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KR101826303B1 - 하이브리드 점화 장치의 전기 배치 - Google Patents

하이브리드 점화 장치의 전기 배치 Download PDF

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KR101826303B1
KR101826303B1 KR1020137005175A KR20137005175A KR101826303B1 KR 101826303 B1 KR101826303 B1 KR 101826303B1 KR 1020137005175 A KR1020137005175 A KR 1020137005175A KR 20137005175 A KR20137005175 A KR 20137005175A KR 101826303 B1 KR101826303 B1 KR 101826303B1
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KR
South Korea
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energy
circuit
electrode
corona
arc discharge
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존 안토니 버로우
제임즈 디. 라이코우스키
Original Assignee
페더럴-모굴 이그니션 컴퍼니
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Abstract

코로나 점화 시스템(20)은 코로나 구동 회로(26) 및 보조 에너지 회로(28)를 포함하고 있다. 에너지 회로(28)는 표준 코로나 점화 사이클 동안 에너지를 저장한다. 아크 방전이 발생하거나 코로나 방전이 아크 방전으로 전환될 때, 에너지 회로(28)는 저장된 에너지를 전극(30)에 방전하여 정교한 아크 방전(29)을 유지시켜서 신뢰할만한 점화를 제공한다. 저장된 에너지는 사전결정된 시간 동안 전극(30)에 전송된다. 아크 방전이 검출되고 아크 제어 신호(60)가 에너지 회로(28)에 전송되어 저장된 에너지의 전극(30)으로의 방전을 트리거한다. 저장된 에너지는 다양한 상이한 경로를 따라 전극(30)에 전송될 수 있다. 저장된 에너지의 전압은 보통 에너지 트랜스포머(70)에 의해 증가된 후에 전극(30)에 전송된다.

Description

하이브리드 점화 장치의 전기 배치{ELECTRICAL ARRANGEMENT OF HYBRID IGNITION DEVICE}
본 발명은 일반적으로 연소실의 연료 및 공기의 혼합물을 점화하기 위한 코로나 점화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
코로나 점화 시스템은 종래의 스파크 점화 시스템의 고온 및 관련 문제 없이 확실히 점화하기 위해 종종 선호되고 있다. 코로나 점화 시스템은 전극이 연소실내로 뻗은 점화기를 포함하고 있다. 접지는 연소실의 벽 또는 연소실 내에서 왕복운동하는 피스톤에 의해 제공된다. 점화기는 접지 전극을 포함하고 있지 않다. 점화기의 전극은 에너지원으로부터 에너지를 수신하고 바람직하게는 코로나 방전의 형태로 전기 방전을 방출한다. 코로나 방전은 전극으로부터 접지로 높은 전기 임피던스를 갖는 복수의 이온화된 스트리머를 포함하는 전계이다. 연료가 연속실에 공급될 때, 전계는 연소실내의 연료 및 공기의 혼합물을 점화한다. 코로나 점화 시스템의 예가 프린의 미국 특허 번호 6,883,507에 개시되어 있다.
에너지가 전극에 공급됨에 따라, 전계에서의 이온의 농도는 증가된다. 고전압이 정교한 코로나 방전을 제공하는데 바람직하다. 그러나, 전압이 특정 임계값 위로 증가하면, 증가하는 이온 농도는 코로나 방전이 아크 방전으로 전환되도록 하는 연속 공정이 일어난다. 아크 방전은 전극으로부터 접지로 도전성 경로를 제공하는 단일 스트리머를 포함하는 전계이다. 일반적인 코로나 점화 시스템에서, 아크 방전이 일어날 때, 시스템의 저장된 에너지 모두는 즉시 방전되고 급감된다. 아크 방전은 단시간 동안 발생할 수 있고 따라서 신뢰할만한 점화를 제공할 수 없다. 따라서, 전극에 제공된 에너지 레벨은 보통 아크 방전으로 전환되는 일 없이 코로나 방전을 제공할 수 있는 최고압 전압인 것이 일반적이다.
전압이 코로나 방전 임계값을 지나 아크 방전이 발생하는 일이 자주 있다. 또한, 다른 상황 또는 엔진 상태가 아크 방전을 유발할 수 있다. 아크 방전은 또한 점화기가 탄소의 침전물의 연료에 의해 오염될 때 또는 피스톤이 점화기에 너무 가까울 때, 또는 전극과 접지 사이에 낮은 전기 저항이 존재하는 다른 상황 동안 발생할 수 있다. 아크 방전은 보통 고의 아니게 형성되고 바람직하지 않지만, 아크 방전이 의도적으로 형성되는 특정 상황이 존재한다. 아크 방전이 바람직하지 않을 때, 아크 방전을 중지시키고 코로나 방전을 회복시키기 위해, 전극에 공급된 전압이 즉시 감소된다. 그러나, 전압을 감소시키는 것은 코로나 방전으로 복귀하고 신뢰할만한 점화를 제공하는데 있어 실제적이지 않거나 효과적이지 않은 경우도 많다.
본 발명의 하나의 특징은 연소실의 연료 및 공기의 혼합물을 점화시키기 위한 코로나 점화 시스템을 제공한다. 이러한 시스템은 전기 방전을 제공하기 위한 전극, 코로나 구동 회로, 및 에너지 저장 회로를 포함하고 있다. 코로나 구동 회로는 비의도적(unintentional) 아크 방전으로 전환되는 일 없이 코로나 방전을 유지시킬 수 있는 양의 에너지를 전극에 전송한다. 에너지 저장 회로는 코로나 구동 회로가 에너지를 전극에 전송하는 동안 코로나 구동 회로를 보조하고 에너지를 저장한다. 에너지 회로는 비의도적 아크 벙전의 검출시에, 저장된 에너지를 전극에 전송하여 아크 방전을 의도적으로 유지시킨다.
본 발명의 다른 특징은 연소실의 연료 및 공기의 혼합물을 점화시키는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 비의도적 아크 방전으로 전환되는 일 없이 코로나 방전을 유지시킬 수 있는 양의 에너지를 코로나 구동 회로로부터 전극으로 전송하는 단계 및 에너지를 전극에 제공하는 동안 코로나 구동 회로를 보조하는 에너지 회로에 에너지를 저장하는 단계를 포함한다. 본 방법은 전극으로부터 방출되는 비의도적 아크 방전을 검출하는 단계 및, 이러한 비의도적 아크 방전의 검출시에, 저장된 에너지를 에너지 회로로부터 전극으로 전송함으로써 비의도적 아크 방전을 의도적으로 유지시키는 단계를 더 포함한다.
종래기술의 시스템에서와 같이, 아크 방전이 시작할 때, 전극에 제공된 에너지를 감소시키는 방법 대신에, 본 발명의 시스템 및 방법은 보조의 에너지 회로에 저장된 에너지를 전극에 제공하여 아크 방전을 의도적으로 유지시켜 정교하고 신뢰할만한 점화를 보장한다.
본 발명의 여러 장점은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 읽을 때 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 교대 에너지 전달 경로 A, B, C를 보여주는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 코로나 점화 시스템의 도면이다.
도 2는 에너지 전달 경로 A를 보여주는 도 1의 시스템의 도면이다.
도 3은 에너지 전달 경로 B를 보여주는 도 1의 시스템의 도면이다.
도 4는 에너지 전달 경로 C를 보여주는 도 1의 시스템의 도면이다.
본 발명의 하나의 특징은 점화 단부 어셈블리(22), 코로나 구동 회로(26), 에너지 회로(28)로 불리는 에너지 저장 및 전달 회로를 포함하는, 연소실(32)의 연료 및 공기의 혼합물을 점화하기 위한 코로나 점화 시스템(20)을 제공한다. 점화 단부 어셈블리(22)는 연소실(32) 내로 돌출한 전극(30)을 포함하는 점화기(24)를 포함하고 있다. 코로나 구동 회로(26)는 전극(30)으로부터 보통 코로나 방전이지만 아크 방전일 수도 있는 전기 방전을 방출할 수 있는 양의 에너지를 전극(30)에 전달한다. 에너지 회로(28)는 코로나 구동 회로(26)를 보조하고, 코로나 구동 회로(26)가 에너지를 전극(30)에 전달할 때에 보충 에너지를 저장한다. 아크 방전이 검출될 때, 에너지 회로(28)는 저장된 에너지를 전극(30)에 전달하여 의도적으로 아크 방전(29)을 유지한다. 전극(30)에 전달된 저장된 에너지는 신뢰할만한 점화를 제공하는 정교한 아크 방전(29)을 제공한다.
점화 단부 어셈블리(22)의 점화기(24)는 가스 터빈 엔진, 또는 하이브리드 차량과 같은 자동차의 내연기관과 같은 엔진(도시되지 않음)의 실린더 헤드에 설치된다. 점화기(24)의 전극은 보통 전계를 방출하는 점화 팁을 포함하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(20)은 에너지를 코로나 구동 회로(26)에, 궁극적으로 전극(30)에 제공하는 구동 전원(34)을 포함하고 있다. 자동차에서, 구동 전원(34)은 보통 12 볼트의 배터리이지만, 다른 전원 역시 가능하다.
코로나 점화 시스템(20)은 에너지를 사전결정된 시각, 지속기간, 및 전압 레벨에서 전극(30)에 제공하도록 설계되어 전극(30)은 전계를 보통 코로나 방전의 형태로 방출하고, 점화는 전계의 전체 길이를 따라 일어난다. 사전결정된 시각, 지속기간 및 전압 레벨은 차량의 엔진 컨트롤 유닛(ECU)에 의해 계산되거나 결정될 수 있다. 전압 레벨은 보통 아크 방전을 형성함 없이 코로나 방전을 제공할 수 있는 최고 전압이다. 시스템(20)은 코로나 방전을 달성하는데 필요한 사전결정된 시각, 지속시간, 및 전압 레벨을 나타내는 구동 제어 신호(38)를 코로나 구동 회로(26)에 제공하는 구동 회로 컨트롤러(36)를 포함하고 있다. 구동 회로 컨트롤러(36)는 ECU와 일체화될 수 있거나 별개의 유닛일 수 있다.
에너지를 구동 전원(34)으로부터 수신시에, 그리고, 구동 제어 신호(38)를 구동 회로 컨트롤러(36)로부터 수신시에, 코로나 구동 회로(26)는 AC 전류를 출력하고 코로나 방전을 달성하는데 필요한 사전결정된 시각, 지속시간 및 전압 레벨을 충족시키도록 에너지를 조종한다. 코로나 구동 회로(26)는 또한 아래에 더 설명될 특정 공진 주파수를 맞추도록 에너지를 조종한다. 코로나 구동 회로(26)는 구동 트랜스포머(44)로 불리는 트랜스포머 역시 포함할 수 있는 고주파 발진 회로이다. 코로나 구동 회로(26)는 구동 전원(34)에 의해 제공된 에너지를 조정하는데 사용된다.
그다음, 코로나 구동 회로(26)는 도 1에 도시된 바와 같이, 튜닝 또는 LC 회로(48)에 조정된 AC 전류의 에너지를 전달한다. LC 회로는 또한 LC 공진 회로 또는 LC 공진기로 불린다. LC 회로에는 도 1에 도시된 바와 같이, 공진 인덕터(46) 및 점화 단부 어셈블리(22)의 커패시턴스(C1)가 제공된다. 공진 인덕터(46)는 특정 전압(L1)에서 동작하고 구리와 같은 금속의 코일에 의해 제공된다. 이러한 코일은 제1 코일(50)로 불리고 점화기(24)의 전극(30)에 결합되어 있다. 공진 인덕터(46)는 또한 공진 주파수에서 동작한다. 상술된 바와 같이, LC 회로(48)로부터 코로나 구동 회로(26)로의 피드백 루프 신호(52)는 코로나 구동 회로(26)에 공진 주파수를 전달하고, 코로나 구동 회로(26)는 공급된 에너지를 조정하여 공진 주파수를 맞춘다. 시스템(20)은 또한 공진 인덕터(46)와 전극(30) 사이에 전기 커넥션 및 절연 부품을 포함할 수 있다.
에너지를 코로나 구동 회로(26)로부터 받을 때에, LC 회로(48)는 에너지를 전극(30)에 전송하기 전에 변환시킨다. LC 회로(48)는 보통 전압을 증폭시키고 전류를 감소시킨다. 하나의 실시예에서, LC 회로(48)는 에너지를 15,000 볼트에 이르는 전압으로, 보통, 5,000 내지 10,000 볼트로 증가시킨다. 그다음 이러한 에너지는 LC 회로(48)로부터 전극(30)으로 전송되어 코로나 방전을 제공한다.
상술된 바와 같이, 점화기(24)의 전극(30)이 LC 회로(48)로부터 에너지를 받을 때, 공진으로 인해 전극(30)에서 고전압이 발생하고, 전극(30)은 연소실(32)의 주위 공기에 전계를 발생하는데, 이러한 전계는 코로나 방전의 형태가 바람직하지만 아크 방전의 형태도 가능하다. 전극(30)에 제공된 사전결정된 전압 레벨은 보통 아크 방전으로 전환되는 일 없이 코로나 방전을 제공할 수 있는 최고 전압이다. 연료가 연소실(32)에 공급될 때, 전계는 전계의 전체 길이를 따라 연소실(32)내의 연료 및 공기의 혼합물을 점화한다. 전극이 코로나 방전을 방출하고 신뢰할만한 점화를 제공한다면, 코로나 점화 시스템(20)은 에너지 회로(28)로부터 저장된 에너지를 사용하는 일 없이 동작할 수 있다.
그러나, 아크 방전이 일어나는 경우에, 또는 코로나 방전이 아크 방전으로 전환되는 경우에 신뢰할만한 점화를 보장하기 위해, 보충 에너지가 시동 및 시스템(20)이 동작함과 동시에 코로나 구동 회로(26)를 보조하는 에너지 회로(28)에 저장된다. 아크 방전의 경우에, 또는 코로나 방전이 아크 방전으로 전환되는 경우에, 코로나 구동 회로(26)의 에너지는 즉시 감소된다. 아크 방전에 의해 LC 공진기(48)에 저장된 적은 양의 에너지는 즉시 방전된다. 보통, 아크 방전은 단시간 동안 남아 있지만, 신뢰할만한 점화를 보장하기에는 충분히 길지 않다.
따라서, 아크 방전의 발생시에 신뢰할만한 점화를 보장하기 위해, 에너지 회로(28)에 저장된 에너지는 즉시 시스템(20) 내로 방전되고 궁극적으로는 전극(30)에 전송되어 아크 방전(29)을 의도적으로 유지시킨다. 저장된 에너지는 정교한 레벨 및 지속시간에서 아크 방전(29)을 유지하기에 충분히 많은 양이 전극(30)으로 전송되고, 의도적으로 유지된 아크 방전(29)은 연소실(32)내의 연료 및 공기의 혼합물을 점화시킨다.
상술된 바와 같이, 다양한 조건이 아크 방전의 시작을 트리거할 수 있지만, 아크 방전은 보통 전극(30)에 의해 제공된 전압이 특정 임계값을 초과할 때 발생한다. 당업계에 공지된 임의의 방법이 아크 방전의 시작 또는 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. 아크 방전의 검출시에, 아크 피드백 신호(56)는 에너지 컨트롤러(58)로 불리는, 에너지 회로(28)의 컨트롤러로 전송된다. 에너지 컨트롤러(58)는 아크 피드백 신호(56)를 수신한 다음, 아크 제어 신호(60)를 에너지 회로(28)에 전송하여 에너지 회로(28)가 전극(30)에 전송될 저장된 에너지를 방전하도록 시동 및 명령한다. 에너지 컨트롤러(58)는 ECU 또는 구동 회로 컨트롤러(36)와 일체화될 수 있거나 별개의 유닛일 수 있다.
에너지 회로(28)는 보통 추가 에너지를 저장하기 위한, 에너지 커패시터(62)로 불리는 커패시터를 포함하고 있다. 에너지 커패시터(62)는 보통, 100 내지 200 배 많은, 보통 코로나 점화 시스템(20)에 사용되는 다른 커패시터 또는 LC 공진 회로(48)에 의해 저장된 양보다 훨씬 더 많은 양의 에너지를 저장하고 있다. 상술된 바와 같이, 전형적인 코로나 점화 시스템(20)에 저장된 에너지량은 일단 아크 방전이 일어나면 아크 방전을 시작하고 유지하는데 충분하지 않다.
하나의 실시예에서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 코로나 점화 시스템(20)은 에너지 커패시터(62)에 엑스트라 에너지를 제공하는, 에너지 전원(68)으로 불리는 보충 전원을 포함하고 있다. 대안으로, 에너지 회로(28)에 공급된 에너지는 코로나 구동 회로(26)와 동일한 공급원으로부터 나올 수 있다. 다른 실시예에서, 엑스트라 에너지는 코로나 구동 회로(26)로부터 에너지 회로(28)로 전송된다.
에너지 컨트롤러(58)로부터 아크 제어 신호(60)를 수신시에, 에너지 회로(28)는 전극(30)에 궁극적으로 전송되는, 저장 에너지의 일부 또는 모두를 전송하거나 방전한다. 따라서, 아크 방전의 검출시에, 저장된 에너지원은 즉시 감소된다. 일단 저장된 에너지가 방전되면, 에너지 회로(28)는 즉시 리셋팅되고 보충 에너지가 다시 에너지 회로(28)에 공급된다. 이에 따라, 시스템(20)은 아크 방전의 다음 발생과 아크 제어 신호(60)의 수신에 전극(30)에 저장된 에너지를 방전시키도록 다시 준비된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 코로나 점화 시스템(20)은 다수의 상이한 경로, 예를 들어, 경로 A, B, C에 따라 저장된 에너지를 전극(30)에 전송할 수 있다. 초기에 에너지 회로(28)로부터 방전된 에너지는 보통 아크 방전을 시작하거나 유지하기에 크게 충분하지 않을 수 있는, 수백 볼트를 갖는다. 따라서, 시스템(20)은 에너지를 전극(30)에 전송하기 전에 에너지의 전압을 증가시키기 위해, 에너지 트랜스포머(70)로 불리는 다른 트랜스포머를 포함할 수 있다. 에너지 트랜스포머(70)는 에너지 회로(28)에 전기 접속되고 시스템(20)의 적어도 하나의 다른 부품, LC 회로(48) 또는 전극(30)에 전기 접속되는 제2 코일(72)로 불리는 금속의 적어도 하나의 코일을 포함하고 있다.
도 2 내지 도 4의 실시예에서, 에너지 트랜스포머(70)는 에너지 회로(28)로부터 저장된 에너지를 수신하고 궁극적으로 전극(30)에 전송하기 전에 이러한 에너지의 전압을 증가시킨다. 에너지 트랜스포머(70)는 또한 전극(30)과 에너지 회로(28) 사이에 전송되는 에너지를 차단하고 회로(26, 28, 48)가 손상되는 것을 방지하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 트랜스포머(70)는 코로나 구동 회로(26)의 구동 트랜스포머(44)와 통합된다. 다른 실시예에서, 에너지 트랜스포머(70)는 LC 회로(48)의 공진 인덕터(46)와 통합된다. 또 다른 실시예에서, 초고압 전압이 에너지 회로(28)의 에너지 커패시터(68)에 저장되어서 에너지 트랜스포머(70)는 필요하지 않다.
하나의 실시예에 따라, 점화를 보장할 수 있는 정교한 아크 방전(29)을 유지하기 위해, 저장된 에너지는 에너지 회로(28)로부터 방전되고 순간적으로 방전되기 보다는 사전결정된 시간 동안 전극(30)에 전송된다. 하나의 실시예에서, 시상수로 불리는 사전결정된 시간은 대략 1 밀리초이다. 이러한 시상수는 공진 인덕터(46)의 전압(L1) 및 점화 단부 어셈블리(22)의 커패시턴스(C1)과 비교함으로써 양자화될 수 있다. 이러한 시상수는 L1/C1 보다 길어야 하는데, 보통 100 내지 2000 배 길어야 한다. 에너지 회로(28), 에너지 트랜스포머(70) 및 LC 회로(48)는 사전결정된 시상수를 충족시키도록 프로그램화되어 있다.
사전결정된 시상수를 달성하고 정교한 아크 방전(29)을 얻기 위해, 적어도 하나의 차단 소자(74)가 사전결정된 시간 동안 전극(30), 코로나 구동 회로(26), 에너지 회로(28) 및 시스템(20)의 다른 부품으로 그리고 이들로부터 또는 이들 사이에 에너지가 전송되는 것을 차단하기 위해 사용될 수 있다. 차단 소자(74)는 또한 시스템(20)의 부품 사이의 에너지 전송을 촉진하도록 설계될 수 있다. 하나의 실시예에서, 차단 소자(74)는 수동형인데, 예를 들어, 저항 부품 및 리액티브 부품으로 구성된 필터이다. 다른 실시예에서, 차단 소자(74)는 선형 수동 소자, 예를 들어, 다이오드, TVS, 또는 스파크 갭 유닛을 포함하고 있다. 또 다른 실시예에서, 차단 소자(74)는 완전 능동형인데, 예를 들어, 트랜지스터이다. 에너지가 코로나 구동 회로(26)에 의해 에너지 회로(28)에 공급되는 또 다른 실시예에서, 차단 소자(74)는 에너지를 코로나 구동 회로(26)로부터 에너지 커패시터(62)로 전송하도록 사용된다. 차단 소자(74)의 설계 및 이들의 구현은 코로나 점화 시스템(20)의 특정 요구사항 및 시스템(20)의 적용에 따라 달라진다.
도 2는 에너지 회로(28)가 저장된 에너지를 경로 A를 따라 전극(30)에 전송하는 하나의 실시예를 도시한 도면이다. 이러한 실시예에 따라, 에너지 트랜스포머(70)는 에너지 회로(28)와 LC 회로(48)의 공진 인덕터(46) 사이에 배치되어 있다. 저장된 에너지는 에너지 회로(28)로부터 에너지 트랜스포머(70)를 통한 후, LC 회로(48)의 공진 인덕터(46)를 통과하여 최종적으로 전극(30)에 전송된다. 에너지 트랜스포머(70)는 저장된 에너지를 LC 회로(48)에 전송하기 전에, 저장된 에너지의 전압을 증가시킨다. 도 2의 실시예는 또한, 에너지가 전극(30)과 코로나 구동 회로(26) 또는 에너지 회로(28) 사이에 전송되는 것을 차단하기 위해 에너지 트랜스포머(70)와 LC 회로(48) 사이에 하나의 차단 소자(74), 그리고 LC 회로(48)와 코로나 구동 회로(26) 사이에 다른 차단 소자(74)를 포함하고 있다. 에너지 회로(28), 에너지 트랜스포머(70) 및 차단 소자(74)는 정교한 아크 방전(29)을 달성하기 위해 시상수에 따라, 저장된 에너지를 전달하도록 프로그램화되어 있다.
도 3은 에너지 회로(28)가 저장된 에너지를 경로 B를 따라 전극(30)에 전송하고 에너지 트랜스포머(70)가 LC 회로(48)와 일체화된 다른 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예는 보다 단순한 구성 및 그로 인한 저렴한 비용으로 인해 도 2 및 도 4의 실시예에 비해 바람직한 경우가 많다. 일체화된 에너지 트랜스포머(70)는 공진 인덕터(46)의 제1 코일(50)을 제2 코일(72)과 자기 결합시킴으로써 형성되어 있다. 소수의 권선횟수의 제2 코일(72)이 공진 인덕터(46)의 제1 코일(50)과 동일한 자기 코어에 감겨져 있지만, 제2 코일(72)은 제1 코일(50)로부터 전기 절연되어 있다. 저장된 에너지는 에너지 회로(28)로부터 일체화된 에너지 트랜스포머(70) 및 LC 회로(48)를 통해 최종적으로 전극(30)으로 전송된다. 일체화된 에너지 트랜스포머(70)는 저장된 에너지를 전극(30)에 전송하기 전에, 저장된 에너지의 전압을 증가시킨다. 도 3의 실시예는 또한 일체화된 에너지 트랜스포머(70)와 LC 회로(48) 사이에 하나의 차단 소자(74)를 포함하고 있다. 이러한 차단 소자(74)는 아크 방전이 아직 발생하지 않았을 때의 코로나 방전으로부터의 에너지와 같은 에너지를 에너지 회로(28)가 전극(30)으로부터 흘리는("bleeding") 것을 차단할 수 있다. 대안으로, 차단 소자(74)는 임의의 흘린 에너지를 에너지 회로(28)의 에너지 커패시터(62)에 다시 전송할 수 있다. 에너지 회로(28), 트랜스포머 및 차단 소자(74)는 정교한 아크 방전을 달성하기 위해 사전결정된 시간동안 그리고 시상수에 따라, 저장된 에너지를 전달하도록 프로그램화되어 있다.
도 4는 에너지 회로(28)가 저장된 에너지를 경로 C를 따라 전극(30)에 전송하는 다른 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예에 따라, 에너지 트랜스포머(70)는 LC 회로(48)의 공진 인덕터(46)를 보조하고 에너지 회로(28)와 전극(30) 사이에 배치되어 있다. 이러한 실시예에서, 에너지는 에너지 회로(28)로부터 전극(30)으로 직접 전송되고, LC 회로(48)를 통과하지 않는다.
도 4의 실시예는 또한 방전이 일어나기 전에, 코로나 방전등과 같은 에너지가 전극(30)으로부터 다시 회로(26, 28, 48)로 전송되는 것을 차단하기 위해 에너지 트랜스포머(70)와 LC 회로(48) 사이에 하나의 차단 소자(74)를 포함하고 있다. 다른 차단 소자(74)는 코로나 구동 회로(26)와 LC 회로(48) 사이에 위치되어 에너지가 전극(30)으로부터 다시 코로나 구동 회로(26)로 전송되는 것을 차단하고 LC 회로(48)를 통한 에너지 전송을 허용한다. 에너지 회로(28), 에너지 트랜스포머(70), 및 차단 소자(74)는 정교한 아크 방전을 달성하기 위해 사전결정된 시간 동안, 저장된 에너지를 전달하도록 프로그램화되어 있다.
본 발명의 다른 특징은 연소실의 연료 및 공기의 혼합물을 점화시키는 방법을 제공한다. 상술된 바와 같이, 방법은 에너지를 에너지 회로(28)에 공급하면서 에너지 및 구동 제어 신호(48)를 코로나 구동 회로(26)에 공급하는 단계를 포함하고 있다. 그다음, 방법은 전극(30)으로부터 전기 방전을 방출할 수 있는 양의 에너지를 코로나 구동 회로(26)로부터 전극(30)에 전송하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 에너지를 코로나 구동 회로(26)로부터 전극(30)으로 전송하는 단계는 코로나 방전을 방출하고 아크 방전을 피할 수 있는 사전결정된 양의 에너지를 결정하고 전송하는 단계를 포함한다.
에너지가 코로나 구동 회로(26)로부터 전극(30)으로 전송될 때, 방법은 코로나 구동 회로(26)를 보조하는 에너지 회로(28)에 에너지를 공급하고 저장하는 단계를 포함한다. 에너지를 에너지 회로(28)에 저장하는 단계는 보통 에너지 회로(28)의 에너지 커패시터(62)를 충전하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 에너지를 저장하는 단계는 에너지를 코로나 구동 회로(26)로부터 에너지 회로(28)로 전송하는 단계를 포함한다.
본 방법은 또한 전극(30)으로부터의 아크 방전을 검출하는 단계를 포함한다. 일단 아크 방전의 시작이 검출되면, 방법은 아크 피드백 신호(56)를 에너지 컨트롤러(58)에 전송한 후에 아크 제어 신호(60)를 에너지 컨트롤러(58)로부터 에너지 회로(28)로 전송하는 단계를 포함한다. 아크 제어 신호(60)는 저장된 에너지를 에너지 회로(28)로부터 전극(30)으로 전송하거나 방전하여서 아크 방전(29)을 의도적으로 유지하는 단계를 시작한다.
충분한 저장된 에너지가 전극(30)에 방전되고 전송되자마자 방법은 에너지 회로(28)의 에너지 커패시터(62)를 재충전하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 아크 방전(29)을 의도적으로 유지할 수 있는 충분한 양의 에너지를 에너지 회로(28)에 유지시키는 단계를 포함한다. 따라서, 시스템(20)은 아크 방전의 다음 발생을 위해 즉시 준비된다.
상술된 바와 같이, 정교한 아크 방전(29)을 유지하기 위해, 본 방법은 사전결정된 시간 동안, 시상수에 따라, 저장된 에너지를 전극(30)에 전송하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 본 방법은 사전결정된 시간, 또는 시상수를 계산하는 단계 및 이러한 시상수를 아크 제어 신호(60)로 에너지 회로(28)에 전달하는 단계를 포함한다. 본 방법은 보통 저장된 에너지를 전극(30)에 전송하기 전에, 저장된 에너지의 전압을 에너지 트랜스포머(70)에 의해 증가시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 본 방법은 저장된 에너지를 에너지 회로(28)로부터 전극(30)으로 전송하는 동안과 같은 사전결정된 시간 동안, 에너지가 전극(30), 코로나 구동 회로(26), 에너지 회로(28), 또는 시스템(20)의 다른 부품으로 그리고 이들로부터 또는 이들 사이에 전송되는 것을 차단하거나 허용하기 위해 차단 소자(74)를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 많은 수정 및 변형이 본원으로부터 가능하고, 상술된 것 달리 첨부된 청구범위내에서 실행될 수 있다는 것은 명백하다. 이러한 설명은 본 발명의 임의의 조합을 포함하는 것으로 해석되어져야 한다. 또한, 청구범위의 부재번호는 단지를 편의를 위한 것일 뿐 제한을 위한 것이 아니다. 또한 청구범위의 부재번호는 단지 편의를 위한 것일 뿐 한정을 위한 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 연소실(32)의 연료 및 공기의 혼합물을 점화하기 위한 코로나 점화 시스템(20)으로서,
    전기 방전을 제공하기 위한 전극(30),
    비의도적 아크 방전으로 전환되는 일 없이 코로나 방전을 유지시킬 수 있는 양의 에너지를 상기 전극(30)에 전송하는 코로나 구동 회로(26), 및
    상기 코로나 구동 회로(26)가 상기 에너지를 상기 전극(30)에 전송하는 동안 에너지를 저장하고 비의도적 아크 방전의 검출시에 상기 저장된 에너지를 상기 전극(30)에 전송하여 아크 방전(29)을 의도적으로 유지하도록 상기 코로나 구동 회로(26)를 보조하는 에너지 회로(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  2. 제1항에 있어서, 상기 아크 방전의 검출시에 아크 피드백 신호(56)를 수신하고 아크 제어 신호(60)를 상기 에너지 회로(28)에 전송하는 에너지 컨트롤러(58)를 포함하고, 상기 아크 제어 신호(60)는 상기 저장된 에너지를 상기 전극(30)에 전송하는 것을 시작하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  3. 제1항에 있어서, 상기 에너지 회로(28)는 에너지를 저장하기 위한 에너지 커패시터(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  4. 제1항에 있어서, 커패시턴스를 갖고 있고 상기 전극을 포함하는 점화 단부 어셈블리(22)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  5. 제4항에 있어서, 상기 에너지를 상기 전극(30)에 전송하기 전에 상기 에너지를 변환하기 위한, 상기 점화 단부 어셈블리(22)의 커패시턴스 및 공진 인덕터를 포함하는 LC 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  6. 제5항에 있어서, 상기 저장된 에너지의 전압을 증가시키기 위한, 상기 에너지 회로(28) 및 상기 LC 회로(48)의 상기 공진 인덕터(46)에 전기 접속된 에너지 트랜스포머(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  7. 제6항에 있어서, 상기 에너지 트랜스포머(70)는 상기 저장된 에너지를 상기 공진 인덕터(46)를 통해 전송하기 위해 상기 에너지 회로(28)와 상기 LC 회로(48)의 상기 공진 인덕터(46) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  8. 제6항에 있어서, 상기 에너지 트랜스포머(70)는 상기 LC 회로(48)의 상기 공진 인덕터(46)와 일체화된 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  9. 제6항에 있어서, 상기 에너지 트랜스포머(70)는 상기 저장된 에너지를 상기 전극(30)에 직접 전송하기 위해 상기 LC 회로(48)의 상기 공진 인덕터(46)를 보조하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  10. 제1항에 있어서, 상기 코로나 구동 회로(26) 및 상기 에너지 회로(28)중 적어도 하나와 상기 전극(30) 사이에 사전결정된 시간 동안 에너지가 전송되는 것을 차단하는 차단 소자(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 점화 시스템(20).
  11. 연소실(32)의 연료 및 공기의 혼합물을 점화하기 위한 방법으로서,
    비의도적 아크 방전으로 전환되는 일 없이 코로나 방전을 유지시킬 수 있는 양의 에너지를 코로나 구동 회로(26)로부터 전극(30)으로 전송하는 단계,
    상기 전극(30)에 에너지를 제공하는 동안 상기 코로나 구동 회로(26)를 보조하는 에너지 회로(28)에 에너지를 저장하는 단계,
    상기 전극(30)으로부터 방출되는 비의도적 아크 방전을 검출하는 단계, 및
    상기 비의도적 아크 방전의 검출시에 상기 저장된 에너지를 에너지 회로(28)로부터 전극(30)으로 전송함으로써 비의도적 아크 방전(29)을 의도적으로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 아크 방전의 검출시에 상기 저장된 에너지를 전송하는 단계를 시작하기 위해 상기 에너지 회로(28)에 아크 제어 신호(60)를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 아크 방전의 검출시에 상기 아크 제어 신호(60)를 전송하는 단계를 시작하기 위해 아크 피드백 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 저장된 에너지를 에너지 회로(28)로부터 전극(30)으로 전송하는 단계는 아크 방전(29)을 유지시킬 수 있는 양의 에너지를 에너지 회로(28)에 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 에너지를 저장하는 단계는 에너지 회로(28)의 에너지 커패시터(62)를 충전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 저장된 에너지를 에너지 회로(28)로부터 전극(30)으로 전송시에 에너지 회로(28)의 에너지 커패시터(62)를 재충전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 저장된 에너지를 전극(30)에 사전결정된 시간 동안 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 저장된 에너지를 전극(30)에 전송하기 전에 상기 저장된 에너지의 전압을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 에너지를 저장하는 단계는 에너지를 코로나 구동 회로(26)로부터 에너지 회로(28)로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
  20. 제11항에 있어서, 코로나 구동 회로(26) 및 에너지 회로(28)중 적어도 하나와 전극(30) 사이에 사전결정된 시간 동안 에너지가 전송되는 것을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 방법.
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