に印加するのを点火前に中止することが可能である。例えば、導電部材２００の高抵抗部分２０２は、ピストンが上死点に到達する前に、燃焼室内での空気／燃料混合気の発火温度未満の温度に発熱するかもしれない。この例では、高抵抗部分２０２は、燃焼室内の空気および／または空気／燃料混合気の一部を、以降残りの圧縮および／またはシリンダ内への燃料の噴射により燃焼室内の空気および／または空気／燃料混合気が点火を引き起こすのに十分な温度に到達および／またはそれを超えるであろう温度まで加熱する。いくつかの実施形態において、次の燃焼サイクルの前に導電部材の高抵抗部分および／または低抵抗部分から除去されなければならない余分な熱を低減するように、導電部材に印加される電気エネルギーの量を早期に停止および／または低減することが好ましい。
【００８４】
あるいは、点火が始まった後に電気エネルギーを導電部材に供給し続けることが望ましいかもしれない。例えば、燃焼行程中に残存する未着火可燃性物質に点火するように、および／または排出ガス制御のための十分に高い温度を達成および／または維持するように、導電部材の表面部分が燃焼室内に位置付けられる空気／燃料混合気の燃焼温度を超えたままであることが好ましいかもしれない。例えば、特定の有害な副産物の生成を最小限にするように、燃焼室内での所望の温度を達成および／または維持することが好ましいかもしれない。
【００８５】
往復動機関の燃焼段階の後、着火空気／燃料混合気を燃焼室から排気するおよび／または新気または空気／燃料混合気を吸入するように、ピストンは下死点位置から上死点位置に向かって移動する。この行程中および／または後続の行程中に、導電部材の表面温度が、既混合空気／燃料混合気を圧縮する機関で過早点火を防止するのに十分な温度まで低下することが好ましい。例えば、導電部材２００の高抵抗部分２０２の表面温度が、新たな空気／燃料混合気の吸入前に燃焼温度を下回ることが好ましいかもしれない。加えてまたはあるいは、導電部材の温度が、ピストンが未着火空気／燃料混合気を完全に圧縮する前に燃焼室内の空気／燃料混合気に点火するのに十分な温度を下回る温度まで低下することが好ましいかもしれない。
制御
図１２は、上記例示したような点火システムを制御する一方法を例示するフローチャート１２００である。一般的に、制御システムはエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）のような制御装置１２０２を備える。制御装置１２０２は、電源１０６を始動して電力を、導電部材１１０または２００のような、点火システム１００の内部部分１０４に供給するために、点火システム１００の一部分に信号を提供するように配置される。好ましくは、制御装置１２０２は、導電部材温度センサおよび／または点火センサ（図１２には例示せず）から成る群から選択されるものなど、少なくとも１つのエンジン（機関）センサに応答して、電源を自動的に調節する。
【００８６】
制御装置１２０２はまた、複数の信号を受信し、それらの信号およびそこからの計算に基づいて、内燃機関１０００の性能を調整するように配置できる。例えば、制御装置１２０２は、機関内または周囲に位置付けられる複数のセンサから信号を受信してよい。いくつかの実施形態において、制御装置１２０２は、カムシャフト位置センサ１２１０からの信号、クランクシャフト位置センサ１２１２、酸素センサ１２１４、吸気圧力センサのような圧力センサ１２１６、冷却剤温度センサ１２１８、マスエアフローセンサ１２２０、圧電／ノックセンサ１２２２、車両速度センサ１２２４、および／または空気温度センサ１２２６からの信号を受信してよい。同様に、制御装置１２０２は機関または機関を備える車両の運転者からの複数の信号を受信するように配置できる。例えば、スロットル位置センサ１２３０からの信号および／または燃料種類スイッチ１２３２からの信号が、制御装置１２０２に提供される。
【００８７】
制御装置１２０２は、点火システムから少なくとも１つの信号を受信してよい。例えば、制御装置１２０２は、点火システム１００から電圧応答信号１２４０、出力電流信号１２４２、および／またはタイミング信号１２４４を受信することができる。これらの信号は、点火システム１００の状態および／または機関のシリンダ内の状態を求めるために使用してよい。例えば、信号１２４０、１２４２、および／または１２４４は、機関の燃焼室内での高抵抗部２０２の温度を計算するために使用してよい。例えば、制御装置は、電圧を電流で割ることなどにより点火システムの高抵抗部分の実効抵抗を計算でき、その後実効抵抗を一定温度での抵抗の既知の値と比較する。いくつかの例では、制御装置は実効抵抗値をテーブルと比較するか、または抵抗値を式に入力して高抵抗部分の温度を推定してよい。導電部材温度センサを監視するエンジンセンサの例としては、導電部材に関連する電圧および／または電流を感知するもの、ならびに導電部材に隣接して設置される熱電対の使用または温度変化に関連する赤外線または可視変化を感知する光学センサの使用が挙げられる。
【００８８】
制御装置１２０２は、信号１２４０、１２４２、および／または１２４４を使用して点火システム１００の故障を検出してもよい。例えば、制御装置１２０２は、開路状態ならびに／または導電部材および／もしくは電源の短絡を検出してよい。制御装置１２０２は、信号１２４０、１２４２、および／または１２４４を既知の応答と比較することにより、導電部材の余寿命も検出してよい。
【００８９】
加えてまたはあるいは、制御装置１２０２は、１つまたは複数の信号１２４０、１２４２、および／または１２４４を使用して、制御装置１２０２により点火システム１００に提供される信号を調整してよい。例えば、点火システム１００からの電圧応答信号１２４０、出力電流信号１２４２、および／またはタイミング信号１２４４を使用して、電気エネルギーが最初に電源１０６により供給された後、導電部材の一部分が燃焼温度に到達する時間を計算してよい。次いでこの時間を使用して、制御装置１２０２が点火システム１００に信号を送って電力を提供させる時間を調整してよい。
【００９０】
制御装置１２０２は、信号１２４０、１２４２および／もしくは１２４４ならびに／または上述のセンサのうちの１つまたは複数からの信号を使用して、供給される電力の周波数、電圧、電流、および／またはデューティ比を調整してよい。例えば、制御装置１２０２は、圧電／ノックセンサ１２１６が点火を示す振動を検出できない、または制御装置１２０２がシリンダ内の異常に低い温度を検出した、などにより失火を検出した場合、制御装置１２０２は、後続のサイクルで燃焼を達成するように、燃焼シリンダ内の導電部材に供給される電力の周波数、電圧、電流、および／またはデューティ比を自動的に増加させてよい。同様に、制御装置１２０２は過早点火または導電部材の望ましくない高温を検出した場合、制御装置１２０２は、単に少しの非限定的な例を挙げると過早点火および／または導電部材の早期破壊の可能性を低減するように、供給される電力の周波数、電圧、電流、および／またはデューティ比を自動的に減少させてよい。点火センサを実装する方法の様々な例としては、振動、動きおよび／または音全般を感知すると知られる誘導性、容量性、抵抗性、圧電、ホール効果、および光学センサが挙げられよう。
【００９１】
理解されるであろうが、制御装置１２０２は、上記の信号および／またはその組合せを使用して、機関内または周囲の種々の制御を調整し、また点火システム１００の動作を調整してよい。例えば、制御装置１２０２は、信号を燃料噴射器１２５０および／または、機関のシリンダの空気制御弁または吸気および／もしくは排気弁などの電子弁１２５２に送信してよい。あるいはまたは加えて、制御装置１２０２は、電源１０６により供給される電気エネルギーの電圧および／もしくは周波数、ならびに／またはそのような電気エネルギーが供給されるタイミングを調整してよい。
【００９２】
少なくとも１つの実施形態を図面および前述の説明において例示、詳述してきたが、上記は本質的に例示的であり限定的ではないものと考えられるべきであり、好適実施形態を図示し説明してきたこと、および以下の特許請求の範囲により限定される本発明の精神内に入る全ての変更、等価物、および修正は保護が望まれることが理解されるべきである。一の文脈または実施形態で説明した態様または特徴は、他の文脈または実施形態に適用できることは本明細書から明らかであろう。本明細書で引用した全ての刊行物、特許、および特許出願は、参照により本明細書に組み込まれるが、各個別の刊行物、特許、または特許出願は本明細書に参照により組み込まれ、その全体が記載されるものと具体的かつ個別に示されているものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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