JPH109112A - エンジンのハイパワー点火補助システム - Google Patents

エンジンのハイパワー点火補助システム

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JPH109112A
JPH109112A JP9071254A JP7125497A JPH109112A JP H109112 A JPH109112 A JP H109112A JP 9071254 A JP9071254 A JP 9071254A JP 7125497 A JP7125497 A JP 7125497A JP H109112 A JPH109112 A JP H109112A
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electrode
cylinder
combustion zone
spark
engine
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JP9071254A
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Rodney G Blodgett
ジー ブロージット ロドニー
Anthony K Chan
ケイ チャン アントニー
George Codina
コーディナ ジョージ
Teala D Lavell
ディー ラヴェル ティアラ
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Caterpillar Inc
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/10—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having continuous electric sparks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
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    • F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃エンジンの火花点火システムに関する。 【解決手段】 火花点火システムは、エンジンの燃焼ゾ
ーンにおいて火花を発生させるように高電圧で作動す
る、相互に離れた第１および第２の電極を有する。この
システムの構造によって、より低いエネルギーを用いな
がら、より高いパワーを有する短縮された全バースト時
間を有する電気パルス列を備えた長さの長い火花を形成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃エンジンの火花点
火システムに関する。より詳細には、本発明は、火花を
第１の電極から燃焼ゾーンを介して第２の電極にまで飛
ばすシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルサイクルエンジンの出現か
ら、エンジンの効率を高めるために膨大な研究がなされ
てきた。研究の１つの主な領域は、燃料燃焼の効率を高
めることに関していた。主要な要因は、効率的な手段に
おいて効率的に火花を発生させることであった。公知の
ディーゼルサイクルエンジンでは、燃料の燃焼を高める
ようにグロープラグを用いることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】進歩を阻み続ける問題
は、電極間のギャップの長さの制限、火花持続時間の制
御、およびシステムの寿命である。別の問題は、ディー
ゼルサイクルエンジンをグロープラグを用いることから
火花点火システムに変換することである。本発明は、こ
れらの問題の１つか２つ以上を解決する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、内燃エンジンの火花点火システムが、制御可能な火
花開始システム、該制御可能な火花開始システムに接続
可能な昇圧変圧器、面を有するピストン、および軸、上
部、側壁を有するシリンダとを備える。ピストンの面が
シリンダの上部に近接した状態で、ピストンがシリンダ
内に配置される。ピストン面、シリンダ上部およびシリ
ンダ側壁が、燃焼ゾーンを形成する。 第１の電極が、
エンジン構造を通って、燃焼ゾーンにまで延びる。第１
の電極が昇圧変圧器に接続されている。第２の電極が、
第１の電極に近接して燃焼ゾーン内の所定の場所におい
てエンジン構造に接続される。本発明は、２つの電極が
相互に離れており、火花を大きくし、持続時間を制御し
てエンジンの効率を改善するようになった、ディーゼル
サイクルエンジンのハイパワー火花点火システムを提供
する。
【０００５】
【実施例】図１および図２を参照すると、内燃エンジン
１２の火花点火システム１０が、最新式に電子制御され
ている制御可能な点火開始システム１４を有する。この
特定の構造において、エンジンは、ディーゼルサイクル
エンジンであると想像されるが、別の種類のエンジンも
本発明の範囲から逸脱することなく用いることができ
る。エンジン１２は、ピストン面１８を有するピストン
１６を有する。エンジン１２の構造は、軸２２、上部２
４および側壁２６を有するシリンダ２０も有する。ピス
トン面１８がシリンダ上部２４に近接する状態で、ピス
トン１６がシリンダ２０内に配置される。ピストン面１
８、シリンダ上部２４、シリンダ側壁２６が燃焼ゾーン
２８を形成する。シリンダ上部２４内の燃料噴射器３０
がシリンダ２０と燃焼ゾーン２８とにほぼ同軸に配置さ
れる。燃料噴射器３０は、燃料３４が燃焼ゾーン２８に
噴霧されるように燃料の通る孔を有する噴射ノズル３２
を含む。噴射ノズルは、燃料を燃焼ゾーンに噴霧するた
めの１つか２つ以上の孔を有することができる。このよ
うな装置は、エンジンの技術分野において公知である。
【０００６】制御可能な火花システム１４が、本分野に
おいて公知のように、エンジン１２の火花開始システム
１０に接続可能な昇圧パルス変圧器３６を有する。変圧
器３６は、電圧を約２４ボルトから増圧し、約２０ボル
トから約６０キロボルト（ＫＶ）の範囲の電圧にする。
本発明の火花開始システム１０と変圧器３６は、約５０
から１００マイクロ秒の範囲内の全バースト時間を有す
る電気パルス列を送るように構成される。本分野におい
てよく知られているように、本発明のシステムにおいて
電圧を増圧することと火花持久時間を制御することは、
発明の特徴の一つとして分類されるような延長時間の設
定作業を必要としない。第１の電極３８がシリンダ上部
２４を通って、ピストン面１８の方向に向かって燃焼ゾ
ーン２８に延びる。本実施例において、電極３８が、シ
リンダ上部を通って延びるように示されているが、本発
明の範囲から逸脱することなく、電極はエンジン構造の
別の部分を通って延びることができる。第１の電極３８
が制御可能な火花システム１４に電気的に接続されてい
る。第１の電極３８が、制御可能な火花システム１４に
接続可能な中央ロッド４０、該中央ロッド４０を包む絶
縁体４２、および該絶縁体４２のまわりの金属スリーブ
４４を含む。本実施例において、絶縁体４２は、高電圧
高誘電セラミック材料から形成されるが、別の適当な材
料も本発明の範囲から逸脱することなく用いることがで
きる。
【０００７】第２の電極４６が、燃焼ゾーン２８内にお
いて、第１の電極３８に近接した所定の場所でシリンダ
上部２４に接続されている。第２の電極４６が第１の電
極３８と約５ｍｍ離れており長い火花を形成するように
なっている。第２の電極４６が、シリンダ上部２４から
ピストン面１８の方向に延びている。この構成概念にお
いて、第２の電極４６が分離した小片であり、ねじでシ
リンダ上部２４に取り外し可能に接続されている。第２
の電極４６が、シリンダ上部２４に溶接すなわちシリン
ダ上部２４上に形成されるように、本発明の範囲から逸
脱することなくシリンダ上部２４の一体部分となる。本
実施例において、電極４６がシリンダ上部に接続されて
いるように示されているが、電極は、本発明の範囲から
逸脱することなく燃焼ゾーン内であればいかなる場所の
エンジン構造にも接続できる。
【０００８】図２を参照すると、火花点火システム１０
が、線図で示されている。火花点火システム１０が、制
御可能な火花システム１４、第１の電極３８、および第
２の電極４６とを含む。制御可能な火花システム１４
が、パルス昇圧変圧器３６のような高電圧動力源、ダイ
オード４８、インダクタンスコイル５０、および第１と
第２の電極３８、４６間に接続されているコンデンサ５
２を含む。絶縁体４２と金属スリーブ４４が、所定の状
況においてコンデンサ５２の替わりに用いることのでき
るコンデンサ構造を構成する。公知のパラメータ（即ち
高誘電絶縁体）で幾何形状を適切にすることによって、
第１電極３８とシリンダトップ２４が組み合わされてコ
ンデンサを形成するように構成できる。図３を参照する
と、電極３８、４６が燃焼ゾーン２８に噴霧される燃料
３４に直接あたるように、燃料噴射器３０が配置されて
いる。
【０００９】図４を参照すると、電極３８、４６が、燃
焼ゾーン２８において燃料３４の噴霧に直接あたらない
ように、燃料噴射器３０が配置されている。上述した以
外に本発明の範囲から逸脱することなく、最適の性能を
達成するように噴射ノズル内に孔を配置できる。図５を
参照すると、約５０から１００マイクロ秒の時間長さを
有する火花５４を発生させるためのエネルギー放電特性
が示されている。火花５４は、充電勾配５６と放電勾配
５８とによって示されているように一連のコンデンサ５
２の充電と放電から形成されている。インダクタンスコ
イル５０が、コンデンサ５２への充電量を制御する。コ
ンデンサは、インダクタンスコイル５０とコンデンサ５
２の値によって定められる時間内で再充電する。火花の
ブレークダウン電圧が、電極３８、４６間の距離、燃焼
ゾーン２８内の圧力、および混合気組成物とによって自
動的に求められる。
【００１０】簡潔にするために、本システムをエンジン
の単一燃焼ゾーンに関して記載してきた。本システム
は、エンジンの複数の燃焼ゾーンと複数のシリンダに用
いることができ、このような複数の使用が好ましいこと
がわかる。本発明のシステムの作動において、グロープ
ラグを用いるエンジンであれば、本発明に記載したよう
な火花点火システムを用いるように容易に変更できる。
制御可能な火花システム１４が、第１の電極３８から第
２の電極４６まで飛ぶ高電圧の火花を作り出す。電圧を
より大きくし電極間のギャップをより大きくすることに
よって、超希薄混合気を効率的に点火するように機能し
エミッションと燃費を減少させる。前述の観点におい
て、本発明の構造は、現在の点火システムに比較して、
より高いパワーとより短い時間を有する火花を作り出す
エンジンおよび火花システムを形成することが容易にわ
かる。
【００１１】本発明の別の態様、目的および利点が図
面、発明の開示および請求の範囲から得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステムを表す部分的断面図の側面図
である。
【図２】本発明の火花点火システムの概略線図である。
【図３】図１の線３─３に沿って見られる線図である。
【図４】燃料噴射器が回転した状態を表す線図である。
【図５】パルス化された火花を表す線図である。
【符号】
１０ 火花点火システム １２ 内燃エンジン １４ 火花開始システム １６ ピストン １８ ピストン面 ２０ シリンダ ２２ 軸 ２４ シリンダ上部 ２６ シリンダ側壁 ２８ 燃焼ゾーン ３０ 燃料噴射器 ３２ 噴射ノズル ３４ 燃料 ３６ 変圧器 ３８ 第１の電極 ４２ 絶縁体 ４６ 第２の電極 ５２ コンデンサ ５４ 火花
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｐ 3/08 ３０１ Ｆ０２Ｐ 3/08 ３０１Ｊ 15/00 15/00 Ａ 15/10 ３０２ 15/10 ３０２Ｚ Ｈ０１Ｔ 13/08 Ｈ０１Ｔ 13/08 (72)発明者 アントニー ケイ チャン アメリカ合衆国 イリノイ州 61615 ピ オーリア ノース タマラック レーン 6410 (72)発明者 ジョージ コーディナ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 91615 ノース ハリウッド ピーオーボ ックス 15882 (72)発明者 ティアラ ディー ラヴェル アメリカ合衆国 イリノイ州 61523 チ ラコシ ウェスト トルーイット ロード 205

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御可能な火花開始システムと、該制御
    可能な火花開始システムに接続可能な昇圧変圧器と、面
    を有するピストン、および軸、上部および側壁を有する
    シリンダと、を備え、前記ピストンの面が前記シリンダ
    上部に近接した状態で前記ピストンが前記シリンダ内に
    配置され、前記ピストン面と前記シリンダ上部および前
    記シリンダ側壁が燃焼ゾーンを形成するようになってい
    る、内燃エンジン構造の火花点火システムにおいて、 エンジン構造を通って燃焼ゾーンにまで延び、昇圧変圧
    器に接続されている第１の電極と、 前記燃焼ゾーン内で前記第１の電極に近接した場所にお
    いて前記シリンダに接続されている第２の電極と、 を備える火花点火システム。
  2. 【請求項２】 前記第２の電極が前記燃焼システムと組
    み合わされる火花放電システムを形成することを特徴と
    する請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記シリンダ上部が、前記シリンダと前
    記燃焼ゾーンとほぼ同軸に配置されている燃料噴射ノズ
    ルを有しており、前記電極が前記シリンダの軸の横方向
    に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシ
    ステム。
  4. 【請求項４】 前記燃料噴射ノズルは、前記電極が燃料
    噴霧内にあるように配置されていることを特徴とする請
    求項３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記燃料噴射ノズルは、前記電極が前記
    燃料噴霧からはずれるように配置されていることを特徴
    とする請求項３に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記制御可能な火花開始システムが、約
    ５０から約１００マイクロ秒の範囲の全バースト時間を
    有する電気パルス列を伝送するようになっていることを
    特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記エンジン構造に接続された前記第２
    の電極が前記シリンダ上部と一体となっていることを特
    徴とする請求項１に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記エンジン構造に接続された前記第２
    の電極が前記シリンダ上部に取り外し可能に接続されて
    いることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記電極が、前記シリンダ上部から前記
    ピストン面まで内側に延びていることを特徴とする請求
    項１に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】前記第１の電極が中央ロッド、該中央ロ
    ッドを包む絶縁体、および該絶縁体のまわりの金属スリ
    ーブと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のシス
    テム。
  11. 【請求項１１】前記絶縁体が高電圧高誘電セラミック材
    料から形成されていることを特徴とする請求項１０に記
    載のシステム。
  12. 【請求項１２】前記第１の電極とシリンダ上部が組み合
    わされてコンデンサを形成することを特徴とする請求項
    １１に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】前記第１および第２の電極が約５ｍｍ離
    れて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
    システム。
  14. 【請求項１４】前記昇圧パルス変圧器が約２０から約６
    ０キロボルトの範囲で作動することを特徴とする請求項
    １に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】前記制御可能な火花開始スステムがコン
    デンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステ
    ム。
  16. 【請求項１６】前記制御可能な火花開始システムが、前
    記コンデンサへの充電量を制御するようにインダクタン
    スコイルを含むことを特徴とする請求項１５に記載のシ
    ステム。
  17. 【請求項１７】前記コンデンサが、前記インダクタンス
    コイルと前記コンデンサとの値によって定められる時間
    内に充電することを特徴とする請求項１６に記載のシス
    テム。
  18. 【請求項１８】前記ブレークダウン電圧が、前記電極間
    の距離と、前記燃焼ゾーンにおける圧力および混合気組
    成物とによって自動的に求められることを特徴とする請
    求項１７に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】前記電極が前記シリンダ側壁から前記燃
    焼ゾーンにまで延びることを特徴とする請求項１に記載
    のシステム。
JP9071254A 1996-03-25 1997-03-25 エンジンのハイパワー点火補助システム Abandoned JPH109112A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US08/621,416 US5720252A (en) 1996-03-25 1996-03-25 High power ignition assist for an engine
US08/621416 1996-03-25

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JPH109112A true JPH109112A (ja) 1998-01-13

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ID=24490094

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