DE102009001945B4

DE102009001945B4 - Zündvorrichtung

Info

Publication number: DE102009001945B4
Application number: DE102009001945.6A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Takeuchi; Masamichi Shibata
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2020-04-23
Anticipated expiration: 2029-03-28
Also published as: JP5015910B2; US20090244802A1; DE102009001945A1; JP2009259776A; US8061321B2

Abstract

Zündvorrichtung (1) mit:einer Mittelelektrode (110), die eine lange Stielform aufweist,einem Isolator (120), der eine rohrförmige Form aufweist, wobei der Isolator (120) die Mittelelektrode (110) abdeckt und sich unter die Mittelelektrode (110) erstreckt, undeiner Massenelektrode (130), die einen ersten offenen Abschnitt (131) aufweist, der mit einem offenen Abschnitt des Isolators (120) in Verbindung ist, wobei die Massenelektrode (130) den Isolator abdeckt,wobei die Mittelelektrode (110), der Isolator (120) und die Massenelektrode (130) einen Entladungsraum (140) der Zündvorrichtung (1) definieren,wobei der Entladungsraum (140) mit einer hohen Spannung von einer Entladungsenergiequelle (20) und einem hohen Strom von einer Plasmaenergiezufuhrenergiequelle (30) versehen wird, um ein Plasma mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in dem Entladungsraum (140) zu bilden, wobei das Plasma in eine Verbrennungskammer ausgestoßen wird, um zu zünden, wobeidie Massenelektrode (130) einen zweiten offenen Abschnitt (132) umfasst, der einen Rotationszufuhrraum (141) als einen Rotationszufuhrmechanismus (141) umfasst, der durch eine rohrförmige Umfangswand (133) gebildet, die zu einer apikalen Endseite des ersten offenen Abschnitts (131) herausragt, wobei der erste offene Abschnitt (131) umgeben wird, und wobeider Rotationszufuhrmechanismus (141) konfiguriert ist, der Gasströmung, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, und die aus dem Entladungsraum (140) ausgestoßen wird, eine Rotationskraft in einer Richtung von dem Umfang zu der Mitte der Gasströmung zuzuführen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung mit einer verbesserten Zündleistungsfähigkeit, die für eine Brennkraftmaschine verwendet wird.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
Es ist für eine Brennkraftmaschine, die an Maschinen, wie beispielsweise Automobilen, angebracht ist, erforderlich, einen verbesserten Kraftstoffverbrauch und eine magere Verbrennung aufzuweisen, um umwelttechnisch unerwünschte Substanzen, wie beispielsweise Stickoxide und Kohlendioxid, zu verringern, die in dem Abgas beinhaltet sind.
Eine effektive Verbrennungseinrichtung, die ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch verwendet, bei dem eine herkömmliche Zündkerze des Zündfunkenentladungstyps eine Zündung nicht ausführen kann, ist als eine erwünschte Brennkraftmaschine angesehen worden, die den Verbrennungswirkungsgrad verbessern kann und diese Fahrzeugemissionen mit einem Mechanismus zum Injizieren bzw. Einspeisen eines Plasmas mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in die Brennkraftmaschine verringern kann.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2006 - 294 257 A offenbart eine derartige Zündvorrichtung, die ein Gehäuse zum Abtrennen einer Kammer mit einer Öffnung und einer Bodenseite, die zu der Öffnung entgegengesetzt angeordnet ist, und mit einem kreisförmigen Querschnitt, eine externe Elektrode, die bei einer Oberfläche des Gehäuses bereitgestellt ist, die ein Loch zur Verbindung der Öffnung der Kammer mit der Außenseite umfasst, und eine Mittelelektrode umfasst, die bei einer Bodenfläche der Kammer bereitgestellt ist.
Ein Plasma wird in der Kammer erzeugt, indem eine Spannung zwischen der Mittelelektrode und der externen Elektrode angelegt wird, um einen Plasmastrahl durch die Öffnung der Kammer auszustoßen. Der Nutzinhalt der Kammer beträgt 10mm³ oder weniger, und das Längenverhältnis zwischen der axialen Länge und dem Innendurchmesser der Kammer beträgt zwei oder mehr.
Diese Zündvorrichtung ermöglicht es dem ausgestoßenen Plasma, das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist und in der Kammer erzeugt wird, eine große Entfernung zu durchlaufen, und ermöglicht es der Kraftstoffdichte des Luft-KraftstoffGemisches, relativ hoch zu sein, wenn eine magere geschichtete Verbrennung verwendet wird. Folglich ist erwartet worden, dass diese Zündvorrichtung die Zündleistungsfähigkeit der mageren Kraftstoffverbrennung verbessert.
Diese Zündvorrichtung ermöglicht es jedoch dem in die Brennkraftmaschine ausgestoßenen Plasma, einen zugehörigen hohen Energiezustand lediglich für eine sehr kurze Zeit aufgrund des hohen Stroms, der in einen Entladungsraum für eine sehr kurze Zeit, 10µsekunden oder weniger, zugeführt wird, aufrechtzuerhalten, was durch einen Isolationsdurchschlag in dem Entladungsraum durch ein Zuführen eines hohen Stroms verursacht wird.
Folglich ist eine relativ hohe Energie, beispielsweise 200 mJ, erforderlich gewesen, um zu veranlassen, dass Flammenkerne in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch wachsen und sich ausbreiten, um zu zünden. Ferner hat ein Voranschreiten in dem Dichtegrad des Magergemischgases eine Grenze erreicht, obwohl eine derart hohe Energie bereitgestellt worden ist. Außerdem hat die Anwendung der hohen Energie Elektroden drastisch abgenutzt, was die Verbesserung der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Zündvorrichtung begrenzt hat.
In letzter Zeit hat eine Fluidisierung des hohen Gases in der Brennkammer durch ein verbessertes Verwirbelungsverhältnis oder durch eine Erzeugung leistungsstarker Taumelwirbel in der Brennkammer unter Verwendung eines Aufladers, um Kraftstoff mit komprimierter Luft in geeigneter Weise zu mischen, Fortschritte gemacht.
Aus diesem Grund könnte die herkömmliche Plasmazündvorrichtung in diesen Brennkraftmaschinen nicht in einfacher Weise eine Zündung ausführen, da Flammenkerne, die in eine Brennkammer ausgestoßen werden, durch die leistungsstarke Gasströmung, die in der Kammer erzeugt wird, ausgeblasen werden, wodurch sie Energie verlieren, bevor sie auf eine ausreichend große Größe anwachsen, die für eine Zündung erforderlich ist.
Die Druckschrift US 2007 / 0 221 157 A1 beschreibt eine Plasmastrahlzündkerze mit einer Metallhülle, einem in der Metallhülle gehaltenen elektrischen Isolator, einer in einem axialen Loch des elektrischen Isolators gehaltenen Mittelelektrode, um einen Hohlraum durch eine vordere Endfläche der Mittelelektrode und eine innere Umfangsfläche des Isolator-Axiallochs zu definieren, und einer Massenelektrode, die an einer vorderen Endfläche des elektrischen Isolators angebracht ist und mit einer Öffnung für eine Verbindung zwischen dem Hohlraum und der Außenseite der Zündkerze ausgebildet ist.
Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2007 055 873 A1 beschreibt eine Plasmazündvorrichtung, die eine Plasmazündkerze und eine Hochspannungsstromquelle zum Anlegen einer Hochspannung zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode der Plasmazündkerze aufweist. Die Mittelelektrode und die Masseelektrode sind durch ein Isolatorbauteil voneinander isoliert. Gas in einem Entladungsraum, der durch eine Innenwand des Isolatorbauteils definiert wird, wird aufgrund des Anlegens der Hochspannung in einen Plasmazustand überführt, der eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, um in eine Brennkraftmaschine zum Zünden eingespritzt zu werden. Eine Drallerzeugungseinheit ist an einer Fläche der Innenwand so angeordnet, dass das Gas im Plasmazustand von dem Entladungsraum eingespritzt wird, während sich das Gas dreht.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündvorrichtung bereitzustellen, die Flammenkerne veranlasst zu wachsen, und die einen guten Wert bezüglich einer Zündleistungsfähigkeit und Haltbarkeit aufweist, und die ausgelegt ist, durch ein Ausstoßen von Plasma in eine Brennkammer einer Nichtentflammbar-Brennkraftmaschine bzw. einer Brennkraftmaschine, die einen Brennstoff mit relativ niedriger Entflammbarkeit verwendet, wie beispielsweise eine Magergemisch-Homogenkraftstoff-Brennkraftmaschine, eine Magergemischschichtungsbrennkraftmaschine, eine Aufladergemischbrennkraftmaschine und eine Ammoniakbrennkraftmaschine zu zünden.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine Zündvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung umfasst eine Mittelelektrode, einen Isolator und eine Massenelektrode. Die Mittelelektrode weist eine lange Stielform auf. Der Isolator weist eine rohrförmige Form auf und deckt die Mittelelektrode ab. Der Isolator erstreckt sich unter die Mittelelektrode. Die Massenelektrode weist einen offenen Abschnitt auf, der mit einem offenen Abschnitt des Isolators in Verbindung ist.
Die Massenelektrode deckt den Isolator ab. Die Mittelelektrode, der Isolator und die Massenelektrode definieren einen Entladungsraum der Zündvorrichtung.
Der Entladungsraum wird mit einer hohen Spannung von einer Entladungsenergiequelle und mit einem hohen Strom von einer Plasmaenergiezufuhrenergiequelle versehen, um ein Plasma mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in dem Entladungsraum zu bilden. Das Plasma wird in eine Brennkammer ausgestoßen, um eine Zündung zu verursachen.
Ein Rotationszufuhrmechanismus ist bereitgestellt, der der Gasströmung, die von dem Entladungsraum ausgestoßen wird und eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, eine Rotationskraft zuführt. Die Rotationskraft wirkt in einer Richtung von dem Umfang zu der Mitte der Gasströmung.
Die vorstehend beschriebene Zündvorrichtung veranlasst, dass das Plasma mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in einer Form eines donutförmigen Wirbelrings durch den Rotationszufuhrmechanismus ausgestoßen wird, der dem Gas die Rotationskraft in der Richtung von dem zugehörigen Umfang zu der zugehörigen Innenseite zuführt.
Die Wirbelringe drehen sich in der Brennkammer und schreiten darin nach vorne voran, so dass sie einen geringeren Luftwiderstand empfangen und sich somit eine lange Entfernung bewegen können. Der Wirbelring umfasst das Gas mit der hohen Energie und stellt die hohe Energie dem Luft-Kraftstoff-Gemisch bereit, während er das umgebende Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die zugehörige Rotationsbewegung absorbiert, was es einem jeweiligen Flammenkern ermöglicht, in der Form der Donutform anzuwachsen.
Die Zündvorrichtung, die es den Flammenkernen ermöglicht, stetig anzuwachsen, verbessert die Zündleistungsfähigkeit einer Nichtentflammbar-Brennkraftmaschine bzw. einer Brennkraftmaschine, die einen Brennstoff mit relativ niedriger Entflammbarkeit verwendet, wie beispielsweise einer Magergemisch-Homogenkraftstoff-Brennkraftmaschine, einer Magergemischschichtungsbrennkraftmaschine und einer Aufladergemischbrennkraftmaschine. Dementsprechend weist die vorstehend beschriebene Zündvorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit bezüglich der Zündleistungsfähigkeit auf.
Ferner kann die Zündvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung die Energie, die von der Plasmaenergiezufuhrenergiequelle bereitgestellt wird, innerhalb der Flammenkerne für eine lange Zeit halten, was es ermöglicht, dass die Energie in effektiver Weise für das Anwachsen der Flammenkerne verwendet wird, und ermöglicht, dass die Zündung mit einer niedrigen Energie ausgeführt wird. Dementsprechend begrenzt die Zündvorrichtung eine Abnutzung der Elektroden, wodurch eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit für die Zündvorrichtung bereitgestellt werden.
Spezifisch kann der offene Abschnitt der Massenelektrode als ein erster offener Abschnitt bestimmt sein, und der Rotationszufuhrmechanismus kann als ein zweiter offener Abschnitt ausgelegt sein, der bei einer apikalen Endseite des ersten offenen Abschnitts bereitgestellt ist, wobei der zweite offene Abschnitt einen Rotationszufuhrraum bereitstellt, der durch eine zugehörige rohrförmige Umfangswandseite definiert ist.
Die Zündvorrichtung erzeugt einen deutlichen Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Mittelabschnitt und dem Außenumfangsabschnitt des Gases mit der hohen Energie aufgrund des ausgeweiteten offenen Bereichs im Querschnitt in dem Rotationszufuhrraum, der es ermöglicht, dass das aus dem ersten offenen Abschnitt ausgestoßene Gas hindurchgeht. Dieser Geschwindigkeitsunterschied erzeugt eine leistungsstarke Rotationskraft in dem Gas mit der hohen Energie und erzeugt einen Wirbelring, der sich dreht, während er sich in die radiale Außenrichtung ausdehnt.
Das Gas mit der hohen Energie ist innerhalb des Wirbelrings durch die Drehung bzw. Rotation des Wirbelrings umschlossen, ohne zerstreut zu werden. Ferner wird das umgebende Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Wirbelring durch die Rotationskraft eingeschlossen, wobei es mit dem Gas mit der hohen Energie in effektiver Weise reagiert. Somit wächst jeder Flammenkern schnell an, während er weiterhin die zugehörige Wirbelringform beibehält. Dementsprechend ist die Zündvorrichtung mit einer guten Zündleistungsfähigkeit versehen.
Genauer gesagt soll die Zündvorrichtung die nachstehende Gleichung 1 erfüllen. $1,0 \times D 1 < D 2 < 4,5 \times D 1$
In dieser Gleichung bezieht sich D1 auf einen Öffnungsdurchmesser des ersten offenen Abschnitts und D2 bezieht sich auf eine Entfernung zwischen zwei gegenüberliegenden Wandflächen des zweiten offenen Abschnitts.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass es die vorstehend genannte Anordnung, die die Beziehung zwischen dem Öffnungsdurchmesser D1 des ersten offenen Abschnitts und der Entfernung D2 zwischen zwei gegenüberliegenden Wänden des zweiten offenen Abschnitts definiert, ermöglicht, dass der Wirbelring am längsten aufrechterhalten wird.
Ferner soll die Zündvorrichtung die nachstehende Gleichung 2 erfüllen. $0 < H 2 \leq 2,7$
In dieser Gleichung bezieht sich H2 (mm) auf eine Höhe der Umfangswandfläche des zweiten offenen Abschnitts.
Die Erfinder haben ebenso herausgefunden, dass es die vorstehend genannte Anordnung der Höhe H2 der Umfangswandfläche des zweiten offenen Abschnitts ermöglicht, dass der Wirbelring am längsten aufrechterhalten wird.
Ferner kann eine Innenfläche der Umfangswand des zweiten offenen Abschnitts teilweise zu der Außenseite hin kreisförmig konkav sein.
Eine derartige Konfiguration erzeugt einen Wirbelring, der sich in dem konkav ausgebildeten Rotationszufuhrraum dreht, während er sich in der radialen Außenrichtung ausdehnt. Hierbei beschleunigt, während der Wirbelring in dem Rotationszufuhrraum steht, das nachfolgende Plasma, das ausgestoßen wird, die Umfangsgeschwindigkeit des Wirbelrings aus dem Entladungsraum.
Wenn die Umfangsgeschwindigkeit einen im Wesentlichen hohen Grad erreicht, gelangt ein Teil des Wirbelrings aus dem Rotationszufuhrraum, was den Rest zieht, wobei somit eine größere Größe des Wirbelrings von dem apikalen Ende des zweiten offenen Abschnitts in die Brennkammer ausgestoßen wird.
Diese Wirkung induziert eine leistungsstarke Rotationskraft und ermöglicht es, dass der Flammenkern in der aufrechterhaltenen Wirbelringform anwächst, was die Zündvorrichtung mit einer guten Zündleistungsfähigkeit versieht.
Ferner wird die Innenfläche der Umfangswand des zweiten offenen Abschnitts teilweise hin zu einem zugehörigen apikalen Ende verengt, um einen Rotationszufuhrraum zu bilden, der eine im Wesentlichen kreisförmige Kegelform aufweist.
Eine derartige Konfiguration erzeugt einen Wirbelring, der sich in dem Rotationszufuhrraum mit der kreisförmigen Kegelform dreht, während er sich in der radialen Außenrichtung ausdehnt. Hierbei beschleunigt, während der Wirbelring in dem Rotationszufuhrraum steht, das nachfolgende Plasma, das ausgestoßen wird, die Umfangsgeschwindigkeit des Wirbelrings aus dem Entladungsraum.
Wenn die Umfangsgeschwindigkeit einen im Wesentlichen hohen Grad erreicht, gelangt ein Teil des Wirbelrings aus dem Rotationszufuhrraum, was die verbleibende größere Größe des Wirbelrings, der von dem apikalen Ende des zweiten offenen Abschnitts ausgestoßen wird, in eine Brennkammer zieht.
Diese Wirkung induziert eine leistungsstarke Rotationskraft und ermöglicht es, dass der Flammenkern in der Wirbelringform anwächst, was eine Zündvorrichtung mit guter Zündleistungsfähigkeit bereitstellt.
Ferner kann die Zündvorrichtung so ausgebildet sein, dass sie die nachstehende Gleichung 3 erfüllt. $D 1 / D 1 \geq 1,5$
In dieser Gleichung bezieht sich H1 auf die Länge einer inneren Umfangswand des Isolators zwischen der unteren Endfläche der Mittelelektrode und dem oberen Ende einer inneren Umfangswand des Öffnungsabschnitts der Massenelektrode, wobei beide den Ausstoßraum durch eine Kombination bilden, und D1 bezieht sich auf den Innendurchmesser der inneren Umfangswand des Isolators.
Diese Zündvorrichtung ermöglicht es, dass ein derartiges ausgestoßenes Hochenergiegas eine Wirbelringform ausreichend lange in dem Entladungsraum aufrechterhält, um eine gute Zündleistungsfähigkeit bereitzustellen.
Ferner ermöglicht die Zündvorrichtung es dem Gas mit der hohen Energie, einen stabilen Wirbel unter einem niedrigen Längenverhältnis zu bilden, was eine erforderliche Spannung verkleinern kann und eine Haltbarkeit verbessern kann.
Der hohe Strom von der Plasmaenergiezufuhrenergiequelle kann in einer geteilten Art und Weise durch einen Impulsstrom in Bezug auf eine einzelne Bereitstellung der hohen Spannung von der Entladungsenergiequelle zugeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass der Flammenkern weiter anwächst, indem es zugelassen wird, dass der Flammenkern eine höhere Energie von dem nachfolgenden Plasma absorbiert, das die Umfangsgeschwindigkeit des Wirbelrings beschleunigt, indem der Flammenkern, der in der Form des weiterhin anwachsenden Wirbelrings ausgestoßen wird, getroffen wird. Dies kann eine Zündvorrichtung mit einer hervorragenden Zündleistungsfähigkeit bereitstellen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Gesamtdarstellung, die eine Zündvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2A eine schematische Darstellung einer Ersatzschaltung der Zündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2B eine Stromkennliniendarstellung, die die gleiche Ersatzschaltung der Zündvorrichtung zeigt,
3A eine schematische Darstellung einer weiteren Ersatzschaltung der Zündvorrichtung, die in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist,
3B eine Stromkennliniendarstellung, die die gleiche Ersatzschaltung der Zündvorrichtung zeigt,
4A eine Analysendarstellung, die eine Simulation bei einem Zustand 0,1ms, nachdem das Plasma ausgestoßen ist, zeigt,
4B eine Analysendarstellung, die eine Simulation bei einem Zustand 0,35ms, nachdem das Plasma ausgestoßen ist, zeigt,
5A und 5B schematische Diagramme, die einen von der Zündvorrichtung ausgestoßenen Flammenkern zeigt, der von einem in 5A gezeigten Zustand zu einem in 5B gezeigten nachfolgenden Zustand anwächst,
6A eine Teilschnittdarstellung, die ein Plasma zeigt, das von der Zündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestoßen wird,
6B ein schematisches Diagramm, das den wachsenden Flammenkern gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
7A eine Teilschnittdarstellung, die ein Plasma zu einer Zeit zeigt, bei der es von einem Vergleichsbeispiel einer herkömmlichen Zündvorrichtung ausgestoßen wird,
7B ein schematisches Diagramm, das einen Flammenkern in einem Wachstumsvorgang in der herkömmlichen Zündvorrichtung zeigt,
8 ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels in Bezug auf eine Verbrennungsvariation zeigt,
9 ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels in Bezug auf das Magergrenze-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt,
10 ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels in Bezug auf die Verbrennungsleistungsfähigkeit zeigt,
11 ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels in Bezug auf die erforderliche Energie zeigt,
12 ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die verbesserte Haltbarkeit, insbesondere die Variation der Abnutzungsgröße einer Elektrode in Bezug auf die zugeführte Energie zeigt,
13 ein charakteristisches Diagramm der Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels in Bezug auf die optimale Bedingung der Entfernung zwischen zwei Wandflächen,
14 ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkung der Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel in Bezug auf die Höhe der Wandfläche zeigt,
15 ein charakteristisches Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsbeispiels in Bezug auf das Längenverhältnis zeigt,
16A eine Teilschnittdarstellung und eine Bodenansicht, die die Zündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen,
16B und 16C Teilschnittdarstellungen und Bodenansichten, die einen modifizierten Rotationszufuhrmechanismus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen,
17A eine Teilschnittdarstellung, die eine Zündkerze 10c gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
17B eine Strömungsanalysendarstellung bei einem Zustand 0,35ms, nachdem das Gas ausgestoßen ist,
17C eine vergrößerte Darstellung des Teils „A“, der in 17B angezeigt ist,
18A eine Teilschnittdarstellung der Zündkerze 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
18B eine Strömungsanalysendarstellung bei einem Zustand 0,35ms, nachdem das Gas ausgestoßen ist,
18C eine vergrößerte Darstellung des Teils „A“, der in 18B angezeigt ist,
19A eine Teilschnittdarstellung einer Zündkerze 10d gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
19B eine Teilschnittdarstellung, die eine Schwierigkeit des dritten Ausführungsbeispiels zeigt,
20A eine Teilschnittdarstellung einer Zündkerze 10e gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
20B eine Teilschnittdarstellung einer Zündkerze 10f gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
21A eine Teilschnittdarstellung, die eine Zündkerze 10g gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
21B eine Teilschnittdarstellung, die eine Zündkerze 10h gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und
21C eine Teilschnittdarstellung, die eine Zündkerze 10i gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Eine Zündvorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Zündvorrichtung umfasst eine Zündkerze 10, eine Entladungsenergiequelle 20, die zum Anlegen einer hohen Spannung an die Zündkerze 10 verwendet wird, und eine Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30, die zur Zufuhr eines hohen Stroms zu der Zündkerze 10 verwendet wird. Die Zündkerze 10 ist an einer Kraftmaschine 40 angebracht, wobei ein zugehöriges apikales bzw. die Spitze betreffendes Ende in einer Brennkammer 400 freigelegt ist.
Die Zündkerze 10 umfasst eine Mittelelektrode 110 mit einer langen Stielform, einen Isolator 120 mit einer rohrförmigen Form, die ausgebildet ist, um die Mittelelektrode 110 von einem zugehörigen Außenumfang isoliert abzudecken und zu halten, und eine Massenelektrode 130, die eine rohrförmige Form aufweist, zum Abdecken des Isolators 120.
Die Mittelelektrode 110 ist aus einem Material mit einem hohen Wärmewiderstand und einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt. Die Mittelelektrode 110 besteht bei einer zugehörigen Basisendseite aus einem Mittelelektrodenzwischenglied 111, das mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit und einer guten Wärmeleitfähigkeit versehen ist, und einem Mittelelektrodenanschlussabschnitt 112 bei einem zugehörigen Basisende, um mit der Entladungsenergiequelle 20 und der Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30 gekoppelt zu werden.
Der Isolator 120 ist aus hochreinem Aluminiumoxid hergestellt, das mit einem guten Wärmewiderstand, einer guten mechanischen Stärke, einer guten dielektrischen Stärke bei einer hohen Temperatur und einer guten Wärmeleitfähigkeit versehen ist. Der Isolator 120 weist eine rohrförmige Form auf und erstreckt sich unter das apikale Ende der Mittelelektrode 110.
Der Isolator 120 umfasst einen Eingriffsabschnitt 121 bei einem zugehörigen Mittelabschnitt mit einem vergrößerten Durchmesser, der in Eingriff mit einer Innenseite eines Gehäuses 13 über ein (nicht gezeigtes) Dichtungselement ist, das zwischen dem Isolator 120 und dem Gehäuse 13 abdichtet.
Der Isolator 120 umfasst einen Kopfabschnitt 123 mit einer geriffelten Form bei der zugehörigen Basisendseite, der den Mittelelektrodenanschlussabschnitt 112 von einer Oberfläche des Gehäuses 13 isoliert, um eine Ableitung der hohen Spannung zu verhindern.
Die Massenelektrode 130, die aus einem elektrisch leitfähigen Metall hergestellt ist, ist in einer rohrförmigen Form ausgebildet, um den Isolator 120 abzudecken, und weist einen ersten offenen Abschnitt 131 auf, der mit einem offenen Bodenendabschnitt des Isolators 120 in Verbindung ist.
Die Massenelektrode 130 biegt sich bei einer zugehörigen apikalen Endseite hin zu der Mitte, um einen Bodenabschnitt des Isolators 120 teilweise abzudecken. Ein Entladungsraum 140 ist bereitgestellt, der durch eine innere Umfangswand des Isolators 120, eine Bodenfläche der Mittelelektrode 110 und den ersten offenen Abschnitt 131 definiert ist.
Die Massenelektrode 130 besteht aus einem zweiten offenen Abschnitt 132, der einen Rotationszufuhrraum 141 als den Rotationszufuhrmechanismus umfasst, der der Hauptaufbau der vorliegenden Erfindung ist. Der Rotationszufuhrraum 141 ist durch eine rohrförmige Umfangswand 133 gebildet, die zu der apikalen Endseite des ersten offenen Abschnitts 131 herausragt, wobei der erste offene Abschnitt 131 umgeben wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Länge H1 des Entladungsraums 140, die Höhe H2 der inneren Umfangswandfläche 133 des zweiten offenen Abschnitts 132, der Innendurchmesser des Entladungsraums 140 (d.h. der Innendurchmesser D1 des ersten offenen Abschnitts 131 und der Innendurchmesser D2 des zweiten offenen Abschnitts 132) mit den nachstehend genannten Größen versehen, um die Beziehung zwischen ihnen durch die nachstehend genannten Größen zu erfüllen.
Die Länge H1 ist eine Entfernung zwischen den Bodenoberflächen der Mittelelektrode 110, die in dem Entladungsraum 140 freigelegt ist, und der Grenze zwischen der inneren Umfangswand des ersten offenen Abschnitts 131 und dem Isolator 120. $\begin{matrix} D 1 = 3,0 mm, & H 2 = 1,0 mm, & D 1 = 1,3 mm, & D 2 = 3,0 mm . \end{matrix}$
$0 \times D 1 < D 2 < 4,5 \times D 1$
$0 < H 2 \leq 2,7$
$H 1 / D 1 \geq 1,5$
Die Massenelektrode 130 ist aus einer Rückseitenelektrode 134 mit einer rohrförmigen Form aufgebaut, die sich zu der Basisendseite hin erstreckt, und deren Wände einander mit einem Zwischenstück aus der Mittelelektrode 110 und dem Isolator 120 gegenüberliegen.
Die Rückseitenelektrode 134 ist bei einer zugehörigen Basisendseite mit einem Gehäuse 13 angebracht, das an eine Wandfläche 40 einer (in 1 nicht gezeigten) Brennkammer 400 fixiert ist, was es dem zweiten offenen Abschnitt 132 neben einem Halten des Isolators 120 ermöglicht, in der Brennkammer freigelegt zu sein, und die Massenelektrode 130 mit der Innenwandfläche 40 elektrisch zu verbinden.
Die Rückseitenelektrode 134 ist bei einem zugehörigen äußeren Umfang mit einem Gewindeabschnitt 135 versehen, um in einer eingeschraubten Art und Weise angekoppelt zu werden. Das Gehäuse 13 ist bei einem zugehörigen äußeren Umfangsabschnitt in der Basisendseite mit einem Sechseckabschnitt 136 versehen, der zum Festschrauben des Gewindeabschnitts 135 verwendet wird. Ein Dichtungsabschnitt bzw. Verstemmabschnitt 137 ist ebenso bereitgestellt, um den Isolator 120 an dem Gehäuse durch Abdichten bzw. Verstemmen zu fixieren.
2A veranschaulicht eine Ersatzschaltung der Zündvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Entladungsenergiequelle 20 besteht aus einer ersten Energiequelle 21, einem Zündschalter 22, einer Zündspule 23, einer Zündspulenansteuerungsschaltung 24, einer elektronischen Steuerungsvorrichtung 25, einer ersten Gleichrichterzelle 26 und einem Funkrauschenabsorptionswiderstand 27.
Die Entladungsenergiequelle 20 sollte so angeordnet sein, dass die erste Gleichrichterzelle 26 aus der Mittelelektrode 110 eine positive Elektrode macht, um einen Verschleiß der Elektrode zu begrenzen.
Die Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30 besteht aus einer zweiten Energiequelle 31, einem Funkrauschenabsorptionswiderstand 32, einer zweiten Gleichrichterzelle 34 und Plasmaenergieladekondensatoren 33.
Die Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30 sollte so angeordnet sein, dass die zweite Gleichrichterzelle 34 aus der Mittelelektrode 110 eine positive Elektrode macht, um einen Verschleiß der Elektrode zu begrenzen.
Wenn durch eine hohe Spannung, die von der Entladungsenergiequelle 20 angelegt wird, eine Durchschlagsentladung stattfindet, die die Isolation des Entladungsraums 140 durchbricht, fließt einer hoher Strom IP, der durch eine Energie erzeugt wird, die in den Plasmaenergieladekondensatoren 33 zurückgehalten wird, auf einmal in einer sehr kurzen Entladungszeit TP. 2B zeigt die Beziehung zwischen dem Entladungsstrom IP, der zugeführten Energie und der Entladungszeit TP.
3A veranschaulicht eine andere Ersatzschaltung der Zündvorrichtung 1. Zusätzlich zu den in 2A gezeigten Elementen ermöglicht eine Bereitstellung einer Vielzahl von Drosselspulen 35 und Kondensatoren 33 parallel zu dem Plasmaenergieentladungskondensatoren 33, dass eine derartige Energie, wie es in 3B gezeigt ist, durch eine Vielzahl starker Impulse in einer einzelnen Zündung aufgeteilt zugeführt wird, was die gleiche Größe wie die Energie aufweist, als ob sie auf einmal entladen wird. Eine der Drosselspulen 35 bei einer Stromabwärtsseite weist eine niedrige Induktivität auf, während eine andere eine hohe Induktivität aufweist.
Bei diesem Aufbau durchbricht die Durchschlagentladung von der Entladungsenergiequelle 20 die Isolation des Entladungsraums 140, worauf drei aufeinanderfolgende Entladungen folgen. Zuerst entlädt der Kondensator 33, der nicht mit der Drosselspule 35 versehen ist, einen ersten hohen Strom, dann entlädt der Kondensator 33, der mit der Drosselspule 35 mit niedriger Induktivität versehen ist, einen verzögerten zweiten Strom, und schließlich entlädt der Kondensator 33, der mit der Drosselspule 35 mit hoher Induktivität versehen ist, einen weiter verzögerten dritten Strom.
Vorteile des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 beschrieben. 4A ist eine Analysendarstellung, die eine Simulation bei einem Zustand 0,1ms, nachdem das Plasma ausgestoßen ist, zeigt, und 4B ist eine Analysendarstellung, die eine Simulation bei einem Zustand 0,35ms, nachdem das Plasma ausgestoßen ist, zeigt.
5A und 5B sind schematische Diagramme, die einen Flammenkern, der von der Zündvorrichtung ausgestoßen wird, zeigen, der von einem in 5A gezeigten Zustand zu einem nachfolgenden in 5B gezeigten Zustand anwächst.
6A ist eine Teilschnittdarstellung, die die Zündkerze 10 zu einer Zeit einer Entladung zeigt, und 6B ist ein schematisches Diagramm, das den Wachstumsvorgang des Flammenkerns in der Zündvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
7A und 7B zeigen ein Vergleichsbeispiel einer herkömmlichen Zündkerze 10z, wobei 7A eine schematische Teilschnittdarstellung ist, die die Zündkerze 10z zu der Zeit einer Entladung zeigt, und 7B ein schematisches Diagramm ist, das einen Wachstumsvorgang des Flammenkerns in der herkömmlichen Zündvorrichtung zeigt.
In dieser herkömmlichen Zündkerze 10z durchschlägt, wenn eine hohe Spannung von der Entladungsenergiequelle 20 angelegt wird, diese die Isolation zwischen der unteren Endoberfläche der Mittelelektrode 110 und dem offenen Massenelektrodenabschnitt 131, wobei eine Durchschlagsentladung BDW erzeugt wird, die an der Innenwandoberfläche des Isolators 120 entlangläuft.
Zu dieser Zeit fließt ein hoher Strom von der Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30, der veranlasst, dass Elektronen mit einer hohen Energie um eine Entladungsroute herum entladen werden, und der veranlasst, dass ein Gas in dem Entladungsraum 140 ionisiert wird und aus dem Entladungsraum 140 in einem Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck ausgestoßen wird.
In diesem Zustand dehnt sich, wie es in den 4A und 6A gezeigt ist, ein Plasma PZ, das aus dem Entladungsraum 140 ausgestoßen wird, in einer radialen Richtung in dem Rotationszufuhrraum 141, der als der Rotationszufuhrmechanismus bereitgestellt ist, aus, was die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Mittelabschnitt des aus dem Entladungsraum 140 ausgestoßenen Plasmas und der Umgebung der inneren Umfangswandfläche 133 des zweiten offenen Abschnitts 132 vergrößert. Dies veranlasst das Plasma, eine Wirbelströmung zu bilden, die sich von einer zugehörigen Innenseite zu der Außenseite bewegt.
Die Wirbelströmung versieht das Plasma PZ mit einer Rotationskraft, wobei, wie es in 4B gezeigt ist, die Rotationskraft damit fortfährt, zu wirken, nachdem es aus dem Rotationskraftzufuhrraum 141 ausgestoßen ist, was das Gas veranlasst, ein Wirbelfeld und einen Wirbelring zu bilden, wie es in 6B gezeigt ist, der sich in der Ausstoßrichtung bewegt, während er sich in der radialen Richtung ausdehnt und rotiert.
Der Wirbelring, der sich drehend in der Brennkammer 400 bewegt, erfährt einen geringeren Luftwiderstand, so dass er sich für eine lange Entfernung bewegen kann und dass er es den Flammenkernen ermöglicht, eine gewünschte Position in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erreichen.
Zusätzlich umschließt, wie es in 5A gezeigt ist, der Wirbelring das Gas PZ, das eine hohe Energie aufweist, und stellt die umschlossene hohe Energie dem Luft-Kraftstoff-Gemisch bereit, während er das umgebende Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die zugehörige Rotationsbewegung absorbiert.
Ferner veranlasst die starke Rotationskraft den Wirbelring, auch in einem Zylinder (einer Brennkammer), in der das Gas strömt, nach vorne voranzuschreiten. Folglich kann sich ein nicht ausgereifter Flammenkern, der nicht genug angewachsen ist und der gerade aus der Zündkerze 10 ausgestoßen worden ist, zu einer gewünschten Position in der Brennkammer bewegen, ohne durch die Gasströmung in dem Zylinder ausgeblasen zu werden.
Ferner wächst, wie es in den 5B und 6B gezeigt ist, der Flammenkern in ausreichender Weise durch die Rotationskraft des Rings an, wobei das umgebende Luft-Kraftstoff-Gemisch absorbiert wird, während er die zugehörige donutartige Form beibehält.
Folglich wächst der Flammenkern stetig an und verbessert die Zündleistungsfähigkeit auch in einer Magergemischbrennkraftmaschine, was eine Zündvorrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit in der Zündleistungsfähigkeit bereitstellt.
Ferner weist der Wirbelring einen Vorteil bezüglich einer Fähigkeit zum Einschließen des Gases auf, was es dem Flammenkern ermöglicht, in sich die Energie, die von der Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30 bereitgestellt wird, für eine lange Zeit zu halten. Folglich verwendet der Flammenkern die Energie in effektiver Weise, wodurch eine einfache Zündung mit geringerer Energie die Folge ist.
Wie es in 6B gezeigt ist, fährt der Flammenkern mit einer Wirbelringform, die von der Zündkerze 10 ausgestoßen wird, damit fort, in der Brennkammer 400, in der eine Gasströmung, wie beispielsweise ein Taumelwirbel und eine Verwirbelung, erzeugt wird, mit der zugehörigen starken Rotationskraft und dem Fortschreiten durch ein Umschließen des umgebenden Luft-Kraftstoff-Gemisches anzuwachsen und nach vorne voranzuschreiten.
Der angewachsene Flammenkern, der eine relativ große Größe, einen stabilen Zustand und eine langsamere Bewegung aufweist, wächst weiter durch eine Bewegung in der Brennkammer 400 mit der Gasströmung und durch ein Umschließen des Luft-KraftstoffGemisches. Dieser Mechanismus ermöglicht es dem Flammenkern, in einer Nichtentflammbar-Brennkraftmaschine bzw. einer Brennkraftmaschine, die einen Brennstoff mit relativ niedriger Entflammbarkeit verwendet, wie beispielsweise einer Magergemischbrennkraftmaschine und einer Aufladerbrennkraftmaschine zu zünden.
Demgegenüber bildet, wie es in 7A gezeigt ist, das Plasma PZ, das aus einem Entladungsraum 140z einer herkömmlichen Zündkerze 10z ausgestoßen wird, einen Flammenkern mit einem relativ großen Hauptteil in einer Tränenform.
Dabei wächst, wie es in 7B gezeigt ist, der Flammenkern, der in eine Brennkammer 400 von der herkömmlichen Zündkerze 10z ausgestoßen wird, in einer bandartigen Form durch eine Bewegung mit der Gasströmung in dem Zylinder und durch eine Reaktion mit dem umgebenden Luft-Kraftstoff-Gemisch an.
Der Flammenkern wird jedoch aufgrund eines Öffnungsdurchmessers eines offenen Massenelektrodenabschnitts 131z in der herkömmlichen Zündkerze 10z, der zu klein ist, um eine ausreichende Größe einer Wirbelströmung und einer Fortschreitkraft für den Flammenkern bereitzustellen, durch die Gasströmung ausgeblasen, bevor er zu einem Zustand anwächst, der für eine Zündung ausreichend ist.
Folglich weist der Flammenkern keine ausreichende Kraft auf, um ein Hochenergiegas innerhalb des Flammenkerns zu umschließen, was es dem Energiegas innerhalb des Flammenkerns ermöglicht, sich nach außen zu zerstreuen, bevor der Flammenkern in ausreichender Weise anwächst, um in der Nichtentflammbar-Brennkraftmaschine bzw. der Brennkraftmaschine, die einen Brennstoff mit relativ niedriger Entflammbarkeit verwendet, zu zünden.
Die 8 bis 15 zeigen Testergebnisse, die für die vorliegende Erfindung im Vergleich mit der herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt wurden. In den Testergebnissen bezieht sich das Vergleichsbeispiel auf die herkömmliche Zündkerze 10z, die in 7 gezeigt ist.
Das angewandte Beispiel bezieht sich auf das erste Ausführungsbeispiel der Zündkerze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Testergebnis, das unter Verwendung der in 2 gezeigten Schaltung durchgeführt wird, wird als das angewandte Beispiel 1 dargestellt, und ein Testergebnis, das mit der in 3 gezeigten Schaltung durchgeführt wird, wird als das angewandte Beispiel 2 dargestellt.
Die Tests wurden unter Verwendung von Zündkerzen gemäß der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt, von denen jede an einem imitierten Kraftmaschinenzylinder angebracht worden ist, in dem ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem vorbestimmten Verhältnis unter den gleichen Bedingungen bereitgestellt wird.
Die Zündleistungsfähigkeit ist auf nachstehender Grundlage verglichen worden:

(1) Verbrennungsvariation eines indizierten mittleren Drucks (COV IMEP bzw. combustion variation of indicated mean effective pressure), die auf der Grundlage einer Messung kontinuierlicher 100-Zyklen-Verbrennungsdruckwellenmuster berechnet wird;
(2) Magergrenze-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für eine stabile Verbrennung, das auf der Grundlage eines Kriteriums bereitgestellt wird, bei dem COV IMEP auf 5% eingestellt ist;
(3) Anfangsverbrennungszeitdauer und Primärverbrennungszeitdauer; und
(4) Energieverkleinerungseffekt bei einem vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis.

Wie es in 8 gezeigt ist, hat die Verbrennungsvariation (COV IMEP) des angewandten Beispiels der vorliegenden Erfindung einen geringeren Wert als die des Vergleichsbeispiels zur Folge. Dies zeigt an, dass die Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine stabile Zündung bereitstellt.
Ferner hat, wie es in 9 gezeigt ist, das angewandte Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ein höheres Luft-Kraftstoff-Verhältnis (25,3) als das Vergleichsbeispiel (23,8) bei dem Magergrenze-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Folge, das eine stabile Verbrennung in Bezug auf die gleiche Energie (200mJ) definiert, die jeweiligen Zylindern mit dem gleichen vorbestimmten Druck (0,2Mpa) zugeführt wird. Dieser Test demonstriert, dass bestimmt wird, dass die Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu einer Verbrennung bei einem viel magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Lage ist.
Ferner kann, wie es in 10 gezeigt ist, die vorliegende Erfindung die Verbrennungszeitdauer im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung (dem Vergleichsbeispiel) sowohl bei der Anfangsverbrennungszeitdauer als auch der Primärverbrennungszeitdauer verkürzen.
Die Anfangsverbrennungszeitdauer ist durch einen Kurbelwinkel von der Zündungszeit zu einem Verbrennungsverhältnis von 10% definiert. Die Primärverbrennungszeitdauer ist durch den Kurbelwinkel von der Verbrennungsrate von 10% zu 90% definiert. Dieses Testergebnis zeigt, dass die Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Zündleistungsfähigkeit aufweist.
Ferner ist bestimmt worden, dass eine Zufuhr von Energie zu der Zündkerze 10 in einer Abfolge von Impulsen (Beispiel 1) für eine einzelne Zündung eine stabilere Verbrennung als eine Zufuhr von Energie zu der Zündkerze 10 auf einmal (das angewandte Beispiel 2) für eine einzelne Zündung bereitstellt.
11 zeigt den Verkleinerungseffekt für eine erforderliche Energie gemäß der vorliegenden Erfindung, der unter Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt worden ist, das durch die herkömmliche Zündkerze 10z (das Vergleichsbeispiel) bestimmt worden ist.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist bestimmt worden, indem eine stabile Zündung mit einer Energie von 200mJ in der herkömmlichen Zündkerze 10z gefunden worden ist. Die vorliegende Erfindung, die die Zündkerze 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet, hat den Verkleinerungseffekt für die erforderliche Energie unter dem gleichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt.
Wie es 11 gezeigt ist, ist bestimmt worden, dass die vorliegende Erfindung die erforderliche Energie, die für eine stabile Zündung unter dem gleichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, um näherungsweise 10% zu dem Vergleichsbeispiel (der herkömmlichen Zündkerze) verkleinert.
12 zeigt eine charakteristische Darstellung, die die Haltbarkeitswirkungen der vorliegenden Erfindung zeigt, insbesondere die Variation einer Abnutzungsgröße bei Elektroden, die alle eine jeweilige Energie bereitstellen.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung den bei einer Zündung erforderlichen Energieverbrauch verkleinern, so dass, wie es in 12 gezeigt ist, die Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer höheren Zuverlässigkeit durch eine verkleinerte Energiezufuhr zur Verringerung einer Abnutzung bei der Elektrode versehen ist.
Unter Bezugnahme auf 13 wird die Wirkung der Entfernung D2 zwischen den Wandflächen des zweiten offenen Abschnitts 132 beschrieben. 13 ist eine charakteristische Darstellung, die ein Messergebnis der Verbrennungsvariation der Zündkerze 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der die Entfernung D2 variiert wird. Die Verbrennungsvariation der herkömmlichen Zündkerze 10z ist ebenso als Vergleichsbeispiel gezeigt.
Wie es in 13 gezeigt ist, hat die Zündkerze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine kleinere Verbrennungsvariation als das Vergleichsbeispiel zum Ergebnis, wobei die Entfernung D2 die nachstehende Gleichung 1 erfüllt. $1,0 \times D 1 < D 2 < 4,5 \times D 1$
Ferner ist die Entfernung D2 vorzugsweise durch die nachstehende Gleichung bestimmt worden. $1,5 \times D 1 \leq D 2 \leq 4,25 \times D 1$
Ein Einstellen der Entfernung D2 im Zuge dieser Gleichung kann eine weiter stabile Zündleistungsfähigkeit mit einer Verbrennungsvariation (COV IMEP) kleiner oder gleich 5% bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf 14 ist die Wirkung der Höhe H2 der Umfangswandfläche 13 des zweiten offenen Abschnitts 132 beschrieben. 14 zeigt eine charakteristische Darstellung, die ein Testergebnis der Verbrennungsvariation zeigt, die unter Verwendung der Zündkerze 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wobei die Höhe H2 variiert worden ist. 14 zeigt ebenso die Verbrennungsvariation der herkömmlichen Zündkerze 10z als ein Vergleichsbeispiel.
Wie es in 14 gezeigt ist, hat die Zündkerze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine kleinere Verbrennungsvariation als das Vergleichsbeispiel als Ergebnis, wobei die Höhe H2 die nachstehende Gleichung 2 erfüllt. $0 \leq H 2 \leq 2,7$
Ferner ist die Höhe H2 vorzugsweise durch die nachstehende Gleichung bestimmt worden. $0,5 \leq H 2 \leq 2,3$
Ein Einstellen der Höhe H2 im Zuge dieser Gleichung kann eine weiter stabile Zündleistungsfähigkeit mit einer Verbrennungsvariation (COV IMEP) kleiner oder gleich 5% bereitstellen.
Die Höhe H2, die größer oder gleich 2,0mm ist, erzeugt eine größere Verbrennungsvariation als die herkömmliche Vorrichtung. Dieses Phänomen könnte eher von der Wärmeableitung der Umfangswandfläche 133 herrühren als von der Erzeugungswirkung der Wirbelringe, die durch die Rotationsbewegung erzeugt werden können.
Der Verkleinerungseffekt des Längenverhältnisses H1/D1 zwischen dem Innendurchmesser D1 des ersten offenen Abschnitts 131 und der Länge H1 des Entladungsraums 140 ist nachstehend beschrieben.
Eine soweit wie mögliche Vergrößerung des Längenverhältnisses H1/D1 (beispielsweise H1/D1 > 2) ist für eine Verlängerung der ausgestoßenen Entfernung des Plasmas als effektiv betrachtet worden. Das vergrößerte Längenverhältnis H1/D1 erfordert jedoch eine höhere Spannung, die zum Durchschlagen der Isolation des Entladungsraums 140 erforderlich ist, und kann die Elektroden in einer kürzeren Zeit abnutzen.
Die Erfinder haben ein Längenverhältnis H1/D1 untersucht, mit dem eine stabile Verbrennungsvariation unter dem Magergrenze-A/F (25,3) bereitgestellt werden kann, die ähnlich zu der der herkömmlichen Vorrichtung ist, indem das Längenverhältnis der Zündkerze 10 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung variiert wird.
Das Längenverhältnis H1/D1 der herkömmlichen Zündkerze 10z ist auf 2 (zwei) als Vergleichsbeispiel eingestellt worden.
Wie es in 15 gezeigt ist, ist herausgefunden worden, dass die vorliegende Erfindung ein Verbrennungsverhältnis, das ähnlich zu dem des Vergleichsbeispiels ist, mit einem Längenverhältnis H1/D1 von 1,5 erzeugt.
Dementsprechend ist herausgefunden worden, dass die vorliegende Erfindung die stabile Zündleistungsfähigkeit mit einer begrenzten Elektrodenabnutzung durch ein Einstellen eines Längenverhältnisses H1/D1 bereitstellt, das die nachstehende Gleichung 3 erfüllt.
Das Längenverhältnis H1/D1 ist zwischen dem Innendurchmesser D1 des ersten offenen Abschnitts 131 und der Länge H1 des Entladungsraums 140 bestimmt. $H 1 / D 1 \geq 1,5$
Die 16A, 16B und 16C zeigen jeweilige Zündkerzen 10, 10a, 10b, die zu der Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung modifiziert sind. Die auf der linken Seite veranschaulichten Zeichnungen sind Teilschnittdarstellungen, und die auf der rechten Seite sind zugehörige Bodenansichten.
Die Umfangswandfläche 133 des zweiten offenen Abschnitts 132 kann in einer rohrförmigen Form ausgebildet sein, die den Innendurchmesser D2 aufweist (16A). Alternativ kann die Umfangswandfläche 133a des zweiten offenen Abschnitts 132a in einer rohrförmigen Ellipsenform oder einer rohrförmigen Ovalform ausgebildet sein, die die Entfernung D2 zwischen den Wandflächen in der kurzen Achsrichtung und eine Entfernung D3a zwischen den Wandflächen in der langen Achsrichtung aufweisen (16B).
Ferner kann die Umfangswandfläche 133b des zweiten offenen Abschnitts 132b in einer rechteckigen rohrförmigen Form ausgebildet sein, die die Entfernung D2 zwischen den Wandflächen in der kurzen Achsrichtung und die Entfernung D3b zwischen den Wandflächen in der langen Achsrichtung aufweist (16C).
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können bereitgestellt werden, indem zumindest die Entfernung D2 zwischen den Wandflächen so eingestellt wird, dass sie die Gleichung 1 erfüllt. Die Entfernungen D3a und D3b zwischen den Wandflächen in der langen Achsrichtung können in Bezug auf die Verbrennungseigenschaft der zu verwendenden Brennkraftmaschine modifiziert werden.
Unter Bezugnahme auf die 17 und 18 ist der Rotationskraftzufuhrmechanismus, der der Hauptabschnitt der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben, der mit bevorzugten Konfigurationen versehen ist.
17A ist eine Teilschnittdarstellung, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Zündkerze 10c gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Zündkerze 10c umfasst einen Rotationskraftzufuhrraum 141c, der durch den zweiten offenen Abschnitt 132c definiert wird, der durch eine Umfangswandfläche 133c bereitgestellt wird.
Die Umfangswandfläche 133c ist in dem apikalen Endseitenabschnitt des ersten offenen Abschnitts 131c ausgebildet, der in der dick ausgebildeten Massenelektrode 130c ausgebildet ist. 17B zeigt eine Strömungsanalysendarstellung, die ein Simulationsergebnis der ausgestoßenen Plasmaströmung 0,35ms, nachdem die Plasmazündkerze 10c mit einer hohen Energie versehen ist, zeigt. 17C ist eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts „A“ in 17B.
18A ist eine Teilschnittdarstellung, die die Zündkerze 10 des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen Rotationszufuhrraum 141 aufweist, der durch die rohrförmige Umfangswandfläche 133 definiert ist, die zu der apikalen Endseite des ersten offenen Abschnitts 131 herausragt, um den ersten offenen Abschnitt 131 zu umgeben.
18B ist eine Strömungsanalysendarstellung, die ein Simulationsergebnis der ausgestoßenen Plasmaströmung 0,35ms, nachdem die Plasmazündkerze 10c mit einer hohen Energie versehen ist, zeigt. 18C ist eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts „A“ in 18B.
Wie es in 17B gezeigt ist, wird die Wirbelströmung in dem Rotationskraftzufuhrraum 141c gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel ebenso erzeugt. Hierbei bildet, wie es in 17C gezeigt ist, die Wirbelströmung, die aus dem Rotationskraftzufuhrraum 141c ausgestoßen wird, das Wirbelfeld.
Es ist ebenso herausgefunden worden, dass die Zündkerze 10c gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu der herkömmlichen Plasmazündvorrichtung die verbesserte Zündleistungsfähigkeit durch den erzeugten Wirbelring aufweist.
Es ist jedoch herausgefunden worden, dass diese Zündkerze 10c im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, das die rohrförmigen zweiten offenen Abschnitte 132, 132A, 132B umfasst, die in die Brennkammer herausragen, eine unterlegene Zündleistungsfähigkeit aufgrund des Wirbelrings mit einer schwächeren Rotationskraft aufweist.
Dies wird vermutlich durch die begrenzte Ausstoßgeschwindigkeit der Gasströmung, wie es in 17C gezeigt ist, verursacht, die die starke Strömung aus der vertikalen Richtung auf der Oberfläche des zweiten offenen Abschnitts 132c empfängt.
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist demgegenüber jedoch eine deutlich verbesserte Zündleistungsfähigkeit auf. Diese wird wahrscheinlich durch den zweiten offenen Abschnitt 132 verursacht, der in die Brennkammer herausragt, auf den das Gas, das in die vertikale Richtung in Bezug auf die ausgestoßene Gasströmung strömt, trifft und eine zugehörige Richtung auf die Querrichtung in Bezug auf die ausgestoßene Gasströmung ändert (wobei eine „gezogene Strömung“ gebildet wird).
Dann erzeugt die Gasströmung hin zu der ausgestoßenen Gasströmung die Wirbelströmung um den zweiten offenen Abschnitt 132 herum, was die Rotation des Wirbelrings erhöht. Diese Aktion bewirkt, dass der Wirbelring weiter nach vorne voranschreitet, und ermöglicht es dem Flammenkern, stetig zu wachsen, wodurch die verbesserte Zündleistungsfähigkeit die Folge ist.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die 19 bis 21 beschrieben.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 19A gezeigt ist, umfasst einen Rotationszufuhrraum 141D, in dem der Öffnungsdurchmesser des offenen Massenelektrodenabschnitts 131D größer als der Öffnungsdurchmesser des Isolators 120 gemacht wird, der den Entladungsraum 140 bildet.
Es ist herausgefunden worden, dass dieses Ausführungsbeispiel im Vergleich zu der herkömmlichen Plasmazündvorrichtung aufgrund der erzeugten Wirbelringe wie die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die verbesserte Zündleistungsfähigkeit aufweist.
Es ist jedoch erkannt worden, dass dieses Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, das die rohrförmigen zweiten offenen Abschnitte 132, 132a, 132b umfasst, die in die Brennkammer herausragen, aufgrund des Wirbelrings, der eine schwächere Rotationskraft aufweist, eine unterlegene Zündleistungsfähigkeit aufweist.
Dies wird vermutlich durch ein instabiles Wachsen der Flammenkerne verursacht. Ein hoher Strom, der zwischen der Mittelelektrode 110 und der Massenelektrode 130 zugeführt wird, erzeugt eine Kriechentladung, die auf der Oberfläche des Isolators 120 innerhalb des Entladungsraums 140 verläuft.
Wie es in 19B gezeigt ist, dreht diese Kriechentladung, die eine starke Anisotropie aufweist, anschließend scharf ab und verläuft auf der Oberfläche, die senkrecht zu der Oberfläche des Isolators 120 ist, und verursacht, dass das Plasma ausgestoßen wird.
Der Grund hierfür ist, dass die untere Endfläche des Isolators 120 teilweise freigelegt ist und ein erster offener Abschnitt 131d der Massenelektrode 30d mit einer weiten Öffnung ausgebildet ist. Dies verursacht, dass der Wirbelring eine Anisotropie aufweist und verformt ist, wodurch die Fortschreitkraft und der Umschließeffekt der Wirbelringe verschlechtert wird, was das instabile Wachsen der Flammenkerne zur Folge hat.
Es wird jedoch erwartet, dass es zur Begrenzung der Elektrodenabnutzung effektiv ist, den Öffnungsdurchmesser des ersten offenen Abschnitts 131d größer als den Öffnungsdurchmesser des Isolators 120 wie in diesem Ausführungsbeispiel zu machen.
Der Grund hierfür ist, dass die Entladungsroute zu dem ersten offenen Abschnitt 131d (der Außenumfangsrichtung des Isolators 120) gezogen wird, der einen größeren Durchmesser als die innere Umfangsfläche des Isolators 120 aufweist, was zu der Erzeugung der Kriechentladung in dem Entladungsraum 140 ohne Induzieren der Luftentladung führt, wodurch die erforderliche Spannung, die zum Durchschlagen der Isolationseigenschaften des Entladungsraums 140 erforderlich ist, verkleinert wird.
Folglich stellt ein viertes Ausführungsbeispiel der Zündkerze 10e gemäß der vorliegenden Erfindung, das in 20A gezeigt ist, einen zweiten offenen Abschnitt 132e, der ausgebildet wird, indem der Innendurchmesser der apikalen Endseite eines Rotationskraftzufuhrraums 131c gebildet wird, kontinuierlich mit einem ersten offenen Abschnitt 131e bereit.
Mit diesem Aufbau verbleibt das Plasma, das aus dem Entladungsraum 140 ausgestoßen wird, unabhängig von der Richtung, in der es ausgestoßen wird, für eine längere Zeit in einem Rotationskraftzufuhrraum 141e und wird dann von einem zweiten offenen Abschnitt 132e in der Wirbelringform ausgestoßen. Dementsprechend stellt die Zündkerze 10e eine stabile Zündleistungsfähigkeit bereit.
Wie es in 20B gezeigt ist, weist ein fünftes Ausführungsbeispiel der Zündkerze 10f gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten offenen Abschnitt 131f und einen zweiten offenen Abschnitt 132 dazwischen auf, der in der Außenumfangsrichtung konkav bzw. gewölbt ist, wobei ein konkaver Flächenabschnitt gebildet wird. Ein derartiger Aufbau ermöglicht es der Massenelektrode 130f, eine im Wesentlichen dünne kreisförmige Form zu bilden, was das elektrische Feld bei dem ersten offenen Abschnitt 131f konzentrieren kann, wobei eine Erzeugung der Kriechentladung durch eine niedrigere Spannung die Folge ist.
Ferner verursacht die konkave Umfangswand des Rotationskraftzufuhrraums 141f, dass die Wirbelströmung sanft bzw. problemlos rotiert, und ermöglicht es, dass der Wirbelring schnell aus dem Rotationskraftzufuhrraum 141f ausgestoßen wird. Folglich kann eine durch die Zündkerze 10f zugeführt Energie in ausreichender Weise in dem Wirbelring umschlossen werden, was das stabile Wachsen des Flammenkerns beschleunigen kann.
Außerdem stellt dieses Ausführungsbeispiel einen Verjüngungsabschnitt 138f bereit, der durch eine verjüngte Bodenflächenseite des zweiten offenen Abschnitts 132f gebildet wird. Dieser Verjüngungsabschnitt 138f kann die Rotationskraft des aus dem zweiten offenen Abschnitt 132f ausgestoßenen Wirbelrings erhöhen.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der Zündkerze 10g gemäß der vorliegenden Erfindung, das in 21A gezeigt ist, umfasst einen Rotationszufuhrraum 141g, der im Wesentlichen eine umgekehrt kreisförmige Kegeloberfläche aufweist. Diese kreisförmige Kegeloberfläche wird durch eine innere Umfangswandfläche 133g eines zweiten offenen Abschnitts 132g gebildet, der in der Richtung zu dem zugehörigen apikalen Ende teilweise verengt ist.
Bei diesem Aufbau bildet das aus dem ersten offenen Abschnitt 131g ausgestoßene Plasma den Wirbelring, während es sich in der Außendurchmesserrichtung ausdehnt, wobei dann eine zugehörige Umfangsgeschwindigkeit durch das nachfolgende Plasma, das aus dem Entladungsraum 140g ausgestoßen wird, beschleunigt wird, wobei es in die Brennkammer durch das apikale Ende des zweiten offenen Abschnitts 132g ausgestoßen wird.
Wenn das Plasma in die Brennkammer ausgestoßen wird, wird der Flammenkern mit der leistungsstarken Rotationskraft versehen und wächst an, wobei die zugehörige Wirbelringform gehalten wird. Ein derartiges Phänomen kann eine Zündvorrichtung mit guter Zündleistungsfähigkeit bereitstellen.
Der Rotationszufuhrraum 141g kann so ausgebildet sein, dass er eine kreisförmige Kegeloberfläche aufweist, indem die innere Umfangswandfläche 133g des zweiten offenen Abschnitts 132g in der apikalen Endrichtung verengt wird.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel kann ebenso die Zündleistungsfähigkeit im Vergleich mit der herkömmlichen Plasmazündvorrichtung wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel verbessern, wobei aber herausgefunden worden ist, dass es im Vergleich zu dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel aufgrund einer schwächeren Rotationskraft des Wirbelrings unterlegen ist.
Wie es in 21B gezeigt ist, umfasst ein siebtes Ausführungsbeispiel der Zündkerze 10h gemäß der vorliegenden Erfindung den Rotationszufuhrraum 141h mit einer konkaven Umfangswand, die bei der inneren Umfangswandfläche des zweiten offenen Abschnitts 132h ausgebildet ist, die im Wesentlichen in einer Kreisform hin zu der Außenseite teilweise konkav bzw. gewölbt ist.
Eine derartige Konfiguration kann die gleichen Vorteile wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bereitstellen. Ferner ermöglicht eine derartige Konfiguration, dass der Wirbelring, der sich in der Außendurchmesserrichtung dreht und ausdehnt, in dem Rotationszufuhrraum 141h gebildet wird, der durch die Umfangswand mit der konkaven Fläche definiert ist.
Der Wirbelring beschleunigt, während er in dem Rotationszufuhrraum 141h verbleibt, eine zugehörige Umfangsgeschwindigkeit, was durch das nachfolgende Plasma verursacht wird, das aus dem Entladungsraum 140 ausgestoßen wird. Hierbei wird, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Wirbelrings ausreichend hoch ist, der Wirbelring teilweise aus dem Rotationszufuhrraum 141h ausgestoßen. Dieser Teilwirbelring verursacht mit seiner Ziehaktion, dass die größere Größe des Wirbelrings in die Brennkammer durch das apikale Ende des zweiten offenen Abschnitts 132h ausgestoßen wird.
Dieses Ausstoßen des Wirbelrings erzeugt eine leistungsstarke Rotationskraft, die verursacht, dass der Flammenkern wächst, während sie es ermöglicht, dass die zugehörige Wirbelringform gehalten wird. Dieser Rotationszufuhrraum 141h stellt eine Gasströmung mit einer schnellen Rotation bereit, und stellt eine Zündvorrichtung bereit, bei der die Zündleistungsfähigkeit weiter stabil ist.
Der Öffnungsdurchmesser des zweiten offenen Abschnitts 132h kann größer als der Öffnungsdurchmesser des ersten Öffnungsabschnitts 131h gemacht werden, was einen größeren Wirbelring bilden kann, ohne die Wirbelströmung zu behindern.
Es ist herausgefunden worden, dass dieses Ausführungsbeispiel eine weniger zufriedenstellende Zündleistungsfähigkeit mit einer hohen Energie bereitstellt, die in einem einzelnen Impuls für eine einzelne Zündung zugeführt wird, wie es in 2B gezeigt ist, obwohl es einen Wirbelring mit höherer Bewegungsgeschwindigkeit bereitstellen kann.
Demgegenüber ist herausgefunden worden, dass es eine hochstabile Zündleistungsfähigkeit mit einer hohen Energie bereitstellt, die als eine Abfolge von Impulsen für eine einzelne Zündung zugeführt wird, wie es in 3B gezeigt ist.
Dies wird wahrscheinlich durch den erhöhten Wärmeableitungseffekt in der Wärmeenergie verursacht, die zu dem Zylinderkopf 40 durch die Massenelektrode 130 übertragen wird, was das Ergebnis der ausgedehnten Verbleibzeit in dem Rotationskraftzufuhrraum 141h ist. Das heißt, wenn die hohe Energie auf einmal zugeführt wird, wird die Energie in dem Entladungsraum 140 nicht für eine Plasmaumwandlung verwendet und wird aufgrund des gesättigten Plasmas in der Nähe der Entladungsroute abgeleitet.
Demgegenüber wird, wenn die hohe Energie als eine Abfolge von Impulsen zugeführt wird, das Gas in dem Entladungsraum 140 konstant mit Energie versorgt und wird kontinuierlich in der Form eines Hochtemperatur-/Hochdruckplasmas ausgestoßen, wobei die zugeführte Energie in dem Entladungsraum 140 vollständig dazu verwendet wird, für die Plasmaumwandlung des neuen Gases verwendet zu werden.
Wie es in 21C gezeigt ist, umfasst ein achtes Ausführungsbeispiel der Zündkerze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu dem Aufbau, der zu der vorstehend beschriebenen Zündkerze 10h ähnlich ist, eine verjüngte Fläche 138i, die durch einen geneigten Außenumfang eines zweiten offenen Abschnitts 132i gebildet wird.
Dieser Aufbau ermöglicht es, dass die Zündvorrichtung stabile Flammenkerne bildet und eine bessere Zündleistungsfähigkeit aufgrund der Wirbelströmung aufweist, die die Rotationskraft dem Wirbelring bereitstellt, der aus der Zündkerze 10i ausgestoßen wird. Die Wirbelströmung wird erzeugt, wenn das Gas in dem Zylinder die Außenumfangsfläche des zweiten offenen Abschnitts 132i trifft.
Innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung kann der Rotationszufuhrmechanismus gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von dem Typ der zu verwendenden Brennkraftmaschine, dem Typ des zuzuführenden Kraftstoffs und der Antriebsbedingung der Brennkraftmaschine modifiziert werden. Beispielsweise haben die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Plasmazündvorrichtung veranschaulicht, die eine einzelne Zündkerze aufweist, wobei aber die vorliegende Erfindung ebenso bei einer Vorrichtung angewendet werden kann, die eine Vielzahl von Zündkerzen aufweist.
Ferner haben die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele einen Aufbau veranschaulicht, der zwei Energiequellen aufweist, die die Entladungsenergiequelle 20 und die Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30 als Hochspannungsquellen umfassen, wobei aber die vorliegende Erfindung eine einzelne Energiequelle umfassen kann, durch die die Entladungsenergiequelle 20 und die Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30 mit einer ungleichen Spannung bereitgestellt werden, die durch eine Vorrichtung, wie beispielsweise einem Gleichstromwandler, gesteuert wird.
Außerdem kann, obwohl die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eine reguläre Zündspule als eine Druckanstiegsschaltung der Entladungsenergiequelle veranschaulicht haben, die vorliegende Erfindung ein Gerät, wie beispielsweise eine Zündspule eines Kondensatorentladungstyps (C.D.I bzw. condenser discharge-type ignition coil) oder einen piezoelektrischen Umformer, verwenden.
Die Zündvorrichtung 1 umfasst eine Mittelelektrode 110, einen Isolator 120, der eine rohrförmige Form aufweist, zum Abdecken der Mittelelektrode 110 und eine Massenelektrode 130, die einen offenen Abschnitt 131 aufweist, der mit einem offenen Abschnitt des Isolators 120 in Verbindung ist, wobei die Massenelektrode den Isolator 120 abdeckt. Die Mittelelektrode 110, der Isolator 120 und die Massenelektrode 130 definieren einen Entladungsraum 140 der Zündvorrichtung 1. Der Entladungsraum 140 wird mit einer hohen Spannung von einer Entladungsenergiequelle 20 und einem hohen Strom von einer Plasmaenergiezufuhrenergiequelle 30 versehen, um ein Plasma mit einer hohen Temperatur und einen hohen Druck in dem Entladungsraum 140 zu bilden.

Claims

Zündvorrichtung (1) mit: einer Mittelelektrode (110), die eine lange Stielform aufweist, einem Isolator (120), der eine rohrförmige Form aufweist, wobei der Isolator (120) die Mittelelektrode (110) abdeckt und sich unter die Mittelelektrode (110) erstreckt, und einer Massenelektrode (130), die einen ersten offenen Abschnitt (131) aufweist, der mit einem offenen Abschnitt des Isolators (120) in Verbindung ist, wobei die Massenelektrode (130) den Isolator abdeckt, wobei die Mittelelektrode (110), der Isolator (120) und die Massenelektrode (130) einen Entladungsraum (140) der Zündvorrichtung (1) definieren, wobei der Entladungsraum (140) mit einer hohen Spannung von einer Entladungsenergiequelle (20) und einem hohen Strom von einer Plasmaenergiezufuhrenergiequelle (30) versehen wird, um ein Plasma mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in dem Entladungsraum (140) zu bilden, wobei das Plasma in eine Verbrennungskammer ausgestoßen wird, um zu zünden, wobei die Massenelektrode (130) einen zweiten offenen Abschnitt (132) umfasst, der einen Rotationszufuhrraum (141) als einen Rotationszufuhrmechanismus (141) umfasst, der durch eine rohrförmige Umfangswand (133) gebildet, die zu einer apikalen Endseite des ersten offenen Abschnitts (131) herausragt, wobei der erste offene Abschnitt (131) umgeben wird, und wobei der Rotationszufuhrmechanismus (141) konfiguriert ist, der Gasströmung, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, und die aus dem Entladungsraum (140) ausgestoßen wird, eine Rotationskraft in einer Richtung von dem Umfang zu der Mitte der Gasströmung zuzuführen.
Zündvorrichtung (1) nach Anspruch 1, die die nachstehende Gleichung 1 erfüllt: $1,0 \times D 1 < D 2 < 4,5 \times D 1$
wobei D1 ein Öffnungsdurchmesser des ersten offenen Abschnitts (131) ist, und D2 eine Entfernung zwischen zwei gegenüberliegenden Wandflächen des zweiten offenen Abschnitts (132) ist.
Zündvorrichtung (1) nach Anspruch 1, die die nachstehende Gleichung 2 erfüllt: $0 < H 2 \leq 2,7$
wobei H2 (mm) eine Höhe der Umfangswandfläche des zweiten offenen Abschnitts (132) ist.
Zündvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Innenfläche der Umfangswand des zweiten offenen Abschnitts (132) teilweise kreisförmig konkav zu einer Außenseite ist.
Zündvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche der Umfangswand des zweiten offenen Abschnitts (132) teilweise zu einem zugehörigen apikalen Ende verengt ist, um den Rotationszufuhrraum (141) mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Kegelform zu bilden.
Zündvorrichtung nach Anspruch 1, die die nachstehende Gleichung 3 erfüllt: $H 1 / D 1 \geq 1,5$
wobei H1 eine Länge einer inneren Umfangswand des Isolators (120) zwischen der unteren Endfläche der Mittelelektrode (110) und dem oberen Ende einer inneren Umfangswand des Öffnungsabschnitts der Massenelektrode (130) ist, die beide zusammen den Entladungsraum (140) bilden, und D1 ein Innendurchmesser einer inneren Umfangswand des Isolators (120) ist.
Zündvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der hohe Strom von der Plasmaenergiezufuhrenergiequelle (30) aufgeteilt durch einen Impulsstrom in Bezug auf eine einzelne Bereitstellung der hohen Spannung von der Entladungsenergiequelle (20) zugeführt wird.