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Diese
Anmeldung bezieht sich auf die
japanischen
Patentanmeldungen Nr. 2006-316677 , die am 24. November
2006 eingereicht wurde, und Nr.
2007-138824 ,
die am 25. Mai 2007 eingereicht wurde, deren Inhalte hierdurch mittels
Bezug aufgenommen sind.
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen
für Brennkraftmaschinen
und insbesondere eine Technologie, einem Verschleiß einer
Elektrode zu begegnen, die einen Teil einer Plasmazündkerze
zur Verwendung in einer Zündung
einer Brennkraftmaschine ausbildet.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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In
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand
der Technik, wie z. B. einer Kraftfahrzeugmaschine, wurden bereits
Versuche unternommen, eine normale Zündkerze 1F einzusetzen,
die betätigbar ist,
durch einen 15A dargestellten Zündschaltkreis
aktiviert zu werden. In einer solchen Zündkerze bringt eine Batterie 2,
wenn ein Zündschalter 3 eingeschaltet
wird, eine niedrige Spannung als Hauptspannung 41 einer
Zündspule 4 auf.
Zur selben Zeit schaltet eine elektronische Steuereinheit (ECU) 6 steuerbar
einen Zünder
(Transistor) 5 ein und aus, um diesen zu schalten, um die
Hauptspannung abzuschalten. Dies ergibt eine Änderung eines Magnetfelds in
der Zündspule 4 und
verursacht, dass eine Nebenspule 42 der Zündkerze 4 eine
Nebenspannung mit –10
bis –30
kV erzeugt wird. Wenn dies stattfindet, tritt zwischen einer Mittelelektrode 110F und
einer Erdungselektrode 154F eine Funkenabgabe SDF auf,
und erzeugt dabei einen Hochtemperaturbereich HTR, der innerhalb
eines engen Bereichs eine Zündquelle
ausbildet, wie aus 15B ersichtlich ist.
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Ein
anderer Versuch wurde zuvor unternommen, eine Plasmazündkerze 1E einzusetzen,
die betätigbar
ist, durch einen Zündschaltkreis
aktiviert zu werden, wie aus 14A ersichtlich
ist. Mit solch einem Zündschaltkreis
bringt eine Batterie 2, wenn ein Zündschalter 3 eingeschaltet
wird, eine niedrige Spannung als Hauptspannung über eine Hauptspule 41 einer
Zündspule 4 auf.
Zu derselben Zeit schaltet eine elektronische Steuereinheit (ECU) 6 steuerbar einen
Zünder
(Transistor) 5 zum Schalten desselben, um die Hauptspannung
abzuschalten. Dies ergibt eine Änderung
eines Magnetfelds in der Zündspule 4, und
verursacht, dass eine Nebenspule 42 der Zündkerze 4 eine
Nebenspannung mit –10
bis –30
kV erzeugt. Wenn dies stattfindet, findet eine Funkenabgabe zwischen
einer Mittelelektrode 110E und einer Masseelektrode 154E statt,
und erzeugt dabei ein Volumen eines Plasmagases PGE mit einer hohen Temperatur
in einem hoch mit Druck beaufschlagten Bereich, wie aus 14B ersichtlich ist. Wenn dies stattfindet, erreicht
eine Abgabespannung eine Höhe,
die proportional zu einem Abgabeabstand 201 zwischen der
Mittelelektrode 110E und der Masseelektrode 154E ist.
Zu dieser Zeit wird sofort, wenn das Auftreten der Funkenabgabe
beginnt, eine Energie (z. B. –450
V mit einer 120 A), die in einer Kondensatorbank 9 einer
Plasmaenergiezuführbatterie 11 gespeichert
ist, die getrennt von der Batterie 2 bereitgestellt ist,
auf einmal in den Abgabeluftraum 200E freigegeben. Dies
bewirkt, dass ein Volumen des Gases in dem Abgabeluftraum 200E,
das mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in ein Plasmagas
PGE in einem Plasmazustand auszubilden ist, das von einem Öffnungsabschnitt 155E ausgestoßen wird,
der an einem Führungsendabschnitt
des Abgabeluftraums 200E ausgebildet ist. Dies ergibt das Auftreten
eines Hochtemperaturbereichs in einem breiten Bereich mit einer
erhöhten
Richtwirkung.
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Deswegen
weist eine solche Plasmazündkerze
unter einem Gesichtspunkt, zu verursachen, dass ein verdünntes Kraftstoffgemisch
in einer Maschine mit Direktkraftstoffeinspritzung verbrannt wird, eine
erwartete Anwendung mit einer schichtweisen Verbrennung auf, in
der ein fettes Gemisch angeordnet ist, sich in ihrer Nähe um die
Zündkerze
anzusammeln, um eine einfache Verbrennung zu erreichen.
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US Patent Nr. 3 581 141 offenbart
eine Zündkerze
mit Oberflächenspalt
als solche Plasmazündkerze.
In dem Stand der Technik hat die Zündkerze mit Oberflächenspalt
eine Mittelelektrode, einen Isolierkörper, der eine Mitte aufweist,
an der die Mittelelektrode konzentrisch gehalten ist, und der eine
sich länglich
erstreckende Einfügebohrung
aufweist, und eine Masseelektrode, die den Isolierkörper bedeckt und
ein unteres Ende aufweist, das mit einem Öffnungsabschnitt in Verbindung
mit der Einfügebohrung
mit einem innerhalb der Einfügebohrung
ausgebildeten Funkenabgabespalt ausgebildet aufweist.
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In
einer solchen Plasmazündkerze
gemäß dem Stand
der Technik, wie aus 14B ersichtlich ist, dient die
Mittelelektrode 110E als negative Elektrode mit einer zu
dem Funkenabgabespalt freigelegten Bodenfläche. Im Betrieb prallen Kationen 20E mit großer Masse
auf die Bodenfläche
der Mittelelektrode 110E auf und bewirken, dass eine Kathoden-Sputter-Erscheinung
auftritt, in der die Bodenfläche
der Mittelelektrode 110E allmählich abgebaut wird, wodurch
ein voranschreitender Abbau der Mittelelektrode 110E verursacht
wird. Dies ergibt eine allmähliche Verschlechterung
des Abstands zwischen der Mittelelektrode 110E und der
Masseelektrode 154E. Der Funkenabgabeabstand 201 steigt
nämlich
progressiv an, wie durch eine Pfeil L1 ersichtlich ist, und bewirkt eine
ansteigende Abgabespannung.
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Entsprechend
ergibt ein längerfristiger
Gebrauch eine Schwierigkeit bei dem Beginnen der Funkenabgabe mit
einer Sorge, dass eine Fehlzündung
der Brennkraftmaschine verursacht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des obigen vollendet
und weist eine Aufgabe auf, eine Plasmazündkerze bereitzustellen, die
eine negative Elektrode mit einem geringeren Verschleiß aufweist,
wenn sie einem Kathoden-Sputtern frei liegt, bei der ein Ansteigen
einer Abgabespannung seltener auftritt, während eine stabile Zündung mit
einer überlegenen
Lebensdauer realisiert wird.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
stellt ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Plasmazündkerze zum
Zünden
einer Brennkraftmaschine bereit, mit: einer zylindrischen Masseelektrode,
die ein Führungsende
aufweist, dessen Bodenabschnitt eine Mittelfläche aufweist, die mit einem Öffnungsabschnitt
ausgebildet ist; einem zylindrischen Isolierkörper, der in Anlageberührung mit
einem Inneren der Masseelektrode gehalten ist, und mit dem Bodenabschnitt
der Masseelektrode in Eingriff ist, und der einen inneren geometrischen
Abschnitt aufweist, der einen Abgabeluftraum in Verbindung mit dem Öffnungsabschnitt
der Masseelektrode definiert; und eine Mittelelektrode, die an den
Isolierkörper
an seiner Mitte befestigt ist, und ein Führungsende aufweist, das zu
dem Abgabeluftraum an einer Position axial einwärts von einer Führungsendfläche der
Masseelektrode frei liegt. Eine der Elektroden aus Masseelektrode
und Mittelelektrode dient als negative Elektrode und die andere
dient als positive Elektrode. Eine Spannung wird über die
Masseelektrode und die Mittelelektrode aufgebracht, um eine Funkenabgabe
in dem Abgabeluftraum zu beginnen, der innerhalb des Isolierkörpers ausgebildet
ist, um zu ermöglichen,
dass Gas in dem Abgabeluftraum von dem Öffnungsabschnitt der Masseelektrode
in einem Plasmazustand mit einer hohen Temperatur und einem hohen
Druck ausgestoßen
wird, um eine Zündung
in der Brennkraftmaschine zu erhalten. Ein Abgabeabstandfestlegungsteil,
das einen Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitendem Material hat, und das aus einem elektrisch
leitenden Material hergestellt ist, das in der Lage ist, zu schmelzen,
wenn es einer Wärme
des Gases in dem Plasmazustand ausgesetzt ist, und das einen zu
ergänzenden
Abschnitt aus einem elektrisch leitenden Materials hat, in dem das
elektrisch leitende Material ergänzt
wird, bedeckt eine Fläche
der negativen Elektrode, um die Funkenabgabe zwischen einer Fläche des
Abgabeabstandfestlegungsteils und der positiven Elektrode zu beginnen,
um so eine Schwankung eines Funkenabgabeabstands zu vermeiden, die
durch einen Abbau der negativen Elektrode wegen eines Zusammenstoßes des Gases
in dem Plasmazustand verursacht wird. Mit der Plasmazündkerze
einer solchen Konstruktion gerät
ein Teil des Ergänzungsabschnitts
aus elektrisch leitendem Material in einen geschmolzen Zustand,
und das geschmolzene elektrisch leitende Material dringt in den
zu ergänzenden
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material ein und verteilt sich dort.
Dies ermöglicht,
dass das elektrisch leitende Material an der Oberfläche des
Abgabeabstandfestlegungsteil in einer Fläche wiederhergestellt wird,
die wegen des Kathoden-Sputterns abgetragen ist. Somit kann ein
Abgabeabstand zwischen der negativen Elektrode und der positiven
Elektrode zu jeder Zeit in einem festgelegten Zustand beibehalten
werden.
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Entsprechend
weist die Plasmazündkerze eine
höhere
Lebensdauer auf.
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Mit
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann das Abgabeabstandfestlegungsteil bevorzugt derart angeordnet
sein, dass der Abgabeluftraum und der zu ergänzende Abschnitt aus elektrisch
leitendem Material aneinander angrenzen, und der Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitenden Material und der zu ergänzende Abschnitt aus elektrisch
leitendem Material aneinander angrenzend ausgebildet sind.
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Mit
der Plasmazündkerze
einer derartigen Konstruktion wird die abgetragene Oberfläche des
zu ergänzenden
Abschnitts aus elektrisch leitendem Material mit elektrisch leitendem
Material von dem benachbarten Ergänzungsabschnitt aus elektrisch leitendem
Material wiederhergestellt. Dies ermöglicht es, dass der Abgabeabstand
zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode zu
jeder Zeit in dem festgelegten Zustand beibehalten bleibt.
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Entsprechend
weist die Plasmazündkerze eine
erhöhte
Lebensdauer auf.
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Mit
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann der zu ergänzende
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material bevorzugt einen gesinterten
Körper
aus einem Gemisch zwischen einem isolierenden Material und einem
elektrisch leitenden Material umfassen.
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Mit
einer solchen Konstruktion, wie sie oben erwähnt wurde, weist das isolierende
Material eine Korngrenze auf, die mit der elektrisch leitenden Materialschicht
ausgebildet ist. Deswegen wird das elektrisch leitende Material
von dem Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitendem Material an der Korngrenze des isolierenden
Materials sogar ergänzt, falls
die Oberfläche
des zu ergänzenden
Abschnitts aus elektrisch leitendem Material an der Fläche wegen
Kathoden-Sputterns abgetragen wird, die in dem Abgabeluftraum frei
liegt. Dies stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem Abgabeabstandfestlegungsabschnitt
und der negativen Elektrode sicher, und ermöglicht, dass der Abgabeabstand
zu jeder Zeit in dem festgelegten Zustand beibehalten bleibt.
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Entsprechend
weist die Plasmazündkerze eine
erhöhte
Lebensdauer auf.
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Mit
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann der zu ergänzende
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material bevorzugt einen Körper mit
einer Vielzahl von Mikroporen umfassen, der eine große Anzahl
von Mikroporen aufweist, die sich von einer Oberfläche des
Ergänzungsabschnitts für elektrisch
leitendes Material zu einer Oberfläche erstrecken, die in dem
Abgabeluftraum frei liegt.
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Mit
der Plasmazündkerze
einer solchen Konstruktion tritt durch die Mikroporen eine Funkenabgabe
auf, wobei der Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitendem Material mit dem Auftreten des Kathoden-Sputterns
eine geschmolzene Oberfläche aufweist.
Das elektrisch leitende Material, das unter dem geschmolzenen Zustand
verbleibt, oder Atome des elektrisch leitenden Materials, die wegen
des Kathoden-Sputterns verstreut sind, haften sich rechtzeitig an
den Innenseiten der Mikroporen an, um diese mit dem elektrisch leitenden
Material aufzufüllen. Dies
ermöglicht,
dass die Funkenabgabe an der Oberfläche des zu ergänzenden
Abschnitts aus elektrisch leitendem Material auftritt, und ermöglicht, dass
der Abgabeabstand zu jeder Zeit in dem festgelegten Zustand beibehalten
wird.
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Entsprechend
weist die Plasmazündkerze eine
erhöhte
Lebensdauer auf.
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In
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann der zu ergänzende
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material bevorzugt einen porösen Körper aufweisen,
der eine große
Anzahl von unregelmäßig geformten
offenen Hohlräumen aufweist.
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Mit
der Plasmazündkerze
einer solchen Konstruktion, tritt durch die unregelmäßig geformten
offen Hohlräume
eine Funkenabgabe auf, wobei der Ergänzungsabschnitt aus elektrisch
leitendem Material mit dem Auftreten des Kathoden-Sputterns eine geschmolzene
Oberfläche
aufweist. Das unter dem geschmolzenen Zustand verbleibende elektrisch
leitende Material oder Atome des elektrisch leitenden Materials,
die wegen des Kathoden-Sputterns verteilt sind, haften sich leicht
an dem Inneren der unregelmäßig geformten
offenen Hohlräume
an, um diese mit elektrisch leitendem Material aufzufüllen. Dies
ermöglicht
es, dass die Funkenabgabe an der Oberfläche des zu ergänzenden
Abschnitts aus elektrisch leitendem Material auftritt, und ermöglicht,
dass der Abgabeabstand zu jeder Zeit in dem festgelegten Zustand
verbleibt.
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Entsprechend
weist die Plasmazündkerze eine
erhöhte
Lebensdauer auf.
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Mit
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann der zu ergänzende
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material bevorzugt aus zumindest
einem Material, nämlich
aus einem Isoliermaterial und aus einem elektrisch leitendem Material mit
einem hohen Schmelzpunkt hergestellt sein. Mit der Plasmazündkerze
einer solchen Konstruktion, verschlechtert keine Funkenabgabe den
Abgabeabstandfestlegungsabschnitt an einer Oberfläche, die zu
der Funkenabgabe frei liegt, und ermöglicht, dass der Abgabeabstand
fest bleibt.
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Entsprechend
weist die Plasmazündkerze eine
erhöhte
Lebensdauer auf.
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Mit
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann die große
Anzahl von Mikroporen bevorzugt eine Form aufweisen, die zumindest eine
Form aus einer Kreisform, einer Sechseckform, einer Quadratform
und einer ausgesparten Form ist.
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Mit
der Plasmazündkerze
einer solchen Konstruktion kann der Körper mit vielen Mikroporen
einfach durch ein Formverfahren wie z. B. ein Extrusionsformen,
ein Pressformen oder Ähnliches
geformt werden, wodurch die Realisierung einer Plasmazündkerze
mit erhöhter
Lebensdauer ermöglicht wird.
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Mit
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann das elektrisch leitende Material zur Verwendung in dem Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitendem Material bevorzugt zumindest ein Material
aus einem Übergangsmetallmaterial
haben, das aus der Gruppe bestehend aus Platin, Gold, Silber und
Nickel ausgewählt
ist, und eine Verbindung aus dem Übergangsmetallmaterial.
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Mit
der Plasmazündkerze
einer solchen Konstruktion ist es weniger wahrscheinlich, dass der
Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitendem Material oxidiert wird, wodurch die Realisierung
einer Plasmazündkerze
mit erhöhter
Lebensdauer ermöglicht
ist.
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Noch
genauer kann das Isoliermaterial zur Verwendung in dem zu ergänzenden
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material bevorzugt ein keramisches
Materialmaterial sein, das aus zumindest einem aus Si3N4 und Al2O3 zusammengesetzt ist.
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Außerdem kann
das elektrisch leitende Material mit dem hohen Schmelzpunkt zur
Verwendung in dem zu ergänzenden
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material bevorzugt ein HfC-keramisches Material
sein.
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Das
HfC-keramische Material weist eine elektrische Leitungsfähig mit
einer Wahrscheinlichkeit eines geringen Verschleißes auf,
hat aber zusätzlich
zu einer Funktion des zu ergänzenden
Abschnitts aus elektrisch leitendem Material eine Funktion als elektrisch
leitendes Elektrodenmaterial.
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Die
Verwendung von Platin, Silber und Gold als zu ergänzendes
elektrisch leitendes Material ermöglicht, dass diese Materialien
als Elektrodenmaterial mit Priorität ergänzt werden, da diese Materialien Schmelzpunkte
aufweisen, die niedriger als der von HfC-keramischem Material.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die eine Konstruktion mit einem Teil einer Plasmazündkerze
einer ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Querschnitt zeigt.
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2A ist
ein gleichwertiges Schaltkreisschema für die Plasmazündkerze
der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, das in einem Zustand eingesetzt wird, in dem eine Mittelelektrode
als negative Elektrode wirkt.
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2B ist
ein anderes gleichwertiges Schaltkreisschema für die Plasmazündkerze
der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, das in einem anderen Zustand verwendet wird, in dem die
Mittelelektrode als positive Elektrode wirkt.
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3A ist
eine Draufsicht, die eine Ansicht eines zu ergänzenden Abschnitts aus elektrisch
leitendem Material zur Verwendung in der Plasmazündkerze der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3B ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die ein wesentliches Teil der Plasmazündkerze der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die das wesentliche Teil der Plasmazündkerze der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, um dessen Wirkung darzustellen.
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5A bis 5D zeigen
Draufsichten und Querschnittsansichten jeweils in Kombination zum Darstellen
von verschiedenen Modifikationen des zu ergänzenden Abschnitts aus elektrisch
leitendem Material, die aus 3A und 3B ersichtlich
sind.
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6 ist
eine Ansicht, die eine Konstruktion mit einem Teil einer Plasmazündkerze
einer modifizierten Form der Plasmazündkerze gemäß der ersten Ausführungsform
aus 1 im Querschnitt zeigt.
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7A ist
eine Draufsicht, die eine Ansicht eines zu ergänzenden Abschnitts aus elektrisch
leitendem Material zur Verwendung in der Plasmazündkerze der modifizierten Form
der 6 zeigt.
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7B ist
eine Draufsicht, die das Verhältnis zwischen
dem wiederherzustellenden Abschnitt elektrisch leitendem Material
und einer Masseelektrode der Plasmazündkerze der modifizierten Form
aus 6 zeigt.
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8 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die das wesentliche Teil der Plasmazündkerze der modifizierten Form
darstellt, das in 6 gezeigt ist, um seine Wirkung
darzustellen.
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9 ist
eine Ansicht, die eine Konstruktion mit einem Teil einer Plasmazündkerze
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt zeigt.
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10 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die ein wesentliches Teil der Plasmazündkerze der zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung aus 9 zeigt.
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11A ist eine Explosionsansicht eines zu ergänzenden
Abschnitts aus elektrisch leitendem Material aus 10.
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11B und 11C sind
perspektivische Ansichten, die zu ergänzende Abschnitte aus elektrisch
leitendem Material der Modifikationen des zu ergänzenden Abschnitts aus elektrisch
leitendem Material der 11A zeigen.
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12 ist
eine Ansicht, die eine Konstruktion mit einem Teil einer Plasmazündkerze
einer dritten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Querschnitt zeigt.
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13A bis 13C zeigen
perspektivische Ansichten, die zu ergänzende Abschnitte aus elektrisch
leitendem Material von verschiedenen Modifikationen zur Verwendung
in der Plasmazündkerze der
dritten Ausführungsform
aus 12 zeigen.
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14A ist ein gleichwertiges Schaltkreisschema,
das eine beispielhafte Schaltkreisstruktur einer Plasmazündkerze
gemäß dem Stand
der Technik zeigt.
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14B ist eine Querschnittsansicht, die eine Ansicht
der Plasmazündkerze
gemäß dem Stand
der Technik zum Erläutern
eines Problems zeigt, das damit zusammenhängt.
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15A ist ein gleichwertiges Schaltkreisschema,
das eine andere beispielhafte Schaltkreiskonstruktion einer normalen
Zündkerze
des Stands der Technik zeigt.
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15B ist eine vergrößerte Ansicht, die ein wesentliches
Teil der normalen Zündkerze
des Stands der Technik zum Erläutern
eines damit zusammenhängenden
Problems zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
werden im Folgenden Plasmazündkerzen
verschiedener Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Detail mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
Jedoch ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die
unten beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt ist, sondern technische Konzepte der vorliegenden Erfindung
können
in Kombinationen mit anderen bekannten Technologien oder anderen
Technologien, die gleichwertig zu solchen bekannten Technologien
sind, implementiert werden.
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In
der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen durch
die verschiedenen Ansichten gleiche oder entsprechende Teile. In
der folgenden Beschreibung ist außerdem zu verstehen, dass solche
Begriffe wie "innen
liegend", "außen liegend", "unten liegend", "oben liegend", "innerhalb" "außerhalb" "zu", "axial" "axial" "stromaufwärts", "stromabwärts" und ähnliche
Wörter
aus Bequemlichkeit verwendet werden und nicht als einschränkende Begriffe
beabsichtigt sind.
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Erste Ausführungsform
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Nun
wird eine Plasmazündkerze
einer ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine im Folgenden
im Detail mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
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1 ist
eine teilweise Querschnittsansicht, die eine Ansicht der Plasmazündkerze
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2A ist
ein Schaltkreisschema, das ein Beispiel einer grundlegenden Konstruktion
der Plasmazündkerze
der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Mittelelektrode zeigt, die als negative Elektrode
wirkt. 2B ist ein Schaltkreisschema,
das das andere Beispiel der fundamentalen Strukturen der Plasmazündkerze
der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit der Mittelelektrode zeigt, die als positive Elektrode
wirkt.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Plasmazündkerze
einer der vorliegenden Ausführungsformen
die Mittelelektrode 110, die aus leitendem metallischen
Material hergestellt und in einer säulenartigen Form ausgebildet
ist. Die Mittelelektrode 110 weist ein Basisende, das zur
elektrischen Verbindung mit einer externen Energieverteilungsquelle elektrisch
mit einem Mittelelektrodenanschluss 113 verbunden ist,
und ein Führungsende 110a mit
einem Abgabeabstandfestlegungsteil 120 auf. Das Abgabeabstandfestlegungsteil 120 hat
einen Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material, der auf dem Führungsende 110a der
Mittelelektrode 110 ausgebildet ist, und einen zu ergänzenden
Abschnitt 122 aus elektrisch leitendem Material, der an
dem Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material an einer Fläche gegenüber dem Führungsende 110a ausgebildet
ist.
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Die
Mittelelektrode 110 und das Abgabeabstandfestlegungsteil 120 werden
mit einem zylindrischen Porzellanisolator 130 gehalten,
der sich axial durch eine Metallhülle 150 in einem koaxialen
Verhältnis
mit dieser für
eine Isolierfähigkeit
erstreckt. Der Porzellanisolator 130 weist einen Führungsendabschnitt 131 auf,
der in Form einer zylindrischen Buchse ausgebildet ist, dies sich
axial von einem distalen Ende des Abgabeabstandfestlegungsteils 120 nach
unten erstreckt, um einen Abgabeabstand 201 von diesem
entfernt zu sein, um einen Abgabeluftraum 200 zu definieren.
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Das
Abgabeabstandfestlegungsteil 120 weist eine laminare Konstruktion
derart auf, dass der zu ergänzende
Abschnitt 122 aus elektrisch leitendem Material zu dem
Abgabeluftraum 200 hin frei liegt, und der Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material und der zu ergänzende Abschnitt 122 aus
elektrisch leitendem Material zueinander frei liegen.
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Außerdem ist
der Porzellanisolator 130 mit der zylindrischen Metallhülle 150 bedeckt.
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Die
zylindrische Metallhülle 150 weist
ein Führungsende
auf, das mit einer Masseelektrode 154 ausgebildet ist,
die den Führungsendabschnitt 131 des
Porzellanisolators 130 bedeckt, der einen Massenelektrodenöffnungsabschnitt 155 aufweist.
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Darüber hinaus
weist die Metallhülle 150 einen
Führungsendabschnitt 150a auf,
der einen äußeren Umfangsrand
mit einem Gewindeabschnitt 151 ausgebildet aufweist, der
angepasst ist, in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine (nicht
dargestellt) geschraubt und an diesem fest montiert zu werden, um
einen elektrisch geerdeten Zustand herzustellen. Die Metallhülle 150 weist
einen Basisendabschnitt 150b auf, der einen äußeren Umfangsrand
mit einem sechseckigen Mutterabschnitt 152 zum Befestigen
des Gewindeabschnitts 151 an dem Zylinderkopf ausgebildet
aufweist.
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Der
Porzellanisolator 130 weist einen Zwischenabschnitt 130a auf,
dessen Umfangsrand mit einem winkligen Eingriffsanlageabschnitt 132 ausgebildet
ist. Inzwischen weist die Metallhülle 150 einen Zwischenabschnitt 150c auf,
der einen mit einer winkligen Eingriffsschulter 151 ausgebildeten
inneren Umfangsrand aufweist, die zu dem winkeligen Eingriffsanlageabschnitt 132 des
Porzellanisolators 130 hin frei liegt. Eine Dichtungsscheibe 141 ist
zwischen dem winkeligen Eingriffsanlageabschnitt 132 des
Porzellanisolators 130 und der ringförmigen Eingriffsschulter 141 der
Metallhülle 150 eingefügt, und darauf
ein verstemmter Abschnitt 152, der in dem oberen Bereich
der Metallhülle 150 ausgebildet
ist, über
ein Dichtteil oder Ähnliches
(nicht dargestellt) verstemmt, um die Dichtungsscheibe 141 fest
zu halten, um eine hermetische Dichtwirkung bereitzustellen.
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Alternativ
kann die Plasmazündkerze 1 der vorliegenden
Ausführungsform
bevorzugt derart geändert
sein, dass der Ergänzungsabschnitt 121 aus elektrisch
leitendem Material und der zu ergänzende Abschnitt 122 aus
elektrisch leitendem Material aneinander in einer einheitlichen
Konstruktion durch Schweißen
oder Ähnliches
gebunden sind, und danach die einheitliche Struktur an dem Porzellanisolator 131 befestigt
wird. In einer anderen Alternative kann der Porzellanisolator bevorzugt
einen inneren Umfangsrand mit einem Eingriffsanlageabschnitt kleinen
Durchmessers ausgebildet aufweisen, an den der Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material und der zu ergänzende Abschnitt 122 aus
elektrisch leitendem Material aufeinanderfolgend in Passeingriff
eingefügt
werden.
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Wie
aus 2A ersichtlich ist, ist die Plasmazündkerze 1 der
vorliegenden Ausführungsform mit
dem Zündschaltkreis
C1 in Verbindung. Der Zündschaltkreis
C1 hat eine Batterie 2, die als Abgabezündenergiequelle dient, einen
Zündschalter 3, eine
Zündspule 4,
eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 6 einen Zünder 5,
der aus einem Transistor zusammengesetzt ist, und ein Gleichrichterelement 7.
Der Zündschaltkreis
C1 hat außerdem
eine Batterie 11, die als Zufuhrenergiequelle für die Plasmaenergie
dient, einen Widerstand 10 eine Kondensatorbank 9 und
ein Gleichrichterelement 8, die elektrisch mit der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
derart verbunden sind, dass die Mittelelektrode 110 als
negative Elektrode dient.
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Wenn
im Betrieb der Zündschalter 3 eingeschaltet
wird, wird eine Hauptspannung mit einer niedrigen Spannungshöhe von der
Batterie 2 auf eine Hauptspule 41 aufgebracht.
Wenn dies stattfindet, schaltet die elektronische Steuereinheit
(ECU) 6 den Zünder 6 in
Schaltzuständen
ein und aus, um die Hauptspannung abzuschalten. Dies bewirkt, dass
innerhalb der Zündspule 4 ein
Magnetfeld variiert, und bewirkt, dass eine Nebenspule 42 der
Zündspule 4 eine
Nebenspannung in einer Höhe
erzeugt, die von –10
bis –30
kV reicht. Diese Nebenspannung erreicht eine Abgabespannung, wenn
sie an der Mittelelektrode 110 der Plasmazündkerze 1 angelegt
wird, die proportional zu dem Abgabeabstand 201 zwischen der
Mittelelektrode 110 und der Masseelektrode 154 ist,
und somit eine elektrische Funkenabgabe verursacht.
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In
diesem Augenblick liefert die Zufuhrenergiequelle 11 für die Plasmaenergie,
die getrennt von der Batterie 2 bereitgestellt ist, auf
einmal elektrische Energie (von z. B. –450 V mit 120 A) von der Kondensatorbank 9 zu
dem Raum 200. Dies verursacht, dass eine Gasmasse, die
sich innerhalb des Abgaberaums 200 befindet, in Gas PS
in einem Plasmazustand mit hoher Temperatur und einem hohen Druck
umgebildet wird. Das Gas PS in dem Plasmazustand wird von dem Öffnungsabschnitt 155,
der an einem distalen Ende des Abgaberaums 200 ausgebildet
ist, in eine Brennkammer (nicht dargestellt) der Maschine eingespritzt.
Dieses Gas PS in dem Plasmazustand weist eine hohe Gerichtetheit
auf und bildet in einem breiten Volumenbereich einen Hochtemperaturbereich.
-
2B zeigt
einen Zündschaltkreis
C2 einer anderen Art, mit der gleichen Grundstruktur wie der der
Zündschaltkreises
C1, die in 2A dargestellt ist, mit Ausnahme
davon, dass eine Batterie 2' als Abgabezündleistungsquelle
dient, ein Zünder 5', ein Gleichrichter 7', eine Zufuhrenergiequelle 11' für die Plasmaenergie
und ein Gleichrichterelement 8' elektrisch verbunden sind, um
der Mittelelektrode 110 der Plasmazündkerze 1 zu ermöglichen,
eine Rolle als positive Elektrode zu spielen. Diese Schaltkreiskonstruktion
ist auf Plasmazündkerzen 1A und 1C der zweiten
bzw. dritten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet.
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3A und 3B und 4 zeigen
Ergebnisse der Plasmazündkerze 1 der
ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Wie
aus 3a und 3B ersichtlich
ist, hat mit der Plasmazündkerze 1 der
vorliegenden Ausführungsführungsform
der zu ergänzende
Abschnitt 122 aus leitendem Material einen runden Scheibenkörper 123a mit
einer Vielzahl von Mikroporen, der mit einer Vielzahl von Mikroporen 124a ausgebildet
ist, die sich axial durch diesen hindurch erstrecken, und deren
obere Enden mit dem Ergänzungsabschnitt 121 aus
leitendem Material in Berührung
sind und ihre unteren Enden zu dem Abgaberaum 200 freigelegt
aufweisen.
-
Zum
Beispiel ist der Körper 123a mit
der Vielzahl von Mikroporen aus einem keramischen Material wie z.
B. Si3N4 und Al2O3 oder Ähnlichem
hergestellt und die Mikroporen 124a sind mit metallischem Material
wie z. B. Ni, Fe, Pt, Au, Ag oder Ähnlichem mit einem hohen Widerstand
gegen Kathoden-Sputtern oder mit elektrisch leitendem keramischen
Material wie z. B. TiN und MoSiO2 oder Ähnlichem
gefüllt.
-
Der
zu ergänzende
Abschnitt 122 aus leitendem Material kann bevorzugt aus
isolierendem Material hergestellt sein, das z. B. aus einem der
keramischen Materialien wie z. B. Si3N4 und Al2O3 oder Ähnlichem
zusammengesetzt ist, wobei in einem Evaluierungsversuch der insbesondere
mit Bezug auf die Lebensdauer ausgeführt wurde, kein Verschleiß beobachtet
wurde.
-
Wenn
die hohe negative Spannung angelegt wird, tritt in dem Abgaberaum 200 an
einer Abgabefläche
SD eine elektrische Funkenabgabe auf. 3B zeigt
einen Augenblick, in dem die Funkenabgabe in dem Abgaberaum 200 auftritt
und bewirkt, dass ein Gasgemisch, das aus Luft und Kraftstoffgas zusammengesetzt
ist, in einem Plasmazustand ausgebildet wird.
-
Wie
aus 3B ersichtlich ist, bilden eine Oberfläche 122a des
zu ergänzenden
Abschnitts 122 aus elektrisch leitendem Material, der das
Abgabeabstandfestlegungsteil 120 ausbildet, der Führungsendabschnitt 131 des
Porzellanisolators 130 und die Masseelektrode 154 den
Abgaberaum 200. Das Abgabeabstandfestlegungsteil 120 nimmt
die Form einer laminaren Struktur an, die mit dem Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material und dem zu ergänzenden Abschnitt 122 aus
elektrisch leitendem Material ausgebildet ist, wobei dessen Oberfläche 122a zu
dem Abgaberaum 200 hin frei liegt.
-
Der
Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material ist aus elektrisch leitendem Material
mit schlechten Oxidationseigenschaften und einem niedrigen elektrischen
Widerstand wie z. B. Silber, Gold, Platin oder Ähnlichem hergestellt.
-
Wie
aus 3B ersichtlich ist, werden der Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material und den Mikroporen 124a in
einem elektrisch leitenden Zustand gehalten. Die Abgabefläche SD tritt
zwischen den Oberflächen
der Mikroporen 124a und der Masseelektrode 154 auf,
um an einer inneren Oberfläche
des Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130 zu kriechen. Wenn dies stattfindet,
wird eine große
Menge Elektronen 21 in den Abgaberaum 200 abgegeben,
um zu bewirken, dass Stickstoffionen derart Kationen 20 werden,
dass das Gasgemisch mit neutraler Elektrizität unter einer hohen Temperatur
und einem hohen Druck in dem Plasmazustand ausgebildet wird.
-
Darüber hinaus
kann der Masseelektrodenöffnungsabschnitt 155 bevorzugt
eine Öffnung
mit dem gleichen Innendurchmesser wie dem des Öffnungsdurchmessers 131a des
Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130 aufweisen. In einer Alternative
kann der Massenelektrodenöffnungsabschnitt 155 bevorzugt
eine Öffnung
aufweisen, die einen größeren Durchmesser
aufweist als der des Öffnungsdurchmessers 135a des
Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130, um nahezu gleich einem Außendurchmesser
des Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130 zu sein.
-
Da
die Plasmazündkerze 1 wiederholte
Funkenabgaben über
einen verlängerten
Zeitraum in der Verwendung setzt, prallen die Kationen 20 wie
z. B. die N+-Ionen oder Ähnliche auf die Oberflächen der Mikroporen 124a,
mit einem sich ergebenden Auftreten eines Kathoden-Sputterns, wie
es auf 4 ersichtlich ist. Dies bewirkt, dass die Mikroporen 124a mit
dem sich ergebenden Auftreten von Hohlräumen 126a abgetragen
werden. Deswegen tritt eine Funkenabgabe zwischen der Masseelektrode 154 und einer
der großen
Anzahl der Mikroporen 124a des Körpers 123a mit vielen
Mikroporen in einer Fläche auf,
die zu der Oberfläche
des Abgabeluftraums 200 an einer Position am nächsten der
Masseelektrode 154 frei liegt. Deswegen bleibt der Abgabeabstand 201 zu
jeder Zeit in einem festen Bereich beibehalten, ohne dass eine Erhöhung der
Abgabespannung auftritt.
-
Sogar
falls außerdem
die Oberflächen
der Mikroporen 124a wegen des Auftretens des Kathoden-Sputterns
abgetragen sind, und bewirken, dass die inneren Oberflächen der
Mikroporen 124a des Körpers 123a mit
vielen Mikroporen freigelegt sind, wird der Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material teilweise geschmolzen, um ein elektrisch
leitendes Material 124a' auszubilden,
das in einem geschmolzenen Zustand überwiegt, um die Mikroporen 124a''' in
der Form von Hohlräumen
zu füllen.
Zusätzlich
wird elektrisch leitendes Material 124a'',
das auf die Oberfläche
des Körpers 123a mit vielen
Mikroporen gesputtert wurde, wieder abgelagert.
-
Somit
wird das elektrisch leitende Material von dem Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material zu dem zu ergänzenden Abschnitt 122 aus
elektrisch leitendem Material wieder hergestellt. Dies ermöglicht,
dass die Oberfläche
des Körpers 123a mit
vielen Mikroporen mit den Mikroporen 124a in einem leitenden
Zustand mit dem Ergänzungsabschnitt 121a elektrisch
leitendes Material derart ausgebildet wird, dass der Abgabeabstand 201 zu
jeder Zeit zu einem festen Wert beibehalten wird.
-
Falls
außerdem
die Mikroporen 124a wie die Mikropore 124a''' seit
dem Beginn mit dem elektrisch leitenden Material nicht gefüllt sind,
beginnt eine Funkenabgabe aufzutreten, die durch die Mikroporen 124a durchtritt,
und verursacht, dass die Oberfläche des
Ergänzungsabschnitts 121 für elektrisch
leitendes Material wegen des Auftretens des Kathoden-Sputterns abgetragen
wird. Kurz darauf wird die Mikropore 124a mit elektrisch
leitendem Materialien 125a und 124a' gefüllt, die in geschmolzenen Zuständen ausgebildet
sind, oder mit einem elektrisch leitenden Atom 124a'', das wegen des Kathoden-Sputterns
verteilt ist. Dies ermöglicht
es, dass die Funkenabgabe an der Oberfläche des zu ergänzenden
Abschnitts 122 aus elektrisch leitendem Material auftritt,
und ermöglicht,
dass der Abgabeabstand fest beibehalten bleibt.
-
In
einer Alternative kann der Körper 123a aus
vielen Mikroporen anstelle eines isolierenden keramischen Materials
aus einem elektrisch leitenden keramischen Material mit einem hohen
Schmelzpunkt wie z. B. HfC oder Ähnlichem
hergestellt sein. Solch ein keramisches Material weist elektrisch
leitende Eigenschaften auf und wird nur geringfügig abgetragen, aber weist
eine Funktion als elektrisch leitendes Elektrodenmaterial zusätzlich zu
einer Funktion eines Ergänzungsteils
für elektrisch
leitendes Material auf.
-
Die
Verwendung eines solchen Materials mit einem hohen Schmelzpunkt
ermöglicht,
dass elektrisch leitendes Material in den Mikroporen 124a zuerst
dem Kathoden-Sputtern ausgesetzt wird. Sogar falls der Köper 123a mit
vielen Mikroporen aus elektrisch leitendem Material hergestellt
ist, wird der Körper 123a mit
vielen Mikroporen weniger abgetragen, um eine Erwartung mit einer
nahezu gleichen vorteilhaften Auswirkung zu haben, wie bei dem,
in dem isolierendes keramisches Material verwendet wird.
-
Mit
der Plasmazündkerze
der vorliegenden Ausführungsform
kann eine Funkenabgabe auftreten, bis die Hohlräume 126a, die zwischen
dem Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material und dem zu ergänzenden Abschnitt 122 aus elektrisch
leitendem Material ausgebildet sind, den Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material und den zu ergänzenden Abschnitt 122 aus elektrisch
leitendem Material vollständig
voneinander trennen.
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Platin,
Silber und Gold weisen niedrigere Schmelzpunkte auf als HfC keramisches
Material, und deswegen ermöglicht
die Verwendung derartiger Materialien als zu ergänzendem elektrisch leitenden Material
Platin, Silber und Gold mit hoher Priorität als Elektrodenmaterial ergänzt zu werden.
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5A bis 5D zeigt
einen zu ergänzenden
Abschnitt 122A, 112B, 122C und 122D aus
elektrisch leitendem Material verschiedener Ausführungsformen zur Verwendung
in der Plasmazündkerze 1 der
ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Die
zu ergänzenden
Abschnitte 122A, 122B, 122C und 122D aus
leitendem Material der verschiedenen Modifikationen weisen die gleichen
Strukturen wie der zu ergänzende
Abschnitt 122 aus leitendem Material auf, der aus 1 bis 4 ersichtlich
ist, mit Ausnahme, dass die Mikroporen in bestimmten Formen ausgebildet
sind. Somit wird eine Beschreibung dieser Bauteile mit dem Schwerpunkt
auf die unterscheidenden Merkmale gegeben.
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Wie
aus 5A ersichtlich ist, hat der wiederherzustellende
Abschnitt 122A aus leitendem Material einen Körper 123A mit
vielen Mikroporen, der aus isolierendem keramischen Material wie
z. B. Si3N4 und
Al2O3 oder Ähnlichem
hergestellt ist, das mit einer großen Anzahl von offenen Löchern ausgebildet
ist, die sich in der axialen Richtung erstrecken.
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Wie
der zu ergänzende
Abschnitt 122 aus leitendem Material der ersten Ausführungsform
verbleiben die offenen Löcher 124A intakt
in offenen Zuständen.
In einer Alternative können
die offenen Löcher 124A mit
leitendem Material wie z. B. Silber, Gold, Nickel und Platin oder Ähnlichem
oder leitendem keramischen Material wie z. B. TiN und MoSiO2 oder Ähnlichem
gefüllt
sein.
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In
einer anderen Alternative kann der Körper 123A viele Mikroporen
aus leitendem keramischen Material mit einem hohen Schmelzpunkt
wie z. B. HfC anstellen von isolierendem keramischen Material ausgebildet
sein.
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Mit
der Plasmazündkerze,
die den wiederherzustellenden Abschnitt 122A aus leitendem
Material der vorliegenden Modifikation einsetzt, tritt eine Funkenabgabe
zwischen den offenen Löchern 124A, die
mit leitendem Material gefüllt
sind, und der Masseelektrode 154 an einer Oberfläche des
Körpers 123A mit
vielen Mikroporen auf, die zu dem Abgaberaum 200 hin frei
liegt.
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Wie
aus 5B ersichtlich ist, besteht der wiederherzustellende
Abschnitt 122B aus leitendem Material aus einem Körper 123B mit
vielen Mikroporen, der in einem gemischten gesinterten Körper zwischen
isolierendem keramischen Material wie z. B. Si3N4 und Al2O3 oder Ähnlichem
und elektrisch leitendem keramischen Material wie z. B. TiN und
MoSiO2 oder Ähnlichem zusammengesetzt ist.
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Mit
einer derartigen Struktur des wiederherzustellenden Abschnitts 122B aus
leitendem Material, wie aus 5B ersichtlich
ist, bildet das isolierende keramische Material ein Grundmaterial
des wiederherzustellenden Abschnitts 122B aus leitendem Material
als isolierende keramische Materialschicht 123B. Außerdem ist
elektrisch leitendes keramisches Material an der Kristallkorngrenze
der isolierenden keramischen Schicht 123B in der Form einer
elektrisch leitenden keramischen Schicht 124B vorhanden.
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Mit
der Plasmazündkerze,
die den wiederherzustellenden Abschnitt 122B der vorliegenden Modifikation
einsetzt, stellt der Ergänzungsabschnitt 121 aus
leitendem Material elektrisch leitendes Material durch Diffusion
durch die Kristallkorngrenze sogar wieder her, falls die elektrisch
leitende keramische Schicht 124B wegen des Kathoden-Sputterns abgetragen
ist, und ermöglicht,
dass der Abgabeabstand 201 in einem festen Bereich beibehalten
bleibt.
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In
einer Alternative können
die Körper 123A und 123B mit
vielen Mikroporen der wiederherzustellenden Abschnitte 122A und 122B aus
leitendem Material durch einen Honigwabenstrukturkörper 122C mit
einem Körper 123C mit
vielen Mikroporen ersetzt werden, der mit einer Vielzahl von sich
axial erstreckenden sechseckigen Mikroporen 124C ausgebildet ist,
wie aus 5C ersichtlich ist. In einer
anderen Alternative können
die wiederherzustellenden Abschnitte 122A und 122B aus
elektrisch leitendem Material einen Honigwabenstrukturkörper 122D mit
einem Körper 123D mit
vielen Mikroporen haben, der eine Vielzahl von rechteckförmigen Mikroporen 124D aufweist,
wie aus 5D ersichtlich ist.
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Da
die Mikroporen 124A und 124B vieleckige Formen
aufweisen, können
die elektrisch leitenden Materialien, die den wiederherzustellenden
Abschnitten 122A und 122B aus leitendem Material
da die Mikroporen 124A bzw. 124B vieleckige Formen aufweisen,
können
zusätzlich
die elektrisch leitenden Materialien, die zu den zu ergänzenden
Abschnitten 122A und 122B wiederhergestellt werden,
Eckabschnitte aufweisen, an denen sich elektrisch Felder konzentrieren,
wodurch sich eine Wirkung einer Reduktion einer Abgabespannung ergibt.
-
Der
Abfall der Abgabespannung ergibt eine Sputter-Kraft, wodurch eine
Reduktion eines Verschleißes
einer negativen Elektrode erreicht wird.
-
6 bis 8 zeigen
eine Plasmazündkerze 1' einer modifizierten
Form der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Plasmazündkerze 1' der modifizierten Form
weist die gleiche Struktur auf wie die Plasmazündkerze 1 der ersten
Ausführungsform
mit ähnlichen
oder entsprechenden Teilen, die die gleichen Bezugszeichen aufweisen,
und die Beschreibung wird nur mit einem Schwerpunkt auf unterschiedliche Merkmale
gegeben.
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Mit
der Plasmazündkerze 1' der modifizierten
Form, die aus 6 bis 8 ersichtlich
ist, weist die Masseelektrode 154 ein Führungsende auf, das mit einem
ringförmigen
Elektrodenabschnitt 154a ausgebildet ist, das sich radial
von dem Führungsende
der Masseelektrode 154 nach innen erstreckt, um so die
Führungsendfläche 131a des
Porzellanisolators 130 derart abzudecken, dass ein Öffnungsabschnitt 155a einen
Durchmesser aufweist, der nahezu gleich dem des Abgabeabstandfestlegungsabschnitts 120 ist.
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Mit
der Plasmazündkerze 1' der modifizierten
Form sind der Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material und die Mikropore 124a in einem
elektrisch leitenden Zustand gehalten, wie aus 7B ersichtlich
ist. Mit einer derartigen Konstruktion tritt eine Funkenabgabe SD' zwischen dem ringförmigen Elektrodenabschnitt 154a und
einer Oberfläche
der Mikropore 124a des zu ergänzenden Abschnitts 122 aus
elektrisch leitendem Material auf.
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Da
die Plasmazündkerze 1' in Verwendung über einen
verlängerten
Zeitraum wiederholt Funkenabgaben fortsetzt, prallen die Kationen 20 wie
z. B. N+-Ionen oder Ähnliche auf die Oberflächen der
Mikroporen 124a auf, wodurch sich das Auftreten eines Kathoden-Sputterns
ergibt, wie es aus 8 ersichtlich ist. Dies bewirkt,
dass die Mikroporen 124a abgebaut werden, wodurch sich
das Auftreten von Hohlräumen 126a ergibt.
Deswegen tritt eine Funkenabgabe zwischen dem ringförmigen Elektronenabschnitt 154a der
Masseelektrode 154 und einer der großen Anzahl der Mikroporen 124a des
Körpers 123a mit
vielen Mikroporen in einer Fläche
auf, die an der Oberfläche
des Abgabeluftraums 200 in einer Position am nächsten zu
dem ringförmigen
Elektrodenabschnitt 154a der Masseelektrode 154 frei
liegen. Deswegen bleibt der Abgabeabstand 201 zu jeder Zeit
in einem festen Bereich beibehalten, ohne dass eine Erhöhung der
Abgabespannung auftritt.
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Sogar
falls die Oberflächen
der Mikroporen 124a wegen des Auftretens des Kathoden-Sputterns abgebaut
werden, und bewirkt wird, dass die inneren Oberflächen der
Mikroporen 124a des Körpers 123a mit
vielen Mikroporen frei liegen, wird der Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material teilweise geschmolzen, um elektrisch
leitendes Material 124a' auszubilden,
das in einem geschmolzenen Zustand vorherrscht, um die Mikroporen 124a'' in Form von Hohlräumen zu
füllen.
Zusätzlich
wird wieder elektrisch leitendes Material 124a' abgelagert, das
an der Oberfläche
des Körpers 123a mit
vielen Mikroporen gesputtert wird.
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Somit
wird elektrisch leitendes Material von dem Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material zu dem zu ergänzenden Abschnitt 122 aus
elektrisch leitendem Material ergänzt. Dies ermöglicht es,
dass die Oberfläche
des Körpers 123a mit
vielen Mikroporen mit den Mikroporen 124a in einem elektrisch
leitenden Zustand mit dem Ergänzungsabschnitt 121 aus
elektrisch leitendem Material derart ausgebildet wird, dass der
Abgabeabstand 201 zu jeder Zeit mit einem festen Wert beibehalten bleibt.
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Falls
seit dem Beginn kein elektrisch leitendes Material in die Mikroporen 124a eingefüllt wurde, wie
in der Mikropore 124''', beginnt außerdem eine Funkenabgabe, die
durch die Mikropore 124a durchtritt. Dies bewirkt, dass
die Oberfläche
des Ergänzungsabschnitts 121 aus
elektrisch leitendem Material wegen des Auftretens des Kathoden-Sputterns
abgebaut wird. Kurz darauf wird die Mikropore 124 mit elektrisch
leitenden Materialien 125a und 124a', die in geschmolzenem Zuständen ausgebildet
sind, oder elektrisch leitendem Atom 124a'' gefüllt, das
wegen des Kathoden-Sputterns verstreut ist. Dies ermöglicht es,
dass die Funkenabgabe an der Oberfläche des zu ergänzenden
Abschnitts 122 aus elektrisch leitendem Material auftritt,
und ermöglicht
es, dass der Abgabeabstand fest bleibt.
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Zweite Ausführungsform
-
Eine
Plasmazündkerze 1A einer
zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf 9 und 10 und 11A bis 11C im
Detail beschrieben.
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Für die vorliegende
Ausführungsform
wird die aus 2B ersichtliche Schaltkreiskonstruktion eingesetzt,
um die Plasmazündkerze 1A anzutreiben.
In diesem Fall wirkt die Mittelelektrode 110 als positive
Elektrode und die Masseelektrode 154A wirkt als negative
Elektrode. Die Mittelelektrode 110 weist einen äußeren Umfang
auf, der mit einem Oberflächenabschnitt 111 ausgebildet
ist. Eine Funkenabgabe tritt zwischen dem Oberflächenabschnitt 111 der
Mittelelektrode 110 und einer Oberfläche eines Öffnungsabschnitts 155A der
Masseelektrode 154A auf.
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Die
Plasmazündkerze 1A der
vorliegenden Ausführungsform
weist die gleiche Grundkonstruktion wie die der ersten Ausführungsform
auf, die aus 1 ersichtlich ist, und gleiche
Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder entsprechende Bauteile, um eine
wiederholende Beschreibung auszulassen, und es wird nur eine Beschreibung
der vorliegenden Ausführungsform
mit dem Schwerpunkt auf unterscheidende Merkmale gegeben.
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Mit
der Plasmazündkerze 1A der
vorliegenden Ausführungsform
wird der Oberflächenabschnitt 111 der
Mittelelektrode positiv aufgeladen. Deswegen prallen nur Elektronen
im Plasmagas auf den Oberflächenabschnitt 111 der
Mittelelektrode auf und keine Kationen mit schwerer Masse kollidieren
mit diesem. Dies ergibt eine Verbesserung der Lebensdauer der Mittelelektrode 110.
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Darüber hinaus
weist eine Metallhülle 150A ein
unteres distales Ende 150d auf, das mit einem Ergänzungsabschnitt 158 für elektrisch
leitendes Material ausgebildet ist, der einem elektrischen Kontakt mit
der Masseelektrode 154A gehalten ist, in einer scheibenartigen
Konstruktion ausgebildet ist, die eine Bodenendfläche 131a des
Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130 bedeckt, der ein Abgabeabstandfestlegungsteil
ausbildet, das einen Verschleiß der
Masseelektrode 154A wegen Kathoden-Sputterns unterdrückt.
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Mit
Bezug auf 9 wird ein wesentliches Teil
der Plasmazündkerze 1A der
zweiten Ausführungsform
im Folgenden im Detail in Zusammenhang mit vorteilhaften Auswirkungen
beschrieben.
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Die
Metallhülle 150 weist
ein distales Ende 150d auf, das mit dem Ergänzungsabschnitt 158 für elektrisch
leitendes Material bereitgestellt ist, der in elektrischem Kontakt
mit der Masseelektrode 154A ist. Die Masseelektrode 154A,
die als Abgabeabstandfestlegungsteil wirkt, hat einen wiederherzustellenden
Abschnitt 156 aus elektrisch leitendem Material, der in
Kontakt mit einer abgeschrägten
Oberfläche 158a des
Ergänzungsabschnitts 158 für elektrisch
leitendes Material ist, und eine Vielzahl von Mikroporen 157,
die sich radial von der abgeschrägten Oberfläche 158a des
Ergänzungsabschnitts 158 für elektrisch
leitendes Material zu einem Öffnungsabschnitt 155A der
Massenelektrode radial erstrecken, um zu einem Abgaberaum 200A selbst
zu sein.
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Der
wiederherzustellende Abschnitt 156 aus elektrisch leitendem
Material ist aus einem Körper
mit vielen Mikroporen aufgebaut, der im Wesentlichen in einer ringförmigen Form
unter Verwendung eines isolierenden Materials ausgebildet ist. Die
Vielzahl der Mikroporen 157 erstreckt sich radial durch
den Körper
mit vielen Mikroporen von dem Ergänzungsabschnitt 158 für elektrisch
leitendes Material zu dem Abgaberaum 200A.
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Somit
ist die Vielzahl der Mikroporen 157 in elektrisch leitendem
Zustand mit der abgeschrägten Oberfläche 158a des
Ergänzungsabschnitts 158 aus elektrisch
leitendem Material gehalten. Dies ermöglicht es, dass eine Abgabefläche SD zwischen
einer Oberfläche
der Mikropore 157 und der Mittelelektrode 110 auftritt,
um so auf einer inneren Umfangsfläche des Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130 zu kriechen. Wenn dies stattfindet,
wird eine große
Menge von Elektronen 21 freigegeben und Stickstoff oder Ähnliches
wird zu Kationen 20. Dies bewirkt, dass ein Gasgemisch
in dem Abgaberaum 200A in einem Plasmazustand mit hoher Temperatur
und hohem Druck unter einem elektrisch neutralen Zustand ausgebildet
wird.
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Wie
die Mikroporen 124a des Körpers 123a mit vielen
Mikroporen, die das Abgabeabstandfestlegungsteil 120 der
Plasmazündkerze 1 der
ersten Ausführungsform
ausbilden, die in 3A und 3B ersichtlich
ist, können
die Mikroporen 157 bevorzugt mit elektrisch leitendem Material
wie z. B. Silber, Gold, Nickel, Platin oder Ähnlichem gefüllt sein, oder
mit elektrisch leitendem Material wie z. B. TiN, MoSiO2 oder Ähnlichem.
In einer Alternative können die
Mikroporen 157 bevorzugt in geöffneten Zuständen intakt
verbleiben.
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Mit
der Mikropore 157, die in geöffneten Zuständen verbleibt,
tritt die Abgabefläche
SD entlang einem Pfad innerhalb der Mikropore 157 auf,
und ermöglicht
dabei das Auftreten einer Funkenabgabe zwischen der abgeschrägten Oberfläche 158a des Ergänzungsabschnitts 158 aus
elektrisch leitendem Material und der Oberfläche der Mittelelektrode 110.
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Sogar
falls elektrisch leitendes Material M der Mikroporen 157 in
dem Abgaberaum 200A wegen des Kathoden-Sputterns verstreut
wird, wird weiter elektrisch leitendes Material von dem Ergänzungsabschnitt 158 für elektrisch
leitendes Material zu dem zu ergänzenden
Abschnitt 156 aus elektrisch leitendem Material ergänzt, und
dadurch ermöglicht, dass
eine Abgabespannung in einer nahezu konstanten Höhe gehalten bleibt.
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Eine
detaillierte Konstruktion des Abgabeabstandfestlegungsteils 154A ist
aus 11A bis 11C ersichtlich.
-
Wie
aus 11A ersichtlich ist, hat das
Abgabeabstandfestlegungsteil 154A eine Vielzahl von ringförmigen Abgabeabstandfestlegungsteilen 154a bis 154c,
die jeweils aus isolierendem Material hergestellt sind und mit einem
nahezu trapezförmigen Querschnitt
ausgebildet sind, die mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden
Aussparungen 157a, 157b bzw. 157c ausgebildet
sind. Die ringförmigen Abgabeabstandfestlegungsteile 154a bis 154c sind in
einer einheitlichen Struktur gestapelt und ein ringförmiges Abgabeabstandfestlegungsteil 154d ist
im oberen Bereich der einheitlichen Struktur platziert, und ermöglicht Ausbildung
des Abgabeabstandfestlegungsteils 154A, wie aus 8B ersichtlich ist.
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Außerdem kann
das Abgabeabstandfestlegungsteil 154A bevorzugt konstruiert
sein, einen Stapel der ringförmigen
Abgabeabstandfestlegungsteile 154a bis 154c zu
haben, wie die Ausführungsform, die
in 9 und 11A dargestellt
ist. In einer Alternative kann das Abgabeabstandfestlegungsteil 154A durch
ein einzelschichtiges Abgabeabstandfestlegungsteil 154B ersetzt
werden, das eine Oberfläche
aufweist, die zu einem Grenzabschnitt zwischen der distalen Bodenendfläche 131a des
Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130 und einem Grundendabschnitt des
Abgabeabstandfestlegungsteils 154B hin frei liegt, die
mit einer Vielzahl sich radial erstreckender Aussparungen 157d ausgebildet
ist.
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Dritte Ausführungsform
-
Eine
Plasmazündkerze 1C einer
dritten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf 12 und 13A bis 13C beschrieben.
-
Für die vorliegende
Ausführungsform
ist die in 2B gezeigte Schaltkreiskonstruktion
eingesetzt, um die Plasmazündkerze 1C anzutreiben.
In diesem Fall wirkt die Mittelelektrode 110 als positive Elektrode
und eine Masseelektrode 154B wirkt als negative Elektrode.
Die Mittelelektrode 110 weist den äußeren Umfang mit dem Oberflächenabschnitt 111 ausgebildet
auf. Eine Funkenabgabe tritt zwischen dem Oberflächenabschnitt 111 der
Mittelelektrode 110 und einer Oberfläche eines Öffnungsabschnitts 155B der
Masselelektrode 154B auf.
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Mit
der Plasmazündkerze 1C der
vorliegenden Ausführungsform
weist eine Metallhülle 150B ein distales
Ende 150Ba auf, das mit einem Ergänzungsabschnitt 158B für elektrisch
leitendes Material in elektrischem Kontakt mit einer Masseelektrode 154B bereitgestellt
ist.
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Außerdem weist
die Masseelektrode 154B eine Öffnung 155B mit einem
Durchmesser größer als
dem des Führungsendabschnitts 131 des
Porzellanisolators 130 aber nahezu gleich einem Außendurchmesser
des Führungsendabschnitts 131 des Porzellanisolators 130 auf.
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Mit
einer derartigen Konstruktion ist es wahrscheinlich, dass das Elektrodenmaterial
wegen eines Kathoden-Sputterns verstreut wird, und das verstreute
Elektrodenmaterial sich an einem inneren Umfangsrand 131b des
Führungsendabschnitts 131 des Porzellanisolators 130 an
einer Fläche
anhaftet, die zu einem Abgaberaum 200B an einer Position
in naher Nähe
zu der Mittelelektrode 110 hin frei liegt, und bewirkt,
dass eine Funkenabgabe auf instabile Weise auftritt.
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Jedoch
ist der Öffnungsabschnitt 155B der Masseelektrode 154B gemäß der Struktur
der vorliegenden Ausführungsform
in einer Fläche
geöffnet, die
radial größer als
der Führungsendabschnitt 131 des
Porzellanisolators 130 ist, was eine Reduktion der Menge
des Elektrodenmaterials ergibt, das sogar zu einer Fläche innerhalb
des Abgaberaums 200B verstreut ist.
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Dies
bewirkt, dass eine Funkenabgabe in einer stabilen Weise auftritt.
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Detaillierte
Konstruktionen des Abgabeabstandfestlegungsteils 154B sind
in 13A bis 13C gezeigt.
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13A zeigt das Abgabeabstandfestlegungsteil 154B,
das in einer Konstruktion ausgebildet ist, die aus einem Körper mit
einer Vielzahl von Mikroporen zusammengesetzt ist; 13B zeigt ein Abgabeabstandfestlegungsteil 154C,
das in einer Konstruktion ausgebildet ist, die aus einem porösen Körper zusammengesetzt
ist; und 13C zeigt ein Abgabeabstandfestlegungsteil 154D,
das in einer Konstruktion ausgebildet ist, die aus einem Körper aus
einem gesinterten Gemisch zusammengesetzt ist.
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Wie
aus 13A ersichtlich ist, hat das
Abgabeabstandfestlegungsteil 154E den Körper 156B mit der
Vielzahl von Mikroporen, der aus isolierendem Material hergestellt
ist und mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Aussparungen 157B ausgebildet
ist, und eine Rolle als wiederherzustellender Abschnitt aus elektrisch
leitendem Material besteht.
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Wie
aus 13A ersichtlich ist, können die Mikroporen 157B bevorzugt
mit elektrisch leitendem Material wie z. B. Silber, Gold, Nickel,
Platin oder Ähnlichem
in elektrischem Kontakt mit dem distalen Ende 150Ba der
Metallhülle 150B sein.
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In
einer Alternative, die aus 13B ersichtlich
ist, weist das Abgabeabstandfestlegungsteil 154C, das aus
dem porösen
Körper 156C hergestellt ist,
eine große
Anzahl von sich axial erstreckenden Mikroporen 157C auf
und spielt eine Rolle als wiederherzustellender Abschnitt aus elektrisch
leitendem Material.
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Wie
aus 13C ersichtlich ist, hat das
Abgabeabstandfestlegungsteil 154D einen wiederherzustellenden
Abschnitt 156D aus leitendem Material, der aus einem Körper mit
einer Vielzahl von Mikroporen besteht, der in einem gemischten gesinterten Körper zwischen
isolierendem keramisches Materialmaterial wie z. B. Si3N4 und Al2O3 oder Ähnlichem und
elektrisch leitendem keramischen Material wie z. B. TiN und MoSiO2 oder Ähnlichem
ausgebildet ist, das eine Rolle als wiederherzustellender Abschnitt aus
elektrisch leitendem Material besteht.
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Wie
die ersten und zweiten Ausführungsformen
weisen die Konstruktionen, die in 13A bis 13C dargestellt sind ähnliche vorteilhafte Wirkungen
auf. Sogar falls das Kathoden-Sputtern an einer Oberfläche von
jedem der Massenelektrodenöffnungsabschnitte 155B bis 155D der
aus 13a bis 13C ersichtlichen
Konstruktionen auftritt, wird nämlich
elektrisch leitendes Material von dem Ergänzungsabschnitt 158B für elektrisch
leitendes Material zu jedem der wiederherzustellenden Abschnitte 156B, 156C und 156D aus
elektrisch leitendem Material wiederhergestellt. Somit tritt kein
Auftreten einer Abgabespannung auf, und ermöglicht, dass die Plasmazündkerze 1C mit
hoher Lebensdauer realisiert wird.
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Während einzelne
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wenn im Detail beschrieben wurden, wird
Fachleuten deutlich werden, dass verschiedene Modifikationen und
Alternativen zu diesen Details unter Betrachtung der gesamten Lehre
der Offenbarung entwickelt werden können. Entsprechend ist beabsichtigt,
dass die besonderen offenbarten Anordnungen lediglich darstellend
sind und nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung einschränken.
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Zum
Beispiel ist mit der Plasmazündkerze 1 der
ersten Ausführungsform
der zu ergänzende
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material mit einer Dicke von
ungefähr
0,5 mm ausgebildet. Falls in diesem Fall der wiederherzustellende
Abschnitt elektrisch leitendem Material eine Dicke aufweist, die
zu dünn
ist, kann eine Materialübertragung
einfach von dem Ergänzungsabschnitt
elektrisch leitendes Material zu dem zu ergänzenden Abschnitt aus elektrisch leitendem
Material durchgeführt
werden. Jedoch besteht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Abtrag wegen des
Kathoden-Sputterns leicht auftritt. Falls im Gegensatz der zu ergänzende Abschnitt
aus elektrisch leitendem Material eine Dicke aufweist, die zu dick ist,
wird es schwierig, dass eine Materialübertragung von dem Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitendem Material zu der Oberfläche des zu ergänzenden Abschnitts
aus elektrisch leitendem Material auftritt.
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Entsprechend
muss der zu ergänzende
Abschnitt aus elektrisch leitendem Material eine Dicke aufweisen,
die abhängig
von der zu verwendenden Brennkraftmaschine geeignet eingestellt
ist.
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Eine
Plasmazündkerze
zum Zünden
einer Brennkraftmaschine ist offenbart, die eine negative Elektrode,
eine positive Elektrode und ein Abgabeabstandfestlegungsteil aufweist,
das einen Ergänzungsabschnitt
aus elektrisch leitendem Material hat, der aus einem elektrisch
leitenden Material hergestellt ist, das in der Lage ist, zu schmelzen,
wenn es einer Wärme
eines Gases in einem Plasmazustand ausgesetzt ist, und einem zu
ergänzenden
Abschnitts aus elektrisch leitendem Material, zu dem das elektrisch
leitende Material wiederhergestellt wird. Das Abgabeabstandfestlegungsteil
bedeckt eine Oberfläche
der negativen Elektrode zum Beginnen der Funkenabgabe zwischen einer
Oberfläche des
Abgabeabstandfestlegungsteils und der positiven Elektrode, um so
eine Schwankung eines Funkenabgabeabstands zu verhindern, die durch
einen Verschleiß der
negativen Elektrode wegen eines Zusammenpralls mit dem Gas in dem
Plasmazustand verursacht wird.