特許 6693672 ＲＦ電力増幅および分配システム、プラズマ点火システム、ならびにそれらの動作方法

(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】6693672

(24)【登録日】2020年4月20日

(45)【発行日】2020年5月13日

(54)【発明の名称】ＲＦ電力増幅および分配システム、プラズマ点火システム、ならびにそれらの動作方法

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/20 20060101AFI20200427BHJP

   F02P 23/04 20060101ALI20200427BHJP

   H03F 3/68 20060101ALI20200427BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20200427BHJP

【ＦＩ】

   H03F3/20

   F02P23/04 B

   H03F3/68 220

   H05H1/24

【請求項の数】20

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-240217(P2014-240217)

(22)【出願日】2014年11月27日

(65)【公開番号】特開2015-109647(P2015-109647A)

(43)【公開日】2015年6月11日

【審査請求日】2017年11月8日

(31)【優先権主張番号】13306666.2

(32)【優先日】2013年12月4日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】504199127

【氏名又は名称】エヌエックスピー ユーエスエイ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＸＰ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】リオネル モンジャン

(72)【発明者】

【氏名】ピエール マリー ジェイ ピール

(72)【発明者】

【氏名】マリオ エム ボカティウス

【審査官】 渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−０７８２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２８２１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／００５２０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０２１８５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−１６１７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７５４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６８７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７２４５２５７（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｆ ３／２０

Ｈ０３Ｆ ３／６８

Ｆ０２Ｐ ２３／０４

Ｈ０５Ｈ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、
Ｎ個の増幅器であって、Ｎは１よりも大きく、該Ｎ個の増幅器の各増幅器は、Ｎ個の位相シフト高周波（ＲＦ）信号のうちの１つを受信するように構成されており、該Ｎ個の増幅器は、前記Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を増幅して、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を生成するようにさらに構成されている、前記Ｎ個の増幅器と、
Ｎ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートを有する電力合成器ネットワークであって、前記Ｎ個の入力ポートの各々は前記Ｎ個の増幅器のうちの１つの出力に結合されており、該電力合成器ネットワークは、前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、前記Ｎ個の出力ポートにおいてＮ個の出力ＲＦ信号を生成するように構成されており、前記Ｎ個の出力ＲＦ信号の相対電力レベルは、前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間の位相差に応じて決まる、前記電力合成器ネットワークと、
前記電力合成器ネットワークの前記Ｎ個の出力ポートに結合されている最大Ｎ個の放射デバイスであって、該放射デバイスの各々は、内燃エンジンの最大Ｎ個のシリンダのうちの一つに結合されており、該放射デバイスの各々は、前記Ｎ個の出力ＲＦ信号のうちの１つの出力ＲＦ信号を受信するように構成されている、前記最大Ｎ個の放射デバイスと
を備える、システム。

【請求項2】

前記Ｎ個の増幅器の入力に結合されているＮ個の移相器をさらに備え、各移相器は、Ｎ個の入力ＲＦ信号のうちの１つを受信するように構成されており、前記Ｎ個の移相器は、前記Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を生成するために、前記Ｎ個の入力ＲＦ信号に所定の位相シフトを加えるようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記電力合成器ネットワークは、複数の所定の位相差セットが前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間に存在するとき、前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、前記Ｎ個の出力ポートのうちの第１の出力ポートにおいて相対的に高い電力レベルを有する１つの出力ＲＦ信号を生成し、残りのＮ−１個の出力ポートにおいて相対的に低い電力レベルを有するＮ−１個の出力ＲＦ信号を生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記相対的に高い電力レベルは４０ｄＢｍよりも大きく、前記相対的に低い電力レベルは４０ｄＢｍよりも小さい、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

Ｎは４に等しく、前記増幅器は第１の増幅位相シフト信号、第２の増幅位相シフト信号、第３の増幅位相シフト信号、および第４の増幅位相シフト信号を生成し、前記電力合成器ネットワークは、
前記第１の増幅位相シフト信号、前記第２の増幅位相シフト信号、前記第３の増幅位相シフト信号、および前記第４の増幅位相シフト信号をそれぞれ受信するように構成されている第１の入力ポート、第２の入力ポート、第３の入力ポート、および第４の入力ポートと、
それぞれ第１の出力ＲＦ信号、第２の出力ＲＦ信号、第３の出力ＲＦ信号、および第４の出力ＲＦ信号を出力するように構成されている第１の出力ポート、第２の出力ポート、第３の出力ポート、および第４の出力ポートと、
第１の入力および第２の入力ならびに第１の出力および第２の出力を有する第１の合成器であって、前記第１の入力および第２の入力は前記第１の入力ポートおよび第２の入力ポートに結合されており、該第１の合成器は、前記第１の増幅位相シフトＲＦ信号および第２の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、前記第１の出力および第２の出力において第１の中間ＲＦ信号および第２の中間ＲＦ信号を生成するように構成されている、前記第１の合成器と、
第３の入力および第４の入力ならびに第３の出力および第４の出力を有する第２の合成器であって、前記第３の入力および第４の入力は前記第３の入力ポートおよび第４の入力ポートに結合されており、該第２の合成器は、前記第３の増幅位相シフトＲＦ信号および第４の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、前記第３の出力および第４の出力において第３の中間ＲＦ信号および第４の中間ＲＦ信号を生成するように構成されている、前記第２の合成器と、
第５の入力および第６の入力ならびに第５の出力および第６の出力を有する第３の合成器であって、前記第５の入力は前記第１の合成器の前記第１の出力に結合されており、前記第６の入力は前記第２の合成器の前記第３の出力に結合されており、該第３の合成器は、前記第１の中間ＲＦ信号および第３の中間ＲＦ信号を合成して、前記第５の出力および第６の出力において前記第１の出力ＲＦ信号および第２の出力ＲＦ信号を生成するように構成されており、前記第５の出力および第６の出力はそれぞれ前記第１の出力ポートおよび第２の出力ポートに結合されている、前記第３の合成器と、
第７の入力および第８の入力ならびに第７の出力および第８の出力を有する第４の合成器であって、前記第７の入力は前記第１の合成器の前記第２の出力に結合されており、前記第８の入力は前記第２の合成器の前記第４の出力に結合されており、該第４の合成器は、前記第２の中間ＲＦ信号および第４の中間ＲＦ信号を合成して、前記第７の出力および第８の出力において前記第３の出力ＲＦ信号および第４の出力ＲＦ信号を生成するように構成されており、前記第７の出力および第８の出力はそれぞれ前記第３の出力ポートおよび第４の出力ポートに結合されている、前記第４の合成器と
を備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１の合成器、前記第２の合成器、前記第３の合成器、および前記第４の合成器は９０度合成器である、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１の合成器、前記第２の合成器、前記第３の合成器、および前記第４の合成器は１８０度合成器である、請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

１つの入力およびＮ個の出力を有する電力分割器であって、該電力分割器は、前記入力上で受信される入力ＲＦ信号を分割してＮ個の分割ＲＦ信号にし、前記Ｎ個の出力上で前記Ｎ個の分割ＲＦ信号を提供するように構成されている、前記電力分割器と、
前記電力分割器の前記Ｎ個の出力と前記Ｎ個の増幅器のＮ個の入力との間に結合されているＮ個の移相器であって、各移相器は、前記Ｎ個の分割ＲＦ信号のうちの１つを受信するように構成されており、該Ｎ個の移相器は、前記Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を生成するために、前記Ｎ個の分割ＲＦ信号に所定の位相シフトを加えるようにさらに構成されている、Ｎ個の移相器と
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記放射デバイスの各々は、前記出力ＲＦ信号の電力レベルが十分に高いときにプラズマ放電を生成するように構成されている、前記最大Ｎ個の放射デバイスをさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

インターフェース、および、前記Ｎ個の増幅器の入力に結合されているＮ個の移相器を含むモジュールであって、各移相器は、Ｎ個の入力ＲＦ信号のうちの１つを受信するように構成されており、前記Ｎ個の移相器は、前記Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を生成するために前記Ｎ個の入力ＲＦ信号に所定の位相シフトを加えるようにさらに構成されている、前記モジュールと、
最大Ｎ個のシリンダを有する内燃エンジンであって、前記放射デバイスのうちの１つの放射デバイスは前記シリンダの各々に結合されている、前記内燃エンジンと、
前記モジュールの前記インターフェースに制御信号を送るように構成されている制御ユニットであって、前記制御信号は、前記所定の位相シフトが、結果として、前記シリンダの動力工程中に各シリンダにおいて前記プラズマ放電を生成することになる所定のシーケンスに変更されるようにする、前記制御ユニットと
をさらに備える、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

最大Ｎ個のシリンダを有する内燃エンジンのためのプラズマ点火システムであって、Ｎは１よりも大きく、該プラズマ点火システムは、
１つの入力およびＮ個の出力を有する電力分割器であって、該電力分割器は、前記入力上で受信される入力高周波（ＲＦ）信号を分割してＮ個の分割ＲＦ信号にし、前記Ｎ個の出力上で前記Ｎ個の分割ＲＦ信号を提供するように構成されている、前記電力分割器と、
各々が入力および出力を有するＮ個の移相器であって、各入力は前記電力分割器の前記Ｎ個の出力のうちの１つに結合されており、各移相器は、前記Ｎ個の分割ＲＦ信号のうちの１つを受信し、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を生成するために、前記Ｎ個の分割ＲＦ信号に複数の所定の位相シフトのうちの１つを加えるように構成されている、前記Ｎ個の移相器と、
前記Ｎ個の移相器に結合されているＮ個の増幅器であって、該Ｎ個の増幅器は、前記Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を受信するように構成されており、該Ｎ個の増幅器は、前記Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を増幅して、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を生成するようにさらに構成されている、前記Ｎ個の増幅器と、
Ｎ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートを有する電力合成器ネットワークであって、前記Ｎ個の入力ポートの各々は前記Ｎ個の増幅器のうちの１つの出力に結合されており、該電力合成器ネットワークは、前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、前記Ｎ個の出力ポートにおいてＮ個の出力ＲＦ信号を生成するように構成されており、前記Ｎ個の出力ＲＦ信号の相対電力レベルは、前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間の位相差に応じて決まる、前記電力合成器ネットワークと、
最大Ｎ個の放射デバイスであって、該放射デバイスの各々は前記電力合成器ネットワークの前記Ｎ個の出力ポートのうちの１つに結合されており、該放射デバイスの各々は、前記Ｎ個の出力ＲＦ信号のうちの１つの出力ＲＦ信号を受信するように構成されており、前記放射デバイスの各々は、前記出力ＲＦ信号の電力レベルが十分に高いときにプラズマ放電を生成するように構成されている、前記最大Ｎ個の放射デバイスと
を備える、プラズマ点火システム。

【請求項12】

ＲＦ電力の周期パルスを含むＲＦ信号を生成するように構成されているＲＦ信号生成器と、
前記ＲＦ信号生成器と前記電力分割器との間に結合されている前置増幅器であって、該前置増幅器は、前記入力ＲＦ信号を生成するために、前記ＲＦ信号生成器からの前記ＲＦ信号を増幅するように構成されている、前記前置増幅器と
をさらに備える、請求項１１に記載のプラズマ点火システム。

【請求項13】

前記複数の所定の位相シフトが、結果として、前記放射デバイスの各々によって前記プラズマ放電を生成することになる所定のシーケンスに変更されるようにするように構成されている制御ユニットをさらに備える、請求項１１に記載のプラズマ点火システム。

【請求項14】

方法であって、
Ｎ個の位相シフト高周波（ＲＦ）信号を生成するためにＮ個の入力ＲＦ信号に所定の位相シフトを加える工程であって、Ｎは１よりも大きい、前記加える工程と、
Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を生成するために前記位相シフトＲＦ信号を増幅する工程と、
前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、Ｎ個の出力ポートにおいてＮ個の出力ＲＦ信号を生成する工程であって、前記Ｎ個の出力ＲＦ信号の相対電力レベルは、前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間の位相差に応じて決まる、前記合成する工程と、
内燃エンジンの最大Ｎ個のシリンダに結合されている最大Ｎ個の放射デバイスに前記出力ＲＦ信号を提供する工程と
を備える、方法。

【請求項15】

前記合成する工程は、９０度合成器のネットワークを使用して前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成する工程を備え、前記ネットワークの各９０度合成器は第１の入力および第２の入力ならびに第１の出力および第２の出力を含み、各９０度合成器が、互いに実質的に９０度位相がずれている第１の増幅位相シフトＲＦ信号および第２の増幅位相シフトＲＦ信号を受信すると、各９０度合成器は、前記第１の出力および第２の出力のうちの一方において、相対的に高い電力レベルを有する第１のＲＦ信号を生成し、前記第１の出力および第２の出力のうちのもう一方において、相対的に低い電力レベルを有する第２のＲＦ信号を生成する、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記合成する工程は、１８０度合成器のネットワークを使用して前記Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成する工程を備え、前記ネットワークの各１８０度合成器は第１の入力および第２の入力ならびに第１の出力および第２の出力を含み、各１８０度合成器が、互いに実質的に同相である第１の増幅位相シフトＲＦ信号および第２の増幅位相シフトＲＦ信号を受信すると、各１８０度合成器は、前記第１の出力において、相対的に高い電力レベルを有する第１のＲＦ信号を生成し、前記第２の出力において、相対的に低い電力レベルを有する第２のＲＦ信号を生成し、各１８０度合成器が、互いに実質的に１８０度位相がずれている前記第１の増幅位相シフトＲＦ信号および第２の増幅位相シフトＲＦ信号を受信すると、各１８０度合成器は、前記第２の出力において、前記相対的に高い電力レベルを有する前記第１のＲＦ信号を生成し、前記第１の出力において、相対的に低い電力レベルを有する前記第２のＲＦ信号を生成する、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記放射デバイスが十分に高い電力レベルの出力ＲＦ信号を受信するときに、前記放射デバイスの各々によって、前記放射デバイスが結合されているシリンダ内にプラズマ放電を生成する工程をさらに備える、請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記シリンダのうちの、次に動力工程を実行することになるシリンダを判定する工程と、
結果として、前記Ｎ個の出力ポートのうちの第１の出力ポートにおいて相対的に高い電力レベルを有する１つの出力ＲＦ信号を生成することになり、残りのＮ−１個の出力ポートにおいて相対的に低い電力レベルを有するＮ−１個の出力ＲＦ信号を生成することになる前記所定の位相シフトの次のセットを決定する工程と、
前記加える工程の間に前記入力ＲＦ信号に前記所定の位相シフトの前記次のセットを加えるように、Ｎ個の移相器を制御する工程と
をさらに備える、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

制御する工程は、
前記移相器を含むモジュールに制御信号を送る工程であって、前記制御信号は、前記所定の位相シフトの前記次のセットを示す、前記送る工程と、
前記制御信号に基づいて前記位相シフトを調整する工程と
を備える、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

第１のＲＦ信号を分割して前記Ｎ個の入力ＲＦ信号にする工程をさらに備える、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載する主題の実施形態は、概して、高周波（ＲＦ）電力分配システムに関し、より詳細には、ＲＦ電力を内燃エンジンの複数のシリンダに送達するためのＲＦ電力分配システムを含むプラズマ点火システムに関する。

【背景技術】

【0002】

動力車の一般的な内燃エンジンは、複数のシリンダと、それらに関連付けられているピストンと、クランクシャフトと、燃料送達および排出システム（カムシャフトおよび関連付けられている弁を含む）と、点火システムとを含み、それらの組合せが、車両の主要トルク生成サブシステムを構成する。ピストンがシリンダ内に適切に係合されているとき、ピストンの上部、シリンダ側壁、および、シリンダの上に位置するシリンダヘッドによって燃焼室が画定される。エンジンの動作中、燃焼室の容積は、シリンダ内でピストンが直線的に運動することによって変化する。燃焼室の容積の変動が、最終的に、車両を推進するためのトルクに変換され得る。

【0003】

より具体的には、２ストロークおよび４ストロークの両方のエンジンにおいて、それぞれ、ピストン圧縮行程および動力工程の間に、燃焼室の容積は低減および増大する。圧縮行程の前（すなわち、吸気行程の間）に、カムシャフトが回転することによって吸気弁が開き、これによって、霧状の燃料が室内へ噴射されて、室内に燃料／空気混合物が生成されることが可能になる。圧縮行程の間、ピストンはシリンダヘッドに向かって（または「上死点」位置に向かって）押され、これによって、燃料／空気混合物が圧縮され、したがって、混合物の熱エネルギーが増大する。ピストンが上死点位置に達するとき、またはそれに近い時点において、点火プラグが燃焼室内に火花を生成する。火花は、圧縮された燃料／空気混合物に点火し、爆発力によって燃料／空気混合物を燃焼および膨張させる。膨張する力によってピストンの動力工程が開始し、その間、爆発する燃料がピストンをシリンダヘッドから外方に急速に動かす。後続の排気行程の間、カムシャフトが回転することによって排気弁が開き、したがって、燃焼室内の気体（たとえば、排出ガス）がシリンダを出ることが可能になる。

【0004】

各ピストンは、クランクシャフトに結合されているコネクティングロッドを有し、動力工程の間、コネクティングロッドはクランクシャフトに強い直線力をもたらし、クランクシャフトは直線力を回転力に変換する。クランクシャフトを回転したままにするために、各ピストンによってクランクシャフトにもたらされる直線力の位相が互いにずれるように、複数の室内の燃焼がタイミング調整される。より具体的には、点火システムのディストリビュータが使用されて、点火コイルから各点火プラグへと高電圧が、慎重にタイミング調整された正確な点火順でルーティングされる。クランクシャフトの回転力に関連付けられるトルクは最終的に車軸および車輪の回転に変換されることができ、したがって車両を推進することが可能になる。

【0005】

実際には、上述の燃焼過程は１００％効率的ではない。たとえば、各燃焼サイクルの間、各動力工程後に一定量の未燃焼燃料が燃焼室内に残り、未燃焼燃料は排気行程の間に大気に排出される。燃焼サイクルの間に燃焼されないままになる燃料の量は、車両の燃焼効率に影響を与える。従って、エンジン開発者は、各燃焼サイクルの間に燃焼される各室内の燃料の割合を増大させるように、点火システムを改善する努力をしている。

【0006】

加えて、燃料／空気混合物を燃焼する結果として、様々な気体が生成されることになり、これらは車両の排気システムを通じて車両から排出される。たとえば、一般的な石油系燃料エンジンにおいて、排出ガスは、中でも、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、および一酸化炭素（ＣＯ）を含む。排出ガスのいくつかは、十分な量が存在するとき、人間および環境に対して有害であり得る。従って、エンジン開発者は、環境中に排出される、有害な可能性がある気体の量を低減するために燃料および点火システムを修正する努力もしている。

【0007】

以下の図面と併せて考察して詳細な説明および請求項を参照することで、より完全に本主題を理解することができる。これらの図面では全般にわたり同様の参照符号は類似の要素を示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２５９２９１１号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１２／１６１２２８号

【特許文献3】欧州特許出願公開第２６２１０８５号明細書

【特許文献4】米国特許第３９３４５６６号明細書

【特許文献5】国際公開第０３／０４２５３３号

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】例示的な一実施形態に応じた、４気筒エンジンのためのプラズマ点火システムの簡略ブロック図。

【図2】例示的な一実施形態に応じた、４気筒エンジンのための分配されるＲＦ電力信号のタイミングを示すタイミング図。

【図3】例示的な一実施形態に応じた、ＲＦ電力増幅および分配システムの概略図。

【図4】例示的な一実施形態に応じた、ＲＦ電力増幅および分配システムを含むプラズマ点火システムを動作させる方法のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

下記の詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本主題の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図しない。本明細書で使用される「例示的な」および「例」という言葉は、「事例、具体例、または実例としての役割を果たすこと」を意味する。例示または例として本明細書に記載される一切の実施態様は、必ずしも他の実施態様よりも好適または有利であるとは解釈されない。さらに、上記技術分野、背景技術、または以下の詳細な説明で提示される、いかなる表示または暗示された理論によっても束縛されることは意図されていない。

【0011】

本発明の主題の実施形態は、プラズマ点火システム、関連するＲＦ電力増幅および分配システム、ならびにそれらの動作方法を含む。下記により詳細に説明するように、そのようなシステムおよび方法は、結果として、点火コイルおよび点火プラグを利用する従来の内燃エンジンと比較すると、燃料効率の大幅な増大、および、環境中に排出される有害な可能性がある気体の量の低減をもたらすことができる。従来の内燃エンジンの点火システムと同様に、プラズマ点火システムは、ピストンおよびシリンダ構成によって画定される燃焼室内で気体燃料を燃焼させるように機能する。しかしながら、プラズマ点火システムにおいては、燃焼は、燃焼室内で相対的にエネルギーの低い火花を生成するのではなく、高エネルギープラズマを燃焼室へと放電することによって達成される。高エネルギープラズマ放電は、火花よりも効率的に燃料を燃焼させる。加えて、プラズマ放電は、従来の火花について可能であるよりも大幅に高い圧力を有する燃焼室内で生成することができる。従って、プラズマ点火システムは、従来の点火システムよりも高い出力の動作を可能にすることができる。

【0012】

図１は、例示的な一実施形態に応じた、プラズマ点火システム１１０および内燃エンジン１５０を含むトルク生成システム１００の簡略ブロック図である。たとえば、トルク生成システム１００は、動力車内に組み込まれてもよく、トルク生成システム１００は、車両を推進するのに使用される主要なトルク発生源として機能してもよい。

【0013】

内燃エンジン１５０は、エンジン１５０が複数のシリンダ１５２〜１５５と、それらに関連付けられているピストン１５６〜１５９およびコネクティングロッド１６０〜１６３と、クランクシャフト１６４と、燃料吸気および排気弁（参照符号なし）を動作させるように構成されているカムシャフト（参照符号なし）を含む燃料送達および排出システム１６６とを含むという点において、従来の内燃エンジンと同様である。従来の内燃エンジンと同様に、チャンバ１７０は、内燃エンジン１５０内の各ピストン／シリンダ対によって画定され、チャンバ１７０の容積は、それぞれ、ピストンの圧縮行程および動力工程の間に低減および増大する。しかしながら、従来の内燃エンジンとは対照的に、図１の内燃エンジン１５０においては、プラズマ点火システム１１０の放射デバイス１２０〜１２３が、ピストンが上死点位置（たとえば、シリンダ１５３内のピストン１５７の位置）に達するとき、またはそれに近い時点において、チャンバ１７０内に高エネルギープラズマ放電を生成する。プラズマ放電は、チャンバ１７０内の圧縮燃料／空気混合物に点火し、それによって、燃料が爆発力によって燃焼および膨張する。膨張する力によってピストンの動力工程が開始し、その間、爆発する燃料がピストン１５６〜１５９をシリンダヘッドから外方に急速に動かす。ピストンのコネクティングロッド１６０〜１６３が強い直線力をクランクシャフト１６４にもたらし、それによって、直線力が回転力またはトルクに変換される。クランクシャフトの回転力に関連付けられるトルクは最終的に車軸および車輪の回転に変換されることができ、したがって、システム１００がその中に組み込まれている車両を推進することが可能になる。

【0014】

これも従来の内燃エンジンの動作と同様に、クランクシャフト１６４を回転したままにするために、内燃エンジン１５０内の複数のチャンバ１７０内の燃焼は、各ピストン１５６〜１５９およびコネクティングロッド１６０〜１６３によってクランクシャフト１６４にもたらされる直線力の位相が互いにずれる（たとえば、４気筒４ストロークエンジンにおいては互いから約９０度位相がずれる）ように、タイミング調整される。

【0015】

プラズマ点火システム１１０は、各チャンバ１７０内にプラズマ放電を生成するために、高電力ＲＦエネルギーを各放射デバイス１２０〜１２３に提供するように構成されている。より具体的には、プラズマ点火システム１１０は、放射デバイス１２０〜１２３に提供される高電力ＲＦエネルギーが、チャンバ１７０内で、位相がずれるようにタイミング調整されたプラズマ放電を達成し、従って連続的なクランクシャフトの回転を引き起こすようにタイミング調整されるように、構成されている。タイミング調整されたプラズマ放電を生成するために、プラズマ点火システム１１０は、ＲＦ信号生成器１１２と、前置増幅器１１４と、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８と、放射デバイス１２０〜１２３とを含む。加えて、後述するように、プラズマ点火システム１１０は、方向性結合器１１６と、制御ユニット１３０とをも含む。

【0016】

ＲＦ信号生成器１１２は、ＲＦ信号１４０を生成するように構成されている。たとえば、ＲＦ信号１４０は、ＲＦ電力の周期パルスを含んでもよく、各パルスは、各シリンダ１５２〜１５５の動力工程の開始時、またはそれに近い時点において生成される。各パルスの継続時間は、各動力工程の継続時間よりも短くてもよい。たとえば、各パルスの継続時間は、各動力工程の継続時間の約１０パーセント〜約５０パーセントであってもよく、各パルスは、各動力工程の開始時にシリンダに到達するようにタイミング調整されてもよい。ＲＦ信号１４０内のＲＦ電力は、様々な実施形態に応じて、約１．０メガヘルツ（ＭＨｚ）〜約６．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲内の周波数（たとえば、約２．４ＧＨｚ）において生成されてもよい。他の実施形態において、ＲＦ電力の周波数は、上記で与えられた範囲よりも高くてもよいし、または低くてもよい。

【0017】

ＲＦ信号生成器１１２の出力は、前置増幅器１１４の入力に結合されている。前置増幅器１１４は、様々な実施形態において、１段増幅器または多段増幅器であってもよい。基本的に、前置増幅器１１４は、放射デバイス１２０〜１２３によるプラズマ放電の生成を可能にするのに十分である電力レベルを有する増幅ＲＦ信号１４２を生成するために、ＲＦ信号生成器１１２によって生成されたＲＦ信号１４０を受信および増幅する。たとえば、ＲＦ信号生成器１１２によって生成されるＲＦ信号１４０は、ミリワット（ｍＷ）範囲内の電力レベルを有してもよく、前置増幅器１１４は、ＲＦ信号１４０を増幅して出力ＲＦ信号１４２を生成してもよい。たとえば、一実施形態において、前置増幅器１１４によって与えられる利得の量に応じて、前置増幅器１１４は、ｍＷ範囲（たとえば、１．０ｍＷ程度の低さ）から最大数百または数千ワット（Ｗ）（たとえば、約２．０キロワット（ｋＷ）まで、またはそれを超える）の電力レベルを有するＲＦ信号１４２を生成してもよい。代替の実施形態において、ＲＦ信号生成器１１２および／または前置増幅器１１４によって生成されるＲＦ信号１４０、１４２の電力レベルは、上記で与えられた範囲よりも高くてもよいし、または低くてもよい。代替の実施形態において、前置増幅器１１４は、プラズマ点火システム１１０から除外されてもよい。

【0018】

前置増幅器１１４を含む一実施形態においては、前置増幅器１１４の出力が、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８の入力に結合されている。代替的に、前置増幅器１１４を含まない一実施形態においては、ＲＦ信号生成器１１２の出力が、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８の入力に結合されている。いずれにせよ、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８は、ＲＦ信号生成器１１２または前置増幅器１１４によって生成されるＲＦ信号（ＲＦ信号１４０または１４２のいずれか）を受信し、様々なピストン／シリンダ対に関連付けられている放射デバイス１２０〜１２３にＲＦ信号を分配するように構成されている。より具体的には、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８は、放射デバイス１２０〜１２３に複数のパルスＲＦ信号１４６〜１４９を提供するように構成されている。一実施形態に応じて、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８は、放射デバイス１２０〜１２３と同じシリンダ１５２〜１５５に結合されているピストン１５６〜１５９が上死点にあるか、またはその付近にある（すなわち、動力工程の開始時またはそれに近い時点にある）ときまたはそれに近い時点において各放射デバイス１２０〜１２３に対するパルスＲＦ信号１４６〜１４９を生成する。さらなる実施形態に応じて、相当の電力の１つのＲＦ信号１４６〜１４９だけが、任意の所与の時点において、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８によって放射デバイス１２０〜１２３に提供される。

【0019】

たとえば、図２は、例示的な一実施形態に応じた、４気筒エンジン（たとえば、図１のエンジン１５０）のための分配ＲＦ信号２４６、２４７、２４８、２４９の例示的なタイミングを示すタイミング図である。たとえば、分配ＲＦ信号２４６、２４７、２４８、２４９の各々は、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８によって生成され、放射デバイス１２０〜１２３のうちの１つに提供されてもよい。より具体的には、図２は、第１の放射要素に供給されてもよい第１のパルスＲＦ信号２４６（たとえば、放射要素１２０に供給される信号１４６）と、第２の放射要素に供給されてもよい第２のパルスＲＦ信号２４７（たとえば、放射要素１２１に供給される信号１４７）と、第３の放射要素に供給されてもよい第３のパルスＲＦ信号２４８（たとえば、放射要素１２２に供給される信号１４８）と、第４の放射要素に供給されてもよい第４のパルスＲＦ信号２４９（たとえば、放射要素１２３に供給される信号１４９）とを示している。

【0020】

前述のように、様々な実施形態が４ストローク４気筒エンジン（たとえば、エンジン１５０）において示され得る。従って、各シリンダ１５２〜１５５について、各期間２０１〜２０４は、４工程サイクルの４つの工程のうちの１つ（たとえば、吸気、圧縮、動力、および排気工程のうちの１つ）に対応する。たとえば、図２に示すように、期間２０１の間、シリンダ１５２は圧縮行程を実行し、シリンダ１５３は動力工程を実行し、シリンダ１５４は吸気サイクルを実行し、シリンダ１５５は排気サイクルを実行する。同じく期間２０１の間、パルスＲＦ信号２４７が、シリンダ１５３に関連付けられている放射要素１２１に供給される。パルスＲＦ信号２４７は、放射要素１２１に、シリンダ１５３の燃焼室内にプラズマ放電を生成させ、従って、燃焼室内の圧縮燃料が点火され、シリンダ１５３に対する動力工程が生成される。同様に、後続の期間２０２、２０３、２０４の間、パルスＲＦ信号２４６、２４８、２４９がそれぞれ、シリンダ１５２、１５４、および１５５に関連付けられている放射デバイス１２０、１２２、および１２３に供給される。その後、４工程サイクルがシリンダ１５２〜１５５の各々に対して繰り返される。

【0021】

再び図１を参照すると、方向性結合器１１６は、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８に提供されるＲＦ信号（たとえば、ＲＦ信号１４０または１４２）の順方向および反射電力を検出し、検出された順方向および反射電力レベルを示す信号１８０を生成するように構成されている。閉ループ制御が実装される実施形態に応じて、制御ユニット１３０は、電力レベル信号１８０を受信し、信号１８０に基づいて、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８に制御信号１８２を提供する。下記により詳細に説明するように、制御信号１８２は、放射デバイス１２０〜１２３に提供されるパルスＲＦ信号１４６〜１４９（たとえば、パルスＲＦ信号２４６〜２４９）のタイミングおよび／または減衰に影響を与える。代替の実施形態において、プラズマ点火システム１１０は、開ループを操作してもよく、制御ユニット１３０は、方向性結合器１１６から電力レベル信号１８０を受信しなくてもよい（たとえば、方向性結合器１１６がシステム１１０から除外されてもよい）。そのような実施形態において、制御ユニット１３０は代わりに、パルスＲＦ信号１４６〜１４９がＲＦ電力増幅および分配システム１１８によって放射デバイス１２０〜１２３に提供されるべき正確なタイミングを制御ユニット１３０に指示するトリガ入力を（たとえば、クランクシャフト１６４からのフィードバック信号１８８を介して）受信してもよく、制御ユニット１３０はそれに応じて、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８に制御信号１８２を提供してもよい。一実施形態に応じて、制御ユニット１３０はまた、ＲＦ信号生成器１１２および／または前置増幅器１１４に信号１８４、１８６を提供してもよく、それによって、ＲＦ信号生成器１１２および／または前置増幅器１１４は、ＲＦ信号１４０および／または増幅ＲＦ信号１４２の振幅を増大または低減する。

【0022】

上記で示したように、制御ユニット１３０はまた、エンジン１５０から、クランクシャフト１６４の角度位置を示す１つ以上のフィードバック信号１８８を受信してもよい。この情報は、各シリンダ１５２〜１５５内の各ピストン１５６〜１５９の位置、従って、各シリンダ１５２〜１５５に関する４工程サイクル内の状態を示す。制御ユニット１３０は、フィードバック信号を使用して、（たとえば、カムシャフトの角度回転を制御することによって）吸気および排気弁のタイミングを制御してもよい。

【0023】

上述のように、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８は、ＲＦ信号（たとえば、ＲＦ信号１４０または１４２）を受信し、様々なピストン／シリンダ対に関連付けられている放射デバイス１２０〜１２３に増幅ＲＦ信号を分配する（すなわち、放射デバイス１２０〜１２３に複数のパルスＲＦ信号１４６〜１４９を提供する）ように構成されている。様々な実施形態に応じて、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８は、１つ以上の電力分割器と、複数の位相調整器と、複数の増幅器と、シリンダ１５２〜１５５に関連付けられている放射デバイス１２０〜１２３にタイミング調整されて提供される複数のパルスＲＦ信号（たとえば、図２のパルスＲＦ信号２４６〜２４９）をともに生成する電力合成器のネットワークとの組合せによって実装される。加えて、下記により詳細に説明するように、ＲＦ電力増幅および分配システム１１８の実施形態は、パルスＲＦ信号の振幅に影響を与えるように制御することができる複数の減衰器を含んでもよい。

【0024】

図３は、例示的な一実施形態に応じた、ＲＦ電力増幅および分配システム３００（たとえば、図１のＲＦ電力増幅および分配システム１１８）の概略図である。ＲＦ電力増幅および分配システム３００は、入力ポート３０２と、電力分割器３１０と、複数の可変移相器３３２、３３３、３３４、３３５と、複数の増幅器３５２、３５３、３５４、３５５と、電力合成器ネットワーク３７０と、複数の出力ポート３９０、３９１、３９２、３９３とを含む。各出力ポートは、適切な刺激信号（たとえば、図２のＲＦ信号２４６〜２４９）が提供されるとプラズマ放電を生成するように構成されている放射デバイス３９６、３９７、３９８、３９９（たとえば、図１の放射デバイス１２０〜１２３）に結合されている。加えて、ＲＦ電力増幅および分配システム３００は、複数の可変減衰器３３６、３３７、３３８、３３９を含んでもよい。

【0025】

入力ポート３０２は、電力分割器３１０の入力に結合されている。電力分割器３１０は、入力ポート３０２において受信される入力ＲＦ信号３０４（たとえば、図１の増幅ＲＦ信号１４２）の電力を分割して４つの出力ＲＦ信号３２２、３２３、３２４、３２５にするように構成されている。示されている実施形態において、電力分割器３１０は、第１の２方向分割器３１２を含み、２方向分割器は、入力ＲＦ信号３０４を、各々が入力信号３０４の電力レベルのおよそ半分の電力レベルを有する２つの中間ＲＦ信号３２０、３２１に分割する。加えて、電力分割器３１０は、第２の２方向分割器３１３および第３の２方向分割器３１４を含み、これらの各々は、中間ＲＦ信号３２０、３２１のうちの一方を受信および分割して出力ＲＦ信号３２２〜３２５のうちの２つから成るセットにするように構成されている。一実施形態に応じて、出力ＲＦ信号３２２〜３２５の各々は、対応する中間ＲＦ信号３２０、３２１の電力レベルのおよそ半分の電力レベルを有する。従って、各出力ＲＦ信号３２２〜３２５は、入力ＲＦ信号３０４の電力レベルのおよそ４分の１の電力レベルを有してもよい。代替の実施形態において、電力分割器３１０は、入力信号を分割して等しくない電力を有する複数の信号にするように構成されてもよい。加えて、他の代替の実施形態において、電力分割器３１０の３つの２方向分割器３１２〜３１４は、ウィルキンソン電力分配器を使用して、または単一の４方向分割器を使用して実装されてもよい。また他の代替の実施形態において、電力分割器３１０は、入力信号を分割して４つよりも多いまたは少ない出力信号にするように構成されてもよい。

【0026】

一実施形態に応じて、電力分割器３１０の各出力は、可変移相器３３２〜３３５の入力に結合されている。各移相器３３２〜３３５は、ＲＦ信号３２２〜３２５のうちの１つに位相シフトを加える。下記「９０度合成器」実施形態と称する一実施形態に応じて、４つの移相器３３２〜３３５によって加えられる位相シフトは、電力合成器ネットワーク３７０の第１の合成器セット３７２、３７３に入力される各信号対が、互いに実質的に９０度位相がずれるように加えられる。下記「１８０度合成器」実施形態と称する別の実施形態に応じて、４つの移相器３３２〜３３５によって加えられる位相シフトは、電力合成器ネットワーク３７０の第１の合成器セット３７２、３７３に入力される各信号対が、互いに実質的に同相であるか、または互いから実質的に１８０度離れるように加えられる。いずれの実施形態においても、移相器３３２〜３３５によって加えられる位相シフトは、増幅（増幅器３５２〜３５５による）および合成（電力合成器３７２〜３７５による）の後、ＲＦ電力の大部分が一度に１つの出力ポート３９０〜３９３に供給されることになるように選択される。より具体的には、位相シフトは、一実施形態に応じて、ＲＦ電力の大部分が、その動力工程を実行しているいずれのシリンダに結合されている出力ポート３９０〜３９３に提供されるように加えられる。

【0027】

ＲＦ電力の大部分を一度に１つの出力ポート３９０〜３９３に供給するために、可変移相器３３２〜３３５によって加えられる位相シフトは、一実施形態において、動的に調整可能である。たとえば、可変移相器３３２〜３３５は、モジュール３３０のような１つ以上のモジュールに含まれてもよい。一実施形態に応じて、モジュール３３０は、１つ以上の制御信号３４４（たとえば、図１の制御ユニット１３０からの制御信号１８２）を受信し、移相器３３２〜３３５に、制御信号３４４に基づいてＲＦ信号３２２〜３２５に位相シフトを加えさせるように構成されている。より具体的には、モジュール３３０は、制御信号３４４を受信するためのデジタル入力を含んでもよい。デジタル入力は、データインターフェース（たとえば、シリアル周辺装置インターフェース（ＳＰＩ）または集積回路間（Ｉ２Ｃ）インターフェースのようなシリアルインターフェース、図示せず）に結合されてもよい。モジュール３３０の論理（図示せず）が、制御信号３４４に基づいて各移相器３３２〜３３５によって加えられるべき位相シフトを決定してもよく、移相器３３２〜３３５に、制御信号３４４に応じて、ＲＦ信号３２２〜３２５に決定された位相シフトを加えさせてもよい。ＰＩＮダイオード、スイッチアレイなどを使用して実装されるシステムを含む、上述のモジュール３３０とは異なって構成されている位相調整システムが、他の実施形態において使用されてもよい。

【0028】

加えて、一実施形態において、可変減衰器３３６〜３３９が各々、移相器３３２〜３３５によって生成された相対シフト信号のうちの１つを減衰してもよい。減衰は、たとえば、各位相シフト信号の増幅器３５２〜３５５による増幅の不均衡を補償するために加えられてもよい。可変減衰器３３６〜３３９は、可変移相器３３２〜３３５と同じモジュール３３０内に含まれてもよく、従って、可変減衰器３３６〜３３９によって加えられる減衰レベルは、制御信号３４４のうちの１つ以上に基づいて決定されてもよい。移相器３３２〜３３５は可変減衰器３３６〜３３９の前にあるように図示されているが、代替の実施形態では、移相器３３２〜３３５および減衰器３３６〜３３９は順序が逆になってもよい。代替の実施形態において、可変減衰器３３６〜３３９はシステムから除外されてもよい。

【0029】

移相器３３２〜３３５および／または減衰器３３６〜３３９（含まれる場合）は、増幅器モジュール３５０の部分を形成してもよい増幅器３５２〜３５５に結合されている。増幅器３５２〜３５５は、様々な実施形態において、１段増幅器または多段増幅器であってもよい。いずれにせよ、各増幅器３５２〜３５５は位相シフトされた（また、減衰されている可能性がある）信号３４０〜３４３のうちの１つを受信し、信号を増幅して位相シフト増幅信号３６０、３６１、３６２、３６３を生成する。一実施形態に応じて、増幅信号３６０〜３６３は、電力合成器ネットワーク３７０によって合成されると、放射要素３９６〜３９９によるプラズマ放電の生成を可能にするのに十分である電力レベルを有する。たとえば、一実施形態に応じて、各増幅器は、約２００ワット（Ｗ）〜約５００Ｗの範囲内の電力レベルを有する増幅信号３６０〜３６３を生成することが可能であってもよい。最終的に、後により詳細に説明するように、この結果として、約８００Ｗ〜約２．０キロワット（ｋＷ）の範囲内の電力レベルを有する出力ＲＦ信号３８４、３８５、３８６、３８７が、出力ポート３９０〜３９３のうちの１つにおいてもたらされる。他の実施形態において、増幅器３５２〜３５５は、上記で与えられた範囲よりも大きいもしくは小さい電力レベルを有する位相シフト増幅信号３６０〜３６３を生成するように構成されてもよく、かつ／または出力ＲＦ信号３８４〜３８７の電力は、上記で与えられた範囲よりも大きくてもよいし、もしくは小さくてもよい。増幅器３５２〜３５５の各々は、約２５デシベル（ｄＢ）〜約４０ｄＢの範囲内（たとえば、約３０ｄＢ）の増幅をもたらすことが望ましいが、他の実施形態においては、増幅器３５２〜３５５は、より高いまたはより低いレベルの増幅をもたらしてもよい。

【0030】

電力合成器ネットワーク３７０は、適切な位相を有する増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が提供されると、高電力ＲＦ信号を一度に出力ポート３９０〜３９３のうちの１つにおいて生成するように構成され、ともに結合されている複数の電力合成器３７２〜３７５を含む。一実施形態に応じて、第１の電力合成器セット３７２、３７３は増幅器３５２〜３５５に結合されており、第２の電力合成器セット３７４、３７５は出力ポート３９０〜３９３を介して放射要素３９６〜３９９に結合されている。電力合成器３７２〜３７５および放射要素３９６〜３９９のインピーダンスが大幅に不整合であるとき、インピーダンス整合要素（図示せず）が、第２の電力合成器セット３７４、３７５と放射要素３９６〜３９９との間に含まれてもよい。

【0031】

９０度合成器実施形態において、各電力合成器３７２〜３７５は、ハイブリッド直交合成器のような、９０度合成器である。従って、各合成器３７２〜３７５は、第１の入力ポート（一般的に「入力ポート」と称される）と、第２の入力ポート（一般的に「分離ポート」と称される）と、第１の出力ポート（一般的に「転送ポート」と称される）と、第２の出力ポート（一般的に「結合ポート」と称される）とを含む。第１の入力ポートおよび第２の入力ポートの各々は入力ＲＦ信号を受信し、入力ＲＦ信号が互いに実質的に９０度位相がずれているとき、入力ＲＦ信号は出力ポートのうちの一方において加わり、出力ポートの他方において相殺する。

【0032】

逆に、１８０度合成器実施形態において、各電力合成器３７２〜３７５は、ハイブリッドリング結合器のような、１８０度合成器である。９０度合成器実施形態と同様に、１８０度合成器実施形態において、各合成器３７２〜３７５は第１の入力ポートと、第２の入力ポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートとを含む。第１の入力ポートおよび第２の入力ポートの各々は、入力ＲＦ信号を受信する。入力ＲＦ信号が互いに実質的に同相であるとき、入力ＲＦ信号は第１の出力ポート（一般的に「シグマ」ポートと称される）において加わり、第２の出力ポート（一般的に「デルタ」ポートと称される）において相殺する。逆に、入力ＲＦ信号が互いに実質的に１８０度位相がずれているとき、入力ＲＦ信号は第２の出力ポート（またはデルタポート）において加わり、第１の出力ポート（またはシグマポート）において相殺する。

【0033】

図３の実施形態において、電力合成器ネットワーク３７０は４つの電力合成器３７２〜３７５を含み、これは第１の電力合成器セット３７２、３７３と、第２の電力合成器セット３７４、３７５とを含む。第１の電力合成器３７２は、それぞれ増幅器３５２および３５３の出力に結合されている２つの入力ポートを有する。第２の電力合成器３７３は、それぞれ増幅器３５４および３５５の出力に結合されている２つの入力ポートを有する。第１の電力合成器３７２の第１の出力は、第３の電力合成器３７４の第１の入力に結合されており、第１の電力合成器３７２の第２の出力は、第４の電力合成器３７５の第１の入力に結合されている。第２の電力合成器３７３の第１の出力は、第３の電力合成器３７４の第２の入力に結合されており、第２の電力合成器３７３の第２の出力は、第４の電力合成器３７５の第２の入力に結合されている。第３の電力合成器３７４および第４の電力合成器３７５の第１の出力および第２の出力は各々、出力ポート３９０〜３９３のうちの１つに結合されている。

【0034】

９０度合成器実施形態において、移相器３３２〜３３５によってＲＦ信号３２２〜３２５に加えられる位相シフトは、第１の電力合成器３７２の入力に提供される第１の増幅ＲＦ信号対３６０、３６１が、互いに約９０度位相がずれ、第２の電力合成器３７３の入力に提供される第２の増幅ＲＦ信号対３６２、３６３も、互いに約９０度位相がずれるように選択される。これによって、第１の電力合成器３７２および第２の電力合成器３７３の各々が、他方の出力ポートにおいては相対的に低いまたは無視できる振幅の信号を提供しながら、一方の出力ポートにおいて増幅ＲＦ信号３６０〜３６３の電力レベルの約２倍の相対的に高い電力レベルを有する中間ＲＦ信号３８０、３８１、３８２、３８３を生成することになる。いずれの出力ポートが相対的に高電力のＲＦ信号を生成するかは、いずれの入力ＲＦ信号３６０〜３６３の位相が進んでいるか、および、いずれの入力ＲＦ信号３６０〜３６３の位相が遅れているかに応じて決まる。一実施形態に応じて、位相シフトは移相器３３２〜３３５によって、ａ）中間ＲＦ信号３８０および３８２が互いに約９０度位相がずれていて相対的に高い電力レベルを同時に有し、中間ＲＦ信号３８１および３８３が相対的に低い電力レベルを有する、またはｂ）中間ＲＦ信号３８０および３８２が相対的に低い電力レベルを有し、中間ＲＦ信号３８１および３８３が互いに約９０度位相がずれていて相対的に高い電力レベルを有する、のいずれかになるように加えられる。

【0035】

第１の中間ＲＦ信号対３８０、３８２は第３の電力合成器３７４の入力に提供され、第２の中間ＲＦ信号対３８１、３８３は第４の電力合成器３７５の入力に提供される。相対的に高い電力レベルを有する位相のずれた中間ＲＦ信号の対３８０〜３８３を受信する電力合成器３７４または３７５は、他方の出力ポートにおいては相対的に低いまたは無視できる振幅の信号を提供しながら、一方の出力ポートにおいては中間ＲＦ信号３８０〜３８３の電力レベルの約２倍（または、増幅ＲＦ信号３４０〜３４３の電力レベルの約４倍）のさらに高い電力レベルを有する出力ＲＦ信号３８４〜３８７を生成する。ここでも、いずれの出力ポートが相対的に高電力のＲＦ信号を生成するかは、いずれの入力中間ＲＦ信号３８０〜３８３の位相が進んでいるか、および、いずれの入力中間ＲＦ信号３８０〜３８３の位相が遅れているかに応じて決まる。一実施形態に応じて、位相シフトは移相器３３２〜３３５によって、出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちのただ１つが、任意の所与の期間中に相対的に高い電力レベルを有し、他の出力ＲＦ信号３８４〜３８７の各々がその期間中に相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように加えられる。たとえば、相対的に高い電力レベルを有する出力ＲＦ信号３８４〜３８７は、約５ｄＢ〜約１５ｄＢの範囲内の（すなわち、０ｄＢよりも大きい）電力レベルを有してもよく、一方で、相対的に低い電力レベルを有する出力ＲＦ信号３８４〜３８７は、約−３００ｄＢ〜約−５００ｄＢの範囲内の（すなわち、−１００ｄＢよりも小さい）電力レベルを有してもよい。相対的に高い電力レベルおよび相対的に低い電力レベルの大きさおよび／または大きさの差は、他の実施形態において、上記で与えられた範囲と異なってもよい。

【0036】

１８０度合成器実施形態において、移相器３３２〜３３５によってＲＦ信号３２２〜３２５に加えられる位相シフトは、第１の電力合成器３７２の入力に提供される第１の増幅ＲＦ信号対３６０、３６１が、互いに約１８０度位相がずれ、第２の電力合成器３７３の入力に提供される第２の増幅ＲＦ信号対３６２、３６３も、互いに約１８０度位相がずれるように選択される。これによって、第１の電力合成器３７２および第２の電力合成器３７３の各々が、他方の出力ポートにおいては相対的に低いまたは無視できる振幅の信号を提供しながら、一方の出力ポートにおいて増幅ＲＦ信号３６０〜３６３の電力レベルの約２倍の相対的に高い電力レベルを有する中間ＲＦ信号３８０、３８１、３８２、３８３を生成することになる。いずれの出力ポートが相対的に高電力のＲＦ信号を生成するかは、いずれの入力ＲＦ信号３６０〜３６３の位相が進んでいるか、および、いずれの入力ＲＦ信号３６０〜３６３の位相が遅れているかに応じて決まる。一実施形態に応じて、位相シフトは移相器３３２〜３３５によって、ａ）中間ＲＦ信号３８０および３８２が互いに約１８０度位相がずれていて相対的に高い電力レベルを同時に有し、中間ＲＦ信号３８１および３８３が相対的に低い電力レベルを有する、またはｂ）中間ＲＦ信号３８０および３８２が相対的に低い電力レベルを有し、中間ＲＦ信号３８１および３８３が互いに約１８０度位相がずれていて相対的に高い電力レベルを有する、のいずれかになるように加えられる。

【0037】

第１の中間ＲＦ信号対３８０、３８２は第３の電力合成器３７４の入力に提供され、第２の中間ＲＦ信号対３８１、３８３は第４の電力合成器３７５の入力に提供される。相対的に高い電力レベルを有する位相のずれた中間ＲＦ信号の対３８０〜３８３を受信する電力合成器３７４または３７５は、他方の出力ポートにおいては相対的に低いまたは無視できる振幅の信号を提供しながら、一方の出力ポートにおいては中間ＲＦ信号３８０〜３８３の電力レベルの約２倍（または、増幅ＲＦ信号３４０〜３４３の電力レベルの約４倍）のさらに高い電力レベルを有する出力ＲＦ信号３８４〜３８７を生成する。ここでも、いずれの出力ポートが相対的に高電力のＲＦ信号を生成するかは、いずれの入力中間ＲＦ信号３８０〜３８３の位相が進んでいるか、および、いずれの入力中間ＲＦ信号３８０〜３８３の位相が遅れているかに応じて決まる。一実施形態に応じて、位相シフトは移相器３３２〜３３５によって、出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちのただ１つが、任意の所与の期間中に相対的に高い電力レベルを有し、他の出力ＲＦ信号３８４〜３８７の各々がその期間中に相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように加えられる。たとえば、相対的に高い電力レベルを有する出力ＲＦ信号３８４〜３８７は、約５０ｄＢｍ〜約６５ｄＢｍの範囲内の電力レベルを有してもよく、一方で、相対的に低い電力レベルを有する出力ＲＦ信号３８４〜３８７は、約０ｄＢｍ〜約４０ｄＢｍの範囲内の電力レベルを有してもよい。相対的に高い電力レベルおよび相対的に低い電力レベルの大きさおよび／または大きさの差は、他の実施形態において、上記で与えられた範囲と異なってもよい。本明細書における記載に基づいて、他の実施形態において、中間ＲＦ信号３８０〜３８３は異なる構成で移相器３７４、３７５に結合されてもよく、出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちの１つに対する電力の操作の実質的に同じ結果が、異なる位相シフトを使用して異なる構成において達成されてもよいことを当業者は理解しよう。

【0038】

９０度合成器または１８０度合成器実施形態のいずれにおいても、相対的に電力レベルの高いＲＦ信号３８４〜３８７が提供される出力ポート３９０〜３９３は、対応する放射デバイス３９６〜３９９によってプラズマ放電を生成することが所望される出力ポートに対応する。上述したように、プラズマ放電は、一度に１つだけの放射デバイス３９６〜３９９によって生成され、プラズマ放電を生成するタイミングは、放射デバイス３９６〜３９９に関連付けられているシリンダの動力工程の開始時またはそれに近い時点であるように制御される。図２も参照して、ＲＦ信号２４６が放射要素３９６に提供される信号を表し、ＲＦ信号２４７は、放射デバイス３９７に提供される信号を表し、ＲＦ信号２４８は、放射デバイス３９８に提供される信号を表し、ＲＦ信号２４９は、放射デバイス３９９に提供される信号を表すと仮定する。

【0039】

９０度合成器実施形態に対応する下記表１は、ＲＦ電力増幅および分配システム３００が一度に１つの放射デバイス３９６〜３９９に相対的に高電力の出力ＲＦ信号３８４〜３８７を提供するために、移相器３３２〜３３５の各々によって加えられてもよい位相シフトの一例を与える。より具体的には、各列は放射デバイス３９６〜３９９（「ＲＤ」）のうちの１つに対応し、各行は移相器３３２〜３３５（「ＰＳ」）のうちの１つに対応する。各列内の位相シフト値（度単位）は、ＲＦ電力増幅および分配システム３００が、その列に対応する放射デバイス３９６〜３９９（すなわち、動力工程を実行しているシリンダに関連付けられている放射デバイス３９６〜３９９）に相対的に高電力の出力ＲＦ信号（たとえば、出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちの１つ）を提供するために対応する移相器３３２〜３３５の各々に同時に加えられてもよい位相シフトの例を示す。

【0040】

【表1】

表１の各列内に表されている位相差の組合せは、所定の位相差の例を表し、これらの組合せは、増幅位相シフトＲＦ信号（たとえば、図３の増幅位相シフトＲＦ信号３６０〜３６３）間に存在するとき、電力合成器ネットワーク（たとえば、図３の電力合成器ネットワーク３７０）に、増幅位相シフトＲＦ信号を合成させて、相対的に高い電力レベルを有する１つの出力ＲＦ信号（たとえば、図３の出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちの１つ）を生成し、相対的に低い電力レベルを有する残りの出力ＲＦ信号（たとえば、図３の出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちの残りの３つ）を生成させる。特定の例示的な位相シフトが上記表１において提供されており、それらの例示的な位相シフトが下記で論じられているが、他の実施形態において、指定されている値から（たとえば、±１５度だけ）変化した位相シフトが代替的に使用されてもよいことは留意されたい。加えて、各例示的な位相シフト値は９０度の倍数であるが、代替の実施形態は、９０度の倍数にいくらかのずれを加算または減算したものである位相シフトを実装してもよい。たとえば、表１の第１の列（期間２０２に対応する）を参照すると、０度、９０度、９０度、および１８０度の例示的な位相シフトは、４５度のずれを含む位相シフト（すなわち、４５度、１３５度、１３５度、および２２５度の位相シフト）に置き換えられてもよい。無論、他の実施形態において、４５度以外のずれも使用されてもよい。

【0041】

たとえば、表１が示すように、放射要素３９６に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０２の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に９０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に９０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に１８０度の位相シフトを加える。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８４のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８５〜３８７は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0042】

同様に、放射要素３９７に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０１の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に９０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に−９０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に０度の位相シフトを加える。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８５のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８４、３８６、および３８７は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0043】

同様に、放射要素３９８に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０３の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に１８０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に９０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に−９０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に１８０度の位相シフトを加える。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８６のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８４、３８５、および３８７は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0044】

最後に、放射要素３９９に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０４の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に−９０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に−９０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に１８０度の位相シフトを加える。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８７のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８４、３８５、および３８６は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0045】

１８０度合成器実施形態に対応する下記表２は、ＲＦ電力増幅および分配システム３００が一度に１つの放射デバイス３９６〜３９９に相対的に高電力の出力ＲＦ信号３８４〜３８７を提供するために、移相器３３２〜３３５の各々によって加えられてもよい位相シフトの一例を与える。ここでも、各列は放射デバイス３９６〜３９９のうちの１つに対応し、各行は移相器３３２〜３３５のうちの１つに対応する。各列内の位相シフト値（度単位）は、ＲＦ電力増幅および分配システム３００が、その列に対応する放射デバイス３９６〜３９９（すなわち、動力工程を実行しているシリンダに関連付けられている放射デバイス３９６〜３９９）に相対的に高電力の出力ＲＦ信号（たとえば、出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちの１つ）を提供するために対応する移相器３３２〜３３５の各々に同時に加えられてもよい位相シフトの例を示す。

【0046】

【表2】

表２の各列内に表されている位相差の組合せは、所定の位相差の例を表し、これらは、増幅位相シフトＲＦ信号（たとえば、図３の増幅位相シフトＲＦ信号３６０〜３６３）間に存在するとき、電力合成器ネットワーク（たとえば、図３の電力合成器ネットワーク３７０）に、増幅位相シフトＲＦ信号を合成させて、相対的に高い電力レベルを有する１つの出力ＲＦ信号（たとえば、図３の出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちの１つ）を生成し、相対的に低い電力レベルを有する残りの出力ＲＦ信号（たとえば、図３の出力ＲＦ信号３８４〜３８７のうちの残りの３つ）を生成させる。特定の例示的な位相シフトが上記表２において提供されており、それらの例示的な位相シフトが下記で論じられているが、他の実施形態において、指定されている値から（たとえば、±１５度だけ）変化した位相シフトが代替的に使用されてもよいことは留意されたい。加えて、各例示的な位相シフト値は１８０度の倍数であるが、代替の実施形態は、１８０度の倍数にいくらかのずれを加算または減算したものである位相シフトを実装してもよい。たとえば、表１の第２の列（期間２０１に対応する）を参照すると、０度、０度、１８０度、および１８０度の例示的な位相シフトは、４５度のずれを含む位相シフト（すなわち、４５度、４５度、２２５度、および２２５度の位相シフト）に置き換えられてもよい。無論、他の実施形態において、４５度以外のずれも使用されてもよい。

【0047】

たとえば、表２が示すように、放射要素３９６に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０２の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に０度の位相シフトを加える。言い換えれば、両方の増幅ＲＦ入力信号対３６０、３６１および３６２、３６３は、第１の電力合成器セット３７２、３７３に入力されるときは互いに実質的に同相である。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８４のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８５〜３８７は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0048】

同様に、放射要素３９７に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０１の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に１８０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に１８０度の位相シフトを加える。言い換えれば、両方の増幅ＲＦ入力信号対３６０、３６１および３６２、３６３は、第１の電力合成器セット３７２、３７３に入力されるときは互いに実質的に同相であるが、これらの対は互いに実質的に１８０度位相がずれている。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８５のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８４、３８６、および３８７は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0049】

同様に、放射要素３９８に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０３の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に１８０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に１８０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に０度の位相シフトを加える。言い換えれば、両方の増幅ＲＦ入力信号対３６０、３６１および３６２、３６３は、第１の電力合成器セット３７２、３７３に入力されるときは互いに実質的に１８０度位相がずれている。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８６のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８４、３８５、および３８７は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0050】

最後に、放射要素３９９に関連付けられているシリンダの動力工程中（たとえば、図２の期間２０４の間）、移相器３３２はＲＦ信号３２２に０度の位相シフトを加え、移相器３３３はＲＦ信号３２３に１８０度の位相シフトを加え、移相器３３４はＲＦ信号３２４に１８０度の位相シフトを加え、移相器３３５はＲＦ信号３２５に０度の位相シフトを加える。言い換えれば、再び、両方の増幅ＲＦ入力信号対３６０、３６１および３６２、３６３は、第１の電力合成器セット３７２、３７３に入力されるときは互いに実質的に１８０度位相がずれている。これによって、電力合成器ネットワーク３７０が増幅ＲＦ信号３６０〜３６３のすべてを、出力ＲＦ信号３８７のみが相対的に高い電力レベルを有し、一方で他の３つの出力ＲＦ信号３８４、３８５、および３８６は相対的に低いまたは無視できる電力レベルを有するように合成することになることを保証する位相関係で、増幅ＲＦ信号３６０〜３６３が電力合成器ネットワーク３７０に到来するようになる。

【0051】

本明細書における記載に基づいて、上記表１および表２に与えられた例示的な位相シフトは限定であるようには意図されていないことを、当業者は理解しよう。電力合成器３７２〜３７５のいずれかに入力される信号の位相シフトが実質的に９０度位相がずれている（９０度合成器実施形態の場合）か、または位相シフトが実質的同相であるかもしくは実質的に１８０度位相がずれている（１８０度合成器実施形態の場合）限り、電力合成器ネットワーク３７０は実質的に同じように機能することになる（すなわち、一度に相対的に高い電力レベルを有する１つの出力ＲＦ信号３８４〜３８７を提供する）。たとえば、移相器３３２〜３３５によって加えられる位相シフトは、９０度または１８０の倍数である必要はない。代わりに、位相シフトの各々は９０度または１８０の倍数からずれていてもよい。そのような代替の実施形態は、本発明の主題の範囲内に含まれるように意図されている。

【0052】

加えて、本明細書における記載に基づいて、図示および記載されている実施形態を、４つ（たとえば、４つの出力ポート３９０〜３９３）よりも多いまたは少ない出力ポートを有するシステムに適用するために容易に変更することができることも、当業者は理解しよう。従って、たとえば、ＲＦ電力増幅および分配システムの実施形態は、３気筒、６気筒、８気筒、または１２気筒内燃エンジンのためのプラズマ点火システムに使用されるように構成されてもよい。３気筒実施形態において、たとえば、出力ポートのうちの１つ（たとえば、出力ポート３９０〜３９３のうちの１つ）は、プラズマ放電を生成するように構成されている放射デバイスに結合される代わりに、５０オーム（または他のインピーダンス）の負荷によって終端されてもよい。加えて、４つよりも多いシリンダを含む実施形態において、ＲＦ電力増幅および分配システムは、任意の整数Ｎ個の移相／増幅経路を含むよう変更されてもよく、電力合成器ネットワーク３７０は、一度にＮ個の出力ポートのうちの１つのみにおいて単一の相対的に高電力のＲＦ信号を生成するために移相／増幅経路によって生成されるＮ個のＲＦ信号を合成するように適切に変更されてもよい。そのような代替の実施形態は、本発明の主題の範囲内に含まれるように意図されている。

【0053】

ＲＦ電力増幅および分配システム３００の様々な構成要素およびモジュールは、様々なタイプの半導体技術を使用して、様々な集積レベルにおいてともに組み込まれてもよい。たとえば、高集積システムにおいて、電力分割器３１０、移相器３３２〜３３５、減衰器３３６〜３３９（および／またはモジュール３３０）、増幅器３５２〜３５５、ならびに電力合成器ネットワーク３７０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられてもよい単一の個別のパッケージまたは単一のモジュールにともに集積されてもよい。代替的に、これらの構成要素のサブセットが個別のパッケージにともに集積されてもよく、かつ／またはＰＣＢレベルにおいて組み込まれてもよい。たとえば、電力分割器３１０および／または電力合成器ネットワーク３７０は、ＰＣＢレベルにおいて容易に組み込むことができ、移相器３３２〜３３５、減衰器３３６〜３３９、および増幅器３５２〜３５５は、１つ以上の個別のパッケージ内に含まれてもよい。さらに、移相器３３２〜３３５、減衰器３３６〜３３９、および増幅器３５２〜３５５は、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、または他の半導体基板の任意の組合せの上に実装されてもよい。代替的に、これらの構成要素のいくつかは個別の構成要素として実装されてもよい。特定の実施形態に応じて、増幅器３５２〜３５５は、横方向拡散金属酸化膜半導体（ＬＤＭＯＳ）トランジスタを含むが、他のタイプのトランジスタも使用されてもよい。

【0054】

図４は、例示的な一実施形態に応じた、ＲＦ電力増幅および分配システム（たとえば、図１、図３のＲＦ電力増幅および分配システム１１８、３００）を含むプラズマ点火システム（たとえば、図１のプラズマ点火システム１１０）を動作させる方法のフローチャートである。一実施形態に応じて、方法は、少なくとも２つの並行プロセスを含み、第１のプロセスはブロック４０２〜４０６に反映されており、第２のプロセスはブロック４１０〜４２０に反映されている。これらのプロセスは順次論じるが、それらはシステムが定常状態で動作しているときは並列に実行されることになり、プロセスはプラズマ点火システムの動作中に繰り返し実行されもすることは理解されたい。

【0055】

一実施形態に応じて、下記「位相シフト設定プロセス」と称する第１のプロセス（すなわち、ブロック４０２〜４０６）は、放射デバイスに結合されているシリンダの動力工程の開始時に高電力ＲＦ信号が適切な放射デバイス（たとえば、図３の放射デバイス３９６〜３９９のうちの１つ）に提供されることを保証するように、複数の移相器（たとえば、図３の移相器３３２〜３３５）の位相シフトを決定および設定することを含む。下記「ＲＦ信号増幅および分配プロセス」と称する第２のプロセス（すなわち、ブロック４１０〜４２０）は、高電力ＲＦ信号を一度に１つの出力ポートに分配するために、入力ＲＦ信号（たとえば、図１、図３のＲＦ信号１４２、３０４）を受信および処理することを含む。

【0056】

最初にブロック４０２を参照すると、位相シフト設定プロセスは、動力工程を実行していることになる次のシリンダ（たとえば、図１のシリンダ１５２〜１５５のうちの１つ）を検出または判定することを含む。この判定は、たとえば、各シリンダの現在の工程、従って、次に動力工程を実行する事になるシリンダ（すなわち、現在は圧縮行程を実行しているシリンダ）を示す状態図をステップスルーすることができる制御ユニット（たとえば、図１の制御ユニット１３０）によって行われてもよい。代替的に、この判定は、クランクシャフトの角度位置を検知すること、および、角度位置を、次に動力工程を実行することになるシリンダを示す情報と相関付けることによって行われてもよい。いずれのシリンダが次に動力工程を実行する事になるかを判定する他の方法も実施されてもよい。

【0057】

ブロック４０４において、システムの移相器（たとえば、図３の移相器３３２〜３３５）によって加えられるべき位相シフトが（たとえば、図１の制御ユニット１３０によって）決定される。より具体的には、システムの電力合成器（たとえば、図３の電力合成器ネットワーク３７０）に、複数の位相シフトＲＦ信号（たとえば、図３のＲＦ信号３６０〜３６３）をともに合成させて、次に動力工程を実行することになるシリンダに結合されている放射デバイス（たとえば、図３の放射デバイス３９６〜３９９のうちの１つ）に結合されている出力ポート（たとえば、図３の出力ポート３９０〜３９３）において合成信号が加わるように、位相シフトが決定される。たとえば、この決定は、記憶されている位相シフトの表（たとえば、９０度または１８０度合成器実施形態のいずれが実装されるかに応じて、上記表１または２のうちの一方）からシリンダに対する位相シフト値にアクセスすることによって行われてもよい。代替的に、この決定は、何らかの他の様式で行われてもよい。

【0058】

ブロック４０６において、シリンダの動力工程の開始時またはその前に、移相器（たとえば、図３の移相器３３２〜３３５）は、ブロック４０４において決定された位相シフトを入力ＲＦ信号に（たとえば、図３のＲＦ信号３２２〜３２５に）加えるように、制御される。たとえば、移相器が、移相器のデジタル制御を促進するモジュール（たとえば、図３のモジュール３３０）の一部を形成するとき、位相シフトを示すモジュールに制御信号（たとえば、図１、図３の制御信号１８２、３４４）が提供されてもよい。その後、今度はモジュールの論理が、決定された位相シフトを加えるように各移相器を制御してもよい。ブロック４０２〜４０６を実行することによって、ＲＦ電力増幅および分配システムは、各シリンダの動力工程中に各シリンダの放射デバイスに対する相対的に高電力のＲＦ信号を生成するように動的に構成されてもよい。

【0059】

ここでブロック４１０を参照すると、ＲＦ信号増幅および分配プロセスは、入力ＲＦ信号（たとえば、図１、図３のＲＦ信号１４２、３０４）を（たとえば、図３の入力ポート３０２において）受信および（たとえば、図３の電力分配器３１０によって）分割することを含む。この結果として、一実施形態において、実質的に電力が等しくてもよい複数のＲＦ信号（たとえば、図３のＲＦ信号３２２〜３２５）が生成される。

【0060】

ブロック４１２において、移相器（たとえば、図３の移相器３３２〜３３５）が複数のＲＦ信号の各々に位相シフトを加え、ここで、位相シフトは、ブロック４０４および４０６において決定および確立された位相シフトに対応する。０度位相シフトを加えることは、それらの用語が本明細書において使用される場合は、なお位相シフトであると考えられる。前述のように、一実施形態において、複数のＲＦ信号のいくらかまたはすべてはまた、（たとえば、図３の減衰器３３６〜３３９を使用して）減衰されてもよい。いずれにせよ、位相シフトが加えられる結果として、複数の位相シフトＲＦ信号（たとえば、図３のＲＦ信号３４０〜３４３）が生成される。

【0061】

ブロック４１４において、複数の増幅位相シフトＲＦ信号（たとえば、図３のＲＦ信号３６０〜３６３）を生成するために、複数の位相シフトＲＦ信号が（たとえば、図３の増幅器３５２〜３５５によって）増幅される。前述のように、増幅は１つ以上の段で実行されてもよく、増幅器の各々は、約２５ｄＢ〜約４０ｄＢの範囲内の増幅をもたらしてもよいが、増幅器は、他の実施形態において、より高いまたはより低いレベルの増幅をもたらしてもよい。

【0062】

ブロック４１６において、複数の増幅位相シフトＲＦ信号がＲＦ電力合成器ネットワーク（たとえば、図３のＲＦ電力合成器ネットワーク３７０）に提供される。ＲＦ電力合成器ネットワークは、複数の出力ポート（たとえば、図３の出力ポート３９０〜３９３）において、増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、複数の出力ＲＦ信号（たとえば、図１、図３の出力ＲＦ信号１４６〜１４９、３８４〜３８７）を生成する。ＲＦ電力合成器ネットワークが適切な移相関係を有する増幅位相シフトＲＦ信号を受信したとき、ＲＦ電力合成器ネットワークは、残りの出力ＲＦ信号が相対的に低い電力レベル（たとえば、プラズマ放電を生成するのに十分でない電力レベル）を有する一方で、相対的に高い電力レベル（たとえば、プラズマ放電を生成するのに十分な電力レベル）を有する１つの出力ＲＦ信号を生成する。

【0063】

ブロック４１８において、出力ＲＦ信号が、シリンダ（たとえば、図１のシリンダ１５２〜１５５）に結合されている放射デバイス（たとえば、図１、図３の放射デバイス１２０〜１２３、３９０〜３９３）に提供される。出力ＲＦ信号の電力が十分に高いとき、ＲＦ信号は放射デバイスに、シリンダの燃焼室内でプラズマ放電を生成させ、従ってそのシリンダの動力工程が開始する。逆に、出力ＲＦ信号の電力が十分に高くないとき、そのＲＦ信号を受信する放射デバイスはプラズマ放電を生成しない。上述の方法を使用して、ＲＦプラズマ点火システムは、システムのＲＦ電力合成器ネットワークに提供されるＲＦ信号の位相を動的に調整することによって、各シリンダのそれぞれの動力工程中にシリンダの各々においてプラズマ放電を生成することができる。

【0064】

図１〜図４は、４工程サイクルのうちの動力工程中に４つのシリンダの各々においてプラズマ放電を生成するように構成されている４気筒エンジンおよびプラズマ点火システムを示し、それに対応しているが、様々な実施形態は、４つよりも多いまたは少ないシリンダを有するエンジン、および、奇数個のシリンダを有するエンジンにも適用するように変更されてもよいことは理解されたい。より詳細には、実施形態は、Ｎ個のシリンダを有するエンジンに適用するように一般化されてもよく、Ｎは任意の妥当な整数である。従って、ＲＦ増幅および分配システムの実施形態は、入力ＲＦ信号を分割してＮ個のＲＦ信号にする分割器と、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を生成するためにＮ個のＲＦ信号に位相シフトを適用するように構成されているＮ個の移相器と、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を生成するためにＮ個の位相シフトＲＦ信号を増幅するように構成されているＮ個の増幅器と、Ｎ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートを含む電力合成器とを含むように一般化されてもよく、電力合成器は、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間の位相差に基づいて、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成してＮ個の出力ポートに向けて方向付けるように構成されている。

【0065】

加えて、様々な実施形態は、２ストロークおよび４ストロークの両方のエンジンに使用されてもよいことは理解されたい。さらに、様々な実施形態は動力車において実装されてもよいが、実施形態は、いくつか追加の例を挙げると、発電機、造園用機器（たとえば、芝刈り機、草刈機、送風機）、重機（たとえば、トラクタ、クレーンなど）、列車、航空機、および水上船を含む他の化石燃料動力システムにおいても実装されてもよい。加えて、様々な実施形態は、分配される高電力ＲＦ信号が所望される他のタイプのシステムにおいて実装されてもよい。たとえば、実施形態は、２つだけ例を挙げると、複数のアンテナ通信システム（たとえば、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムおよび／もしくはブロードキャストシステム）、ならびに／または、対象物を加熱する目的でＲＦエネルギーを生成する複数の放射要素を有する電子レンジにおいて実装されてもよい。いくつかの代替の実施形態において、入力ＲＦ信号は、情報が通信されることを可能にするように設計されており、かつ／または何らかの他の有利な効果を与えるいくつかの変調技法のいずれかを使用して変調されてもよい。

【0066】

システムの一実施形態は、Ｎ個の増幅器と、電力合成器ネットワークとを含む。Ｎ個の増幅器の各増幅器は、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号のうちの１つを受信するように構成されており、Ｎ個の増幅器は、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を増幅して、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を生成するようにさらに構成されている。電力合成器ネットワークは、Ｎ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートを有する。Ｎ個の入力ポートの各々はＮ個の増幅器のうちの１つの出力に結合されており、電力合成器ネットワークは、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、Ｎ個の出力ポートにおいてＮ個の出力ＲＦ信号を生成するように構成されている。Ｎ個の出力ＲＦ信号の相対電力レベルは、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間の位相差に応じて決まる。

【0067】

最大Ｎ個のシリンダを有する内燃エンジンのためのプラズマ点火システムの一実施形態は、電力分割器と、Ｎ個の移相器と、Ｎ個の増幅器と、電力合成器ネットワークと、最大Ｎ個の放射デバイスとを含む。電力分割器は、１つの入力およびＮ個の出力を有し、電力分割器は、入力上で受信される入力ＲＦ信号を分割してＮ個の分割ＲＦ信号にし、Ｎ個の出力上でＮ個の分割ＲＦ信号を提供するように構成されている。Ｎ個の移相器の各々は入力および出力を有し、各入力は電力分割器のＮ個の出力のうちの１つに結合されており、各移相器は、Ｎ個の分割ＲＦ信号のうちの１つを受信し、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を生成するために、Ｎ個の分割ＲＦ信号に複数の所定の位相シフトのうちの１つを加えるように構成されている。Ｎ個の増幅器はＮ個の移相器に結合されており、Ｎ個の増幅器は、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を受信し、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を増幅して、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を生成するように構成されている。電力合成器ネットワークはＮ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートを有し、Ｎ個の入力ポートの各々はＮ個の増幅器のうちの１つの出力に結合されており、電力合成器ネットワークは、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、Ｎ個の出力ポートにおいてＮ個の出力ＲＦ信号を生成するように構成されている。Ｎ個の出力ＲＦ信号の相対電力レベルは、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間の位相差に応じて決まる。放射デバイスの各々は電力合成器ネットワークのＮ個の出力ポートのうちの１つに結合されており、放射デバイスの各々は、Ｎ個の出力ＲＦ信号のうちの１つの出力ＲＦ信号を受信し、出力ＲＦ信号の電力レベルが十分に高いときにプラズマ放電を生成するように構成されている。

【0068】

方法の一実施形態は、Ｎ個の位相シフトＲＦ信号を生成するためにＮ個の入力ＲＦ信号に所定の位相シフトを加える工程と、位相シフトＲＦ信号を増幅して、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を生成する工程と、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成して、Ｎ個の出力ポートにおいてＮ個の出力ＲＦ信号を生成する工程とを含む。Ｎ個の出力ＲＦ信号の相対電力レベルは、Ｎ個の増幅位相シフトＲＦ信号間の位相差に応じて決まる。

【0069】

さらなる実施形態に応じて、合成する工程は、９０度合成器のネットワークを使用してＮ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成する工程を含み、ネットワークの各９０度合成器は第１の入力および第２の入力ならびに第１の出力および第２の出力を含み、各９０度合成器が、互いに実質的に９０度位相がずれている第１の増幅位相シフトＲＦ信号および第２の増幅位相シフトＲＦ信号を受信すると、各９０度合成器は、第１の出力および第２の出力のうちの一方において、相対的に高い電力レベルを有する第１のＲＦ信号を生成し、第１の出力および第２の出力のうちのもう一方において、相対的に低い電力レベルを有する第２のＲＦ信号をも生成する。

【0070】

別のさらなる実施形態に応じて、合成する工程は、１８０度合成器のネットワークを使用してＮ個の増幅位相シフトＲＦ信号を合成する工程を含み、ネットワークの各１８０度合成器は第１の入力および第２の入力ならびに第１の出力および第２の出力を含み、各１８０度合成器が、互いに実質的に同相である第１の増幅位相シフトＲＦ信号および第２の増幅位相シフトＲＦ信号を受信すると、各１８０度合成器は、第１の出力において、相対的に高い電力レベルを有する第１のＲＦ信号を生成し、第２の出力において、相対的に低い電力レベルを有する第２のＲＦ信号を生成し、各１８０度合成器が、互いに実質的に１８０度位相がずれている第１の増幅位相シフトＲＦ信号および第２の増幅位相シフトＲＦ信号を受信すると、各１８０度合成器は、第２の出力において、相対的に高い電力レベルを有する第１のＲＦ信号を生成し、第１の出力において、相対的に低い電力レベルを有する第２のＲＦ信号を生成する。

【0071】

別のさらなる実施形態に応じて、方法は、内燃エンジンの最大Ｎ個のシリンダに結合されている最大Ｎ個の放射デバイスに出力ＲＦ信号を提供する工程をも含む。方法は、シリンダのうちの、次に動力工程を実行することになるシリンダを判定する工程と、結果として、Ｎ個の出力ポートのうちの第１の出力ポートにおいて相対的に高い電力レベルを有する１つの出力ＲＦ信号を生成することになり、残りのＮ−１個の出力ポートにおいて相対的に低い電力レベルを有するＮ−１個の出力ＲＦ信号を生成することになる次の所定の位相シフトセットを決定する工程と、加える工程の間に入力ＲＦ信号に次の所定の位相シフトセットを加えるように、Ｎ個の移相器を制御する工程とをさらに含んでもよい。

【0072】

本記載および特許請求の範囲における「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などの用語は、要素間で区別するために使用され、必ずしも特定の構造的な、連続する、または経時的な順序を説明するためのものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であることを理解されたい。さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」といった用語およびそれらの任意の変化形は非排他的な包含をカバーするように意図され、それによって、要素のリストを含む回路、プロセス、方法、製品、または装置が必ずしもそれらの要素に限定されず、明示的に列挙されていない、またはこのような回路、プロセス、方法、製品、または装置に内在する他の要素を含むことができる。本明細書において使用される場合、「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、電気的または非電気的な様式で直接的または間接的に接続されるものとして定義される。

【0073】

本発明の主題の原理が特定のシステム、装置、および方法に関連して上記で説明されてきたが、この説明は例示のみを目的として為されており、本発明の主題の範囲に対する限定としてではないことは明瞭に理解されたい。本明細書において述べられ図面内に示されたさまざまな機能または処理ブロックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの任意の組合せにおいて実装されることができる。さらに、本明細書において採用されている表現または専門用語は説明を目的としており、限定ではない。

【0074】

特定の実施形態の上記の記載は、他者が、現在の知識を適用することによって、一般的な概念から逸脱することなくさまざまな用途のためにそれを容易に改変および／または適合することができるだけ十分に本発明の主題の一般的性質を公開している。従って、このような適合および改変は開示されている実施形態の均等物の意図および範囲内にある。本発明の主題は、すべてのこのような代替形態、改変形態、均等物、および変形形態を、添付の特許請求の範囲の技術思想および広い範囲内に入るものとして包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】