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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmazündvorrichtung,
die in geeigneter Weise für eine Zündung einer
Brennkraftmaschine verwendet werden kann.
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In
jüngster Zeit gibt es eine erhöhte Nachfrage nach
einer Verbrennung eines mageren Gemisches oder eines aufgeladenen
Gemisches in Brennkraftmaschinen, um eine Emission in einem Verbrennungsabgas
zu verringern oder einen Kraftstoffwirkungsgrad vom Standpunkt des
Umweltschutzes zu verbessern. Aus diesem Grund werden Bedingungen für
eine Zündung schwieriger. Es ist eine Zündvorrichtung
erforderlich, die eine stabile Zündung auch in einer brennverzögerten
Brennkraftmaschine erreichen kann.
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Bei
einer Zündung einer Plasmazündvorrichtung 1z,
die in 12A gezeigt ist, wird, wenn
ein Zündschalter 22z eingeschaltet wird, eine
primäre niedrige Spannung von einer Batterie 21z für
eine Entladung an eine primäre Spule 231 einer
Zündspule 23z angelegt. Die primäre Spannung
wird durch ein Schalten einer Zündeinrichtung (eines Transistors) 24z unterbrochen,
die durch eine elektronische Steuerungseinrichtung (ECU) 25z gesteuert
wird, um ein Magnetfeld in der Zündspule 23z zu ändern.
Dies erzeugt eine sekundäre Spannung von –10 bis –30 zV
in einer sekundären Spule 232z der Zündspule 23z.
Die sekundäre Spannung beginnt sich in einem Entladungsraum 140z zu
entladen, der zwischen einer Mittelelektrode 110z und einer
Massenelektrode 130z ausgebildet ist, wenn die sekundäre
Spannung eine Entladungsspannung erreicht, die proportional zu einem
Entladungsabstand 141z ist. Zur gleichen Zeit wird Energie
(beispielsweise mit –450 V und 120 A), die von einer Batterie 31z zur
Zufuhr von Plasmaenergie, die getrennt von der Batterie 21z für
eine Entladung bereitgestellt ist, zugeführt wird und in
einem Kondensator 33z gespeichert ist, in den Entladungsraum 140z mit
einem Schlag entladen, so dass ein Gas in dem Entladungsraum 140z in
einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck gelangt.
Das Gas wird aus einer Öffnung 132z, die bei der
Spitze des Entladungsraums 140z bereitgestellt ist, injiziert,
was einen Hochtemperaturbereich mit mehreren Tausend bis mehreren
zehntausend Grad in der Zündvorrichtung in einem großen
Volumenbereich mit einem hohen Richtfaktor verursacht.
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Es
wird erwartet, dass eine derartige Plasmazündvorrichtung
bei Zündvorrichtungen in brennverzögerten Brennkraftmaschinen
angewendet wird, die eine Magergemischverbrennung, eine Verbrennung
mit aufgeladenem Gemisch und dergleichen umfassen.
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In
der Druckschrift
US 3,581,141 ist
eine Zündkerze eines Oberflächenabstandstyps offenbart,
die eine Mittelelektrode, ein isolierendes Element, das die Mittelelektrode
in der zugehörigen Mitte hält und ein sich longitudinal
erstreckendes Einfügeloch aufweist, und eine Massenelektrode
umfasst, die das isolierende Element abdeckt und mit einer Öffnung
versehen ist, die in Verbindung mit dem Einfügeloch ist,
wodurch ein Entladungsabstand in dem Einfügeloch gebildet
wird.
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Bei
dieser Art einer herkömmlichen Plasmazündvorrichtung 1z wird
eine Gleichrichtung üblicherweise durch Gleichrichtungselemente 26z und 34z ausgeführt,
so dass die Mittelelektrode 110z eine Kathode wird, wodurch
an sie eine Ruhespannung angelegt wird. Somit kollidieren, wie es
in 12B gezeigt ist, Kationen 50 mit einer
großen Masse, wie beispielsweise Stickstoffionen, unter
einem Gas in dem Hochtemperaturplasmazustand mit der Oberfläche
der Mittelelektrode 110z, was ein Kathodenzerstäuben
erzeugt, durch das die Oberfläche der Mittelelektrode 110z abgebaut
wird.
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Die
Oberfläche der Mittelelektrode 110z wird durch
das Kathodenzerstäuben fortschreitend erodiert, so dass
eine Entfernung zwischen der Mittelelektrode 110z und der
Massenelektrode 130z, das heißt der Entladungsabstand 141z allmählich
länger gemacht wird. Ebenso wird die Entladungsspannung allmählich
proportional zu dem Entladungsabstand 141z vergrößert.
Somit wird die Langzeitverwendung der Zündvorrichtung binnen
kurzem bezüglich des Entladens gestört, was zu
einem unbeabsichtigten Verbrennen der Brennkraftmaschine führen
kann.
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Aus
diesem Grund haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung eine
Plasmazündvorrichtung
1x, die in
11A gezeigt ist, in einer früheren Anmeldung
(
japanische Patentanmeldung
Nr. 2007-046725 ) vorgeschlagen. In der Zündvorrichtung
sind die Hochspannungsenergiequellen
20 und
30 mit
der Mittelelektrode
110x, die als eine Anode dient, und
der Massenelektrode
130x verbunden, die als eine Kathode
dient, um die Abnutzung der Massenelektrode
130x durch
das Kathodenzerstäuben zu unterdrücken. Dies stellt
eine Plasmazündvorrichtung
1x mit hervorragender
Haltbarkeit bereit.
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In
der Plasmazündvorrichtung 1x, die die Mittelelektrode 110x als
die Anode verwendet, ist, wie es in 11B gezeigt
ist, der Elektronenstrom durch die Entladung von der Massenelektrode 130x zu
der Mittelelektrode 110x gerichtet. Nur Elektronen 51 mit
einer kleinen Masse kollidieren mit der Oberfläche der
Mittelelektrode 110x, während die Kationen 50 mit
einer großen Masse, wie beispielsweise Stickstoffionen,
unter dem Plasmagas die als die Anode dienende Mittelelektrode 110x durch
eine Abstoßungskraft abstoßen. Somit wird die
Oberfläche der Mittelelektrode 110x nicht durch
Kathodenzerstäuben erodiert.
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Da
die Massenelektrode 130x als die Kathode dient, können
die Kationen 50 mit der großen Masse mit der Massenelektrode
kollidieren, wobei das Kathodenzerstäuben verursacht wird,
das die Oberfläche der Massenelektrode erodieren kann.
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Die
Oberfläche der Massenelektrode 130x in Verbindung
mit dem Entladungsraum ist jedoch im Wesentlichen vertikal zu der
Injektionsrichtung des Plasmagases positioniert, wobei die Kationen 50 mit der
Oberfläche der Massenelektrode 130x schräg kollidieren,
wodurch die Kollisionskraft der Kationen schwach wird. Dies kann
zu einer Plasmazündvorrichtung 1x mit hoher Haltbarkeit
führen, in der im Vergleich zu der herkömmlichen
Plasmazündvorrichtung 1z mit der Mittelelektrode
als die Kathode der Erosionsgrad durch das Kathodenzerstäuben
in großem Umfang verkleinert ist.
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In
der die Mittelelektrode 110x als die Anode verwendende
Plasmazündvorrichtung 1x hält der Entladungsraum 140x die
Mittelelektrode 110x, wobei er in einem zylindrischen isolierenden
Element 120x ausgebildet ist, das sich zu der Injektionsseite erstreckt.
Ein Entladungsweg für Elektronen, die von der Massenelektrode 130x zu
der Mittelelektrode 110x weitergehen, ist entlang einer
inneren Umfangswand des isolierenden Elements 120x ausgebildet.
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Somit
wird, wenn ionisiertes Gas in dem Plasmazustand mit hoher Temperatur
und hohem Druck von dem Entladungsraum 140x injiziert wird, Wärmeenergie
des ionisierten Gases über das isolierende Element 120x und
die Massenelektrode 130x teilweise in einen Kraftmaschinenblock 40 abgegeben,
während sie als kinetische Energie verbraucht wird, bis
sich das Gas in dem Entladungsraum 140x bewegt und das
Gas aus einer Massenelektrodenöffnung 132x injiziert
wird.
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Zusätzlich
ist herausgefunden worden, dass ein Entladungsweg mit erweiterter
Oberfläche bzw. ein oberflächenerweiterter Entladungsweg
ausgebildet ist, um zu der inneren Umfangswand des isolierenden
Elements 120x geleitet zu werden, wobei eine Ionisierung
von mehr Gas in dem Entladungsraum 140x in der Nähe
des oberflächenerweiterten Entladungswegs auftritt. Dies
verursacht ein Ungleichgewicht in einer Verteilungsdichte des Plasmagases,
das in dem Entladungsraum 140x erzeugt wird.
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In
der Plasmazündvorrichtung 1x, die die Mittelelektrode 110x als
die Anode verwendet, wird im Vergleich zu einer Zündfunkenentladung,
die eine normale Zündkerze verwendet, der zugehörige Hochtemperaturbereich
mit einem großen Volumen erzeugt. Allerdings kann die Plasmazündvorrichtung 1x aufgrund
des Verlustes an Wärmeenergie, wie es vorstehend beschrieben
ist, keine ausreichende Wirkung bezüglich einer Verbesserung
einer Zündung der brennverzögerten Brennkraftmaschine
erreichen, die eingerichtet ist, die Magergemischverbrennung oder
die Verbrennung des aufgeladenen Gemisches auszuführen.
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Des
Weiteren weist die Plasmazündvorrichtung
1x, die
die Mittelelektrode
110x als die Anode verwendet, eine
deutlich verbesserte Haltbarkeit im Verglich zu der herkömmlichen
Plasmazündvorrichtung auf, die in der
US 3,581,141 offenbart ist. Da jedoch
die Massenelektrode
130x als die Kathode auf der Seite
in der Injektionsrichtung des Plasmagases angeordnet ist, kann die
Zündvorrichtung
1x ein Auftreten des Kathodenzerstäubens
nicht vollständig verhindern, wobei sie somit eine begrenzte
Verbesserung der Haltbarkeit aufweist.
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Die
Erfindung ist in Anbetracht die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten
gemacht worden, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Plasmazündvorrichtung
mit verbesserter Haltbarkeit und hervorragenden Zündeigenschaften
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Plasmazündvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Plasmazündvorrichtung eine
Plasmazündkerze (10, 10a–10c, 10i–10k, 10m–10n, 10p)
und eine Hochspannungsenergiequelle (20, 30) zum
Anlegen einer hohen Spannung und eines großen Stroms an
die Plasmazündkerze.
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Die
Plasmazündkerze umfasst eine Mittelelektrode (110, 110i–110k-, 110m–110n, 110a–110c), ein
isolierendes Element (120, 120a–120c, 120i–120k, 120m–120n)
zum Halten der Mittelelektrode und eine Massenelektrode (130, 130a–130c, 130i–130k, 130m–130n),
die außerhalb der Mittelelektrode über das isolierende
Element angeordnet ist. In der Plasmazündvorrichtung sind
die Plasmazündkerze und die Hochspannungsenergiequelle
so konfiguriert, dass sie die hohe Spannung und den großen
Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle angelegt werden, an
ein Gas in einem Entladungsraum (140, 140d–140a, 140m–140n)
anlegen, der zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode
ausgebildet ist, um hierdurch das Gas in einen Plasmazustand mit
hoher Temperatur und hohem Druck zu bringen, und das Gas in eine
Brennkraftmaschine injizieren und zünden. Des Weiteren ist
eine untere Oberfläche (126) des isolierenden
Elements vertieft, um einen Nutabschnitt (121, 121a–121h)
auszubilden, der als der Entladungsraum verwendet wird, wobei ein
Teil der Mittelelektrode einem Teil der Massenelektrode in dem Nutabschnitt
gegenüberliegt, um eine Entladung zwischen beiden Elektroden
zu ermöglichen.
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Wenn
die hohe Spannung und der große Strom von der Hochspannungsenergiequelle
an die Plasmazündvorrichtung angelegt sind, wird ein oberflächenerweiterter
Entladungsweg für Elektronen, die von der Massenelektrode
zu der Mittelelektrode weitergehen, entlang der unteren Oberfläche
des Nutabschnitts ausgebildet, so dass das in die Brennkraftmaschine
zu injizierende Gas auf der Brennkraftmaschinenseite des oberflächenerweiterten
Wegs in einen Plasmazustand gebracht wird.
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Da
zu dieser Zeit der Nutabschnitt seine gesamte Oberfläche
zu der Brennkraftmaschine geöffnet hat, wird das Plasmagas in
einfacher Weise in die Brennkraftmaschine ausgestoßen,
wobei es somit für eine Zündung der Brennkraftmaschine
ohne einen Verlust an Wärmeenergie verwendet werden kann. Dies
kann eine Plasmazündvorrichtung mit außerordentlich
hervorragenden Zündeigenschaften erreichen.
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Des
Weiteren werden Kationen mit einer größeren Masse
unter dem Plasmagas außerhalb des oberflächenerweiterten
Entladungswegs der Elektronen, die von der Kathode zu der Anode
weitergehen, erzeugt, wobei sie dann in einfacher Weise aus dem Entladungsraum
ausgestoßen werden, was niedrigere Kollisionsfrequenzen
der Kationen mit der Kathode verursacht, wodurch eine Verhinderung
der Abnutzung der Kathode durch das Kathodenzerstäuben ermöglicht
wird. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit außerordentlich
hervorragender Haltbarkeit erreichen.
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Beispielsweise
ist die Hochspannungsenergiequelle mit der Zündkerze verbunden,
wobei die Mittelelektrode als eine Anode dient und die Massenelektrode
als eine Kathode dient. Die Massenelektrode ist bei der Brennkraftmaschine
elektrisch mit Masse verbunden und thermisch mit ihr verbunden,
wobei sie in einfacher Weise auch bei einer Kollision mit den Hochtemperaturkationen
gekühlt wird, wodurch eine Abnutzung der Kathode auf Grund
des Kathodenzerstäubens noch mehr verhindert wird. Dies kann
eine Plasmazündvorrichtung mit den hervorragenden Zündeigenschaften
und der hervorragenden Haltbarkeit erreichen.
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Das
isolierende Element kann in einer im Wesentlichen zylindrischen
Form ausgebildet sein, um die axial ausgebildete Mittelelektrode
abzudecken, wobei die Massenelektrode in einer im Wesentlichen ringförmigen
Form ausgebildet sein kann, um das isolierende Element abzudecken.
In diesem Fall können der eine Nutabschnitt oder mehrere
Nutabschnitte in der unteren Oberfläche des isolierenden Elements
ausgebildet werden. Der Entladungsraum wird in der unteren Oberfläche
des isolierenden Elements anders als bei der herkömmlichen
Plasmazündvorrichtung bereitgestellt, bei der der Entladungsraum
innerhalb des isolierenden Elements bereitgestellt ist, wodurch
die thermische Energie des Plasmagases in dem Entladungsraum in
viel geringerem Ausmaß als kinetische Energie zur Bewegung des
Gases in dem Entladungsraum verwendet wird. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung
mit gutem Energiewirkungsgrad und außerordentlich hervorragenden
Zündeigenschaften erreichen.
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Der
Nutabschnitt kann so ausgebildet sein, dass er eine Breite aufweist,
die kleiner oder gleich einem Durchmesser der Mittelelektrode ist.
In diesem Fall kann, auch wenn eine Vielzahl von Entladungsräumen
ausgebildet ist, die Ausbildung der Nutabschnitte die Entladungsräume
ausbilden, die im Wesentlichen unabhängig voneinander sind,
was eine Entladung bei irgendeiner spezifischen Position ausführen
kann, wodurch die Zündeigenschaften weiter stabilisiert
werden. Der Nutabschnitt kann eine zugehörige Breite aufweisen,
die in geeigneter Weise in einem Bereich geändert wird,
der durch die Erfindung gemäß Merkmalen der Brennkraftmaschine
spezifiziert ist.
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Beispielsweise
kann der Nutabschnitt so ausgebildet sein, dass er im Wesentlichen
eine bestimmte Tiefe entlang einer Form der unteren Oberfläche
des isolierenden Elements aufweist. Wenn der Entladungsraum bei
einer im Wesentlichen bestimmten Tiefe unabhängig von einer
Form der unteren Oberfläche des isolierenden Elements ausgebildet ist,
wird das Plasmagas mit einer im Wesentlichen gleichförmigen
Dichte in dem Entladungsraum erzeugt. Somit kann das Plasmagas konstant
in einem bestimmten Zustand erzeugt werden. Somit weist die Plasmazündvorrichtung
eine verbesserte Zuverlässigkeit als ein Zündsystem
auf.
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Die
Mittelelektrode kann zu einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine
in Bezug auf die Massenelektrode herausragen, wobei die untere Oberfläche
des isolierenden Elements eine schräge Oberfläche
sein kann, die einen Spitzenrand der Mittelelektrode und einen Spitzenrand
der Massenelektrode verbindet. In diesem Fall kann der Körper
der Plasmazündkerze klein ausgeführt sein, um
eine vorbestimmte oberflächenerweiterte Entladungsentfernung
sicherzustellen. Alternativ hierzu kann die oberflächenerweiterte
Entladungsentfernung in der Plasmazündkerze mit einem vorbestimmten
Körper lang ausgeführt sein. Folglich wird die
Dichte des Hochtemperaturbereichs in der Plasmazündkerze
vergrößert, um den Verlust an Wärmeenergie
weiter zu verringern, so dass sie für eine Zündung
der Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung
mit hervorragenderen Zündeigenschaften erreichen.
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Da
die als die Kathode dienende Massenelektrode in Bezug auf die Richtung
einer Injektion des Plasmagases stromabwärts positioniert
ist, sind die Kollisionsfrequenzen mit den Kationen verkleinert, um
die Haltbarkeit der Zündvorrichtung weiter zu verbessern.
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Die
Mittelelektrode kann zu der Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine
in Bezug auf die Massenelektrode herausragen, wobei die untere Oberfläche
des isolierenden Elements eine zu der Verbrennungskammer konvex
gekrümmte Oberfläche sein kann. In diesem Fall
verbindet die gekrümmte Oberfläche den Spitzenrand
der Mittelelektrode und den Spitzenrand der Massenelektrode.
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Wenn
der oberflächenerweiterte Entladungsweg gekrümmt
ist, kann der Körper der Plasmazündkerze weiter
klein ausgeführt werden, um die vorbestimmte oberflächenerweiterte
Entladungsentfernung sicherzustellen. Alternativ hierzu kann die
oberflächenerweiterte Entladungsentfernung in der Plasmazündkerze
mit dem vorbestimmten Körper lang ausgeführt werden.
Folglich ist die Dichte des Hochtemperaturbereichs in der Plasmazündkerze
vergrößert, um den Verlust an Wärmeenergie
weiter zu verringern, die für eine Zündung der
Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung
mit hervorragenderen Zündeigenschaften erreichen. Da die
als die Kathode dienende Massenelektrode in Bezug auf die Richtung
einer Injektion des Plasmagases stromabwärts positioniert ist,
sind die Kollisionsfrequenzen mit den Kationen verkleinert, um die
Haltbarkeit der Zündvorrichtung weiter zu verbessern.
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Des
Weiteren kann die Massenelektrode einen Vorsprung (131i)
aufweisen, der sich zu dem Entladungsraum bei einem zugehörigen
Teil erstreckt, der zu dem Entladungsraum freigelegt ist. Somit
wird die elektrische Felddichte des Vorsprungs der Massenelektrode
verbessert, um es zu ermöglichen, dass die Entladung in
einfacher Weise ausgeführt wird. Dies kann weiter die Abnutzung
der Elektrode unterdrücken, um die Zündeigenschaften
zu verbessern.
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Alternativ
hierzu kann die Mittelelektrode in eine Vielzahl von Elektrodenabschnitten
entsprechend der Anzahl der Nutabschnitte aufgeteilt sein. In diesem
Fall sind die Elektrodenabschnitte über ein isolierendes
Element unabhängig und getrennt voneinander.
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Die
Entladung kann so gesteuert werden, dass sie zwischen der Mittelelektrode
und der Massenelektrode bei einer beliebigen Position ausgeführt wird.
Ferner kann die Entladungsposition entsprechend dem Zustand der
Brennkraftmaschine geändert werden, oder um die Abnutzung
der Elektrode auszugleichen, wodurch die Zündeigenschaften
weiter stabilisiert werden. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung
mit außerordentlich hervorragender Haltbarkeit und hervorragenden
Zündeigenschaften erreichen.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich.
Es zeigen:
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1A eine
Teilschnittansicht, die eine Plasmazündvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 1B eine
Querschnittsansicht, die entlang einer Linie IB-IB in 1A entnommen
ist, und 1C eine Seitenansicht, wenn
sie aus der Richtung entsprechend IC-IC in 1A betrachtet
wird,
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2A ein
schematisches Diagramm, das einen Schaltungsaufbau der Plasmazündvorrichtung gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel zeigt, und 2B eine
Teilschnittansicht zur Beschreibung der Effekte der Plasmazündvorrichtung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3A und 3B Seitenansichten,
die Plasmazündvorrichtungen gemäß Modifikationen
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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4A eine
Seitenansicht, die die Plasmazündvorrichtung gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 4B bis 4G Querschnittsansichten,
die entlang einer Linie IV-IV in 4A entnommen
sind, wobei modifizierte Formen eines Nutabschnitts in der Plasmazündvorrichtung
gezeigt sind,
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5A eine
Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, 5B eine
Querschnittsansicht, die entlang einer Linie VB-VB in 5A entnommen
ist, und 5C eine Seitenansicht, wenn
sie aus einer Richtung gemäß VC-VC in 5A betrachtet
wird,
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6A eine
Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung
gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 6B eine Seitenansicht, wenn
sie aus einer Richtung gemäß VIB-VIB in 6A betrachtet
wird,
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7A eine
Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung
gemäß einer weiteren Modifikation der vorliegenden
Erfindung zeigt, und 7B eine Seitenansicht, wenn
sie aus einer Richtung gemäß VIIB-VIIB in 7A betrachtet
wird,
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8A eine
Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8B eine
Seitenansicht, wenn sie aus einer Richtung gemäß VIIIB-VIIIB
in 8A betrachtet wird,
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9A eine
Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, und
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9B eine
Seitenansicht, wenn sie aus einer Richtung gemäß IXB-IXB
in 9A betrachtet wird,
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10A eine Draufsicht, die eine Plasmazündvorrichtung
gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, 10B eine
Querschnittsansicht, die einen oberen Abschnitt (Spitzenabschnitt)
der Plasmazündvorrichtung gemäß 10A zeigt, 10C eine
Teilschnittansicht, die einen Teil der Plasmazündvorrichtung
gemäß 10A zeigt,
und 10D eine Bodenansicht, die die
Plasmazündvorrichtung gemäß 10A zeigt,
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11A ein schematisches Diagramm, das einen Schaltungsaufbau
einer Plasmazündvorrichtung gemäß dem
Stand der Technik zeigt, und 11B eine
Teilschnittansicht zur Beschreibung der Plasmazündvorrichtung
gemäß 11A,
und
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12A ein schematisches Diagramm, das einen Schaltungsaufbau
einer weiteren Plasmazündvorrichtung gemäß dem
Stand der Technik zeigt, und 12B eine
Teilschnittansicht zur Beschreibung der Plasmazündvorrichtung
gemäß 12A.
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Nachstehend
sind bevorzugte Ausführungsbeispiele und zugehörige
Modifikationen gemäß der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend
unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C beschrieben.
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Wie
es in 1A gezeigt ist, umfasst eine Plasmazündvorrichtung 1 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel eine Plasmazündkerze 10,
eine Energiequelle 20 zum Entladen, die als eine Hochspannungsenergiequelle
dient, und eine Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung.
Die Plasmazündvorrichtung 1 ist an einem Kraftmaschinenblock 40 einer (nicht
gezeigten) Brennkraftmaschine angebracht.
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Die
Plasmazündkerze 10 umfasst eine Mittelelektrode 110,
einen zylindrischen Isolator 120, der als ein isolierendes
Element zum Halten der Mittelelektrode 110 in einer isolierenden
Art und Weise dient, um die Elektrode 110 abzudecken, und
eine metallische Massenelektrode 130, die in einer im Wesentlichen
ringförmigen Form ausgebildet ist, um den Isolator 120 abzudecken.
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Der
Spitzenabschnitt der Mittelelektrode 110 ist in einer longitudinalen
Form aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise
Iridium, einer Iridiumlegierung oder Kupfer ausgebildet. Die Mittelelektrode 110 weist
eine Mittelelektrodenmittelstange 111 auf, die darin ausgebildet
ist und aus einem metallischen Material, wie beispielsweise einem
Stahlmaterial, mit guter elektrischer Leitfähigkeit und
hoher thermischer Leitfähigkeit hergestellt ist. Die Mittelelektrode 110 weist
einen Mittelelektrodenanschluss 112 auf, der bei dem zugehörigen
Basisende ausgebildet ist. Der Anschluss 112 ist von einem
Kopf 122 des Isolators freigelegt, um mit der externen
Energiequelle 20 für eine Entladung und der Energiequelle 30 für
eine Plasmaerzeugung verbunden zu werden. Die Spitze der Mittelelektrode 110 ragt
zu einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine in Bezug auf
die Spitze der Massenelektrode 130 heraus.
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Die
Massenelektrode 130 weist ein Gehäuse 135 zum
Halten des Isolators 120 auf, das bei dem Basisende ausgebildet
ist. Ein Schraubenabschnitt 132 ist in der Elektrode 130 zum
Fixieren der Plasmazündkerze 10 derart, dass veranlasst
wird, dass die Massenelektrode 130 zu der (nicht gezeigten)
Verbrennungskammer freigelegt ist, und zum elektrischen Verbinden
der Massenelektrode 130 mit dem Kraftmaschinenblock 40 ausgebildet.
Des Weiteren ist ein Gehäusebohrungsrandabschnitt 133 bei
dem äußeren Umfang der Basisendseite zur Befestigung des
Schraubenabschnitts 132 ausgebildet. Das Gehäuse 135,
das die Massenelektrode 130 umfasst, ist aus einem metallischen
Material hergestellt, wie beispielsweise Nickel oder Eisen.
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Unter
Bezugnahme auf die 1A, 1B und 1C ist
nachstehend der Isolator 120 ausführlich beschrieben.
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Der
Isolator 120 ist aus einem hochreinen Aluminiumoxid oder
dergleichen hergestellt, das einen hervorragenden Wärmewiderstand,
eine hervorragende mechanische Stärke, eine hervorragende dielektrische
Stärke bei einer hohen Temperatur, eine hervorragende thermische
Leitfähigkeit und dergleichen aufweist. Der Isolator 120 ist
in eine im Wesentlichen zylindrische Form (Innendurchmesser ΦD1; Außendurchmesser ΦD2)
zum Halten der Mittelelektrode 110 ausgebildet. Der Außendurchmesser (ΦD3)
des Isolators ist so vergrößert, dass er einen Teil
der unteren Endoberfläche der Massenelektrode 130 abdeckt.
Der Isolator 120 stößt gegen die untere Oberfläche
der Massenelektrode 130 bei einem Eingriffsabschnitt 125 an.
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Die
untere Oberfläche des isolierenden Elements 120 ist
in einer zu der Verbrennungskammerseite konvex gekrümmten
Form ausgebildet, um den Spitzenrand der Mittelelektrode 110 und
den Spitzenrand der Massenelektrode 130 zu verbinden.
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Des
Weiteren ist ein Nutabschnitt 121 in der unteren Oberfläche 126 des
Isolators 120 ausgebildet, um einen Entladungsraum 140 zu
bilden, indem ein Teil der Oberfläche in eine Nutform mit
einer bestimmten Tiefe H und einer bestimmten Breite W vertieft
wird, was ein Merkmal der Erfindung darstellt.
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Ein
Teil der Seite der Mittelelektrode 110 ist in einem Bereich
der Breite W x der Tiefe H freigelegt, um einen Mittelelektrodenentladungsabschnitt
auszubilden. Ein Teil der Massenelektrode 130 ist in einem
Bereich der Breite W x der Länge L (≈ H) freigelegt,
um einen Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 auszubilden.
In dem Nutabschnitt 121 kann eine Entladung zwischen dem
Mittelelektrodenentladungsabschnitt und dem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 ausgeführt
werden.
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Spezifisch
wird der Durchmesser ΦD1 der Mittelelektrode 110 zwischen
0,5 und 3 mm ausgewählt. Der Innendurchmesser ΦD2
der Massenelektrode (oder der Außendurchmesser des isolierenden Elements)
wird zwischen 5 und 15 mm ausgewählt. Die Breite W des
Nutabschnitts wird zwischen 0,5 und 3 mm ausgewählt. Die
Tiefe H des Nutabschnitts 121 wird zwischen 0,5 und 3 mm
ausgewählt. Die Anzahl von auszubildenden Nutabschnitten 121 wird zwischen
eins und sechs ausgewählt. Die Differenz in der Höhe
zwischen der Position der unteren Endoberfläche der Mittelelektrode 110 und
der Position der unteren Endoberfläche der Massenelektrode
wird zwischen 0,5 und 5 mm ausgewählt.
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Ein
Mittelelektrodeneingriffsabschnitt ist bei dem Mittelpunkt des Isolators 120 ausgebildet,
um über ein Dichtungselement oder dergleichen in das Gehäuse 135 zur
Aufrechterhaltung einer (nicht gezeigten) Hermetizität zwischen
dem Isolator 120 und dem Gehäuse 135 einzugreifen.
Der Isolatorkopf 122 ist bei der Basisendseite ausgebildet,
um die Mittelelektrode 120 von dem Gehäuse 135 zu
isolieren, wodurch verhindert wird, dass eine hohe Spannung zu Positionen
austritt, die zu der vorstehend genannten Elektrode unterschiedlich
sind.
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Unter
Bezugnahme auf 2A sind die Energiequelle 20 für
eine Entladung, die als eine Hochspannungsenergiequelle dient, und
die Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung nachstehend ausführlich beschrieben. Unter
Bezugnahme auf 2B sind die Effekte der Erfindung
nachstehend beschrieben.
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Die
Energiequelle 20 für eine Entladung umfasst eine
erste Batterie 21, einen Zündschalter 22, eine
Zündspüle 23, eine Zündeinrichtung 24,
die aus einem Transistor besteht, und eine elektronische Steuerungseinrichtung 25.
Die Energiequelle 20 ist über ein Gleichrichtungselement 26 mit
der Plasmazündkerze 10 verbunden.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel weist die erste Batterie 21 eine
auf Masse gelegte Kathode auf, wobei die Gleichrichtung durch das
Gleichrichtungselement 26 derart ausgeführt wird,
dass die Mittelelektrode 110 die Anode wird.
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Die
Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung umfasst
eine zweite Batterie 31, einen Widerstand 32 und
einen Kondensator 33 für eine Plasmaerzeugung.
Die Energiequelle 30 ist mit der Plasmazündkerze 10 über
ein Gleichrichtungselement 34 verbunden.
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Die
zweite Batterie 31 weist eine zugehörige mit Masse
verbundene Kathode auf, wobei die Gleichrichtung durch das Gleichrichtungselement 34 derart
ausgeführt wird, dass die Mittelelektrode 110 die
Kathode wird.
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Wenn
der Zündschalter 22 eingeschaltet wird, wird eine
negative primäre Spannung an die Primärspule 231 der
Zündspule 23 durch eine niedrige Spannung von
der ersten Batterie 21 auf der Grundlage eines Zündsignals
von einer ECU 25 angelegt. Wenn die primäre Spannung
durch ein Umschalten der Zündeinrichtung 24 unterbrochen
wird, wird das magnetische Feld in der Zündspule 23 verändert,
so dass eine positive sekundäre Spannung von 10 bis 30zV in
einer sekundären Spule 232 der Zündspüle 23 durch
einen Selbstinduktionseffekt induziert wird.
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Im
Gegensatz dazu wird der Kondensator 33 für eine
Plasmaerzeugung durch die sekundäre Batterie 31 (beispielsweise
auf 450 V und 120 A) aufgeladen.
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Wie
es in 2B gezeigt ist, beginnt, wenn die
angelegte sekundäre Spannung eine Entladungsspannung überschreitet,
die proportional zu einer oberflächenerweiterten Entladungsentfernung
zwischen der Mittelelektrode 110 und der Massenelektrode 130 ist,
eine Entladung zwischen diesen Elektroden, um das Gas in dem Entladungsraum 140 in einem
kleinen Bereich in einen Plasmazustand zu bringen.
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Das
Gas in dem Plasmazustand weist eine elektrische Leitfähigkeit
auf und induziert eine Entladung von elektrischen Ladungen, die
zwischen beiden Elektroden des Kondensators 33 für
eine Plasmaerzeugung gespeichert sind. Dies induziert weiter eine Änderung
in dem Plasmazustand des Gases in dem Entladungsraum 140 und
vergrößert den Bereich des Plasmazustands.
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Zu
dieser Zeit wird ein oberflächenerweiterter Entladungsweg
ausgebildet, der bei der Bodenoberfläche des Nutabschnitts 121 zu
leiten ist, wobei die Elektronen 51 von der Oberfläche
des Massenelektrodenentladungsabschnitts 131 zu der Seite
der Mittelelektrode 110 weitergehen. Die Kationen 50 mit einer
großen Masse, wie beispielsweise Stickstoffionen, werden
so erzeugt, dass sie aus dem oberflächenerweiterten Entladungsweg
(auf der Verbrennungskammerseite) von der Mittelelektrode 110 zu der
Massenelektrode 130 weitergehen.
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Da
der Entladungsraum 140 im Vergleich zu einem zugehörigen
Volumen einen großen Bereich aufweist, der zu der Verbrennungskammer
geöffnet ist, erreicht das Plasmagas eine hohe Temperatur und
einen hohen Druck und wird unmittelbar von dem Entladungsraum 140 in
die Verbrennungskammer injiziert.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wird das Meiste des Plasmagases mit
einer extrem hohen Temperatur und einem großen Volumen
in die Brennkraftmaschine ohne Energieverlust injiziert, was in einfacher
Weise ein Injizieren in die Brennkraftmaschine induziert.
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Die
Kationen 50 werden außerhalb des oberflächenerweiterten
Entladungswegs der Elektronen 51 erzeugt, wobei sie in
einfacher Weise aus dem Entladungsraum 140 ausgestoßen
werden. Somit sind die Kollisionsfrequenzen der Kationen 50 mit dem
Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 niedrig, was die
Abnutzung der Massenelektrode 130 durch das Kathodenzerstäuben
unterdrücken kann. Die Massenelektrode 130 ist
durch den Schraubenabschnitt 132 direkt in den Kraftmaschinenblock 40 eingeschraubt
und damit verbunden. Somit kann die Massenelektrode 130 in
einfacher Weise Wärme ableiten, was die Abnutzung der Elektrode
unterdrücken kann.
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Die
Energiequelle 20 für eine Entladung und die Energiequelle 30 für
eine Plasmaerzeugung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
können bei den folgenden Ausführungsbeispielen
und Modifikationen der Erfindung, die nachstehend beschrieben werden,
angewendet werden.
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Die
drei Nutabschnitte 121 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind gleichmäßig
beabstandet ausgebildet. Die Anzahl und Breite der Nutabschnitte 121 können
in geeigneter Weise entsprechend Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine
verändert werden.
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Beispielsweise
können, wie es in den 3A bis 3C gezeigt
ist, die in den unteren Oberflächen der isolierenden Elemente 120a, 120b und 120c der
Plasmazündkerzen 10a, 10b und 10c ausgebildeten
Nutabschnitte den folgenden Nutabschnitt umfassen. In den 3A bis 3C zeigen jeweils 10a–10c Plasmazündkerzen
gemäß Modifikationen der vorliegenden Erfindung
an, 121a–121c zeigen jeweils Nutabschnitte
an, 130a–130b zeigen jeweils Massenelektroden
an, und 131a–131c zeigen jeweils Massenelektrodenentladungsabschnitte
an. Wie es in 3A gezeigt ist, können
sechs Nutabschnitte 121a in der unteren Oberfläche
des isolierenden Elements 120 ausgebildet sein. Wie es
in 3B gezeigt ist, können die Nutabschnitte 121b so
ausgebildet sein, dass sie eine zugehörige Breite aufweisen,
die zu der Massenelektrode 130b vergrößert
ist. Wie es in 3C gezeigt ist, können
die Nutabschnitte 121c so ausgebildet sein, dass sie eine zugehörige
Breite aufweisen, die zu der Mittelelektrode vergrößert
ist.
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Wie
es in 3A gezeigt ist, kann die Vergrößerung
der Anzahl von Nutabschnitten weiter die Haltbarkeit der Plasmazündkerze
verbessern.
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Wie
es in 3B gezeigt ist, verkleinert
die allmähliche Ausweitung des Nutabschnitts 121b zu dem
Massenelektrodenentladungsabschnitt 131b die Dichte des
Plasmagases auf der Seite des Massenelektrodenentladungsabschnitts 131 in
dem Entladungsraum 140b, wodurch die Richtung der Injizierung
des Plasmagases zu der Seite der Mittelelektrode 110 vorgespannt
werden kann.
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Wie
es in 3C gezeigt ist, verkleinert
die allmähliche Ausweitung des Nutabschnitts 121c zu der
Mittelelektrode 110 die Dichte des Plasmagases auf der
Seite der Mittelelektrode 110 in dem Entladungsraum 140b,
wodurch die Richtung der Injizierung des Plasmagases zu der Seite
der Massenelektrode 130 vorgespannt werden kann.
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Der
Nutabschnitt kann modifiziert werden, wie es in den 4B bis 4G gezeigt
ist. In den 4B bis 4G zeigen 140d bis 140h jeweils Entladungsräume
an und 121d bis 121h zeigen jeweils Nutabschnitte
an. Wie es in 4b gezeigt ist, kann der Nutabschnitt 121 derart
ausgebildet sein, dass der zugehörige Boden in einer zu
dem Entladungsraum 140 konvex gekrümmten Form
ausgebildet ist. Wie es in 4C gezeigt
ist, kann der Nutabschnitt 121d derart ausgebildet sein,
dass der zugehörige Boden eine rechteckige Kastenform im
Querschnitt aufweist. Wie es in 4D gezeigt
ist, kann der Nutabschnitt 121e derart ausgebildet sein,
dass die zugehörige Wandseite eine Breite aufweist, die sich
nach außen vergrößert. Wie es in 4E gezeigt
ist, kann der Nutabschnitt 121d ausgebildet sein, um eine
im Wesentlichen rechteckige Kastenform im Querschnitt aufzuweisen,
indem Ränder des Bodens und der Wandseite des Nutabschnitts 121d in
einer R-Form verjüngt werden. Wie es in 4F gezeigt
ist, kann ein Nutabschnitt 121g in einer U-artigen Querschnittsform
ausgebildet sein, wobei der zugehörige Boden gekrümmt
ist. Wie es in 4G gezeigt ist, kann ein Nutabschnitt 121h in
einer V-artigen Querschnittsform ausgebildet sein.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Unter
Bezugnahme auf die 5A bis 5C ist
nachstehend eine Plasmazündkerze 10i gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Dieses
Ausführungsbeispiel weist grundsätzlich den gleichen
Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel auf, unterscheidet
sich aber von dem ersten Ausführungsbeispiel allein in
der Form eines isolierenden Elements 120i und einer Massenelektrode 130i.
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In
dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
wird, wie es vorstehend beschrieben ist, die untere Endoberfläche
der ringförmigen Massenelektrode 130 mit dem Eingriffsabschnitt 125 des
isolierenden Elements 120 abgedeckt, das einen vergrößerten
Durchmesser aufweist, wobei ein Teil der Massenelektrode 130 zu
dem Entladungsraum 140 in einem Ausfräsungsabschnitt
des Nutabschnitts 121 freigelegt ist, um den Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 auszubilden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist das isolierende Element 120i in einer zylindrischen
Form ausgebildet, die intern die Innenseite der Massenelektrode 130i berührt,
wobei ein Ausfräsungsabschnitt, der zu der zugehörigen
axialen Mitte vertieft ist, in dem isolierenden Element 120i bei
einer derartigen Position bereitgestellt ist, die einen Entladungsraum 140i bildet.
Dabei ist ein Vorsprung 131i in der Massenelektrode 130i ausgebildet,
der zu der axialen Mitte herausragt, um in Eingriff mit dem Ausfräsungsabschnitt zu
sein. Mit dieser Anordnung wird, wenn eine hohe Spannung zwischen
die Mittelelektrode 110i und die Massenelektrode 130i angelegt
wird, die Dichte eines elektrischen Felds in dem Vorsprung 131i vergrößert,
um es zu ermöglichen, dass die Entladung in einfacher Weise
ausgeführt wird.
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Somit
kann erwartet werden, dass dieses Ausführungsbeispiel die
Haltbarkeit der Elektrode zusätzlich zu den Zündeigenschaften
verbessert. Die in den 3A bis 4G gezeigten
Modifikationen können ebenso bei diesem Ausführungsbeispiel
ausgeführt werden. Das heißt, die in den 3A bis 4G gezeigten
Modifikationen können für das zweite Ausführungsbeispiel
verwendet werden.
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In
den 6A und 6B ist
eine Modifikation der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie es in den 6A und 6B gezeigt
ist, kann der Durchmesser ΦD3 eines Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser
des isolierenden Elements 120j der gleiche sein wie der
Außendurchmesser ΦD4 einer Massenelektrode 130j.
Die Massenelektrode 130j kann eine zugehörige
untere Oberfläche aufweisen, die vollständig mit
dem isolierenden Element 120j abgedeckt ist, und kann so
ausgebildet sein, dass sie zu einem Entladungsraum 140j nur
in einem Nutabschnitt 121j freigelegt ist. Da die untere
Oberfläche der Massenelektrode 130j mit Ausnahme
eines Massenelektrodenentladungsabschnitts 131j mit dem
isolierenden Element 120j abgedeckt ist, dient das isolierende
Element 120j als ein Schutzelement, um Wärme von
der Brennkraftmaschine abzublocken, wodurch die Haltbarkeit der
Massenelektrode 130j weiter verbessert wird.
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In
den 7A und 7B ist
eine weitere Modifikation der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie es
in den 7A und 7B gezeigt
ist, kann ein Massenelektrodenentladungsabschnitt 131k ausgebildet
sein, indem lediglich ein Teil einer Massenelektrode 130k,
der zu einem Nutabschnitt 121k freigelegt ist, zu der Verbrennungskammerseite
mit einer Tiefe Y herausragt. Dieser Aufbau verdichtet die Größe
des elektrischen Felds in dem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131k,
wodurch es ermöglicht wird, dass die Entladung in einfacher
Weise ausgeführt wird. In den 7A und 7B zeigt
jeweils 140k den Entladungsraum an, 120k zeigt
jeweils das isolierende Element an und 110k zeigt jeweils
die Mittelelektrode an.
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Somit
kann erwartet werden, dass dieses Ausführungsbeispiel die
Haltbarkeit der Elektrode zusätzlich zu den Zündeigenschaften
verbessert.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Eine
Plasmazündkerze 10m gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel weist im Wesentlichen den gleichen
Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel auf, unterscheidet
sich aber nur in der Form eines unteren Bodens eines isolierenden
Elements 120m und eines Nutabschnitts 121m.
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Eine
Mittelelektrode 110m ragt zu der Verbrennungskammerseite
der Brennkraftmaschine in Bezug auf eine Massenelektrode 130m heraus.
Eine untere Oberfläche 126 des isolierenden Elements 120m weist
eine schräge Oberfläche 126m auf, die den
Spitzenrand der Mittelelektrode 110m und den Spitzenrand
der Massenelektrode 130m verbindet. Der Nutabschnitt 121m ist
in der schrägen Oberfläche ausgebildet, wobei
er mit einer im Wesentlichen bestimmten Tiefe vertieft ist. In den 8A und 8B zeigt
jeweils 140m den Entladungsraum an und 131m zeigt
jeweils den Massenelektrodenentladungsabschnitt an.
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Somit
kann der Körper der Plasmazündkerze 10m klein
gemacht werden, um eine vorbestimmte oberflächenerweiterte
Entladungsentfernung sicherzustellen. Alternativ hierzu kann die
oberflächenerweiterte Entladungsentfernung in der Plasmazündkerze 10m mit
einem vorbestimmten Körper lang ausgeführt werden.
Dies vergrößert die Dichte des Hochtemperaturbereichs
der Zündkerze, wodurch der Verlust an Wärmeenergie
verringert wird, die für eine Zündung der Brennkraftmaschine
verwendet werden kann.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Das
vierte Ausführungsbeispiel weist grundsätzlich
den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel auf,
unterscheidet sich aber nur in der Form eines unteren Bodens eines
isolierenden Elements 120n und eines Nutabschnitts 121n.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist eine untere Oberfläche 126n des
isolierenden Elements 120n in einer horizontalen Oberfläche
ausgebildet, die im Wesentlichen orthogonal zu der Mittelachse ist.
Der Außendurchmesser einer Massenelektrode 130n wird
so vergrößert, dass eine vorbestimmte oberflächenerweiterte
Entladungsentfernung sichergestellt ist.
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Diese
Anordnung kann die Größe eines Vorsprungs einer
Plasmakerze 10n in die Verbrennungskammer außerordentlich
verkleinern, wodurch ein Einfluss einer Luftströmung in
der Kammer in großem Umfang verringert wird.
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Des
Weiteren wird, da ein Entladungsraum 140n so ausgebildet
ist, dass er im Wesentlichen orthogonal zu der Mittelachse der Plasmazündkerze 10n ist,
das Plasmagas im Wesentlichen parallel zu der axialen Mitte der
Plasmazündkerze 10n injiziert. Somit kann eine
außerordentlich stabile Zündung erwartet werden.
In den 9A und 9B zeigt
jeweils 110n die Mittelelektrode an und 131n zeigt
jeweils den Massenelektrodenausstoßabschnitt an.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Wie
es in den 10A bis 10D gezeigt ist,
ist die Mittelelektrode entsprechend der Anzahl der Nutabschnitte 121 in
eine Vielzahl von Mittelelektrodenabschnitten 110a, 110b und 110c aufgeteilt. Diese
Elektrodenabschnitte 110a, 110b, 110c sind über
ein isolierendes Element elektrisch unabhängig voneinander.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann
die Plasmazündvorrichtung die Entladung zwischen dem Mittelelektrodenabschnitt 110a, 110b oder 110c und
einem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131a, 131b oder 131c bei
einer beliebigen Position steuern. Ferner kann die Plasmazündvorrichtung
die Entladungsposition entsprechend dem Zustand der Brennkraftmaschine ändern,
oder um die Abnutzung der Elektrodenabschnitte auszugleichen, wodurch
die Zündeigenschaften weiter stabilisiert werden. Dies
kann eine Plasmazündvorrichtung mit außerordentlich
hervorragender Haltbarkeit und hervorragenden Zündeigenschaften
erreichen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen
bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung vollständig beschrieben
worden ist, ist es anzumerken, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen für einen Fachmann ersichtlich sind.
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Beispielsweise
können zumindest zwei Beispiele in den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen und Modifikationen gemäß der
vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise kombiniert werden, ohne
auf ein jeweiliges Beispiel der Ausführungsbeispiele und
Modifikationen der vorliegenden Erfindung begrenzt zu sein.
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Gemäß den
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationen
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Plasmazündvorrichtung eine
Plasmazündkerze (10, 10a–10c, 10i–10k, 10m–10n, 10p)
und eine Hochspannungsenergiequelle (20, 30) zum
Anlegen einer hohen Spannung und eines großen Stroms an
die Plasmazündkerze. Des Weiteren umfasst die Plasmazündkerze
eine Mittelelektrode (110, 110i–110k, 110m–110n, 110a–110c),
ein isolierendes Element (120, 120a–120c, 120i–120k, 120m–120n)
zum Halten der Mittelelektrode und eine Massenelektrode (130, 130a–130c, 130i–130k, 130m–130n),
die außerhalb der Mittelelektrode über das isolierende
Element angeordnet ist. In der Plasmazündvorrichtung sind
die Plasmazündkerze und die Hochspannungsenergiequelle
derart konfiguriert, dass sie die hohe Spannung und den großen
Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle angelegt werden, an
ein Gas in einem Entladungsraum (140, 140d–140k, 140m–140n)
anlegen, der zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode
ausgebildet ist, um hierdurch das Gas in einen Plasmazustand mit
hoher Temperatur und hohem Druck zu bringen, und das Gas in eine
Brennkraftmaschine injizieren und es zünden. Zusätzlich
ist eine untere Oberfläche (126) des isolierenden
Elements vertieft, um einen Nutabschnitt (121, 121a–121h)
auszubilden, der als der Entladungsraum verwendet wird, wobei ein
Teil der Mittelelektrode einem Teil der Massenelektrode in dem Nutabschnitt
gegenüberliegt, um eine Entladung zwischen den beiden Elektroden
zu ermöglichen. Dementsprechend weist die Plasmazündvorrichtung eine
verbesserte Haltbarkeit und hervorragende Zündeigenschaften
auf.
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Obwohl
die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele der Plasmazündvorrichtung
lediglich eine Plasmazündkerze umfassen, kann die Erfindung
bei einer Mehrzylinderkraftmaschine angewendet werden, die eine
Anzahl von Zündkerzen umfasst.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, sind in einer Plasmazündvorrichtung
eine Plasmazündkerze (10) und eine Hochspannungsenergiequelle
(20, 30) so konfiguriert, dass sie eine hohe Spannung
und einen großen Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle
(20, 30) angelegt werden, an ein Gas in einem
Entladungsraum (140) anlegen, der zwischen einer Mittelelektrode
(110) und einer Massenelektrode (130) ausgebildet
ist, wodurch das Gas in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur
und hohem Druck gebracht wird, und das Gas in eine Brennkraftmaschine
injizieren und es zünden. Des. Weiteren ist eine untere
Oberfläche (126) eines isolierenden Elements (120)
vertieft, um einen Nutabschnitt (121) auszubilden, der
als der Entladungsraum (140) verwendet wird, wobei ein
Teil der Mittelelektrode (110) einem Teil der Massenelektrode
(130) in dem Nutabschnitt gegenüberliegt, um eine
Entladung zwischen den beiden Elektroden (110, 130)
zu ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 3581141 [0005, 0016]
- - JP 2007-046725 [0008]