Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Zündstabilität
eines für eine Zündung bei einer Verbrennungskraftmaschine
verwendeten Plasmazündsystems.The
This invention relates to an improvement in ignition stability
one for ignition in an internal combustion engine
used Plasmazündsystems.
Ein
Plasmazündsystem 1x gemäß 13A wurde für eine Verbrennungskraftmaschine
wie etwa einen Kraftfahrzeugmotor vorgeschlagen. Gemäß dem
vorgenannten System wird durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen
einer Mittelelektrode 110x und einer Masse- bzw. Erdungselektrode 130x einer
Plasmazündkerze 10x von einer Entladungsenergiequelle 20x und
durch Zuführen eines hohen Stroms bzw. Starkstroms von
einer Plasmaerzeugungsenergiequelle 30x zu dem Zeitpunkt
des Beginns einer elektrischen Entladung in einem Entladungsraum 140x,
der zwischen der Mittelelektrode 110x und der Masse- bzw.
Erdungselektrode 130x ausgebildet ist, Gas in dem Entladungsraum 140x in
einen Plasmazustand hoher Temperatur und hohen Drucks gebracht,
um von dem vorderen Ende des Entladungsraums 140x aus eingespritzt
zu werden, wodurch eine Zündung durchgeführt wird.A plasma ignition system 1x according to 13A has been proposed for an internal combustion engine such as an automotive engine. According to the aforementioned system, by applying a high voltage between a center electrode 110x and a ground electrode 130x a plasma spark plug 10x from a discharge power source 20x and by supplying a high current from a plasma generating power source 30x at the time of starting an electrical discharge in a discharge space 140x that is between the center electrode 110x and the grounding electrode 130x is formed gas in the discharge space 140x brought into a plasma state of high temperature and high pressure to from the front end of the discharge space 140x to be injected, whereby an ignition is performed.
Hinsichtlich
einer Zündung durch das Plasmazündsystem 1x wird,
da ein Hochtemperaturgebiet in einem großen Volumenumfang
erzeugt wird und eine Zündung sowie Explosion des komprimierten
Gemischs mit einem Flammenkern mit guter Richtcharakteristik, der
als eine Zündquelle dient, hervorgerufen werden, wird in
einer Direkteinspritzmaschine ein mageres Gemisch verbrannt. Daher
wird die Anwendung des Plasmazündsystems 1x auf
eine geschichtete bzw. Schichtexplosion angenommen, die zur Begünstigung
der Verbrennung ein angereichertes Kraftstoff/Luft-Gemisch nahe
der Zündkerze ansammelt.Regarding ignition by the plasma ignition system 1x That is, since a high temperature region is generated in a large volume volume and ignition and explosion of the compressed mixture with a flame kernel having good directivity serving as an ignition source are caused, a lean mixture is burned in a direct injection engine. Therefore, the application of the plasma ignition system 1x assumed a stratified charge that accumulates an enriched fuel / air mixture near the spark plug to promote combustion.
Als
ein herkömmliches Plasmazündsystem ist eine Zündkerze
des Gleitfunkentyps zum Beispiel in der USP 3,581,141 beschrieben, um eine
Verschmutzung der Mittelelektrode zu verhindern. Die Zündkerze
des Gleitfunkentyps umfasst eine Mittelelektrode, einen Isolator
mit einem Einsetzloch in dessen Mitte, das die Mittelelektrode hält
und sich vertikal erstreckt, und eine Masse- bzw. Erdungselektrode,
die den Isolator bedeckt und an ihrem unteren Ende eine mit dem
Einsetzloch in Verbindung stehende Öffnung sowie einen
Entladungsabstand in dem Einsetzloch aufweist.As a conventional plasma ignition system, a spark plug type spark plug is disclosed, for example, in U.S. Pat USP 3,581,141 described to prevent contamination of the center electrode. The spark plug type spark plug includes a center electrode, an insulator having an insertion hole in the center thereof holding the center electrode and extending vertically, and a ground electrode covering the insulator and having a lower end connected to the insertion hole Opening and having a discharge distance in the insertion hole.
Bei
dem herkömmlichen Plasmazündsystem 1x,
wie es gemäß 13B gezeigt
ist, beträgt eine Entladungsenergie, die als Ergebnis der
Emission eines hohen Storms Ipl von der Plasmaerzeugungsenergiequelle 30x in
den Entladungsraum 140x freigesetzt wird, ungefähr
100 mJ. Jedoch ist eine Zeit, während derer das Gas, das
in den Plasmazustand gebracht wurde, von dem Entladungsraum 140x aus
eingespritzt wird, mit ungefähr 10 μs sehr kurz.
Dementsprechend kann das Volumen des eingespritzten Hochtemperaturgebiets nicht
so groß sein, wie es angenommen wird. Daher gab es bei
dem herkömmlichen Plasmazündsystem die Möglichkeit
eine unbeabsichtigte Feuerung bzw. einer Fehlzündung im
Verlauf der mageren bzw. Masgergemisch-Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine
mit einem Zündwiderstand bei einem hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis.In the conventional plasma ignition system 1x as according to 13B is a discharge energy generated as a result of the emission of a high current Ipl from the plasma generation power source 30x in the discharge room 140x is released, about 100 mJ. However, a time during which the gas that has been brought into the plasma state is from the discharge space 140x is injected with about 10 μs very short. Accordingly, the volume of the injected high temperature area may not be as large as it is supposed to be. Therefore, in the conventional plasma ignition system, there has been a possibility of accidental firing in the course of lean combustion in the internal combustion engine having ignition resistance at a high air-fuel ratio.
Bei
dem herkömmlichen Plasmazündsystem wurde eine
erhebliche Menge an Energie von ungefähr 1000 mJ angewandt,
um eine Zündung in einer derartigen Maschine mit einem
Zündwiderstand sicherzustellen. Trotzdem verursacht eine
Erhöhung einer zugeführten Energie, um die Zündung
zu stabilisieren, das Größerwerden der Energiequelle
in Folge der Erhöhung einer benötigten Energizufuhr.
Dementsprechend kann es schwierig sein, das System in einem Motorraum
eines Kraftfahrzeugs der letzten Jahre zu installieren, der so konfiguriert
ist, dass er bis an die Grenzen konzentriert bzw. verdichtet ist.
Außerdem kann die Erhöhung einer Zufuhrenergie
eine Elektrodenabnutzung der Zündkerze in Folge Kathodenzerstäubung
begünstigen, wodurch die Haltbarkeit der Zündkerze
verschlechtert wird. Als Folge hiervon kann es schwierig sein, das
System in der Praxis zu benutzen.at
the conventional plasma ignition system became a
applied considerable amount of energy of about 1000 mJ,
to ignition in such a machine with a
To ensure ignition resistance. Nevertheless, one causes
Increase a supplied energy to the ignition
to stabilize, increasing the size of the energy source
as a result of increasing a required energy supply.
Accordingly, it can be difficult to system in an engine room
to install a motor vehicle of recent years, which is configured
is that it is concentrated or condensed to the limits.
In addition, increasing a feed energy
Electrode wear of the spark plug as a result of cathode sputtering
favor, thereby increasing the durability of the spark plug
is worsened. As a result, it can be difficult to do that
To use the system in practice.
Die
vorliegende Erfindung geht die vorgenannten Nachteile an. Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Plasmazündsystem
bereitzustellen, das eine stabilisierte Zündung selbst
bei einer Magerverbrennungsmaschine mit einem Zündwiderstand
realisiert, indem Energieversorgungs- bzw. Einspeisungsenergie in
einem begrenzten Bereich von 100 bis 200 mJ effizient verwendet
wird.The
The present invention addresses the aforementioned disadvantages. Consequently
It is an object of the present invention to provide a plasma ignition system
to provide a stabilized ignition itself
in a lean-burn machine with an ignition resistor
realized by energy supply or infeed energy in
a limited range of 100 to 200 mJ used efficiently
becomes.
Um
die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, ist ein Plasmazündsystem
für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Das
Plasmazündsystem umfasst eine Zündkerze, eine
Energiequelle und eine Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung. Die
Zündkerze ist an der Maschine angebracht. Die Zündkerze
weist eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode auf, die dazwischen
einen Entladungsraum definieren. Die Energiequelle ist konfiguriert,
um Zündenergie an die Zündkerze zuzuführen.
Die Zündkerze ist derart konfiguriert, dass Gas in dem
Entladungsraum als Ergebnis der Zuführung hoher Energie
an die Zündkerze in einem kurzen Zeitraum durch die Energiequelle
in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck gebracht
wird, um so eine Zündung der Maschine durchzuführen.
Die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung dient zum Eingeben bzw.
Einspeisen der Energie der Energiequelle in die Zündkerze
in einer Vielzahl von Stufen bzw. Phasen.In order to achieve the object of the invention, a plasma ignition system for an internal combustion engine is provided. The plasma ignition system includes a spark plug, a power source, and a multi-stage power input device. The spark plug is attached to the machine. The spark plug has a center electrode and a ground electrode defining a discharge space therebetween. The power source is configured to supply ignition energy to the spark plug. The spark plug is configured such that gas in the discharge space as a result of supplying high energy to the spark plug in a short time space is brought by the power source in a plasma state with high temperature and high pressure, so as to perform an ignition of the machine. The multi-stage power input device serves to input the energy of the power source into the spark plug in a plurality of stages.
Die
Erfindung wird nebst zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und
Vorteilen von dieser aus der folgenden Beschreibung, den anhängenden
Patentansprüchen und der begleitenden Zeichnung am besten
verstanden werden, bei der gilt:The
Invention is in addition to additional tasks, features and
Advantages of this from the following description, the attached
Claims and the accompanying drawings s.besten
be understood, where:
1 ist
eine Gesamtdarstellung, die eine Konfiguration eines Plasmazündsystems
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht; 1 Fig. 10 is an overall diagram illustrating a configuration of a plasma ignition system according to a first embodiment of the invention;
2A ist
ein Ersatzschaltbild, das ein Beispiel einer Konfiguration einer
auf das Plasmazündsystem angewandten Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt; 2A Fig. 10 is an equivalent circuit diagram showing an example of a configuration of a multi-stage power input device applied to the plasma ignition system according to the first embodiment;
2B ist
ein Ersatzschaltbild, das ein weiteres Beispiel der Konfiguration
der Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel zeigt; 2 B Fig. 10 is an equivalent circuit diagram showing another example of the configuration of the multi-stage power input device according to the first embodiment;
3A ist
eine Kennlinie eines von einer Plasmaerzeugungsenergiequelle emittierten
hohen Stroms gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 3A FIG. 15 is a characteristic of a high current emitted from a plasma generating power source according to the first embodiment; FIG.
3B ist
eine Darstellung, die einen Plasmaerzeugungszustand bei P1 gemäß 3A zeigt; 3B FIG. 15 is a diagram showing a plasma generation state at P1 in FIG 3A shows;
3C ist
eine Darstellung, die einen Plasmaerzeugungszustand bei P2 gemäß 3A zeigt; 3C FIG. 12 is a diagram showing a plasma generation state at P2 according to FIG 3A shows;
4A ist
ein Ersatzschaltbild, das ein Plasmazündsystem gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; 4A Fig. 10 is an equivalent circuit diagram illustrating a plasma ignition system according to a second embodiment of the invention;
4B ist
eine Kennlinie, die eine Wirkung des zweiten Ausführungsbeispiels
nebst einem Vergleichsbeispiel zeigt; 4B Fig. 15 is a characteristic showing an effect of the second embodiment and a comparative example;
5 ist
eine Kennlinie, die Wirkungen eines ersten und eines zweiten Beispiels
gemäß dem ersten beziehungsweise zweiten Ausführungsbeispiel,
wenn die Erfindung auf einen Benzinmotor angewandt wird, nebst einem
Vergleichsbeispiel veranschaulicht; 5 FIG. 13 is a characteristic diagram illustrating effects of first and second examples according to the first and second embodiments, respectively, when the invention is applied to a gasoline engine, and a comparative example;
6 ist
eine Kennlinie, die Wirkungen eines dritten bis fünften
Beispiels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
wenn die Erfindung auf den Benzinmotor angewandt wird, nebst einem
Vergleichsbeispiel veranschaulicht; 6 FIG. 12 is a characteristic diagram illustrating effects of a third to fifth example according to the first embodiment when the invention is applied to the gasoline engine, and a comparative example;
7A ist
ein Ersatzschaltbild, das ein Plasmazündsystem gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; 7A Fig. 10 is an equivalent circuit diagram illustrating a plasma ignition system according to a third embodiment of the invention;
7B ist
eine Kennlinie, die eine Wirkung des dritten Ausführungsbeispiels
zeigt; 7B Fig. 10 is a characteristic showing an effect of the third embodiment;
8A ist
ein Ersatzschaltbild, das ein Plasmazündsystem gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; 8A Fig. 10 is an equivalent circuit diagram illustrating a plasma ignition system according to a fourth embodiment of the invention;
8B ist
eine Kennlinie, die eine Wirkung des vierten Ausführungsbeispiels
zeigt; 8B Fig. 10 is a characteristic showing an effect of the fourth embodiment;
9A ist
ein Ersatzschaltbild, das ein Plasmazündsystem gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; 9A Fig. 10 is an equivalent circuit diagram illustrating a plasma ignition system according to a fifth embodiment of the invention;
9B ist
eine Kennlinie, die eine Wirkung des fünften Ausführungsbeispiels
zeigt; 9B Fig. 10 is a characteristic showing an effect of the fifth embodiment;
10A ist ein Ersatzschaltbild, das ein Plasmazündsystem
gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht; 10A Fig. 10 is an equivalent circuit diagram illustrating a plasma ignition system according to a sixth embodiment of the invention;
10B ist eine Kennlinie, die eine Wirkung des sechsten
Ausführungsbeispiels zeigt; 10B Fig. 15 is a characteristic showing an effect of the sixth embodiment;
11 ist
ein Ersatzschaltbild, das ein Plasmazündsystem gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; 11 FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing a plasma ignition system according to a seventh embodiment. FIG of the invention;
12A ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt
einer beispielhaften Zündkerze veranschaulicht, die auf
die Erfindung angewandt werden kann; 12A Fig. 11 is a sectional view illustrating a main portion of an exemplary spark plug which can be applied to the invention;
12B ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt
einer weiteren beispielhaften Zündkerze zeigt, die auf
die Erfindung angewandt werden kann; 12B Fig. 10 is a sectional view showing a main portion of another exemplary spark plug which can be applied to the invention;
12C ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt
einer noch weiteren beispielhaften Zündkerze veranschaulicht,
die auf die Erfindung angewandt werden kann; 12C Fig. 10 is a sectional view illustrating a main portion of still another exemplary spark plug which can be applied to the invention;
13A ist eine Gesamtkonfigurationsdarstellung,
die ein früher vorgeschlagenes Plasmazündsystem
zeigt; und 13A Fig. 10 is an overall configuration diagram showing a previously proposed plasma ignition system; and
13B ist ein Zeitdiagramm, das Betriebsverlaufsformen
gemäß 13A veranschaulicht. 13B FIG. 11 is a timing diagram illustrating operational waveforms according to FIG 13A illustrated.
Ein
Plasmazündsystem 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend
unter Bezugnahme auf 1 erläutert. Das Plasmazündsystem 1 des
ersten Ausführungsbeispiels umfasst eine Plasmazündkerze 10 und
eine Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 (20, 30).
Was auch immer Energie durch elektrische Entladung anbringt, kann
als die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 verwendet
werden. Die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 umfasst
zum Beispiel eine Entladungsenergiequellenschaltung 20 und
eine Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30, die hierin
nachstehend ausführlicher beschrieben sind, als Hochspannungsenergiequelle.
Die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300, die einen
Hauptteil der Erfindung darstellt, setzt in einer Energiespeichereinrichtung
gespeicherte Energie in zwei oder mehr Stufen bzw. Phasen frei.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 die
Entladungsenergiequellenschaltung 20 und die Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30.
Wahlweise muss, falls die Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30 dahingehend
verbessert ist, dass sie eine Schaltung darstellt, die mit einer
hohen Spannung arbeitet, welche eine Isolation in einem Entladungsraum 140 durchschlägt,
um eine elektrische Entladung zu ermöglichen, die Entladungsenergiequellenschaltung 20 nicht
verwendet werden.A plasma ignition system 1 according to a first embodiment of the invention is described below with reference to 1 explained. The plasma ignition system 1 of the first embodiment comprises a plasma ignition candle 10 and a multi-stage power input device 300 ( 20 . 30 ). Whatever energy is applied by electrical discharge can be considered the multi-stage energy input device 300 be used. The multi-stage energy input device 300 For example, it includes a discharge power source circuit 20 and a plasma generation power source circuit 30 , which are described in more detail hereinafter, as a high voltage power source. The multi-stage energy input device 300 , which is a major part of the invention, releases energy stored in an energy storage device in two or more stages. In the first embodiment, the multi-stage power input device includes 300 the discharge power source circuit 20 and the plasma generation power source circuit 30 , Optionally, if the plasma generating power source circuit 30 is improved in that it represents a circuit which operates with a high voltage, which is an insulation in a discharge space 140 to allow an electric discharge, the discharge power source circuit 20 Not used.
Die
Plasmazündkerze 10 umfasst eine säulen-
bzw. zylinderförmige Mittelelektrode 110, die
aus einem leitfähigen metallischen Material besteht, ein
generell zylindrisches Isolationselement 120, das die Mittelelektrode 110 isoliert
und hält, und eine generell zylindrische Masse- bzw. Erdungselektrode 130,
die aus Metall besteht und das Isolationselement 120 bedeckt.The plasma spark plug 10 comprises a columnar or cylindrical center electrode 110 made of a conductive metallic material, a generally cylindrical insulating element 120 that the center electrode 110 insulated and holds, and a generally cylindrical ground electrode 130 , which is made of metal and the insulating element 120 covered.
Eine
vorderendige Seite der Mittelelektrode 110 ist aus leitfähigen
Materialien wie etwa Iridium und einer Iridiumlegierung in Form
eines verlängerten Schaftes ausgebildet. Eine Mittelelektrodenachse
bzw. -sehen 111 ist aus metallischen Materialien mit guter
elektrischer Leitfähigkeit und hoher thermischer Leitfähigkeit,
wie etwa eisenhaltigem Material und Kupfer, im Inneren der Mittelelektrode 110 ausgebildet.
Ein Anschlussteil 112 der Mittelelektrode ist auf einer
hinterendigen Seite der Mittelelektrode 110 ausgebildet.A front end side of the center electrode 110 is formed of conductive materials such as iridium and an iridium alloy in the form of an elongated shaft. A center electrode axis or view 111 is made of metallic materials with good electrical conductivity and high thermal conductivity, such as ferrous material and copper, inside the center electrode 110 educated. A connection part 112 the center electrode is on a rear end side of the center electrode 110 educated.
In
einem unteren Endabschnitt der Masseelektrode 130 ist eine
Masseelektrodenöffnung bzw. -aussparung 131 ausgebildet.
Auf einer äußeren Umfangsfläche der Masseelektrode 130 ist
ein Gewindeabschnitt 132 ausgebildet, der in eine Verbrennungskraftmaschine 40 eingeschraubt
ist. Auf einer hinterendigen Seite der Masseelektrode 130 ist
ein Gehäuse 135 ausgebildet, das das Isolationselement 120 aufnimmt
und hält. Außerdem ist auf einer äußeren
Umfangsfläche des Gehäuses 135 zum Einschrauben
des Gewindeabschnitts 132 ein sechskantiges Teil 133 ausgebildet.
Das Gehäuse 135, das die Masseelektrode 130 umfasst,
ist aus metallischen Materialien wie etwa Nickel und Eisen ausgebildet.In a lower end portion of the ground electrode 130 is a ground electrode opening or recess 131 educated. On an outer peripheral surface of the ground electrode 130 is a threaded section 132 trained in an internal combustion engine 40 is screwed. On a behindendigen side of the earth electrode 130 is a housing 135 formed, which is the isolation element 120 absorbs and holds. In addition, on an outer peripheral surface of the housing 135 for screwing in the threaded section 132 a hexagonal part 133 educated. The housing 135 that the ground electrode 130 is formed of metallic materials such as nickel and iron.
Ein
Entladungsraum 140 ist innerhalb des Isolationselements 120 ausgebildet,
und Elektrizität wird zwischen der Mittelelektrode 110 und
der Masseelektrode 130 entladen. Der Entladungsraum 140 ist
in einer generell zylindrischen Form ausgebildet, indem sich eine
innere Umfangswand des Isolationselements 120 unterhalb
der unteren Endfläche der Mittelelektrode 110 erstreckt.
Die innere Umfangswand des Isolationselements 120 kann
in einer generell konischen Form ausgebildet sein, deren Durchmesser
in Richtung ihres vorderen Endes zunimmt. Das Isolationselement 120 besteht
zum Beispiel aus hochreinem Aluminiumoxid, das hinsichtlich Wärmebeständigkeit,
mechanischer Festigkeit, dielektrischer bzw. Durchschlagsfestigkeit
bei hoher Temperatur und Wärmeleitfähigkeit hervorragend
ist. Ein Isolationselement-Kopfabschnitt 121 ist auf einer hinterendigen
Seite des Isolationselements 120 ausgebildet, um eine elektrische
Isolation zwischen dem Mittelelektrode-Anschlussteil 112 und
dem Gehäuse 135 zu gewährleisten. Die
Plasmazündkerze 110 ist an der Verbrennungskraftmaschine 40 derart
angebracht, dass sich die Masseelektrodenöffnung bzw. -aussparung 131 in
das Innere einer (nicht gezeigten) Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine 40 öffnet.
Die Masseelektrode 130 ist elektrisch an der Verbrennungskraftmaschine 40 geerdet.A discharge room 140 is inside the isolation element 120 trained, and electricity is between the center electrode 110 and the ground electrode 130 discharged. The discharge space 140 is formed in a generally cylindrical shape by an inner peripheral wall of the insulating element 120 below the lower end surface of the center electrode 110 extends. The inner peripheral wall of the insulating element 120 may be formed in a generally conical shape whose diameter increases towards its front end. The isolation element 120 For example, it is made of high purity alumina excellent in heat resistance, mechanical strength, high temperature dielectric strength and thermal conductivity. An isolation element header 121 is on a behindendigen side of the isolation element 120 designed to provide electrical insulation between the center electrode connection part 112 and the housing 135 to ensure. The plasma spark plug 110 is at the Internal combustion engine 40 mounted such that the ground electrode opening or recess 131 into the interior of a combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine 40 opens. The ground electrode 130 is electrically connected to the internal combustion engine 40 grounded.
Die
Entladungsenergiequellenschaltung 20 und die Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30 sind
unter Bezugnahme auf 2A und 2B in
allen Einzelheiten erläutert. Wie es gemäß 2A gezeigt ist,
umfasst die Entladungsenergiequellenschaltung 20 eine Energie-
bzw. Speisequelle 21, einen Zündschalter 22,
eine Zündspule 23, eine Zündspulenansteuerschaltung 24,
eine elektronische Steuereinheit (ECU) 25, eine Gleichrichtvorrichtung 26,
die Hochspannung von der Zündspule 23 gleichrichtet,
und einen Widerstand 27 zum Reduzieren eines Rauschens.
Die Zündspulenansteuerschaltung 24 umfasst einen
Transistor, der durch die ECU 25 gesteuert wird, dass er
geöffnet oder geschlossen wird, und steuert die Zuführung
von Hochspannung an die Plasmazündkerze 10 als
Ergebnis einer Erhöhung der Spannung von der Energie- bzw.
Speisequelle 21 durch die Zündspule 23.The discharge power source circuit 20 and the plasma generation power source circuit 30 are referring to 2A and 2 B explained in detail. As it is according to 2A is shown includes the discharge power source circuit 20 an energy or food source 21 , an ignition switch 22 , an ignition coil 23 , an ignition coil driving circuit 24 , an electronic control unit (ECU) 25 , a rectifying device 26 , the high voltage from the ignition coil 23 rectifies, and a resistance 27 to reduce noise. The ignition coil drive circuit 24 includes a transistor, which is controlled by the ECU 25 is controlled to be opened or closed, and controls the supply of high voltage to the plasma ignition plug 10 as a result of an increase in the voltage from the power source 21 through the ignition coil 23 ,
Wenn
eine Hochspannung durch die Entladungsenergiequellenschaltung 20 an
die Plasmazündkerze 10 angelegt wird und dadurch
in dem Entladungsraum 140 der Plasmazündkerze 10 ein
dielektrischer Durchschlag verursacht wird, wird in einer Energiespeichereinrichtung,
welche einen Hauptteil der Erfindung darstellt, gespeicherte Energie
in zwei oder mehr Stufen bzw. Phasen durch die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung
in den Entladungsraum 140 freigesetzt. Die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 umfasst
die gleiche Anzahl von Energiespeichereinrichtungen wie Energieeingaben
bzw. -einspeisungen, sowie eine Energieeingabesteuereinrichtung 35 zur
Steuerung der Eingabe bzw. Einspeisung durch die Energiespeichereinrichtung.
Dementsprechend werden die Energieeingaben bzw. -einspeisungen von
mehreren Energiespeichereinrichtungen durch die Energieeingabesteuereinrichtung 25 so
gesteuert, dass sie in zwei oder mehr Stufen bzw. Phasen durchgeführt
werden. Somit wird das Volumenplasma effizient erzeugt, und wird
das Plasmazündsystem 1 realisiert, das hinsichtlich
Zündfähigkeit hervorragend ist.When a high voltage through the discharge power source circuit 20 to the plasma initiating candle 10 is applied and thereby in the discharge space 140 the plasma spark plug 10 When a dielectric breakdown is caused, energy stored in an energy storage device, which is a major part of the invention, is stored in two or more stages through the multi-stage energy input device into the discharge space 140 released. The multi-stage energy input device 300 includes the same number of energy storage devices as energy inputs, as well as an energy input control device 35 for controlling the input or supply by the energy storage device. Accordingly, the power inputs of multiple energy storage devices are made by the power input controller 25 controlled so that they are carried out in two or more stages or phases. Thus, the bulk plasma is generated efficiently, becoming the plasma ignition system 1 realized, which is excellent in ignitability.
Ein
Beispiel der Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels
ist nachstehend erläutert. Wie es gemäß 2A gezeigt
ist, umfasst die Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30 eine
Energie- bzw. Speisequelle 31, einen ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 und
einen zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331, der parallel
zu dem Kondensator 330 eingerichtet ist, wobei beide als
die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung dienen, die einen Hauptteil
der Erfindung darstellt, eine Drosselspule bzw. Drossel 341 als
eine Entladungsverzögerungseinrichtung, die in Reihe mit
einer Erdseite des zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331 eingerichtet
ist, eine Gleichrichtvorrichtung 35, die einen von den
Kondensatoren 330, 331 entladenen elektrischen
Strom gleichrichtet, und einen Widerstand 32. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ist eine Kapazität C330 des ersten Plasmaerzeugungskondensators 330 auf
0,5 μF eingestellt, ist eine Kapazität C331 des
zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331 auf 1,5 μF
eingestellt, ist eine Induktivität L341 der Drosselspule 341 auf
165 μH eingestellt, und ist eine Spannung V31 der Energie- bzw.
Speisequelle 31 auf 600 V eingestellt. Eine Gesamtentladungsenergie,
die von dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 und
dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 freigesetzt
wird, beträgt ungefähr 180 mJ, die freigesetzt
werden, nachdem sie gemäß jeder Kapazität
proportional verteilt sind. Vorausgesetzt, dass eine Kondensatorkapazität
C ist und eine Spannung zwischen beiden Enden des Kondensators V ist,
kann eine Menge gespeicherter elektrischer Energie des Kondensators,
die durch (1/2)·C·V2 ausgedrückt wird,
gleich oder größer 10 mJ sein. Durch Halten der
eingegebenen Energie in dem vorgenannten Bereich wird der Entladungszustand
in dem Entladungsraum 140 beibehalten, so dass Energie
kontinuierlich von jedem Kondensator freigesetzt wird. Daher wird
das Volumenplasma effizient erzeugt, und das Plasmazündsystem 1 wird
realisiert, das hinsichtlich Zündfähigkeit hervorragend
ist. Falls die in dem Kondensator gespeicherte Energie gering ist,
wird die elektrische Entladung zwischen den Elektroden ohne Rückgriff
auf die vorliegende Erfindung in einer linearen Form ausgeprägt
und wird die Bildung von Volumenplasma nicht erreicht. Zusätzlich
wird bei einer Zündkerze mit einem geteilten Entladungsraum
die Einspritzung des Volumenplasmas aus dem Entladungsraum nicht
erreicht.An example of the multi-stage power input device of the first embodiment will be explained below. As it is according to 2A is shown, includes the plasma generation power source circuit 30 an energy or food source 31 , a first plasma generating capacitor 330 and a second plasma generation capacitor 331 , which is parallel to the capacitor 330 both serving as the multi-stage power input device constituting a main part of the invention, a reactor 341 as a discharge delay device arranged in series with an earth side of the second plasma generation capacitor 331 is set up, a rectifying device 35 that one of the capacitors 330 . 331 discharged electric current rectifies, and a resistor 32 , In the first embodiment, a capacitance C330 of the first plasma generation capacitor 330 set to 0.5 μF, is a capacitance C331 of the second plasma generation capacitor 331 set to 1.5 μF, is inductance L341 of the choke coil 341 set to 165 μH, and is a voltage V31 of the power source 31 set to 600V. A total discharge energy coming from the first plasma generation capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 is about 180 mJ, which are released after being proportionally distributed according to each capacity. Provided that a capacitor capacitance C is and a voltage between both ends of the capacitor is V, an amount of stored electric energy of the capacitor expressed by (1/2) · C · V 2 may be equal to or greater than 10 mJ. By holding the input energy in the aforementioned range, the discharge state becomes in the discharge space 140 maintained so that energy is continuously released from each capacitor. Therefore, the volume plasma is generated efficiently, and the plasma ignition system 1 is realized, which is excellent in ignitability. If the energy stored in the capacitor is low, the electric discharge between the electrodes is expressed in a linear form without resorting to the present invention, and the formation of bulk plasma is not achieved. In addition, in a spark plug having a divided discharge space, the injection of the volume plasma from the discharge space is not achieved.
Die
Gleichrichtvorrichtung 26 richtet die Hochspannung von
der Zündspule 23 gleich und verhindert einen umgedrehten
Fluss eines hohen Stroms bzw. Starkstroms Ipl von den Plasmaerzeugungskondensatoren 330, 331.The rectifier device 26 directs the high voltage from the ignition coil 23 and prevents reverse flow of high current Ipl from the plasma generation capacitors 330 . 331 ,
Der
erste Plasmaerzeugungskondensator 330 und der zweite Plasmaerzeugungskondensator 331 werden
durch die Energie- bzw. Speisequelle 31 geladen.The first plasma generation capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 be through the energy or supply source 31 loaded.
Die
zweite Gleichrichtvorrichtung 35 richtet den hohen Strom
Ipl von dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 und
dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 gleich und
verhindert einen umgedrehten Fluss der Hochspannung von der Zündspule 23.The second rectification device 35 directs the high current Ipl from the first plasma generating capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 equal and prevents a reversal flow of high voltage from the ignition coil 23 ,
Wenn
der Zündschalter 22 eingeschaltet wird, um so
einen Primärstrom von der Energiequelle 21 durch
eine Primärspule 231 der Zündspule 23 zu
leiten, wird ein Kern der Zündspule 23 magnetisiert
und wird magnetische Energie gespeichert. Als Folge hiervon wird
um die Zündspule 23 herum ein magnetisches Feld ausgebildet.
Wenn die Zündspulenansteuerschaltung 24 geschaltet
wird und der Primärstrom in Erwiderung auf ein Zündsignal
von der ECU 25 abgeschnitten wird, verändert sich
das magnetische Feld und wird in der Primärspule 231 in
Folge eines Eigeninduktionseffekts eine Primärspannung
von wenigen Hundert Volt erzeugt. Indessen wird in der Sekundärspule 232 eine
hohe Sekundärspannung von wenigen Kilovolt bis zu einigen
Dutzend Kilovolt erzeugt.When the ignition switch 22 is turned on so as to generate a primary current from the power source 21 through a primary coil 231 the ignition coil 23 to conduct, becomes a core of the ignition coil 23 magnetizes and stores magnetic energy. As a consequence of this, the ignition coil will be around 23 formed around a magnetic field. When the Zündspulenansteuerschaltung 24 is switched and the primary current in response to an ignition signal from the ECU 25 is cut off, the magnetic field changes and becomes in the primary coil 231 as a result of a self-induction effect generates a primary voltage of a few hundred volts. Meanwhile, in the secondary coil 232 generates a high secondary voltage from a few kilovolts to tens of kilovolts.
Wenn
diese Sekundärspannung eine Isolationsdurchschlagspannung
des Entladungsraums 140 überschreitet, wird Elektrizität
in den Entladungsraum 140 entladen. Durch diese elektrische
Entladung tritt Gas in dem Entladungsraum 140 in einem
kleinen Gebiet in einen Plasmazustand ein. Das Gas in dem Plasmazustand
weist Leitfähigkeit auf, und der hohe Strom Ipl wird von
dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 und dem zweiten
Plasmaerzeugungskondensator 331 freigesetzt. Ein gemäß 2B gezeigtes
Plasmazündsystem 1g ist ein Beispiel einer Verbesserung,
bei der die Gleichrichtvorrichtung 26 beseitigt ist, indem eine
Plasmastromgleichrichtvorrichtung 35g in einer Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30a ebenfalls
als Gleichrichtvorrichtung verwendet wird, die einen Entladungsstrom
einer Entladungsenergiequellenschaltung 20g gleichrichtet.
Somit ist das Plasmazündsystem 1g im Wesentlichen äquivalent
zu dem Plasmazündsystem 1, und kann die Erfindung
ebenso unter Verwendung einer solchen Schaltungskonfiguration verkörpert
werden.When this secondary voltage is an insulation breakdown voltage of the discharge space 140 exceeds, electricity is in the discharge space 140 discharged. By this electrical discharge gas enters the discharge space 140 in a small area into a plasma state. The gas in the plasma state has conductivity, and the high current Ipl is from the first plasma generation capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 released. One according to 2 B shown plasma ignition system 1g is an example of an improvement in which the rectifier device 26 is eliminated by a plasma current rectifier 35g in a plasma generation power source circuit 30a is also used as a rectifying device, which has a discharge current of a discharge power source circuit 20g rectifies. Thus, the plasma ignition system 1g essentially equivalent to the plasma ignition system 1 and the invention may also be embodied using such a circuit configuration.
Eine
Form bzw. Gestalt des erzeugten Plasmas ist nachstehend beschrieben.
Gemäß einer herkömmlichen Funkenzündung
wird ein kleiner elektrischer Strom für einen langen Zeitraum
geleitet, so dass ein zweidimensionales lineares Plasma (Funkenentladung)
ausgebildet wird. Andererseits liefert die Plasmazündung auf
einmal eine hohe Energiemenge für eine kurze Zeit, so dass
ein durch elektrische Entladung zwischen Elektroden erzeugtes Plasma
anstelle einer linearen Form bzw. Gestalt in Form bzw. Gestalt eines
Ellipsoids ausgebildet wird, das dreidimensional ausgedehnt ist.
Durch die Plasmazündung wird eine Zündung in Form eines
dreidimensional ausgedehnten Plasmas (Volumenplasma) durchgeführt,
und dementsprechend ist es eine Volumenzündung. Gemäß der
Plasmazündung wird das Volumenplasma in einem bestimmten
Entladungsraum (Kammer) erzeugt, wobei es in Folge seiner explosionsartigen
Ausweitung aus dem Entladungsraum heraustritt. In diesem Fall wird,
weil eine Zündung in einem Raum innerhalb einer Elektrode
durchgeführt wird, ein Abkühleffekt an der Elektrode
begrenzt, und somit verbessert sich die Zündfähigkeit.
Die Kondensatoren werden als die Energiespeichereinrichtungen verwendet.
Dementsprechend wird, wenn die Isolation des Entladungsraums 140 durchschlagen
wird, um so einen elektrischen Entladungsweg auszubilden, die in
dem Kondensator gespeicherte Energie unverzüglich bzw.
augenblicklich als ein hoher Strom freigesetzt. Als Folge hiervon
wird das Gas in dem Entladungsraum 140 in das einzuspritzende
Volumenplasma verwandelt. Die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 stellt
ein durchschnittliches Energieniveau, wenn Energie zugeführt
wird, derart ein, dass es gleich oder größer 1
mJ/μs ist. Dementsprechend wird in jeder Energieeingabestufe
bzw. -phase eine zum Erzeugen des Volumenplasmas notwendige Energie
gewährleistet. Falls die zeitliche Dichte einer Energieeingabe
ohne Rückgriff auf die vorliegende Erfindung unterhalb
des vorgenannten Energieniveaus liegt, ist das erzeugte Plasma nicht
das vorgenannte Volumenplasma, sondern weist es eine lineare Form
bzw. Gestalt auf, die ein geringes Volumen aufweist. Daher kann
das Plasma keine ausreichende Zündfähigkeit aufweisen.
Außerdem wird, falls das Plasmazündsystem 1 des
ersten Ausführungsbeispiels anstatt auf die Plasmazündkerze 10 auf
eine herkömmliche (Funken-)Zündkerze angewandt
wird, das Volumenplasma erzeugt, so dass die Verbesserung der Zündfähigkeit
erreicht wird.A shape of the generated plasma will be described below. According to a conventional spark ignition, a small electric current is conducted for a long period of time, so that a two-dimensional linear plasma (spark discharge) is formed. On the other hand, the plasma ignition supplies a large amount of energy for a short time at a time, so that a plasma generated by electric discharge between electrodes is formed in the shape of an ellipsoid, which is three-dimensionally expanded, instead of a linear shape. The plasma ignition causes ignition in the form of a three-dimensionally extended plasma (volume plasma), and accordingly, it is a volume ignition. According to the plasma ignition, the bulk plasma is generated in a certain discharge space (chamber), whereby it emerges from the discharge space as a result of its explosive expansion. In this case, because ignition is performed in a space inside an electrode, a cooling effect on the electrode is limited, and thus the ignitability improves. The capacitors are used as the energy storage devices. Accordingly, when the insulation of the discharge space 140 so as to form an electrical discharge path that instantaneously releases energy stored in the capacitor as a high current. As a result, the gas in the discharge space 140 transformed into the volume plasma to be injected. The multi-stage energy input device 300 When the energy is supplied, an average energy level is set to be equal to or greater than 1 mJ / μs. Accordingly, in each energy input stage or phase, an energy necessary for generating the volume plasma is ensured. If the time density of an energy input without resorting to the present invention is below the aforementioned energy level, the generated plasma is not the aforementioned bulk plasma, but has a linear shape having a small volume. Therefore, the plasma can not have sufficient ignitability. In addition, if the plasma ignition system 1 of the first embodiment instead of the plasma ignition plug 10 is applied to a conventional (spark) spark plug, which generates bulk plasma, so that the improvement in ignitability is achieved.
Vorteilhafte
Wirkungen der Erfindung sind unter Bezugnahme auf 3A bis 3C ausführlich
beschrieben. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel weist,
wie es gemäß 3A gezeigt
ist, der von der Plasmaerzeugungsenergiequelle 30 freigesetzte
hohe Strom Ipl eine erste Spitze 21 und eine zweite Spitze 22 auf. Zustände
des Entladungsraums 140 bei jeweiligen Spitzen P1, P2 sind
schematisch auf einer Unterseite von 3A veranschaulicht.
Jeweilige Energiezustände eines positiven Ions 52,
das durch die Entladung des hohen Stroms 21 von dem ersten
Plasmaerzeugungskondensator 330 ionisiert wird, und eines
positiven Ions 53, das durch die Entladung des hohen Stroms 22 von
dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 in einen noch
höheren Energiezustand eintritt, sind durch eine Kugelgröße
schematisch angedeutet. Wenn der erste hohe Strom P1 von dem ersten
Plasmaerzeugungskondensator 330 in den Entladungsraum 140 entladen wird,
wird Entladungsenergie eines Elektrons 51 an ein Gas 50 in
dem Entladungsraum 140 abgegeben. Dementsprechend tritt
das Gas 50, das nicht ionisiert ist, in einen angeregten
Zustand ein, und wird es dann bei Zugabe von mehr Energie an das
Gas 50 ionisiert, dass es das positive Ion 52 ergibt.
Das Elektron 51 und das positive Ion 52 bleiben
elektrisch neutral und treten in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur
und hohem Druck ein, so dass sie sich in dem Entladungsraum 140 in
heftiger Bewegung befinden. Als Folge hiervon spritzt ein Teil der
Elektronen 51 und der positiven Ionen 52 in dem
Plasmazustand aus dem Entladungsraum 140 heraus. Indessen
wird das nicht ionisierte Gas 50 in dem Entladungsraum 140 mit
dem Elektron 51 und dem positiven Ion 52 in dem
Plasmazustand vermischt, die sich in heftiger Bewegung befinden,
und ist die Anzahl von Partikeln in dem Entladungsraum 140 kleiner
als vor der elektrischen Entladung.Advantageous effects of the invention are with reference to 3A to 3C described in detail. In the first embodiment, as in accordance with 3A shown by the plasma generating power source 30 released high current Ipl a first peak 21 and a second tip 22 on. States of the discharge space 140 at respective peaks P1, P2 are schematically on a bottom of 3A illustrated. Respective energy states of a positive ion 52 that by the discharge of the high current 21 from the first plasma generation capacitor 330 ionized, and a positive ion 53 that by the discharge of the high current 22 from the second plasma generating capacitor 331 entering an even higher energy state are indicated schematically by a sphere size. When the first high current P1 from the first plasma generation capacitor 330 in the discharge room 140 becomes discharge energy of an electron 51 to a gas 50 in the discharge room 140 issued. Accordingly, the gas occurs 50 which is not ionized into an excited state, and then it becomes more energy on the gas 50 it ionizes that it is the positive ion 52 results. The electron 51 and the positive ion 52 remain electrically neutral and enter a plasma state of high temperature and high pressure, so that they are in the discharge space 140 in violent motion. As a result, some of the electrons splash 51 and the positive ions 52 in the plasma state from the discharge space 140 out. Meanwhile, the non-ionized gas becomes 50 in the discharge room 140 with the electron 51 and the positive ion 52 is mixed in the plasma state, which are in violent motion, and is the number of particles in the discharge space 140 smaller than before the electrical discharge.
Darauf
folgend beginnt eine elektrische Entladung eines zweiten hohen Stroms
P2 von dem zweiten Kondensator 331, nachdem sie durch die
Drosselspule 341 verzögert ist. Indessen wird
ein Teil eines Gases in dem Entladungsraum 140 aufgrund
der Freisetzung des Elektrons 51 von dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 freigesetzt,
so dass die Anzahl von Partikeln (des nicht ionisierten Gases 50,
des Elektrons 51 und des positiven Ions 52) in
dem Entladungsraum 140 klein ist. Durch die Freisetzung
des Elektrons 51 von dem zweiten Kondensator 331 wird
eine zugeführte Energie pro Einheitspartikel erhöht,
und wird darüber hinaus das nicht ionisierte Gas 50 angeregt,
so dass es in einem Zustand ist, der für eine Ionisierung
aufgrund der Kollision mit dem sich in heftiger Bewegung befindlichen
positiven Ion 52 anfällig ist. Demzufolge wird
an das positive Ion 52 in einem höheren Energiezustand,
das als Ergebnis der Freisetzung des Elektrons 51 von dem
zweiten Kondensator 331 ionisiert und erzeugt ist, weiterhin
Energie zugeführt, und wird das positive Ion 52 dementsprechend
zu dem positiven Ion 53 in einem noch höheren
Energiezustand. Daher nehmen die positiven Ionen 52 und
die positiven Ionen 53 in einem noch höheren Energiezustand
zahlenmäßig wie eine Lawine zu, so dass der Entladungsraum 140 eine
extrem hohe Temperatur und einen extrem hohen Druck aufweist. Indessen
wird bei der zweiten Spitze P2 ein in Bezug auf Volumen ebenso wie
in Bezug auf Energie größerer Flammenkolben eingespeist
als bei der Einspeisung eines hohen Temperaturbereichs bei der ersten Spitze.
Daher wird bei einer Magergemisch-Verbrennungskraftmaschine eine
extrem stabilisierte Zündung erreicht. Energie wird in
den Entladungsraum 140 der Zündkerze 10 durch
die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 in zwei oder
mehr Stufen bzw. Phasen eingegeben bzw. eingespeist. Wenn die Energie
der ersten Stufe durch die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 zugeführt
wird, wird ein Teil eines Gases in dem Entladungsraum 140 aktiviert
und ausgeweitet. Der Teil eines Gases wird ionisiert und in den
Plasmazustand einer hohen Temperatur und eines hohen Drucks gebracht,
so dass er sich dreidimensional ausdehnt. Als nächstes
wird, wenn die Energie der zweiten Stufe durch die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 in dem
Zustand des Gases in dem Entladungsraum 140 mit hoher Temperatur
und hohem Druck zugeführt wird, das vorgenannte Gas in
einen höheren Energiezustand von noch höherer
Temperatur und noch höherem Druck gebracht, so dass es
sich dreidimensional ausdehnt. Dementsprechend wird ein Hochenergiegebiet (Volumenplasma)
mit einer Gestalt einer generell ovalen bzw. eiförmigen
Sphäre ausgebildet, der ein größeres Volumen
aufweist. Wenn das Volumenplasma in der Verbrennungskammer der Maschine 40 in
Kontakt mit einem Kraftstoff/Luft-Gemisch kommt, wird es in einen
Flammenkern großen Volumens geformt. Als Ergebnis hiervon
wird auch in Maschinen mit Zündwiderstand eine hervorragende
Zündfähigkeit erzielt, wie etwa bei einer Magerverbrennungsmaschine
und einer Turboladung- bzw. Hochverdichtung-Gemischverbrennungsmaschine.
Wenn ohne Rückgriff auf die vorliegende Erfindung die gleiche
Energiemenge auf einmal eingegeben wird, wird nur das Gas nahe dem
elektrischen Entladungsweg aktiviert, so dass es in einen Sättigungszustand kommt,
und wird daher keine Energie mehr in den Entladungsraum 140 eingebracht.
Somit wird nur ein Volumenplasma geringen Volumens eingespritzt,
und kann demzufolge die meiste der eingegebenen Energie als Überschussenergie
bei Elektrodenabnutzung verbraucht werden. Der Entladungsraum 140 ist
in dem Isolator 120 durch eine untere Endfläche
der Mittelelektrode 110 und eine innere Umfangsfläche
der Masseelektrode 130 definiert, die sich einander gegenüber
befinden. Demzufolge ist das Volumen des Entladungsraums 140 begrenzt,
und wird das Gas in dem Entladungsraum 140 explosionsartig
ausgeweitet. Als Folge hiervon wird das Volumenplasma aus dem Entladungsraum 140 aus
eingespritzt. Daher wird ein Abschreckungsvorgang eines Abkühlens
eines Hochenergiegebiets durch die Elektrode vermindert und wird
die Zündfähigkeit weiter verbessert. Zusätzlich
wird ein Teil des Gases in dem Entladungsraum 140 durch
die Energieeingabe der ersten Stufe eingespitzt, und wird das vorgenannte
Gas bei einer hohen Temperatur ausgeweitet. Da Gasmoleküle
in dem Entladungsraum 140 aktiviert werden und eine schwache
Konzentration aufweisen, wird, wenn die Energieeingabe in der zweiten
Stufe oder später in dem vorgenannten Zustand durchgeführt
wird, das Volumenplasma in einem noch höheren Energiezustand
in die Maschine 40 eingespritzt, so dass die Zündfähigkeit weiter
verbessert wird.Subsequently, an electric discharge of a second high current P2 from the second capacitor starts 331 after passing through the inductor 341 is delayed. Meanwhile, a part of a gas in the discharge space becomes 140 due to the release of the electron 51 from the first plasma generation capacitor 330 released so that the number of particles (of non-ionized gas 50 , the electron 51 and the positive ion 52 ) in the discharge space 140 is small. By the release of the electron 51 from the second capacitor 331 In addition, an input energy per unit particle is increased, and becomes, moreover, the non-ionized gas 50 excited so that it is in a state capable of ionization due to the collision with the positive ion in violent motion 52 is vulnerable. Consequently, to the positive ion 52 in a higher energy state, as a result of the release of the electron 51 from the second capacitor 331 is ionized and generated, continues to be supplied with energy, and becomes the positive ion 52 accordingly to the positive ion 53 in an even higher energy state. Therefore, the positive ions take 52 and the positive ions 53 in an even higher state of energy numerically as an avalanche, so that the discharge space 140 an extremely high temperature and an extremely high pressure. Meanwhile, at the second peak P2, a flame piston larger in volume as well as in energy is fed than when a high temperature range is supplied at the first peak. Therefore, in a lean burn internal combustion engine, extremely stabilized ignition is achieved. Energy gets into the discharge room 140 the spark plug 10 through the multi-stage energy input device 300 entered or fed in two or more stages or phases. When the energy of the first stage through the multi-stage energy input device 300 is supplied, a part of a gas in the discharge space 140 activated and expanded. The part of a gas is ionized and brought into the plasma state of a high temperature and a high pressure, so that it expands three-dimensionally. Next, when the second stage energy is passed through the multi-stage power input device 300 in the state of the gas in the discharge space 140 is supplied with high temperature and high pressure, the aforementioned gas in a higher energy state of even higher temperature and even higher pressure, so that it expands in three dimensions. Accordingly, a high energy region (bulk plasma) having a shape of a generally oval or egg-shaped sphere having a larger volume is formed. When the volume plasma in the combustion chamber of the machine 40 comes in contact with a fuel / air mixture, it is formed into a flame core of large volume. As a result, excellent ignitability is also achieved in engines with ignition resistance, such as in a lean-burn engine and a high-compression mixture combustor. When the same amount of energy is inputted at once without resorting to the present invention, only the gas near the electrical discharge path is activated to become saturated, and therefore, no longer has energy in the discharge space 140 brought in. Thus, only a small volume volume plasma is injected, and consequently, most of the input energy can be consumed as surplus energy in electrode wear. The discharge space 140 is in the insulator 120 through a lower end surface of the center electrode 110 and an inner peripheral surface of the ground electrode 130 defined, which are opposite each other. Consequently, the volume of the discharge space 140 limited, and becomes the gas in the discharge space 140 expanded explosively. As a result, the bulk plasma becomes out of the discharge space 140 injected from. Therefore, a quenching process of cooling a high energy region by the electrode is reduced, and the ignitability is further improved. In addition, part of the gas in the discharge space becomes 140 peaked by the energy input of the first stage, and the aforementioned gas is expanded at a high temperature. Because gas molecules in the discharge space 140 are activated and have a weak concentration, if the energy input is performed in the second stage or later in the aforementioned state, the bulk plasma is in an even higher energy state in the machine 40 injected, so that the ignitability is further improved.
Sobald
die elektrische Entladung von dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 vollständig
beendet ist und der Plasmastrom Ipl 0 (null) erreicht, findet die
elektrische Entladung von dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 nicht
statt. Daher können Induktivität und Verzögerungszeit
der Drosselspule so gewählt werden, dass die Drosselspule 341 die
elektrische Entladung von dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 beginnt,
bevor die elektrische Entladung von dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 abgeschlossen
ist. Da die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 die
folgende Energiezuführung vor dem Abschluss einer Zuführung
jeder Energie beginnt, wird ein Zustand eines Isolationsdurchschlags
in dem Entladungsraum 40 kontinuierlich beibehalten und
werden zwei oder mehr Stufen bzw. Phasen von Energieeingaben ohne
eine Pause durchgeführt. Das Plasmazündsystem 1,
das das Volumenplasma anhand von zwei oder mehr Stufen bzw. Phasen
von Energieeingaben mit einer beschleunigten Geschwindigkeit in
eine hohe Energie versetzt und eine Zündung in einer Maschine
mit Zündwiderstand ermöglicht, ist realisiert.
Wenn zwei oder mehr Stufen von Energieeingaben ohne Rückgriff
auf die vorliegende Erfindung intermittierend bzw. mit Unterbrechungen
durchgeführt werden, werden Isolationseigenschaften in
dem Entladungsraum 140 wiederhergestellt, sobald die Energieeingabe
abgeschlossen ist. Demzufolge wird die folgende Energieeingabe bei dem
Isolationsdurchschlag des Entladungsraums 140 verbraucht,
und kann das Volumenplasma, das eine notwendige und ausreichende
Energie zum Zünden der Verbrennungskraftmaschine 40 aufweist,
nicht erzeugt werden. Das Gas in dem Entladungsraum 140 wird
durch die Energieeingabe der ersten Stufe dazu gebracht, ein bestimmtes
Energieniveau aufzuweisen, und durch die Energieeingabe der zweiten
Stufe vor Absenkung dieses Energieniveaus, das heißt ohne
Intervalle, kann das Gas in dem Entladungsraum 140 ein
noch höheres Energieniveau aufweisen. Wenn zwei oder mehr
Stufen von Energieeingaben in Intervallen bzw. Abständen durchgeführt
werden, wird das Gas mit nur einem konstanten Energieniveau zweimal
erzeugt und ist es schwierig, ein noch höheres Energieniveau
zu erhalten. Obwohl eine Wirkung als Ergebnis der Erhöhung
von Möglichkeiten zur Zündung selbst durch das
Verfahren mit Intervallen bzw. Abständen erwartet wird,
wird mittels Durchführung von zwei oder mehr Stufen bzw.
Phasen von Energieeingaben ohne Intervalle wie bei der vorliegenden
Erfindung ein Energieniveau des Plasmas selbst angehoben und eine
noch größere Wirkung erzielt. Wenn die Kapazität
des Kondensators 330, der eine Energieeingabe in einer
ersten Stufe durchführt, zu klein ist, wird die erste elektrische
Entladung schwach und kann die elektrische Entladung von dem zweiten Kondensator 331 nicht
auf die erste Entladung folgen. Genauer gesagt kann, unter der Voraussetzung,
dass die Gesamtkapazität der Kondensatoren 100% beträgt,
zum Beispiel ungefähr 20% der Kapazität dem Kondensator 330 zugewiesen
sein, der die Energieeingabe in der ersten Stufe durchführt.
Genauer gesagt stellt die Energieeingabeeinrichtung zumindest eine
Menge der Energieeingabe der ersten Stufe so ein, dass sie in einem
Bereich von 20% bis 80% einer Gesamtenergieeingabe liegt. Falls
die Menge der Energieeingabe der ersten Stufe außerhalb
des vorgenannten Bereichs ist und die Energie zwischen der ersten
und der zweiten Stufe äußerst einseitig verteilt
ist, geht die Wirksamkeit der Erfindung verloren, die Energie in
zwei oder mehr Stufen eingibt. In dem Fall einer zweistufigen Zündung
kann die Energieeingabemenge der ersten Stufe in einem Bereich von
20% bis 80% eingestellt sein. Die in der Tat von den vorliegenden
Erfindern vorgenommenen Experimente haben das Folgende gezeigt.
Falls die Energieeingabe der ersten Stufe kleiner als 20% der Gesamtenergieeingabe
ist, wird nur eine Wirkung erzielt, die ähnlich einer herkömmlichen
einzelnen Energieeingabe ist. Ebenso werden die gleichen Ergebnisse
erhalten, falls die Energieeingabe der ersten Stufe gleich oder
größer 80% der Gesamtenergieeingabe ist. Falls
die Kapazität des Kondensators 330, der die Energieeingabe
in der ersten Stufe durchführt, zu klein ist, erscheint
ein Bereich, wo der Plasmastrom Ipl nahezu 0 (null) wird, zwischen
der ersten elektrischen Entladung und der zweiten elektrischen Entladung
oder später. Wenn der Plasmastrom Ipl nahe an 0 (null)
herankommt, geht die Erzeugung von Plasma in einem solchen Bereich
zurück, und dementsprechend ist es schwierig, den folgenden
hohen Strom zu leiten. Somit können Kondensatorkapazität
und Drosselspuleninduktivität so angepasst werden, dass
sie nicht den Bereich hervorrufen, wo der Plasmastrom Ipl nahe an
0 (null) herankommt.Once the electrical discharge from the first plasma generating capacitor 330 is completely completed and the plasma current reaches Ipl 0 (zero), the electric discharge from the second plasma generation capacitor takes place 331 not happening. Therefore, inductance and delay time of the choke coil can be selected so that the choke coil 341 the electrical discharge from the second plasma generating capacitor 331 begins before the electrical discharge from the first plasma generating capacitor 330 is completed. As the multi-stage energy input device 300 the following energy supply before When a supply of each energy starts, a state of insulation breakdown in the discharge space becomes 40 maintained continuously and two or more stages or phases of energy inputs are performed without a break. The plasma ignition system 1 that realizes the volume plasma into high energy by means of two or more stages or phases of energy inputs at an accelerated speed and enables ignition in an engine with ignition resistance is realized. When two or more stages of energy inputs are intermittently performed without resorting to the present invention, insulating properties become in the discharge space 140 restored once the power input is completed. As a result, the following energy input becomes the insulation breakdown of the discharge space 140 consumes, and may be the volume plasma, which is a necessary and sufficient energy to ignite the internal combustion engine 40 does not generate. The gas in the discharge room 140 is caused by the energy input of the first stage to have a certain energy level, and by the energy input of the second stage before lowering this energy level, that is, without intervals, the gas in the discharge space 140 have an even higher energy level. When two or more stages of energy inputs are performed at intervals, the gas is generated twice at only a constant energy level and it is difficult to obtain an even higher energy level. Although an effect is expected as a result of increasing possibilities of ignition even by the method with intervals, by performing two or more stages of energy inputs without intervals as in the present invention, an energy level of the plasma itself is raised and achieved an even greater impact. When the capacity of the capacitor 330 , which performs power input in a first stage, is too small, the first electric discharge becomes weak, and the electric discharge from the second capacitor 331 do not follow the first discharge. More specifically, assuming that the total capacitance of the capacitors is 100%, for example, about 20% of the capacitance may be the capacitor 330 assigned to the energy input in the first stage. More specifically, the energy input device adjusts at least an amount of the first stage energy input to be in a range of 20% to 80% of a total energy input. If the amount of energy input of the first stage is out of the above range and the energy between the first and second stages is extremely one-way distributed, the efficiency of the invention which inputs energy in two or more stages is lost. In the case of a two-stage ignition, the first stage energy input amount may be set in a range of 20% to 80%. The experiments actually made by the present inventors have shown the following. If the energy input of the first stage is less than 20% of the total energy input, only an effect similar to a conventional single energy input will be achieved. Likewise, the same results will be obtained if the first stage energy input is equal to or greater than 80% of the total energy input. If the capacity of the capacitor 330 For example, if the value of the first input energy input is too small, an area where the plasma current Ipl becomes almost 0 (zero) appears between the first electric discharge and the second electric discharge or later. When the plasma current Ipl comes close to 0 (zero), the generation of plasma goes down in such a range, and accordingly, it is difficult to conduct the following high current. Thus, capacitor capacitance and inductor inductance can be adjusted so as not to cause the region where the plasma current Ipl approaches 0 (zero).
Ein
Plasmazündsystem 1a eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 4A und 4B erläutert.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird für die
gleiche Komponente das gleiche Bezugszeichen wie dasjenige des ersten
Ausführungsbeispiels verwendet, um dessen Beschreibung
auszulassen, und wird nur ein Unterscheidungspunkt erläutert
(wobei das Gleiche für hierin nachstehend beschriebene
weitere Ausführungsbeispiele gilt). 4A ist
ein Ersatzschaltbild des Plasmazündsystems 1a des
zweiten Ausführungsbeispiels. 4B ist
eine Kennlinie, die einen Plasmaerzeugungsstrom des zweiten Ausführungsbeispiels
veranschaulicht, und eine Kennlinie als ein Vergleichsbeispiel,
die einen Plasmaerzeugungsstrom eines Plasmazündsystems 1a' veranschaulicht,
bei dem bei der gleichen Schaltungskonfiguration eine Kapazität
C330 eines ersten Plasmaerzeugungskondensators 330 größer
ist als eine Kapazität C331 eines zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331.A plasma ignition system 1a A second embodiment of the invention is described below with reference to FIG 4A and 4B explained. In the second embodiment, the same reference numeral as that of the first embodiment is used for the same component to omit its description, and only one discrimination point will be explained (the same applies to other embodiments described hereinafter). 4A is an equivalent circuit diagram of the plasma ignition system 1a of the second embodiment. 4B FIG. 15 is a characteristic diagram illustrating a plasma generation current of the second embodiment, and a characteristic as a comparative example showing a plasma generation current of a plasma ignition system 1a ' FIG. 13 illustrates that in the same circuit configuration, a capacitance C330 of a first plasma generation capacitor 330 is greater than a capacitance C331 of a second plasma generation capacitor 331 ,
Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Diode 36 zwischen
dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 und dem zweiten
Plasmaerzeugungskondensator 331 angeordnet. Die Diode verhindert
die Wiederaufladung des ersten Plasmaerzeugungskondensators 330 in
Folge der elektrischen Entladung von dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331.In the second embodiment, a diode 36 between the first plasma generating capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 arranged. The diode prevents the recharge of the first plasma generating capacitor 330 due to the electrical discharge from the second plasma generating capacitor 331 ,
Tabelle
1 veranschaulicht Unterschiede bei der Konfiguration, wobei das
Plasmazündsystem 1 des ersten Ausführungsbeispiels
als "1. Beispiel" bezeichnet ist, das Plasmazündsystem 1a des
zweiten Ausführungsbeispiels als "2. Beispiel" bezeichnet
ist und das Plasmazündsystem 1a' als "1. Vergleichsbeispiel"
bezeichnet ist. Tabelle 1 C330 C331 L341 V31 Präsenz
von
D36
1.
Beispiel 0,5 μF 1,5 μF 165 μF 600
V NEIN
2.
Beispiel 0,5 μF 1,5 μF 165 μF 600
V JA
1.
Vergleichsbeispiel 1,5 μF 0,5 μF 165 μF 600
V JA
Table 1 illustrates differences in configuration where the plasma ignition system 1 of the first embodiment is referred to as "1st example", the plasma ignition system 1a of the second embodiment is referred to as "2nd example" and the plasma ignition system 1a ' as "1st Comparative Example" be is drawing. Table 1 C330 C331 L341 V31 Presence of D36
1st example 0.5 μF 1.5 μF 165 μF 600V NO
2nd example 0.5 μF 1.5 μF 165 μF 600V YES
1st comparative example 1.5 μF 0.5 μF 165 μF 600V YES
5 veranschaulicht
ein Testergebnis der Messung eines verbrennungskritischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,
nachdem das Plasmazündsystem 1 des ersten Ausführungsbeispiels
als 1. Beispiel, das Plasmazündsystem 1a des zweiten
Ausführungsbeispiels als 2. Beispiel oder das Plasmazündsystem 1a' als
1. Vergleichbeispiel in einem Benzinmotor installiert ist. 5 FIG. 10 illustrates a test result of the measurement of a combustion-critical air-fuel ratio after the plasma ignition system. FIG 1 of the first embodiment as a 1st example, the plasma ignition system 1a of the second embodiment as a 2nd example or the plasma ignition system 1a ' as 1. Comparative example is installed in a gasoline engine.
Tabelle
2 veranschaulicht Konfigurationen, durch die die Kapazitäten
des Kondensators 330, der die Energieeingabe in der ersten
Stufe durchführt, und des zweiten Kondensators 331 als
die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung des Plasmazündsystems 1 des
ersten Ausführungsbeispiels variiert sind, als "3., 4.
und 5. Beispiel", und eine Konfiguration eines herkömmlichen
Plasmazündsystems, das eine Zündung durch eine einstufige
elektrische Entladung durchführt, als "2. Vergleichsbeispiel". Tabelle 2 C330 C331 L341 P1 P2
3.
Beispiel 1,0 μF 0,5 μF 175 μH 120
mJ 80
mJ
4.
Beispiel 0,75 μF 0,75 μF 175 μH 100
mJ 100
mJ
5.
Beispiel 0,5 μF 1,0 μF 175 μH 80
mJ 120
mJ
2.
Vergleichsbeispiel 1,5 μF 200 mJ
Table 2 illustrates configurations through which the capacitances of the capacitor 330 which performs the power input in the first stage and the second capacitor 331 as the multi-stage power input device of the plasma ignition system 1 of the first embodiment, as "3rd, 4th and 5th examples", and a configuration of a conventional plasma ignition system performing ignition by a single-stage electric discharge as "2nd comparative example". Table 2 C330 C331 L341 P1 P2
3rd example 1.0 μF 0.5 μF 175 μH 120 mJ 80 mJ
4th example 0.75 μF 0.75 μF 175 μH 100 mJ 100 mJ
5th example 0.5 μF 1.0 μF 175 μH 80 mJ 120 mJ
2nd Comparative Example 1.5 μF 200 mJ
6 veranschaulicht
vorteilhafte Wirkungen des Plasmazündsystems 1 des
ersten Ausführungsbeispiels, das in Tabelle 1 gezeigt ist,
nebst einem 2. Vergleichsbeispiel. Wie es aus 5 und 6 zu
beobachten ist, wird das verbrennungskritische Luft/Kraftstoff-Verhältnis
im Vergleich zu dem herkömmlichen Plasmazündsystem,
welches das Innere des Entladungsraums durch eine einstufige elektrische
Entladung in einen Plasmazustand bringt (2. Vergleichsbeispiel im
Vergleich zu 3. bis 5. Beispiel gemäß 6),
höher gemacht, wenn die elektrische Entladung durch die
Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung gemäß der
Erfindung in zwei oder mehr Stufen durchgeführt wird. Außerdem
wird das verbrennungskritische Luft/Kraftstoff-Verhältnis
höher (2. Beispiel im Vergleich zu 1. Vergleichsbeispiel
gemäß 5; 3.
bis 5. Beispiel gemäß 6),
indem die Kapazität C331 des zweiten Kondensators 331 größer
gemacht wird als die Kapazität C330 des Kondensators 330,
der die Energieeingabe in der ersten Stufe durchführt.
Das heißt, dass die Energieeingabeeinrichtung in mehreren
aufeinander folgenden Stufen die Eingabeenergie oder einen Spitzenstrom
so einstellt, dass sie/er größer ist. Dementsprechend
hat es sich als Ergebnis von in der Tat von den vorliegenden Erfindern
vorgenommenen Experimenten herausgestellt, dass eine Zündfähigkeit
weiter verbessert wird, wenn eine höhere Energie in mehreren
aufeinander folgenden Stufen eingegeben wird. Dies kann wie folgt
erklärt werden. Es wird nämlich der Entladungswiderstand
von Gas in dem Entladungsraum in Folge der Energieeingabe der ersten
Stufe verringert. Daher wird Energie in mehreren aufeinander folgenden
Stufen eingegeben, wobei ein Weg ausgebildet ist, durch den Elektrizität
fließt, so dass das Gas effizient erwärmt wird.
Zusätzlich wird in dem Fall einer weiteren Erhöhung
des Spitzenstroms ebenfalls in mehreren aufeinander folgenden Stufen
eine ähnliche Wirkung erzielt. Zusätzlich wird
das verbrennungskritische Luft/Kraftstoff-Verhältnis höher
gemacht (1. Beispiel im Vergleich zu 2. Beispiel gemäß 5),
indem die Diode 36 zur Verhinderung der elektrischen Entladung
von dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 in den
ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 entfernt wird. Bei
dem herkömmlichen Plasmazündsystem wird die angewandte
Energie erhöht, um die Zündfähigkeit
zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird andererseits
die Zündfähigkeit bei der Magerverbrennungskraftmaschine
mit Zündwiderstand durch eine vergleichsweise geringe Energie
verbessert, die sich von 180 mJ bis 200 mJ erstreckt. 6 illustrates beneficial effects of the plasma ignition system 1 of the first embodiment shown in Table 1, and a second comparative example. Like it out 5 and 6 is observed, the combustion-critical air / fuel ratio compared to the conventional plasma ignition system, which brings the inside of the discharge space by a single-stage electric discharge in a plasma state (2nd Comparative Example compared to 3. to 5. Example according to 6 ) is made higher when the electric discharge is performed by the multi-stage power input device according to the invention in two or more stages. In addition, the combustion-critical air-fuel ratio becomes higher (Example 2 compared to Comparative Example 1) 5 ; 3 , to 5 , Example according to 6 ) by the capacitance C331 of the second capacitor 331 is made larger than the capacitance C330 of the capacitor 330 Performing the energy input in the first stage. That is, the power input device adjusts the input power or a peak current to be larger in several successive stages. Accordingly, as a result of experiments actually made by the present inventors, it has been found that an ignitability is further improved when a higher energy is input in several successive stages. This can be explained as follows. Namely, the discharge resistance of gas in the discharge space is reduced due to the energy input of the first stage. Therefore, energy is input in a plurality of successive stages, forming a path through which electricity flows, so that the gas is heated efficiently. In addition, in the case of further increasing the peak current, a similar effect is also obtained in several successive stages. In addition, the combustion-critical air-fuel ratio is made higher (Example 1 compared to Example 2 according to FIG 5 ) by the diode 36 for preventing the electric discharge from the second plasma generation capacitor 331 in the first plasma generating capacitor 330 Will get removed. In the conventional plasma ignition system, the applied energy is increased to improve the ignitability. On the other hand, according to the invention, the ignitability in the lean burn engine with ignition resistance is improved by a comparatively low energy ranging from 180 mJ to 200 mJ.
7A ist
ein Ersatzschaltbild eines Plasmazündsystems 1b gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 7B ist
eine Kennlinie, die einen Plasmaerzeugungsstrom des dritten Ausführungsbeispiels
zeigt. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter
Plasmaerzeugungskondensator 331 parallel zu einem ersten
Plasmaerzeugungskondensator 330 auf einer dem ersten Kondensator 330 nachgelagerten
Seite eingerichtet. Eine Drosselspule 341 ist in Reihe
mit dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 auf einer
Hochspannungsseite des zweiten Kondensators 331 angeordnet.
Eine Diode 35, die einen Entladungsstrom von dem ersten
Plasmaerzeugungskondensator 330 und dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 gleichrichtet,
und eine Diode 36, die die Wiederaufladung des ersten Plasmaerzeugungskondensators 330 durch
den zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 verhindert,
sind in Reihe geschaltet. Gemäß dem vorgenannten
Verfahren stören bzw. beeinflussen sich die beiden Kondensatoren
nicht, und entladen sie unabhängig Elektrizität.
Somit wird die Eingabe von Energie feiner angepasst, und wird ein Zeitintervall
zwischen zwei Energieeingaben verlängert. Zusätzlich
umfasst das Plasmazündsystem 1b zwei Dioden, nämlich
die Diode 35 und eine Diode 35b, durch die ein
hoher Strom passiert. Daher ist eine Wärmeerzeugung begrenzt.
Wie es gemäß 7B gezeigt
ist, wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch,
dass eine Kapazität C331 des zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331 größer
gemacht wird als eine Kapazität C330 des ersten Plasmaerzeugungskondensators 330,
eine ähnliche Wirkung wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen
erzielt. 7A is an equivalent circuit diagram of a plasma ignition system 1b according to a third embodiment play the invention, and 7B FIG. 12 is a characteristic diagram showing a plasma generation current of the third embodiment. In the third embodiment, a second plasma generation capacitor is 331 parallel to a first plasma generation capacitor 330 on a first capacitor 330 set up next page. A choke coil 341 is in series with the second plasma generation capacitor 331 on a high voltage side of the second capacitor 331 arranged. A diode 35 receiving a discharge current from the first plasma generation capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 rectifies, and a diode 36 that the recharging of the first plasma generating capacitor 330 through the second plasma generation capacitor 331 prevented, are connected in series. According to the above method, the two capacitors do not interfere and discharge electricity independently. Thus, the input of energy is fine tuned and a time interval between two energy inputs is lengthened. In addition, the plasma ignition system includes 1b two diodes, namely the diode 35 and a diode 35b through which a high current passes. Therefore, heat generation is limited. As it is according to 7B is shown in the third embodiment in that a capacitance C331 of the second plasma generation capacitor 331 is made larger than a capacitance C330 of the first plasma generation capacitor 330 , achieves a similar effect as in the above embodiments.
8A ist
ein Ersatzschaltbild eines Plasmazündsystems 1c gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 8B ist
eine Kennlinie, die einen Plasmaerzeugungsstrom des vierten Ausführungsbeispiels
veranschaulicht. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist
ein zweiter Plasmaerzeugungskondensator 331 parallel zu
einem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 auf einer
vorgelagerten Seite des ersten Kondensators 330 angeordnet.
Eine Drosselspule 341 ist in Reihe mit dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 und
dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 auf ihrer Hochspannungsseite
zwischen dem ersten Kondensator 330 und dem zweiten Kondensator 331 eingerichtet.
Wie es gemäß 8B gezeigt
ist, wird auch bei dem vierten Ausführungsbeispiel dadurch,
dass eine Kapazität C331 des zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331 größer
gemacht als eine Kapazität C330 des ersten Plasmaerzeugungskondensators 330,
eine ähnliche Wirkung wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen
erzielt. 8A is an equivalent circuit diagram of a plasma ignition system 1c according to a fourth embodiment of the invention, and 8B FIG. 15 is a characteristic diagram illustrating a plasma generation current of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, a second plasma generation capacitor 331 parallel to a first plasma generation capacitor 330 on an upstream side of the first capacitor 330 arranged. A choke coil 341 is in series with the first plasma generation capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 on its high voltage side between the first capacitor 330 and the second capacitor 331 set up. As it is according to 8B is also shown in the fourth embodiment in that a capacitance C331 of the second plasma generation capacitor 331 made larger than a capacitance C330 of the first plasma generation capacitor 330 , achieves a similar effect as in the above embodiments.
9A ist
ein Ersatzschaltbild eines Plasmazündsystems 1d gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 9B ist
eine Kennlinie, die einen Plasmaerzeugungsstrom des fünften
Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Bei dem fünften
Ausführungsbeispiel sind ein zweiter Plasmaerzeugungskondensator 331 und
eine dritter Plasmaerzeugungskondensator 332 parallel zueinander
und parallel zu einem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 auf
einer nachgelagerten Seite eines ersten Plasmaerzeugungskondensators 330 eingerichtet.
Außerdem sind eine erste Drosselspule 341 und
eine zweite Drosselspule 342 jeweils auf Masseseiten des
zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331 beziehungsweise
des dritten Plasmaerzeugungskondensators 332 angeordnet.
Allgemeiner ausgedrückt können die Drosselspulen
jeweils auf Masse- bzw. Erdungsseiten der Kondensatoren der zweiten
oder einer späteren Stufe angeordnet sein, wobei sie parallel
zu dem Kondensator eingerichtet sind, der die Energieeingabe der
ersten Stufe durchführt. Dementsprechend kann die Drosselspule
auf ein Niveau eines geringen Potentials gebracht werden, so dass
eine Isolationsdistanz nicht groß sein muss. Somit wird
ein Verdrahtungsabstand verkürzt und wird eine erforderliche
Größe der Energie- bzw. Speisequelle klein gemacht.
Zusätzlich erfüllen eine Kapazität C330
des ersten Plasmaerzeugungskondensators 330, eine Kapazität
C331 des zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331 und eine
Kapazität C332 des dritten Plasmaerzeugungskondensators 332 eine
Beziehung C330 ≤ C331 < C332.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird, wie
es gemäß 9B gezeigt
ist, die größte Strommenge von dem dritten Plasmaerzeugungskondensator 332 entladen.
Somit wird das Volumen eines erzeugten Flammenkolbens in einem Plasmazustand
noch größer gemacht, und wird die Zündstabilität
weiter verbessert. Auch bei dem fünften Ausführungsbeispiel
können jeweilige Kapazitäten C330, C331, C332
der Plasmaerzeugungskondensatoren 330, 331, 332 und
Induktivitäten der Drosselspulen 341, 342 so
gewählt werden, dass ein Plasmastrom Ipl nicht 0 (null)
erreicht. Weiterhin kann die Anzahl von Plasmaerzeugungskondensatoren oder
die Anzahl von Drosselspulen erhöht werden. Da Gas in einem
Plasmazustand in zwei oder mehr Stufen eingespritzt wird, wird eine
weitere Verbesserung der Zündfähigkeit erwartet. 9A is an equivalent circuit diagram of a plasma ignition system 1d according to a fifth embodiment of the invention, and 9B FIG. 15 is a characteristic diagram illustrating a plasma generation current of the fifth embodiment. In the fifth embodiment, a second plasma generation capacitor 331 and a third plasma generating capacitor 332 parallel to each other and parallel to a first plasma generating capacitor 330 on a downstream side of a first plasma generation capacitor 330 set up. In addition, a first choke coil 341 and a second choke coil 342 respectively on the ground sides of the second plasma generation capacitor 331 or the third plasma generation capacitor 332 arranged. More generally, the choke coils may each be disposed on ground sides of the second or later stage capacitors, being arranged in parallel with the capacitor that performs the first stage energy input. Accordingly, the reactor can be brought to a low potential level, so that an isolation distance does not have to be large. Thus, a wiring distance is shortened, and a required size of the power source is made small. In addition, a capacity C330 of the first plasma generation capacitor satisfies 330 , a capacitance C331 of the second plasma generation capacitor 331 and a capacitance C332 of the third plasma generation capacitor 332 a relationship C330 ≤ C331 <C332. In the fifth embodiment, as in FIG 9B is shown, the largest amount of current from the third plasma generating capacitor 332 discharged. Thus, the volume of a generated flame piston in a plasma state is made even larger, and the ignition stability is further improved. Also in the fifth embodiment, respective capacitances C330, C331, C332 of the plasma generation capacitors 330 . 331 . 332 and inductors of the inductors 341 . 342 be chosen so that a plasma current Ipl does not reach zero. Furthermore, the number of plasma generation capacitors or the number of choke coils can be increased. Since gas in a plasma state is injected in two or more stages, a further improvement in ignitability is expected.
10A ist ein Ersatzschaltbild eines Plasmazündsystems 1e gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 10B ist eine Kennlinie, die einen Plasmaerzeugungsstrom
des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt. Bei dem sechsten
Ausführungsbeispiel sind ein zweiter Plasmaerzeugungskondensator 331 und
eine dritter Plasmaerzeugungskondensator 332 auf einer
vorgelagerten Seite des ersten Plasmaerzeugungskondensators 330 parallel
eingerichtet. Eine erste Drosselspule 341 ist zwischen
dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330 und dem zweiten
Plasmaerzeugungskondensator 331 in Reihe mit diesen auf ihrer
Hochdruckseite angeordnet, und eine zweite Drosselspule 342 ist
zwischen dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 und
dem dritten Plasmaerzeugungskondensator 332 in Reihe mit
diesen auf ihrer Hochdruckseite angeordnet. Außerdem weist
das Plasmazündsystem 1e eine Diode 36 auf,
die einen Entladungsstrom von dem ersten Plasmaerzeugungskondensator 330,
dem zweiten Plasmaerzeugungskondensator 331 und dem dritten
Plasmaerzeugungskondensator 332 gleichrichtet. Darüber
hinaus erfüllen eine Kapazität C330 des ersten
Plasmaerzeugungskondensators 330, eine Kapazität
C331 des zweiten Plasmaerzeugungskondensators 331 und eine
Kapazität C332 des dritten Plasmaerzeugungskondensators 332 eine
Beziehung C330 ≤ C331 < C332.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird, wie es gemäß 10B gezeigt ist, einen Menge an Entladungsstrom
von dem dritten Plasmaerzeugungskondensator 332 am größten
gemacht. Daher wird eine ähnliche Wirkung wie bei dem fünften
Ausführungsbeispiel erzielt. Die Energieeingabeeinrichtung ist
derart konfiguriert, dass Drosselspulen, die mit den Kondensatoren
verbunden sind, die die Energieeingabe in weiteren nachfolgenden
Stufen durchführen, größere Induktivitäten
aufweisen. Dementsprechend wird eine Zeit einer elektrischen Entladung
in den weiteren nachfolgenden Stufen mehr verzögert. Als
eine spezielle Schaltungskonfiguration der Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung
zum Realisieren einer mehrstufigen Zündung kann jede Konfiguration
verwendet werden, solange sie ein erforderliches Energieniveau mit
einer bestimmten Zeitgebung in mehreren Stufen anwendet. Gemäß dem
fünften und dem sechsten Ausführungsbeispiel setzt
die mehrstufige Energieeingabe einen hohen Strom von dem Kondensator
frei, der die Energieeingabe in der zweiten oder einer späteren
Stufe durchführt, und zwar mit Verzögerungen auf
die Emission eines hohen Stroms von dem Kondensator, der die Energieeingabe
der ersten Stufe durchführt. Als Ergebnis hiervon kann
Gas in dem Entladungsraum auf effiziente Weise in einen hohen Energiezustand
gebracht werden, und wird das Plasmazündsystem realisiert,
das hinsichtlich Zündfähigkeit hervorragend ist.
Zusätzlich kann der Kondensator, der die Energieeingabe
in der zweiten oder einer späteren Stufe durchführt, den
Kondensator, der die Energieeingabe der zweiten Stufe durchführt,
den Kondensator, der die Energieeingabe der dritten Stufe durchführt,
oder mehrere Kondensatoren umfassen, die jeweils parallel zu dem
Kondensator eingerichtet sind, der die Energieeingabe der ersten
Stufe durchführt. Als Folge hiervon wird zusätzlich zu
der vorstehenden Wirkung eine Entladungsdauer verlängert,
und wird die Zündfähigkeit weiter stabilisiert. 10A is an equivalent circuit diagram of a plasma ignition system 1e according to a sixth embodiment of the invention, and 10B FIG. 15 is a characteristic diagram showing a plasma generation current of the sixth embodiment. In the sixth embodiment, a second plasma generation capacitor 331 and a third plasma generating capacitor 332 on an upstream side of the first plasma generation capacitor 330 set up in parallel. A first choke coil 341 is between the first plasma generation capacitor 330 and the second plasma generation capacitor 331 arranged in series with these on their high pressure side, and a second choke coil 342 is between the second plasma generation capacitor 331 and the third plasma generation capacitor 332 in series with these on their High pressure side arranged. In addition, the plasma ignition system has 1e a diode 36 which receives a discharge current from the first plasma generation capacitor 330 , the second plasma generation capacitor 331 and the third plasma generation capacitor 332 rectifies. In addition, a capacitance C330 of the first plasma generation capacitor satisfy 330 , a capacitance C331 of the second plasma generation capacitor 331 and a capacitance C332 of the third plasma generation capacitor 332 a relationship C330 ≤ C331 <C332. In the sixth embodiment, as in accordance with 10B is shown an amount of discharge current from the third plasma generation capacitor 332 made the biggest. Therefore, a similar effect as in the fifth embodiment is achieved. The energy input device is configured in such a way that reactors which are connected to the capacitors which carry out the energy input in further subsequent stages have larger inductances. Accordingly, a time of electric discharge in the subsequent subsequent stages is more delayed. As a specific circuit configuration of the multi-stage power input device for realizing multi-stage ignition, any configuration can be used as long as it applies a required power level with a certain timing in multiple stages. According to the fifth and sixth embodiments, the multi-stage power input releases a high current from the capacitor, which performs the power input in the second or later stage, with delays in the high current emission from the capacitor, the energy input of the first Stage performs. As a result, gas in the discharge space can be efficiently brought into a high energy state, and the plasma ignition system excellent in ignitability is realized. In addition, the capacitor that performs the power input in the second or later stage, the capacitor that performs the second-stage power input, the capacitor that performs the third-stage power input, or a plurality of capacitors each in parallel with the capacitor are set up, which performs the energy input of the first stage. As a result, in addition to the above effect, a discharge period is prolonged, and the ignitability is further stabilized.
11 ist
ein Ersatzschaltbild eines Plasmazündsystems 1f gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie es gemäß 11 gezeigt
ist, kann eine einzelne Energie- bzw. Speisequelle 31f als jeweilige
Energie- bzw. Speisequellen einer Entladungsenergiequellenschaltung 20f und
einer Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30f verwendet
werden. Anhand einer solchen Konfiguration des Plasmazündsystems 1f wird
zusätzlich zu einer Wirkung, die ähnlich zu den
vorstehenden Ausführungsbeispielen ist, eine Verbesserung
der Installierbarkeit des Plasamzündsystems 1f in
einem Fahrzeug erreicht. Die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung
umfasst die Entladungsenergiequellenschaltung 20, die eine
hohe Spannung an die Zündkerze 10 anlegt, nachdem
die Spannung der Energiequelle erhöht ist, und die Plasmaerzeugungsenergiequellenschaltung 30,
die einen hohen Strom von der Energiespeichereinrichtung an die
Zündkerze 10 zuführt. Wenn der Isolationsdurchschlag
in dem Entladungsraum 140 durch die Entladungsenergiequelle
verursacht wird, wird eine in dem Kondensator, der die Energieeingabe
in der ersten Stufe durchführt, gespeicherte Energie in
einen hohen Strom verwandelt, der in den Entladungsraum 140 freizusetzen
ist. Dementsprechend wird ein Teil eines Gases in dem Entladungsraum 140 in
den Plasmazustand hoher Temperatur und hohen Drucks gebracht, und
wird es freigesetzt. Außerdem wird mit Verzögerung
auf die Emission eines hohen Stroms von dem Kondensator, der die
Energieeingabe der ersten Stufe durchführt, eine in dem
Kondensator, der die Energieeingabe in der zweiten oder einer späteren
Stufe durchführt, gespeicherte Energie in einen hohen Strom
umgewandelt, um in den Entladungsraum 140 freigesetzt zu
werden. Indessen ist der Entladungsraum 140 mit einer geringeren
Anzahl von elektrisch neutralen nicht ionisierten Gasmolekülen
oder -atomen als vor der elektrischen Entladung von dem Kondensator,
der die Energieeingabe der ersten Stufe durchführt, und
positiven Ionen sowie Elektronen in einem hohen Energiezustand gefüllt.
Durch Kollisionen zwischen dem nicht ionisierten Gas und den positiven
Ionen in dem hohen Energiezustand wird außerdem das nicht
ionisierte Gas angeregt, so dass es leicht zu ionisieren wird. Es
wird darüber hinaus auch angenommen, dass die positiven
Ionen, die bereits ionisiert wurden, in einen noch höheren
Energiezustand gebracht werden. In diesem Zustand ist bei Freisetzung
von Energie von dem Kondensator, der die Energieeingabe in der zweiten
oder einer späteren Stufe durchführt, mit Verzögerung
auf die elektrische Entladung von dem Kondensator, der die Energieeingabe
der ersten Stufe durchführt, durch die Entladungsverzögerungseinrichtung
die pro Einheitspartikel zugeführte Energie größer
als in der ersten Stufe einer elektrischen Entladung, weil die Anzahl
von nicht ionisierten Gasmolekülen in dem Entladungsraum 140 gering
ist. Als Folge hiervon wird eine Ionisierung des nicht ionisierten
Gases in einer höheren Dichte bewirkt. Der Entladungsraum 140 wird
in einen Plasmazustand gebracht, der mit dem ionisierten Gas und
Elektronen mit hoher Temperatur und hohem Druck in extrem hohe Dichte
gefüllt ist, und ein Hochtemperaturgebiet wird erzeugt,
wie etwa ein Flammenkolben, dessen Volumen groß ist und
dessen Temperatur extrem hoch ist. Daher kann das Plasmazündsystem
realisiert werden, das hinsichtlich Zündfähigkeit
hervorragend ist. Gemäß der Erfindung weist das
als eine Wärmequelle dienende Volumenplasma im Vergleich
zu der herkömmlichen mehrstufigen Energieeingabe ohne Intervalle
eine höhere Energiedichte auf. Die Wärmequelle
umfasst das Volumenplasma, das durch die Energieeingabe der ersten Stufe
erzeugt wird, und das Volumenplasma mit einer noch höheren
Energie, dass durch die Energieeingabe in der zweiten oder einer
späteren Stufe erzeugt wird. Zusätzlich kann eine
Wärmequelle mit einer Verteilung einer hohen Energiedichte
und einer niedrigen Energiedichte erzeugt werden, und kann an der
Energieverteilung eine Veränderung mit veränderlichen
Bedingungen der Energieeingabe durch die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung 300 der
Erfindung vorgenommen werden. In den letzten Jahren sind Verbrennungskraftmaschinen
wie etwa Kraftfahrzeugmotoren in hohem Maße aufgeladen
bzw. überverdichtet und wurden ihre Zündbedingungen
streng. Somit sind gemäß den Zündbedingungen
vielfältige Wärmequellen erforderlich. Zum Beispiel
kann mitunter eine Wärmequelle mit hoher Energiedichte,
wenn auch klein im Volumen, benötigt werden, oder kann
mitunter eine Wärmequelle mit großem Volumen statt
Energiedichte benötigt werden. Gemäß der
Erfindung kann die Wärmequelle angepasst werden, um verschiedene
Zündbedingungen zu erfüllen. Da erwartet wird,
dass in der Zukunft noch verbrennungsresistenterer bzw. -festerer
Kraftstoff verwendet wird, kann die Erfindung zu einer Verbesserung
der Robustheit einer Zündung beitragen. 11 is an equivalent circuit diagram of a plasma ignition system 1f according to a seventh embodiment of the invention. As it is according to 11 can be a single source of energy or power 31f as respective power sources of a discharge power source circuit 20f and a plasma generation power source circuit 30f be used. Based on such a configuration of the plasma ignition system 1f In addition to an effect similar to the above embodiments, an improvement in the installability of the plasma ignition system 1f reached in a vehicle. The multi-stage power input device includes the discharge power source circuit 20 that has a high voltage to the spark plug 10 after the voltage of the power source is increased, and the plasma generation power source circuit 30 supplying a high current from the energy storage device to the spark plug 10 supplies. When the insulation breakdown in the discharge space 140 is caused by the discharge power source, energy stored in the capacitor performing the power input in the first stage is converted into a high current flowing into the discharge space 140 is to be released. Accordingly, a part of a gas in the discharge space becomes 140 brought into the plasma state of high temperature and high pressure, and it is released. In addition, with delay on the emission of a high current from the capacitor, which performs the first stage energy input, an energy stored in the capacitor, which performs the second or later stage energy input, is converted into a high current to flow into the discharge space 140 to be released. Meanwhile, the discharge space is 140 with a smaller number of electrically neutral non-ionized gas molecules or atoms than before the electrical discharge from the capacitor performing the first stage energy input and positive ions and electrons in a high energy state. In addition, by collisions between the non-ionized gas and the positive ions in the high energy state, the non-ionized gas is excited so that it becomes easy to ionize. It is also assumed that the positive ions that have already been ionized are brought into an even higher energy state. In this state, upon release of energy from the capacitor, which performs the energy input at the second or later stage, with delay to the electrical discharge from the capacitor performing the first stage energy input by the discharge delay means, the energy supplied per unit particle greater than in the first stage of electrical discharge, because the number of non-ionized gas molecules in the discharge space 140 is low. As a result, ionization of the non-ionized gas at a higher density is effected. The discharge space 140 is brought into a plasma state filled with the ionized gas and high-temperature and high-pressure electrons in extremely high density, and a high-temperature region is generated, such as a flame piston whose volume is large and whose temperature is extremely high. Therefore, the plasma ignition system excellent in ignitability can be realized. According to the invention, the volume plasma serving as a heat source has a higher energy density compared to the conventional multi-level energy input without intervals. The heat source comprises the volume plasma generated by the energy input of the first Stage is generated, and the volume plasma with an even higher energy that is generated by the energy input in the second or a later stage. In addition, a heat source having a distribution of a high energy density and a low energy density can be generated, and a change in the energy distribution with varying conditions of energy input by the multi-stage energy input device 300 the invention be made. In recent years, internal combustion engines such as automobile engines have become highly charged and over-compressed, and their ignition conditions have become severe. Thus, a variety of heat sources are required according to the ignition conditions. For example, sometimes a high energy density heat source, albeit small in volume, may be needed, or sometimes a large volume heat source may be needed instead of energy density. According to the invention, the heat source can be adjusted to meet different ignition conditions. Since it is expected that even more fuel-resistant fuel will be used in the future, the invention can contribute to an improvement in the robustness of ignition.
12A bis 12C sind
Schnittansichten, die jeweils Hauptabschnitte von Zündkerzen
veranschaulichen, die auf das Plasmazündsystem der Erfindung
angewandt werden können. 12A veranschaulicht eine
Plasmazündkerze 10a, bei der ein Isolationselement 120a und
einer Masseelektrode 130a in einer zylindrischen Form ausgebildet
sind. 12B veranschaulicht eine Zündkerze 10b schleichender
bzw. kriechender Entladung, die Elektrizität entlang einer
unteren Endfläche eines Isolationselements 120b entlädt. 12C veranschaulicht eine Zündkerze 10c des
Gleitfunkentyps, bei der eine Mittelelektrode 110c und
eine der Mittelelektrode 110c gegenüber liegende
Masseelektrode 130c einen Entladungsraum 140c dazwischen
definieren, wobei die Mittelelektrode 110c dem Inneren
der Maschine ausgesetzt ist. Das Plasmazündsystem der Erfindung
kann auf geeignete Weise auf jede der Zündkerzen gemäß 12A bis 12C angewandt
werden. Wenn die Plasmazündkerze 10a gemäß 12A in dem Plasmazündsystem verwendet
wird, wird eine Kollisionskraft eines positiven Ions in einem Plasmazustand
verringert, weil die Masseelektrode 130a außerhalb des
inneren Durchmessers eines Entladungsraums 140 angeordnet
ist. Somit wird zusätzlich zu der vorgenannten Wirkung
der Erfindung eine Elektrodenabnutzung in Folge Katodenzerstäubung
vermindert, so dass sich die Zuverlässigkeit als ein Zündsystem
weiter verbessert. Wenn die Zündkerze 10b kriechender
bzw. schleichender Entladung gemäß 12B in dem Plasmazündsystem verwendet
wird, wird die in den Entladungsraum 140b freigesetzte
Energie nicht als kinetische Energie für eine Bewegung
in dem Entladungsraum 140b verbraucht, weil ein Entladungsraum 140b vollständig
einem Innenraum einer Verbrennungskammer der Maschine ausgesetzt
ist. Dementsprechend wird zusätzlich zu der vorgenannten
Wirkung der Erfindung nahezu die gesamte freigesetzte Energie für
eine Zündung von Kraftstoff verwendet, so dass eine weitere
Verbesserung der Zündstabilität erwartet wird.
Wenn die Zündkerze 10c gemäß 12C in dem Plasmazündsystem verwendet
wird, wird Gas in dem Entladungsraum 140c, der eine geringe
Fläche darstellt, in einen Plasmazustand hohen Drucks gebracht,
und dementsprechend wird zusätzlich zu der vorgenannten
Wirkung der Erfindung eine weitere Verbesserung der Zündstabilität
erwartet. 12A to 12C 15 are sectional views illustrating main portions of spark plugs which can be applied to the plasma ignition system of the invention, respectively. 12A illustrates a plasma initiating candle 10a in which an insulation element 120a and a ground electrode 130a are formed in a cylindrical shape. 12B illustrates a spark plug 10b creeping discharge, the electricity along a lower end surface of an insulating element 120b discharges. 12C illustrates a spark plug 10c of the sliding spark type, in which a center electrode 110c and one of the center electrode 110c opposite ground electrode 130c a discharge room 140c define therebetween, the center electrode 110c is exposed to the interior of the machine. The plasma ignition system of the invention may suitably be applied to any of the spark plugs according to FIGS 12A to 12C be applied. When the plasma spark plug 10a according to 12A is used in the plasma ignition system, a collision force of a positive ion in a plasma state is reduced because the ground electrode 130a outside the inner diameter of a discharge space 140 is arranged. Thus, in addition to the aforementioned effect of the invention, electrode wear due to sputtering is reduced, so that the reliability as an ignition system further improves. If the spark plug 10b creeping or creeping discharge according to 12B is used in the plasma ignition system, which is in the discharge space 140b energy released as kinetic energy for movement in the discharge space 140b consumed because a discharge space 140b completely exposed to an interior of a combustion chamber of the machine. Accordingly, in addition to the aforementioned effect of the invention, almost all of the released energy is used for ignition of fuel, so that a further improvement in the ignition stability is expected. If the spark plug 10c according to 12C is used in the plasma ignition system, gas in the discharge space 140c , which is a small area, brought into a plasma state of high pressure, and accordingly, in addition to the aforementioned effect of the invention, a further improvement in ignition stability is expected.
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt und kann auf geeignete Weise modifiziert werden,
ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel umfasst
bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung
den Kondensator, der als die Energiespeichereinrichtung verwendet
wird, und die Drosselspule, die als die Verzögerungseinrichtung
verwendet wird. Wahlweise kann die Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung
der Erfindung eine Steuerschaltung umfassen, die ein Schaltelement
zur Steuerung der Energiezufuhr durch die Energiespeichereinrichtung
als die Energieeingabeverzögerungseinrichtung verwendet,
um Energie graduell bzw. allmählich in Stufen mit einer
gewünschten Zeitsteuerung freizusetzen. Als eine spezielle
Schaltungskonfiguration der Mehrstufen-Energieeingabeeinrichtung
zum Realisieren einer mehrstufigen Zündung kann jede Konfiguration verwendet
werden, solange sie ein erforderliches Energieniveau mit einer bestimmten
Zeitsteuerung in mehreren Stufen anwendet.The
The present invention is not limited to the above embodiments
limited and can be modified in a suitable way,
without departing from the scope of the invention. For example, includes
in the above embodiments, the multi-stage power input device
the capacitor used as the energy storage device
is, and the choke, as the delay device
is used. Optionally, the multi-stage power input device
the invention comprise a control circuit which is a switching element
for controlling the power supply by the energy storage device
used as the energy input delay device,
gradually or gradually in stages with energy
release desired time control. As a special one
Circuit configuration of the multi-stage power input device
Any configuration can be used to realize a multi-stage ignition
as long as they have a required energy level with a particular one
Applies time control in several stages.
Obwohl
das in einer einzelnen Verbrennungskraftmaschine angeordnete Plasmazündsystem
bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläutert
wurde, kann eine ähnliche Wirkung wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen
ebenso in einem Plasmazündsystem erwartet werden, das in
jedem Zylinder von mehr als einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet
ist.Even though
the plasma ignition system arranged in a single internal combustion engine
explained in the preceding embodiments
may have a similar effect as in the above embodiments
can also be expected in a plasma ignition system that is in
each cylinder arranged by more than one internal combustion engine
is.
Außerdem
wurde bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen das Beispiel
beschrieben, das als die Entladungsenergiequellenschaltung die Schaltung
verwendet, die Elektrizität nach Erhöhung der
Spannung von der Energiequelle durch Schalten der Zündspule
entlädt. Wahlweise kann das Plasmazündsystem als
die Zündspulenansteuerschaltung einen Anlass- bzw. Verstärkerkondensator
umfassen, der zwischen der Energiequelle und der Zündspule
in Reihe mit diesen angeordnet ist. Dann kann eine CDI ("capacitve
discharge ignition":kapazitive Entladungszündung) zum Erzeugen
einer hohen Spannung in der Sekundärspule eingesetzt werden,
indem eine in dem Anlass- bzw. Verstärkerkondensator gespeicherte
Ladung auf einmal in die Primärspule entladen wird, wodurch
sich ein magnetische Fluss der Zündspule rasch verändert.In addition, in the above embodiments, the example which uses, as the discharge power source circuit, the circuit which discharges electricity by increasing the voltage from the power source by switching the ignition coil has been described. Optionally, the plasma ignition system may include, as the ignition coil driving circuit, a starting capacitor arranged in series therewith between the power source and the ignition coil. Then, a capacitive discharge ignition (CDI) can be used to generate a high voltage in the secondary coil are set by discharging a charge stored in the starter capacitor into the primary coil at once, whereby a magnetic flux of the ignition coil changes rapidly.
Weitere
Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann leicht einfallen.
Die Erfindung in ihren weiteren Begriffen bzw. Bestimmungen ist
daher nicht auf die speziellen Einzelheiten, die repräsentativen
Vorrichtungen und die veranschaulichenden Beispiele beschränkt,
die gezeigt und beschrieben sind.Further
Advantages and modifications will occur to those skilled in the art.
The invention in its broader terms and provisions
Therefore, not on the specific details, the representative
Devices and the illustrative examples limited
which are shown and described.
Ein
Plasmazündsystem (1) für eine Verbrennungskraftmaschine
(40) umfasst eine Zündkerze (10), eine
Energiequelle (21, 31) und eine Mehrstufen-Energieeingabevorrichtung
(300). Die Zündkerze ist an der Maschine angebracht,
und die Zündkerze weist eine Mittelelektrode (110)
und eine Masseelektrode (130) auf, die einen Entladungsraum
(140) dazwischen definieren. Die Energiequelle führt
Zündenergie an die Zündkerze zu. Die Zündkerze
ist derart konfiguriert, dass Gas in dem Entladungsraum als Ergebnis
der Zuführung von hoher Energie an die Zündkerze
in einem kurzen Zeitraum durch die Energiequelle in einen Plasmazustand mit
hoher Temperatur und hohem Druck gebracht wird, um so eine Zündung
der Maschine durchzuführen. Die Mehrstufen-Energieeingabevorrichtung
gibt die Energie der Energiequelle in die Zündkerze in
einer Vielzahl von Stufen ein.A plasma ignition system ( 1 ) for an internal combustion engine ( 40 ) comprises a spark plug ( 10 ), an energy source ( 21 . 31 ) and a multi-stage power input device ( 300 ). The spark plug is attached to the engine and the spark plug has a center electrode ( 110 ) and a ground electrode ( 130 ), which has a discharge space ( 140 ) define in between. The energy source supplies ignition energy to the spark plug. The spark plug is configured such that gas in the discharge space is brought into a plasma state of high temperature and high pressure by the power source in a short period of time as a result of supplying high energy to the spark plug so as to perform ignition of the engine. The multi-stage power input device inputs the energy of the power source into the spark plug in a plurality of stages.
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- US 3581141 [0004] - US 3581141 [0004]