JP6388874B2 - コロナイグニッションシステムのための事象内制御方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (20)
- 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第1の継続時間であり、
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第2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第3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第2の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、前記第2の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。 - 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。
- 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つの連続発生間の前記第3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。
- 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。
- 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。
- 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第1の継続時間であり、
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第2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第3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第2の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第2の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前記第2の継続時間の間、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。 - 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前記第2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前記第3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。
- 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。
- 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第1の継続時間であり、
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、第2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第3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第2の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。 - 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。
- 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第1の継続時間であり、
前記方法は、
アーク形成の任意の発生の直後の第2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第3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第2の継続時間と、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。 - 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。
- 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第2の継続時間を調整することを含む、請求項11に記載の方法。
- 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第2の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。 - 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コロナ放電の前記第1の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。
- 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、前記第2の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第2の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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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前記第3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。
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