特許 6449887 コロナ点火システムを駆動するためのリアルモード方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6449887

(24)【登録日】2018年12月14日

(45)【発行日】2019年1月9日

(54)【発明の名称】コロナ点火システムを駆動するためのリアルモード方法

(51)【国際特許分類】

   F02P 23/04 20060101AFI20181220BHJP

   F02P 3/01 20060101ALI20181220BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20181220BHJP

【ＦＩ】

   F02P23/04 B

   F02P3/01 A

   H05H1/24

【請求項の数】20

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-538651(P2016-538651)

(86)(22)【出願日】2014年12月12日

(65)【公表番号】特表2017-508907(P2017-508907A)

(43)【公表日】2017年3月30日

(86)【国際出願番号】US2014069974

(87)【国際公開番号】WO2015089378

(87)【国際公開日】20150618

【審査請求日】2017年9月5日

(31)【優先権主張番号】61/931,131

(32)【優先日】2014年1月24日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/568,266

(32)【優先日】2014年12月12日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/950,991

(32)【優先日】2014年3月11日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/568,330

(32)【優先日】2014年12月12日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/915,088

(32)【優先日】2013年12月12日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/072,530

(32)【優先日】2014年10月30日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/568,438

(32)【優先日】2014年12月12日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/568,219

(32)【優先日】2014年12月12日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/090,096

(32)【優先日】2014年12月10日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】506146389

【氏名又は名称】フェデラル−モーグル・イグニション・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＦＥＤＥＲＡＬ−ＭＯＧＵＬ ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】バローズ，ジョン・アントニー

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００５５４５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５１４２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２０８３９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５１７１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２４９１６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｐ １／００− ３／１２

Ｆ０２Ｐ ７／００−１７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コロナ点火システムであって、
無線周波数における電流を受取り、無線周波数電界をもたらすコロナ点火器と、
前記コロナ点火器によって受取られた電流に関する情報を含むフィルタリングされていない電流信号を取得する電流センサと、
前記電流センサから前記フィルタリングされていない電流信号を受信し、調整された電流信号を供給する信号フィルタおよび信号調整装置の少なくとも一方とを備え、前記調整された電流信号は、前記フィルタリングされていない電流信号の第１のゼロ交差に後続する第１の時間遅延の終わりにおいて生じる立下りエッジを含み、さらに、
前記調整された電流信号を受信し、前記調整された電流信号の前記立下りエッジに応答して第２の時間遅延を開始し、第１のタイマー信号を供給する第１のタイマーを備え、前記第１のタイマー信号は、前記第２の時間遅延の終わりにおいて立下りエッジを含み、前記第２の時間遅延は、前記第１のゼロ交差に後続する前記フィルタリングされていない電流信号の第２のゼロ交差の前に終わり、さらに、
前記第１のタイマーから前記第１のタイマー信号を受信し、第１の出力信号を供給する第２のタイマーを備え、前記第１のタイマー信号の前記立下りエッジにおける前記第２の時間遅延の終わりにおいて第３の時間遅延が始まり、前記第１の出力信号は、前記第３の時間遅延の初めにおいて立上りエッジを含み、さらに、
前記第１の出力信号を受信し、前記第３の時間遅延の終わりにおいて起動される第１のスイッチを備え、前記第３の時間遅延は、前記フィルタリングされていない電流信号の前記第２のゼロ交差においてまたは前記第２のゼロ交差後に終わり、起動された前記第１のスイッチは、エネルギ源から前記コロナ点火器に電流が流れることを可能にする、コロナ点火システム。

【請求項2】

前記第２のタイマーは、前記第１の出力信号の前記立上りエッジにおいて始まり、前記第１の出力信号の前記立下りエッジにおいて終わる第４の時間遅延を開始し、前記第４の時間遅延の終わりは、前記フィルタリングされていない電流信号の第３のゼロ交差の前に生じ、前記第１のスイッチは、前記第１の出力信号の前記立下りエッジにおいて始まり、前記第３のゼロ交差の前にまたは前記第３のゼロ交差において終わる第５の時間遅延の終わりにおいて停止される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記コロナ点火器によって受取られた電流のゼロ交差のうちの１つにおいてまたは隣接して前記第１のスイッチが起動されるかまたは停止されるように、第２の時間遅延および第４の時間遅延を設定するコントローラを含む、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記コントローラは電圧を受取り、前記コロナ点火器によって受取られたコロナ放電の形成のための電圧のゼロ交差が前記フィルタリングされていない電流信号の前記ゼロ交差と同時ではない場合、前記コントローラは、前記第２の時間遅延および前記第４の時間遅延のうち少なくとも一方を調節する、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記コントローラは、前記タイマーのうちの１つへのイネーブル信号を開始して、前記第１のスイッチを起動し、かつ前記電流センサが電流に関する情報を取得する前に前記エネルギ源から前記コロナ点火器に電流が流れることを可能にする、請求項３に記載のシステム。

【請求項6】

前記タイマーは、前記コントローラから電気的に独立している、請求項３に記載のシステム。

【請求項7】

前記調整された電流信号は、前記第１のスイッチに伝達される前に前記コントローラに伝達されることなく、前記電流センサから前記第１のスイッチに伝達される、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記調整された電流信号は、前記フィルタリングされていない電流信号の第４のゼロ交差に後続する第６の時間遅延の終わりにおいて生じる立上りエッジを含み、前記第６の時間遅延は前記第１の時間遅延と等しく、
第３のタイマーは、前記調整された電流信号を受信し、前記調整された電流信号の立上りエッジに応答して第７の時間遅延を開始し、第２のタイマー信号を供給し、前記第７の時間遅延は前記第２の時間遅延と等しく、前記第２のタイマー信号は、前記第７の時間遅延の終わりにおいて立上りエッジを含み、前記第７の時間遅延は、前記第４のゼロ交差に後続する前記フィルタリングされていない電流信号の第５のゼロ交差の前に終わり、
第４のタイマーは、前記第３のタイマーから前記第２のタイマー信号を受信し、第２の出力信号を供給し、第８の時間遅延は、前記第２のタイマー信号の前記立上りエッジにおける前記第７の時間遅延の終わりにおいて始まり、前記第８の時間遅延は前記第３の時間遅延と等しく、前記第２の出力信号は、前記第８の時間遅延の初めにおいて立下りエッジを含み、
第２のスイッチは、前記第２の出力信号を受信し、前記第８の時間遅延の終わりにおいて起動され、前記第８の時間遅延は、前記フィルタリングされていない電流信号の前記第５のゼロ交差においてまたは前記第５のゼロ交差後に終わり、起動された前記第２のスイッチは、前記エネルギ源から前記コロナ点火器に電流が流れることを可能にする、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記第４のタイマーは、前記第２の出力信号の前記立下りエッジにおいて始まり、前記第２の出力信号の前記立上りエッジにおいて終わる第９の時間遅延を開始し、前記第９の時間遅延は前記第４の時間遅延と等しく、前記第９の時間遅延の終わりは、前記フィルタリングされていない電流信号の第６のゼロ交差の前に生じ、前記第２のスイッチは、前記第２の出力信号の前記立上りエッジにおいて始まり、前記第６のゼロ交差前にまたは前記第６のゼロ交差において終わる第１０の時間遅延の終わりにおいて停止され、前記第１０の時間遅延は前記第５の時間遅延と等しい、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記フィルタリングされていない電流信号の前記ゼロ交差のうちの１つにおいてまたは隣接して前記スイッチが起動されるかまたは停止されるように前記第７の時間遅延および前記第９の時間遅延を設定するコントローラを含む、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記コロナ点火器は電圧を受取り、前記コロナ点火器によって受取られた電圧のゼロ交差が前記フィルタリングされていない電流信号のゼロ交差と同時ではない場合、前記コントローラは、前記第７の時間遅延および前記第９の時間遅延の少なくとも一方を調節する、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記第１、第３、第５、第６、第８、および第１０の時間遅延は、固定され、前記電流センサ、前記信号フィルタおよび／または前記信号調整装置、前記タイマー、ならびに前記スイッチの設計に少なくとも部分的に基づく、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

コロナ放電システムを制御する方法であって、
コロナ点火器に無線周波数でエネルギを供給するステップと、
前記コロナ点火器によって受取られた電流に関する情報を含むフィルタリングされていない電流信号を取得するステップと、
前記フィルタリングされていない電流信号の第１のゼロ交差に後続する第１の時間遅延の終わりにおいて生じる立下りエッジを含む調整された電流信号を供給するステップと、
前記調整された電流信号の前記立下りエッジに応答して第２の時間遅延を開始し、第１のタイマー信号を供給するステップとを備え、前記第１のタイマー信号は、前記第２の時間遅延の終わりにおいて立下りエッジを含み、前記第２の時間遅延は、前記第１のゼロ交差に後続する前記フィルタリングされていない電流信号の第２のゼロ交差の前に終わり、さらに、
第３の時間遅延の初めにおいて立上りエッジを含む出力信号を供給するステップを備え、前記第３の時間遅延は、前記第１のタイマー信号の前記立下りエッジにおける前記第２の時間遅延の終わりにおいて始まり、さらに、
前記第３の時間遅延の終わりにおいて前記第１の出力信号によって第１のスイッチを起動するステップを備え、前記第３の時間遅延は、前記フィルタリングされていない電流信号の前記第２のゼロ交差においてまたは前記第２のゼロ交差後に終わり、起動された前記第１のスイッチは、エネルギ源から前記コロナ点火器に電流が流れることを可能にする、方法。

【請求項14】

前記第１の出力信号の前記立上りエッジにおいて始まり、前記第１の出力信号の立下りエッジにおいて終わる第４の時間遅延を開始することを含み、前記第４の時間遅延の終わりは、前記フィルタリングされていない電流信号の第３のゼロ交差の前に生じ、さらに、前記第１の出力信号の前記立下りエッジにおいて始まり、前記第３のゼロ交差前にまたは前記第３のゼロ交差において終わる第５の時間遅延の終わりにおいて前記第１のスイッチを停止することを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記コロナ点火器によって受取られた電流のゼロ交差のうちの１つにおいてまたは隣接して前記第１のスイッチが起動されるかまたは停止されるように、第２の時間遅延および第４の時間遅延を設定することを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記コロナ点火器によって受取られたコロナ放電の形成のための電圧のゼロ交差が前記フィルタリングされていない電流信号の前記ゼロ交差と同時ではない場合、前記第２の時間遅延および前記第４の時間遅延のうち少なくとも一方を調節することを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記タイマーのうちの１つへのイネーブル信号を開始して、前記第１のスイッチを起動し、かつ前記電流センサが電流に関する情報を取得する前に前記エネルギ源から前記コロナ点火器に電流が流れることを可能にすることを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記調整された電流信号は、前記第１のスイッチに伝達される前に前記コントローラに伝達されることなく、前記電流センサから前記第１のスイッチに伝達される、請求項１３に記載の方法。

【請求項19】

前記調整された電流信号は、前記フィルタリングされていない電流信号の第４のゼロ交差に後続する第６の時間遅延の終わりにおいて生じる立上りエッジを含み、前記第６の時間遅延は前記第１の時間遅延と等しく、
前記調整された電流信号の立上りエッジに応答して第７の時間遅延を開始し、第２のタイマー信号を供給し、前記第７の時間遅延は前記第２の時間遅延と等しく、前記第２のタイマー信号は、前記第７の時間遅延の終わりにおいて立上りエッジを含み、前記第７の時間遅延は、前記第４のゼロ交差に後続する前記フィルタリングされていない電流信号の第５のゼロ交差の前に終わり、
第８の時間遅延の初めにおいて立下りエッジを含む第２の出力信号を供給し、前記第８の時間遅延は、前記第２のタイマー信号の前記立上りエッジにおける前記第７の時間遅延の終わりにおいて始まり、前記第８の時間遅延は前記第３の時間遅延と等しく、
前記第８の時間遅延の終わりにおいて前記第２の出力信号によって第２のスイッチを起動し、前記第８の時間遅延は、前記フィルタリングされていない電流信号の前記第５のゼロ交差においてまたは前記第５のゼロ交差後に終わり、起動された前記第２のスイッチは、前記エネルギ源から前記コロナ点火器に電流が流れることを可能にし、
前記第２の出力信号の前記立下りエッジにおいて始まり、前記第２の出力信号の前記立上りエッジにおいて終わる第９の時間遅延を開始し、前記第９の時間遅延は前記第４の時間遅延と等しく、前記第９の時間遅延の終わりは、前記フィルタリングされていない電流信号の第６のゼロ交差の前に生じ、
前記第２の出力信号の前記立上りエッジにおいて始まり、前記第６のゼロ交差前にまたは前記第６のゼロ交差において終わる第１０の時間遅延の終わりにおいて前記第２のスイッチを停止し、前記第１０の時間遅延は前記第５の時間遅延と等しい、請求項１３に記載の方法。

【請求項20】

前記コロナ点火器によって受取られた電圧のゼロ交差が前記フィルタリングされていない電流信号の前記ゼロ交差と同時ではない場合、前記第７および第９の時間遅延のうち少なくとも一方を調節することを含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本米国特許出願は、２０１３年１２月１２日に提出された米国仮特許出願番号第６１／９１５，０８８号（代理人番号７１０２４０−６７９３；ＩＡ−５０１２９）、２０１４年１月２４日に提出された米国仮特許出願番号第６１／９３１，１３１号（代理人番号７１０２４０−６８３０；ＩＡ−５０１３４）、２０１４年３月１１日に提出された米国仮特許出願番号第６１／９５０，９９１号（代理人番号７１２０４０−６９０１；ＩＡ−５０１４７）、２０１４年１０月３０日に提出された米国仮特許出願番号第６２／０７２，５３０号（代理人番号７１０２４０−７３４６；ＩＡ−５１０２９−１）、２０１４年１２月１０日に提出された米国仮特許出願番号第６２／０９０，０９６号（代理人番号７１０２４０−７３５６；ＩΑ−５０３５９）、２０１４年１２月１２日に提出された米国実用新案出願番号第１４／５６８，２１９号（代理人番号７１０２４０−７４０４；ＩＡ−５０１２９およびＩＡ−５０１２９−１）、２０１４年１２月１２日に提出された米国実用新案出願番号第１４／５６８，２６６号（代理人番号７１０２４０−７４０９；ＩＡ−５０１４７）、２０１４年１２月１２日に提出された米国実用新案出願番号第１４／５６８，３３０号（代理人番号７１０２４０−７４１０；１Ａ−５０３５９）、および２０１４年１２月１２日に提出された米国実用新案出願番号第１４／５６８，４３８号（代理人番号７１０２４０−７４１１；ＩＡ−５０１３４）の恩恵を主張し、各々の内容全体を引用によって本願明細書において援用する。

【0002】

発明の背景
１．発明の分野
この発明は概して、コロナ放電点火システムに関し、より特定的には、コロナ点火システムに供給されるエネルギを制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0003】

２．関連技術
コロナ放電点火システムは、交流電圧および電流を供給し、高電位電極と低電位電極とを高速で連続的に反転させ、コロナ放電の形成を強化し、アーク形成のための機会を最小化する。システムは、中央電極が高い無線周波数電圧電位に充電され、燃焼室において強い無線周波数電界を生成しているコロナ点火器を含む。電界は、燃焼室における燃料および空気の混合物の一部分をイオン化し絶縁破壊を開始させ、混合気の燃焼を容易にする。これは点火事象と称される。電界は、混合気が誘電特性を維持し、非熱的プラズマとも称されるコロナ放電が生じるように制御されることが好ましい。混合気のイオン化された部分は火炎前面を形成し、次いで自律的となり、混合気の残りの部分を燃焼する。電極と、点火器の接地筒壁、ピストン、金属シェル、または他の部分との間で熱プラズマおよび電気アークを生成することになるであろうすべての誘電特性を混合気が失わないように電界が制御されることが好ましい。

【0004】

その上、共振周波数動作によって、コロナ点火器が高い出力および効率を提供することが可能となるため、好ましいコロナ放電点火システムは、コロナ点火器がその共振周波数で駆動されるように動作する。しかしながら、共振周波数と等しくまたは近くなるようにコロナ点火器の駆動周波数を厳密に制御することは困難である。特に、コロナ点火器の設計は絶えず発展し向上しており、共振周波数の変化をもたらすからである。たとえば、共振周波数動作を実現しようとして使用されるある最近開発された方法は、正確な周波数へのロックを実現するために複数のサイクルを必要とし、迅速な周波数変化に厳密に追従することができない。別の方法は、限定された周波数範囲のみにわたる動作を可能にする。第３の方法は、プログラマブルデジタルコントローラまたはプログラマブル混合信号コントローラを利用して好適なタイミングおよび精度でシステムのスイッチを制御するが、この種のコントローラは複雑な仕様を必要とし、高いオーバーヘッドおよびしたがって高コストにつながる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

発明の概要
発明の一局面は、費用がかかるコントローラなしに、コロナ点火器の共振周波数においてまたはその近くで動作することが可能であり、かつ共振周波数の変化に迅速に適合することが可能なコロナ点火システムを提供する。当該システムは、無線周波数において電流を受取り、無線周波数電界を供給するコロナ点火器を含む。電流センサは、コロナ点火器によって受取られた電流に関する情報を含むフィルタリングされていない電流信号を取得する。信号フィルタおよび信号調整装置の少なくとも一方は、電流センサからフィルタリングされていない電流信号を受信し、調整された電流信号を供給する。調整された電流信号は、フィルタリングされていない電流信号の第１のゼロ交差に後続する第１の時間遅延の終わりにおいて生じる立下りエッジを含む。第１のタイマーは、調整された電流信号を受信し、調整された電流信号の立下りエッジに応答して第２の時間遅延を開始する。第１のタイマーは第１のタイマー信号も供給し、第１のタイマー信号は、第２の時間遅延の終わりにおいて立下りエッジを含み、第２の時間遅延は、第１のゼロ交差に後続するフィルタリングされていない電流信号の第２のゼロ交差の前に終わる。第２のタイマーは、第１のタイマーから第１のタイマー信号を受信し、第１の出力信号を供給する。第１のタイマー信号の立下りエッジにおける第２の時間遅延の終わりにおいて第３の時間遅延が始まり、第１の出力信号は、第３の時間遅延の初めにおいて立上りエッジを含む。第１のスイッチは、第１の出力信号を受信し、第３の時間遅延の終わりにおいて起動され、第３の時間遅延は、フィルタリングされていない電流信号の第２のゼロ交差においてまたは第２のゼロ交差後に終わる。起動された第１のスイッチは、エネルギ源からコロナ点火器に電流が流れることを可能にする。

【0006】

発明の別の局面は、コロナ放電システムを制御する方法を提供する。当該方法は、コロナ点火器に無線周波数でエネルギを供給するステップと、コロナ点火器によって受取られた電流に関する情報を含むフィルタリングされていない電流信号を取得するステップとを含む。当該方法はさらに、フィルタリングされていない電流信号の第１のゼロ交差に後続する第１の時間遅延の終わりにおいて生じる立下りエッジを含む調整された電流信号を供給するステップと、調整された電流信号の立下りエッジに応答して第２の時間遅延を開始し、第１のタイマー信号を供給するステップとを含み、第１のタイマー信号は、第２の時間遅延の終わりにおいて立下りエッジを含み、第２の時間遅延は、第１のゼロ交差に後続するフィルタリングされていない電流信号の第２のゼロ交差の前に終わり、さらに、第３の時間遅延の初めにおいて立上りエッジを含む出力信号を供給するステップを含み、第３の時間遅延は、第１のタイマー信号の立下りエッジにおける第２の時間遅延の終わりにおいて始まる。当該方法は次いで、第３の時間遅延の終わりにおいて第１の出力信号によって第１のスイッチを起動するステップを含み、第３の時間遅延は、フィルタリングされていない電流信号の第２のゼロ交差においてまたは第２のゼロ交差後に終わり、起動された第１のスイッチは、エネルギ源からコロナ点火器に電流が流れることを可能にする。

【0007】

システムおよび方法は、電流の１回のゼロ交差の検出に基づくスイッチのタイミングの制御を提供し、ゆえに正確な周波数を迅速に自動追跡し、共振周波数の変化に迅速に応答することができる。スイッチを起動するために用いられるタイマーは、広範囲の間隔にわたってプログラムされることができ、広範囲の駆動周波数に対応することが可能となる。その上、タイマーがスイッチを起動することによるタイミング信号の生成は、コントローラの他の機能、たとえば車両との通信、電源の管理などとは無関係である。この分離により、コントローラに対する計算負荷が大幅に低減されることが可能となり、したがって、より少数の、かつ／またはより安価なコントローラの使用が可能となる。したがって本発明は、高解像度制御を可能にしつつ、コロナ点火器の共振周波数に、またはその付近に駆動周波数を維持するための、より費用効率の高いシステムおよび方法を提供する。

【0008】

図面の簡単な説明
本発明の他の利点は、添付の図面に関連して考慮されると以下の詳細な説明を参照することでより良く理解されるようになるため、容易に認識されることになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】発明の第１の例示的な実施形態に係るコロナ放電点火システムのブロック図である。

【図2】例示的な実施形態に係る、図１のシステムのコロナ点火器の入力における電流を例示するフィルタリングされていない電流信号Ｓ１、コロナ点火器における電流とよく似ているフィルタリングされた電流信号Ｓ２、およびコロナ点火器における電流の位相を示す調整された電流信号Ｓ３のグラフを含む図である。

【図3】例示的な実施形態に係る、コロナ点火器に供給されるエネルギを制御するために図２の調整された電流信号Ｓ３がどのように用いられるかを例示するグラフを含む図である。

【図4】発明の第２の例示的な実施形態に係るコロナ放電点火システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

発明の一局面は、システム２０のコロナ点火器２２の共振周波数とほぼ等しい駆動周波数を正確に維持するための費用効率の高いコロナ点火システム２０を提供する。コロナ点火器２２に加えて、システム２０は、電流センサ２４、コントローラ３４から電気的に独立した少なくとも２つのカスケード接続されたタイマー２６，２８，３０，３２、および少なくとも２つのスイッチ３６，３８も含む。動作中に、電流センサ２４はコロナ点火器２２の入力４０における電流を測定する。電流に関連した情報を含む調整された電流信号Ｓ３は、最終的に一対のタイマー２６，２８，３０，３２を起動し、結果としてスイッチ３６，３８の一方を制御し駆動する。比較のためのシステム２０とは異なり、調整された電流信号Ｓ３は、スイッチ３６または３８を駆動する前にコントローラ３４によって処理されない。

【0011】

システム２０および方法は、電流の１回のゼロ交差の検出に基づくスイッチ３６，３８のタイミングの制御を提供し、ゆえに正確な周波数を迅速に自動追跡し、共振周波数の変化に迅速に応答することができる。スイッチ３６，３８を起動するために用いられるタイマー２６，２８，３０，３２は、広範囲の間隔にわたってプログラムされることができ、広範囲の駆動周波数に対応することが可能となる。その上、スイッチ３６，３８を起動するためのタイマー２６，２８，３０，３２からの出力信号Ｓ５の生成は、コントローラ３４の他の機能、たとえば車両との通信、電源の管理などとは無関係である。この分離により、コントローラ３４に対する計算負荷が大幅に低減されることが可能となり、したがって、より少数の、かつ／またはより安価なコントローラの使用が可能となる。したがって、高解像度制御を可能にしつつ、コロナ点火器２２の共振周波数に、またはその付近に駆動周波数を維持するための、より費用効率の高いシステム２０および方法が実現される。

【0012】

図１は、広範囲の駆動周波数、たとえば７００ｋＨｚ〜２ＭＨｚに対応するが、システム２０の性能を損なうことなくそれほど高価でないコントローラ３４を必要とする発明の例示的な実施形態に係るコロナ点火システム２０を例示する。図１のシステム２０は、変圧器４２に、次いでコロナ点火器２２にエネルギを供給するためにエネルギ源＋Ｖ３を含む。コロナ放電４４処理を始めるために、コントローラ３４は、タイマー２６，２８，３０，３２の１つへのイネーブル信号４６を開始して、第１のスイッチ３６を起動し、電流がエネルギ源＋Ｖ３から変圧器４２を介してコロナ点火器２２に流れることを可能にする。

【0013】

コロナ点火器２２は無線周波数で電流を受取り、コロナ放電４４と称される無線周波数電界を生じさせる。電流センサ２４は、コロナ点火器２２の入力４０とも称される変圧器４２の出力においてコロナ点火器２２に供給される電流に関する情報を取得する。電流センサ２４は、高周波ノイズを含むフィルタリングされていない電流信号Ｓ１の形態でこの情報を取得する。

【0014】

一対のカスケード接続されたタイマー２６，２８，３０，３２に向けて電流情報を伝達する前に、電流センサ２４は、低域フィルタなどの信号フィルタ４８および信号調整装置５０の少なくとも一方に、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１を伝達する。信号フィルタ４８は、必要であれば高周波ノイズを信号から除去することができる。信号調整装置５０は、電流の位相に関する情報を抽出することができる。この時点で、電流センサ２４、信号フィルタ４８および信号調整装置５０による時間遅延によってオフセットされた、入力４０における位相（電流流れの方向）に関する情報のみを典型的に含む調整された電流信号Ｓ３が供給される。図２は、コロナ点火器２２への入力４０における電流に関する情報を含む電流信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を示すグラフを含む。一実施形態では、調整された電流信号Ｓ３は、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第１のゼロ交差Ｘ１に後続する第１の時間遅延Ｔ１の終わりにおいて生じる立下りエッジＦを含む。第１の時間遅延Ｔ１は、電流センサ２４の時間遅延Ｔ１Ａおよび信号フィルタ４８の時間遅延Ｔ１Ｂによって引起される。Ｔ１ＡおよびＴ１Ｂの両方は既知であり、コントローラ３４によって補償されることができる。時間遅延Ｔ１ＡおよびＴ１Ｂを合せると、第１の時間遅延Ｔ１に等しい。第１の時間遅延Ｔ１は決定論的であり、既知であり得、したがってコントローラ３４によって補償され得る。

【0015】

比較のためのシステム２０とは異なり、調整された電流信号Ｓ３はコントローラ３４に送られて処理されず、かつスイッチ３６，３８を駆動する信号を生成しない。むしろ電流情報を用いて、一対のカスケード接続されたタイマー２６，２８，３０，３２を直接トリガし、その結果スイッチ３６，３８の一方のタイミングをドライバ５２または５４を介して制御する。カスケード接続されたタイマー２６，２８，３０，３２は、コントローラ３４から電気的に独立しており、したがって、タイマー２６，２８，３０，３２の解像度は、コントローラ３４の処理ユニットのクロック速度とは無関係である。

【0016】

図１〜図３の例示的な実施形態では、第１のタイマー２６は調整された電流信号Ｓ３を受信し、調整された電流信号Ｓ３の立下りエッジＦに応答して第２の時間遅延Ｔ２を開始する。第１のタイマー２６は、第１のタイマー信号Ｓ４も供給し、第１のタイマー信号Ｓ４は、第２の時間遅延Ｔ２の終わりにおいて立下りエッジＦを含む。第２の時間遅延Ｔ２は、第１のゼロ交差Ｘ１に後続するフィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第２のゼロ交差Ｘ２の前に終わる。第２のタイマー２８は第１のタイマー２６から第１のタイマー信号Ｓ４を受信し、第１の出力信号Ｓ５を供給する。第３の時間遅延Ｔ３は、第１のタイマー信号Ｓ４の立下りエッジＦにおける第２の時間遅延Ｔ２の終わりにおいて始まり、第１の出力信号Ｓ５は、第３の時間遅延Ｔ３の初めにおいて立上りエッジを含む。第１のスイッチ３６は第１の出力信号Ｓ５を受信し、第３の時間遅延Ｔ３の終わりにおいて起動される。この例示的な実施形態では、第３の時間遅延Ｔ３は、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第２のゼロ交差Ｘ２において、または第２のゼロ交差Ｘ２後に終わる。起動された第１のスイッチ３６は、エネルギ源＋Ｖ３からコロナ点火器２２に電流が流れることを可能にする。

【0017】

図１〜図３の例示的な実施形態では、第２のタイマー２８は、第１の出力信号Ｓ５の立上りエッジＲにおいて始まり、第１の出力信号Ｓ５の立下りエッジＦにおいて終わる第４の時間遅延Ｔ４も開始する。第４の時間遅延Ｔ４の終わりは、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第３のゼロ交差Ｘ３の前に生じる。第１のスイッチ３６は、第１の出力信号Ｓ５の立下りエッジＦにおいて始まり、第３のゼロ交差Ｘ３の前に、または第３のゼロ交差Ｘ３において終わる第５の時間遅延Ｔ５の終わりにおいて停止される。

【0018】

請求項１のシステム２０では、コントローラ３４は、第１のスイッチ３６がコロナ点火器２２によって受取られた電流のゼロ交差Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３のうちの１つにおいてまたは隣接して起動されるかまたは停止されるように、第２の時間遅延Ｔ２および第４の時間遅延Ｔ４を設定する。調整された電流信号Ｓ３は、デジタル入力（ＤＩＧ ＩＮ）を介してコントローラ３４によってサンプリングされ、電圧と比較されて、第２の時間遅延Ｔ２または第４の時間遅延Ｔ４に対する調節が行われるべきかどうかを判定する。電圧センサ５６を用いて、コロナ点火器２２への入力４０における電圧を測定し、次いでフィルタリングされていない電圧信号Ｖ１を供給することができる。フィルタリングされていない電圧信号Ｖ１は、調整された電圧信号Ｖ３を供給するように調整されたフィルタリングされた電圧信号Ｖ２を供給するようにフィルタリングされ、調整された電圧信号Ｖ３においてコントローラ３４に伝達される。コントローラ３４は次いで、調整された電圧信号Ｖ３を調整された電流信号Ｓ３と比較し、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１のゼロ交差Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３が入力４０におけるフィルタリングされていない電圧信号Ｖ１のゼロ交差と同時ではない場合、時間遅延Ｔ２および第４の時間遅延Ｔ４の少なくとも一方を調節する。しかしながら、コントローラ３４はエラーをチェックし、毎サイクルではなく時々調節を行えばよい。典型的に、調整された電流信号Ｓ３は、第１のスイッチ３６に伝達される前にコントローラ３４に伝達されることなく、電流センサ２４から第１のスイッチ３６に伝達される。

【0019】

コントローラ３４がイネーブル信号４６を開始すると、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５および時間遅延Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を含む上記の処理が連続的に反復する。当該処理は、第３のタイマー３０、第４のタイマー３２、第２のドライバ５４、および第２のスイッチ３８を用い始める。たとえば、例示的な実施形態では、第６の時間遅延が第５の時間遅延Ｔ５に続き、調整された電流信号Ｓ３は、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第４のゼロ交差に後続する第６の時間遅延の終わりにおいて生じる立上りエッジを含む。第６の時間遅延の持続時間は、第１の時間遅延Ｘ１の持続時間と等しい。第３のタイマー３０は調整された電流信号Ｓ３を受信し、調整された電流信号Ｓ３の立上りエッジに応答して第７の時間遅延を開始し、第２のタイマー信号Ｓ４を供給する。第７の時間遅延は第２の時間遅延Ｔ２と等しい。第２のタイマー信号Ｓ４は、第７の時間遅延の終わりにおいて立上りエッジを含み、第７の時間遅延は、第４のゼロ交差に後続するフィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第５のゼロ交差の前に終わる。第４のタイマー３２は第３のタイマー３０からタイマー信号Ｓ４を受信し、第２の出力信号Ｓ５を供給する。第８の時間遅延は、タイマー信号Ｓ４の立上りエッジにおける第７の時間遅延の終わりにおいて始まる。第８の時間遅延は第３の時間遅延Ｔ３と等しく、第２の出力信号Ｓ５は、第８の時間遅延の初めにおいて立下りエッジＦを含む。第２のスイッチ３８は第２の出力信号Ｓ５を受信し、第８の時間遅延の終わりにおいて起動される。第８の時間遅延は、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第５のゼロ交差においてまたはその後に終わり、起動された第２のスイッチ３８は、エネルギ源＋Ｖ３からコロナ点火器２２に電流が流れることを可能にする。

【0020】

この例示的な実施形態では、第４のタイマー３２は、第２の出力信号Ｓ５の立下りエッジＦにおいて始まり、第２の出力信号Ｓ５の立上りエッジにおいて終わる第９の時間遅延を開始する。第９の時間遅延は第４の時間遅延Ｔ４と等しく、第９の時間遅延の終わりは、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１の第６のゼロ交差の前に生じる。第２のスイッチ３８は、第２の出力信号Ｓ５の立上りエッジＲにおいて始まり、第６のゼロ交差の前または第６のゼロ交差において終わる第１０の時間遅延の終わりにおいて停止される。第１０の時間遅延は第５の時間遅延Ｔ５と等しい。

【0021】

コントローラ３４は、ちょうど第３の時間遅延Ｔ３および第５の時間遅延Ｔ５のように、フィルタリングされていない電流信号Ｓ１のゼロ交差の１つにおいてまたは隣接してスイッチが起動されるかまたは停止されるように、第７の時間遅延および第９の時間遅延を設定する。第１、第３、第５、第６、第８、および第１０の時間遅延は、固定され、電流センサ２４、信号フィルタ４８および／または信号調整装置５０、タイマー２６，２８，３０，３２、ならびにスイッチ３６，３８の設計に少なくとも部分的に基づく。しかしながら、コロナ点火器２２によって受取られる電圧のゼロ交差が、コロナ点火器２２によって受取られる電流を表わすフィルタリングされていない電流信号Ｓ１のゼロ交差と同時ではない場合、コントローラ３４は、第２の時間遅延Ｔ２および第４の時間遅延Ｔ４の少なくとも一方を調節する。

【0022】

なお、電流センサ２４、信号フィルタ４８、信号調整装置５０、タイマー２６，２８，３０，３２、スイッチ３６，３８、ドライバ５２，５４、および変圧器４２を含む電流制御ループのすべての要素における遅延Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５をコントローラ３４が十分に補償することができるならば、電圧サンプリングは省略されてもよい。その上、具体的な設置の要件に依存して、ループにおける要素の１つ以上を省略または変更してもよい。たとえば、タイマー２６，２８，３０，３２は、別個のドライバ５２，５４を使用せずにスイッチ３６，３８を動作させることが可能であり得る。別の例では、タイマー２６，２８，３０，３２は、依然として処理ユニットから電気的に独立しつつ、物理的にコントローラ３４内に配置される。別の例では、電流センサ２４は好適な周波数応答特性を有し、したがって信号フィルタ４８は必要とされない。

【0023】

調整された電流信号Ｓ３と、調整された電圧信号Ｖ３または入力４０における電圧との相対的なタイミングを監視することにより、コントローラ３４が制御信号のすべてを正確に生成することを必要することなく、システム２０の駆動周波数を、コロナ点火器２２への入力４０における電流の共振周波数にまたはその付近に厳密に維持することが可能となる。より速く、ゆえにより高価なコントローラ３４を必要とすることなく必要な精度を実現するために、タイマー２６，２８，３０，３２は、コントローラ３４とは異なる、典型的にはより速い速度のクロックを用いて駆動され得る。その上、この構造においてスイッチ５２，５４を用いる場合、デッドタイムが含まれ得る。デッドタイムは、スイッチ５２，５４の一方から他方に変わる間に生じる短い期間であり、両方のスイッチ５２，５４を通る電流フローが同時に重なることを回避するために、他方の伝導を可能にする前にスイッチ５２，５４の一方における伝導を完全に遮断することを可能にする。このデッドタイムは、このスキームではタイマー間隔Ｔ４およびＴ６の調節によって容易に実施され得る。

【0024】

図４は、発明の別の例示的な実施形態に係るコロナ放電４４点火システム２０を示す。この実施形態では、別個の位相検出器５８が、たとえば電圧がゼロと交差する前または後に電流がゼロと交差した場合、調整された電流信号Ｓ３と調整された電圧信号との間の位相差を比較してエラーを識別する。その場合、システム２０は共振していない。位相検出器５８は、識別されたエラーと、デジタル入力を介してコントローラ３４に通過される方向信号とを供給する。コントローラ３４は次いで、これに応じて第４の時間遅延Ｔ４および第６の時間遅延Ｔ６を調節して、エラーを訂正する、たとえば処理をスピードアップするかまたは遅くすることができ、したがって電流および電圧が同時にゼロと交差する。位相検出器５８は、たとえばフェーズロックループ（ＰＬＬ）を制御するための回路において一般に用いられるため、位相検出器５８の設計は、当該技術で周知のものから選択することができる。この位相検出器５８は、調整された電流信号Ｓ３の位相を、調整された電圧信号の位相と比較し得る。あるいは、位相検出器５８は、調整された電流信号Ｓ３の位相を、たとえばタイマー信号または出力信号Ｓ５における前述したループ中の任意の他の点から導出される電圧位相と比較することができる。

【0025】

本明細書に記載されるシステム２０において採用されることができる共振周波数制御の他の方法は、関連する米国特許出願番号第１４／５６８２１９号、第１４／５６８２６６号、および第１４／５６８４３８号に開示されていることも注記する。これらは、引用によって本願明細書において援用される。その上、これらの出願の各々は、本システム２０に組込まれることができる構成要素を有するシステムを開示している。各出願は、本願と同じ発明者を挙げ、本願と同じ日に提出されたものである。

【0026】

上に示されるように、本発明のシステム２０は、システム２０のコントローラ３４から電気的に独立し、コロナ点火器２２における電流および電圧の挙動の測定値から導出されるハードウェア信号によって直接トリガされることができるカスケード接続されたタイマー２６，２８，３０，３２を含む。これらのタイマー２６，２８，３０，３２は次いで、コロナ点火器２２に供給された電力の周波数を駆動する回路を制御するスイッチ３６，３８を直接起動する。コントローラ３４は、フィードバック信号を監視し、スイッチ３６，３８を直接正確に起動する代わりに、タイマー２６，２８，３０，３２が適切に構成されることが確実となるようにそれらを管理するだけでよい。したがって、タイマー２６，２８，３０，３２の解像度は、コントローラ３４の処理ユニットのクロック速度とは無関係である。

【0027】

カスケード接続されたタイマー２６，２８，３０，３２は、システム性能を損なうことなく、より遅くより安価な処理ユニットがコントローラ３４において用いられることも可能にする。したがって、処理オーバーヘッドが大幅に減少される。厳密な周波数制御を確実にするためのプログラマブルデジタルコントローラまたはプログラマブル混合信号コントローラ３４はいくつかの利点を提示するが、周波数制御に必要とされる高精度は、コントローラ３４における高解像度要件につながり、多くの場合処理ユニットへの高い計算負荷につながり、速いクロック速度、ゆえにより高い費用を必要とする。その上、タイマー２６，２８，３０，３２は、広範囲の駆動周波数が用いられることを可能にする広範囲の間隔にわたってプログラムされることができる。

【0028】

明らかに、本発明の多くの変更および変形が上記の教示に照らして可能であり、具体的に記載された以外のやり方で、請求項の範囲内において実施され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】