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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beruht auf der am 7. März 2012 eingereichten
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-050091 , deren gesamter Inhalt hiermit durch Nennung aufgenommen wird, und beansprucht ihre Priorität.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zündsystem, das eine Zündkerze aufweist.
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Eine in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors verwendete Zündkerze umfasst zum Beispiel eine Mittelelektrode, die sich in einer axialen Richtung erstreckt, einen Isolator, der so bereitgestellt ist, dass er einen Außenumfang der Mittelelektrode umgibt, ein zylinderförmiges Metallgehäuse, das an einer Außenseite des Isolators angebracht ist, und eine Masseelektrode, die an einem proximalen Endabschnitt eines vorderen Endabschnitts des Metallgehäuses mit diesem verbunden ist. Dann wird durch Anlegen einer hohen Spannung an die Mittelelektrode ein elektrischer Funke in einer Funkenstrecke, die zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode definiert ist, erzeugt und als Ergebnis davon ein komprimiertes Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet.
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Zusätzlich wurde in
JP 51-77719 (
DE 25 35 960 ) eine Technik vorgeschlagen, bei der ein komprimiertes Luft-Kraftstoff-Gemisch durch Einbringen einer Wechselstromleistung in eine Funkenstrecke gezündet wird.
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Doch die in der oben erwähnten Patentliteratur beschriebene Technik bestimmt nichts im Hinblick auf die Wechselstromleistung, die in die Funkenstrecke eingebracht wird, was zu der Befürchtung führt, dass die Zündbarkeit nicht verbessert werden kann.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung erfolgte angesichts dieser Umstände, und eine Aufgabe davon ist die Bereitstellung eines Zündsystems, das eine überlegene Zündbarkeit sicher durch Angabe von zumindest einer Größenbeziehung zwischen Absolutwerten einer plusseitigen Spannung und einer minusseitigen Spannung und/oder einer Größenbeziehung zwischen Absolutwerten eines plusseitigen Stroms und eines minusseitigen Stroms bei Einbringung einer Wechselstromleistung verwirklichen kann.
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Konfigurationen, die zur Erfüllung der Aufgabe geeignet sind, werden nachstehend aufgeführt werden. Es sollte bemerkt werden, dass wie erforderlich auch Arbeitswirkungen, die für die entsprechenden Konfigurationen spezifisch sind, hinzugefügt werden.
- (1) Zündsystem, das Folgendes umfasst:
eine Zündkerze, die eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode aufweist;
eine Entladungsleistungsversorgung, die eine Spannung an eine zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode definierte Funkenstrecke anlegt, um in der Funkenstrecke eine elektrische Funkenentladung zu erzeugen; und
eine Wechselstromleistungsversorgung, die eine Wechselstromleistung in einen durch die elektrische Funkenentladung erzeugten elektrischen Funken einbringt, um in der Funkenstrecke ein Wechselstromplasma zu erzeugen, wobei
ein niedrigerer Wert (ausgewählt aus den folgenden beiden Absolutwerten) aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten einer plusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten einer minusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, während einer Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 20 % oder mehr eines höheren der beiden Absolutwerte beträgt.
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Es sollte bemerkt werden, dass die "Plusseite" bedeutet, dass das elektrische Potential der Mittelelektrode höher als das elektrische Potential der Masseelektrode ist, und dass die "Minusseite" bedeutet, dass das elektrische Potential der Mittelelektrode niedriger als das elektrische Potential der Masseelektrode ist.
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Nach der unter dem obigen Punkt (1) beschriebenen Konfiguration kann die Kollision von Atomen in der Funkenstrecke mit einer hohen Häufigkeit erzeugt werden, da die Spannungen mit unterschiedlichen Polaritäten an die Funkenstrecke angelegt werden. Deswegen ist es möglich, Plasmen (Ionen und Elektronen), die in Verbindung mit der Kollision der Atome erzeugt werden, zu vermehren.
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Ferner beträgt gemäß der gleichen Konfiguration der niedrigere Wert des Absolutwerts des Durchschnitts von Spitzenwerten der plusseitigen Spannung und des Absolutwerts des Durchschnitts von Spitzenwerten der minusseitigen Spannung, d. h. der niedrigere dieser beiden Absolutwerte, 20 % oder mehr des höheren Werts der beiden Spannungen. Und zwar ist ein Unterschied zwischen den Absolutwerten der Spannung der beiden Polaritäten, die an die Funkenstrecke angelegt werden, so gestaltet, dass er ausreichend klein ist. Folglich ist es möglich, das Plasma mit einer hohen Dichte in dem zentralen Abschnitt der Funkenstrecke zu erzeugen, um den herum wenige Objekte zur Unterdrückung einer Ausbreitung des Plasmas vorhanden sind, und der sowohl von der Mittelelektrode als auch von der Masseelektrode beabstandet ist, so dass er weniger von einer Flammenlöschwirkung durch die Elektroden (einer Wirkung, bei der die Hitze des Plasmas durch die Elektroden absorbiert wird, wodurch das Wachstum des Plasmas unterbrochen wird) beeinflusst wird. Als Ergebnis kann dem Plasma gestattet werden, zu einer sehr großen Größe zu wachsen, was die Verwirklichung einer überlegenden Zündbarkeit sicher ermöglicht.
- (2) Zündsystem nach dem Punkt (1), wobei ein niedrigerer von dem Absolutwert des Durchschnitts von Spitzenwerten einer plusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, und dem Absolutwert des Durchschnitts von Spitzenwerten einer minusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 70 % oder mehr eines höheren der beiden Absolutwerte beträgt.
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Nach der unter dem obigen Punkt (2) beschriebenen Konfiguration ist ein Unterschied zwischen den Absolutwerten der Spannungen der beiden Polaritäten, die an die Funkenstrecke angelegt werden, dergestalt, dass er sehr klein ist. Folglich ist es möglich, die Kollision von Atomen in der Funkenstrecke mit einer höheren Häufigkeit zu erzeugen, um dadurch das Plasma mit einer hohen Dichte in einem zentraleren Abschnitt der Funkenstrecke zuerzeugen. Als Ergebnis wird es dem Plasma ermöglicht, so zu wachsen, dass es größer wird, wodurch es möglich gemacht wird, die Zündbarkeit weiter zu erhöhen.
- (3) Zündsystem nach Punkt (1) oder (2), wobei eine Spannung der Wechselstromleistung, die von der Wechselstromleistungsversorgung eingebracht wird, größer als ein Absolutwert einer Durchschnittsspannung eines Induktionsstroms ist, der der Funkenstrecke durch eine von der Entladungsleistungsversorgung angelegte Spannung zugeführt wird.
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Es sollte bemerkt werden, dass die "Ausgangsspannung der Wechselstromleistungsversorgung" die Ausgangsleistungsfähigkeit bzw. Ausgangsleistung der Wechselstromleistungsversorgung bedeutet und den Wert eines Durchschnitts der Absolutwerte von Spitzenwerten der plusseitigen und der minusseitigen Spannung angibt.
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Nach der unter dem obigen Punkt (3) beschriebenen Konfiguration ist es möglich, sowohl die plusseitige Spannung als auch die minusseitige Spannung sicher an die Funkenstrecke anzulegen, während der Induktionsstrom zugeführt wird. Als Ergebnis können die durch die Konfiguration (1) bereitgestellten Arbeitsleistungen sicher erreicht werden.
- (4) Zündsystem, das Folgendes umfasst:
eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode;
eine Entladungsleistungsversorgung, die eine Spannung an eine zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode definierte Funkenstrecke anlegt, um in der Funkenstrecke eine elektrische Funkenentladung zu erzeugen; und
eine Wechselstromleistungsversorgung, die eine Wechselstromleistung in einen durch die elektrische Funkenentladung erzeugten elektrischen Funken einbringt, um in der Funkenstrecke ein Wechselstromplasma zu erzeugen, wobei
ein niedrigerer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, während einer Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 20 % oder mehr eines höheren der beiden Absolutwerte beträgt.
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Es sollte bemerkt werden, dass der "plusseitige Strom" einen elektrischen Strom bedeutet, der von der Mittelelektrode zu der Masseelektrode geführt wird, und dass der "minusseitige Strom" einen Strom bedeutet, der von der Masseelektrode zu der Mittelelektrode geführt wird.
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Nach der unter dem obigen Punkt (4) beschriebenen Konfiguration kann die Kollision von Atomen in der Funkenstrecke mit einer hohen Häufigkeit erzeugt werden, da der Funkenstrecke die Ströme, die die unterschiedlichen Polaritäten aufweisen, zugeführt werden. Folglich ist es möglich, Plasmen (Ionen und Elektronen), die in Verbindung mit der Kollision der Atome erzeugt werden, zu vermehren.
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Ferner ist nach der gleichen Konfiguration ein Unterschied zwischen den Absolutwerten der Ströme der beiden Polaritäten, die der Funkenstrecke zugeführt werden, so gestaltet, dass er ausreichend klein ist. Folglich ist es möglich, das Plasma, das eine hohe Dichte in dem zentralen Abschnitt der Funkenstrecke aufweist, zu erzeugen. Im Ergebnis wird dem Plasma ermöglicht, zu einer sehr großen Größe zu wachsen, was die Verwirklichung einer überlegenden Zündbarkeit auf eine zuverlässige Weise ermöglicht.
- (5) Zündsystem nach Punkt (4), wobei ein niedrigerer aus dem Absolutwert des Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, und dem Absolutwert des Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 70 % oder mehr eines höheren der beiden Absolutwerte beträgt.
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Nach der unter dem obigen Punkt (5) beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Kollision von Atomen in der Funkenstrecke mit einer höheren Häufigkeit zu erzeugen, um dadurch zu ermöglichen, dass das Plasma mit einer hohen Dichte in einem zentraleren Abschnitt der Funkenstrecke erzeugt wird. Im Ergebnis wird dem Plasma ermöglicht, so zu wachsen, dass es größer wird, wodurch es möglich gemacht wird, die Zündbarkeit weiter zu erhöhen.
- (6) Zündsystem nach dem Punkt (4) oder (5), wobei ein höherer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 1A oder mehr beträgt.
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Nach der unter dem obigen Punkt (6) beschriebenen Konfiguration ist es möglich, das in der Funkenstrecke erzeugte Plasma weiter zu vermehren. Im Ergebnis wird dem Plasma ermöglicht, größer zu wachsen, wodurch es möglich gemacht wird, die Zündbarkeit weiter zu verbessern.
- (7) Zündsystem nach einem der Punkte (1) bis (6), wobei eine Schwingungsfrequenz der Wechselstromleistung 10 kHz oder mehr beträgt.
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Nach der unter dem obigen Punkt (7) beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Anzahl der Kollisionen von Atomen in der Funkenstrecke weiter zu erhöhen, wodurch es ermöglicht wird, die Erzeugung des Plasmas weiter zu steigern. Dies kann eine weitere Verbesserung der Zündbarkeit verwirklichen.
- (8) Zündsystem nach einem der obigen Punkte (1) bis (7), wobei die Größe der Funkenstrecke 0,3 mm oder mehr und 1,3 mm oder weniger beträgt.
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Bei einem allgemeinen Zündsystem, bei dem die Zündung durch eine elektrische Funkenentladung ausgeführt wird, nähern sich die Mittelelektrode und die Masseelektrode wegen der Abnahme der Größe der Funkenstrecke einer Position, an der ein Flammenkern erzeugt wird. Folglich wird bei einer geringen Größe der Funkenstrecke der Einfluss der sogenannten Flammenlöschwirkung (einer Wirkung, bei der die Hitze eines Flammenkerns durch die Mittelelektrode und die Masseelektrode abgezogen wird) erhöht, wodurch die Zündbarkeit verringert wird. Um den Einfluss der Flammenlöschwirkung zu verringern, wird erwogen, die Größe der Funkenstrecke zu erhöhen. Doch wenn die Funkenstrecke übermäßig vergrößert wird, wird die Spannung, die für die elektrische Funkenentladung benötigt wird (die Entladungsspannung), erhöht. Als Ergebnis davon wird die Abnutzung bzw. Erosion der Mittelelektrode und der Masseelektrode gefördert und besteht die Neigung, dass eine elektrische Funkenentladung leicht an anderen Stellen als der Funkenstrecke (nämlich an unrichtigen Positionen) auftritt.
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Im Gegensatz dazu ist es bei dem Zündsystem nach der unter dem obigen Punkt (1) beschriebenen Konfiguration selbst dann, wenn die Größe der Funkenstrecke sehr klein (zum Beispiel 0,3 mm oder mehr und 0,5 mm oder weniger) ist, möglich, eine ausreichend überlegene Zündbarkeit zu verwirklichen, da das Plasma größtenteils zu der Außenseite der Funkenstrecke hin wächst. Da die Größe der Funkenstrecke verringert werden kann, ist es zusätzlich möglich, eine Verringerung der Entladungsspannung zu verwirklichen. Als Ergebnis davon kann die Abnutzung bzw. Erosion der Mittelelektrode und der Masseelektrode wirksam unterdrückt werden und kann die elektrische Funkenentladung auf eine noch sicherere Weise in der Funkenstrecke (nämlich an der richtigen Position) erzeugt werden. Mit dem Zündsystem nach dem obigen Punkt (1) ist es nämlich dann, wenn die Größe der Funkenstrecke sehr klein ist (falls die Funkenstrecke 0,3 mm oder mehr und 0,5 mm oder weniger beträgt), möglich, die überlegene Zündbarkeit zu verwirklichen, während die Unterdrückung der Abnutzung bzw. Erosion der Mittelelektrode und dergleichen und die Erzeugung der elektrischen Funkenentladung an der richtigen Position noch zuverlässiger verwirklicht werden können.
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Es sollte bemerkt werden, dass die Erzeugung des Plasma verringert ist, wenn die Größe der Funkenstrecke geringer als 0,3 mm ist, was zu der Befürchtung führt, dass die Zündbarkeit nicht ausreichend verbessert werden kann. Zusätzlich wird dann, wenn die Größe der Funkenstrecke mehr als 1,3 mm beträgt, eine übermäßige Entladungsspannung erforderlich, was zu der Befürchtung führt, dass die Abnutzung bzw. Erosion der Mittelelektrode und der Masseeleketrode gefördert wird, und dass die Neigung besteht, dass die elektrische Funkenentladung leicht an unrichtigen Positionen erzeugt wird. Folglich wird die Größe der Funkenstrecke unter Berücksichtigung dieser Punkte vorzugsweise auf 0,3 mm oder mehr und 1,3 mm oder weniger eingerichtet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Zündsystems darstellt;
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2 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht, die den Aufbau einer Zündkerze darstellt;
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3 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Spannung darstellt, die von einer Entladungsleistungsversorgung an eine Funkenstrecke angelegt wird;
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4A ist ein Wellenformdiagramm, das eine Form der Spannungsanlegung an die Funkenstrecke darstellt, und 4B ist ein Wellenformdiagramm, das eine Form der Stromeinbringung in die Funkenstrecke darstellt;
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5 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von theoretischen Plasmabewertungsversuchen in einem Fall darstellt, in dem ein Verhältnis eines niedrigeren aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten einer plusseitigen Spannung und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten einer minusseitigen Spannung zu einem höheren der beiden Absolutwerte verändert wird;
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6 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von theoretischen Plasmabewertungsversuchen in einem Fall darstellt, in dem die Kapazität einer Wechselstromleistungsversorgung verschiedenartig verändert wird;
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7 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von theoretischen Plasmabewertungsversuchen in einem Fall darstellt, in dem ein Verhältnis eines niedrigeren aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms zu einem höheren der beiden Absolutwerte verändert wird;
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8 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von theoretischen Plasmabewertungsversuchen in einem Fall darstellt, in dem ein höherer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms verändert wird;
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9 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von theoretischen Plasmabewertungsversuchen in einem Fall darstellt, bei dem die Schwingungsfrequenz der Wechselstromleistung verändert wird;
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10 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von theoretischen Plasmabewertungsversuchen in einem Fall darstellt, bei dem die Größe einer Funkenstrecke verändert wird;
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11 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Form der Spannungsanlegung an eine Funkenstrecke bei einer anderen Ausführungsform zeigt;
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12 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Form der Stromeinbringung in die Funkenstrecke bei einer weiteren Ausführungsform zeigt;
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13 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Form der Spannungsanlegung an eine Funkenstrecke bei einer Ausführungsform zeigt; und
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14 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Form der Stromeinbringung in die Funkenstrecke bei einer anderen Ausführungsform zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Zündsystems 31 darstellt. Wie in 1 dargestellt umfasst das Zündsystem 31 eine Zündkerze 1, die in einem Verbrennungsmotor EN angebracht ist, eine Entladungsleistungsversorgung 41, eine Wechselstromleistungsversorgung 51, eine Mischschaltung 61 und eine Steuerung 71. Obwohl in 1 nur eine einzelne Zündkerze 1 gezeigt ist, sollte bemerkt werden, dass in dem Verbrennungsmotor EN in Wirklichkeit mehrere Zylinder bereitgestellt sind und Zündkerzen 1 so bereitgestellt sind, dass sie einzeln den Zylindern entsprechen. Dann wird den einzelnen Zündkerzen 1 über einen nicht gezeigten Verteiler elektrische Leistung von der Entladungsleistungsversorgung 41 oder von der Wechselstromleistungsversorgung 51 geliefert.
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Zuerst wird der Aufbau der Zündkerze 1 beschrieben werden. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Zündkerze 1 einen zylinderförmigen Isolator 2 und ein zylinderförmiges Metallgehäuse 3, das den Isolator 2 hält. Es sollte bemerkt werden, dass die Beschreibung der Zündkerze 1 auf Basis des Verständnisses vorgenommen werden wird, dass die Richtung einer Achse CL1 der Zündkerze 1 in 2 als die senkrechte Richtung bezeichnet wird, ein unteres Ende der Zündkerze 1 als ihr vorderes Ende bezeichnet wird, und ein oberes Ende der Zündkerze 1 als ihr hinteres Ende bezeichnet wird.
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Wie allgemein bekannt ist, wird der Isolator 2 durch Brennen von Aluminiumoxid gebildet. Der Isolator 2 umfasst als äußere Abschnitte einen hinteren Körperabschnitt 10, der an einem hinteren Endabschnitt gebildet ist, einen Abschnitt 11 mit einem großen Durchmesser, der so an einer Position gebildet ist, die weiter vorne als der hintere Körperabschnitt 11 liegt, dass er radial nach außen vorspringt, einen mittleren Körperabschnitt 12, der so an einer Position gebildet ist, die weiter vorne als der Abschnitt 11 mit einem großen Durchmesser liegt, dass er einen geringeren Durchmesser als der Abschnitt 11 mit einem großen Durchmesser aufweist, und einen Nasenabschnitt 13, der so an einer Position gebildet ist, die weiter vorne als der mittlere Körperabschnitt 12 liegt, dass er einen geringeren Durchmesser als der mittlere Körperabschnitt 12 aufweist. Zusätzlich sind der Abschnitt 11 mit einem großen Durchmesser, der mittlere Körperabschnitt 12 und ein Großteil des Nasenabschnitts 13 des Isolators 2 im Inneren des Metallgehäuses 3 untergebracht. Zusätzlich ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem mittleren Körperabschnitt 12 und dem Nasenabschnitt 13 ein konischer Stufenabschnitt 14 gebildet und ist der Isolator 2 an diesem Stufenabschnitt 14 an das Metallgehäuse 3 gesperrt.
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Ferner ist in dem Isolator 2 eine axiale Öffnung 4 so gebildet, dass sie diesen entlang der Achse CL1 durchdringt, und ist eine Mittelelektrode 5 an einem vorderen Endabschnitt der axialen Öffnung 4 in diese eingesetzt. Die Mittelelektrode 5 weist eine stabartige Form auf, und ihr vorderes Ende springt von einem vorderen Ende des Isolators 2 in die Richtung der Achse CL1 vor. Zusätzlich besteht die Mittelelektrode 5 aus einer Legierung, deren Hauptbestandteil Nickel (Ni) ist. Es sollte bemerkt werden, dass im Inneren der Mittelelektrode 5 eine Innenschicht aus einem Metall (zum Beispiel Kupfer oder einer Kupferlegierung oder reinem Ni), das eine überlegene Wärmeleitfähigkeit aufweist, bereitgestellt sein kann. In diesem Fall wird die Wärmeableitung der Mittelelektrode 5 erhöht, wodurch es ermöglicht wird, eine Verbesserung der Haltbarkeit zu verwirklichen.
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Ferner ist eine stabförmige Klemmenelektrode 6, die aus einem Metall wie etwa Kohlenstoffstahl besteht, an einem hinteren Endabschnitt der axialen Öffnung 4 in diese eingesetzt. Zusätzlich ist ein Verbindungsabschnitt 6A so an einem hinteren Abschnitt der Klemmenelektrode 6 bereitgestellt, dass er von einem hinteren Ende des Isolators 2 vorspringt. Dieser Verbindungsabschnitt 6A ist elektrisch mit einem Ausgang (einer Übertragungsleitung 32C, die später beschrieben werden wird) der Mischschaltung 61 verbunden.
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Darüber hinaus ist zwischen der Mittelelektrode 5 und der Klemmenelektrode 6 ein zylinderförmiger Glasdichtungsabschnitt 7 angeordnet. Die Mittelelektrode 5 und die Klemmenelektrode 6 sind durch den Glasdichtungsabschnitt 7 elektrisch miteinander verbunden. Zusätzlich sind die Mittelelektrode 5 und die Klemmenelektrode 6 über den Glasdichtungsabschnitt 7 an dem Isolator 2 fixiert.
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Das Metallgehäuse 3 besteht aus einem Metall wie Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und weist eine zylindrische Form auf. An seiner äußeren Umfangsfläche ist ein Gewindeabschnitt (ein Außengewindeabschnitt) gebildet, wodurch die Zündkerze 1 in einer Anbringungsöffnung in einem Verbrennungsmotor angebracht wird. Zusätzlich ist an der äußeren Umfangsfläche des hinteren Endes des Gewindeabschnitts 15 ein kragenförmiger Sitzabschnitt 16 gebildet, und eine ringförmige Dichtung 18 ist auf einen Gewindehals 17 an einem hinteren Ende des Gewindeabschnitts 15 gesetzt. Ferner ist an einem hinteren Endabschnitt des Metallgehäuses 3 ein Werkzeugeingreifabschnitt 19 mit einem sechseckigen Querschnitt für einen Eingriff mit einem Werkzeug wie etwa einem Schraubenschlüssel bei der Anbringung des Metallgehäuses 3 in dem Verbrennungsmotor bereitgestellt, und an einem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 ist ein gequetschter Abschnitt 20, durch den der Isolator 2 gehalten wird, bereitgestellt.
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An einer inneren Umfangsfläche des Metallgehäuses 3 ist ein ringförmiger Stufenabschnitt 21 so bereitgestellt, dass er radial nach innen vorspringt. Der Isolator 2 wird in das Metallgehäuse 3 von dessen hinterem Ende zu dessen vorderem Ende hin eingesetzt und durch radial einwärts gerichtetes Quetschen eines offenen Abschnitts an dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3, das heißt, durch Bilden des gequetschten Abschnitts 21 in einem derartigen Zustand, dass sein Stufenabschnitt 14 an den Stufenabschnitt 21 des Metallgehäuses 3 gesperrt ist, an dem Metallgehäuse 3 fixiert. Zusätzlich ist eine kreisrunde ringförmige Plattendichtung 22 zwischen die Stufenabschnitte 14, 21 eingefügt. Durch das derartige Einfügen der Plattendichtung 22 wird die Gasdichtheit in einer Verbrennungskammer bewahrt, um einen Austritt eines Kraftstoffgases (eines Luft-Kraftstoff-Gemischs), das in einen zu dem Inneren der Verbrennungskammer freiliegenden Spalt zwischen dem Nasenabschnitt 13 des Isolators und der inneren Umfangsfläche des Metallgehäuses 3 eindringt, nach außerhalb des Spalts zu verhindern.
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Um die Dichtung durch Quetschen auf eine noch perfektere Weise sicherzustellen, sind ferner kreisrunde Ringelemente 23, 24 an dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 zwischen das Metallgehäuse 3 und den Isolator 2 eingefügt, und Talkpulver 25 ist zwischen die Ringelemente 23, 24 gefüllt. Im Besonderen hält das Metallgehäuse 3 den Isolator 2 über die Plattendichtung 22, die Ringelemente 23, 24 und den Talk 25.
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Zusätzlich ist eine stabförmige Masseelektrode 27 mit einem vorderen Endabschnitt 26 des Metallgehäuses 3 verbunden. Diese Masseelektrode 27 ist aus einer Legierung gebildet, deren Hauptbestandteil Ni ist, und ist an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt radial einwärts gebogen. Die Masseelektrode 27 ist einem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 5 an einer Seitenfläche eines vorderen Endes derselben zugewandt, und zwischen dem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 5 und einem vorderen Endabschnitt der Masseelektrode 27 ist eine Funkenstrecke 28 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist die Größe G der Funkenstrecke 28 (ein kürzester Abstand zwischen der Mittelelektrode 5 und der Masseelektrode 27) so festgelegt, dass sie 0,3 mm oder mehr und 1,3 mm oder weniger beträgt.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 1 die Konfiguration der Entladungsleistungsversorgung 41 beschrieben werden.
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Die Entladungsleistungsversorgung 41 ist derart ausgeführt, dass sie eine hohe Spannung an die Zündkerze 1 anlegt, um dadurch eine elektrische Funkenentladung in der Funkenstrecke 28 zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Entladungsleistungsversorgung 41 eine primäre Spule 42, eine sekundäre Spule 43, einen Kern 44 und eine Zündvorrichtung 45.
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Die primäre Spule 42 ist um den Kern 44 gewickelt. Die primäre Spule 42 ist an einem Ende mit einer Batterie VA zur Versorgung mit elektrischer Leistung verbunden, und an ihrem anderen Ende mit der Zündvorrichtung 45 verbunden. Zusätzlich ist die sekundäre Spule 43 um den Kern 44 gewickelt. Die sekundäre Spule 43 ist an einem Ende mit einem Anschluss verbunden, der zwischen der primären Spule 42 und der Batterie VA liegt, und ist an ihrem anderen Ende über die Mischschaltung 61 mit der Klemmenelektrode 6 der Zündkerze 1 verbunden.
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Zusätzlich ist die Zündvorrichtung 45 aus einem vorherbestimmten Transistor gebildet, und schaltet in Reaktion auf ein Bestromungssignal, das von der Steuerung 71 eingegeben wird, zwischen dem Beginn und dem Ende der Zufuhr von elektrischer Leistung von der Batterie VA zu der primären Spule 42. Wenn eine hohe Spannung an die Zündkerze 1 angelegt wird, wird ein elektrischer Strom von der Batterie VA zu der primären Spule 42 geführt, um ein Magnetfeld um den Kern 44 zu bilden, wonach das Bestromungssignal von der Steuerung 71 von EIN zu AUS umgeschaltet wird, um dadurch die Bestromung der primären Spule 42 durch die Batterie VA zu beenden. Als Ergebnis der Beendigung der Bestromung wird das Magnetfeld um den Kern 44 geändert, und in der sekundären Spule 43 wird eine hohe Spannung (zum Beispiel 5 kV bis 30 kV) mit einer negativen Polarität erzeugt. Als Resultat der Anlegung dieser hohen Spannung an die Zündkerze 1 (die Funkenstrecke 28) ist es möglich, in der Funkenstrecke 28 eine elektrische Funkenentladung zu erzeugen. Zusätzlich wird wie in 3 dargestellt (3 ist ein Wellenformdiagramm, das eine an die Funkenstrecke 28 angelegte Spannung zeigt, wenn nur die Spannung von der Entladungsleistungsversorgung 41 an die Funkenstrecke 28 angelegt wird, ohne dass jegliche elektrische Leistung von der Wechselstromleistungsversorgung 51 eingebracht wird) nach einer kapazitiven Entladung, bei der sich der Spannungswert größtenteils durch die von der Entladungsleistungsversorgung 41 angelegte Spannung verändert, in der Funkenstrecke 28 eine Induktionsentladung, bei der die Zufuhr eines sehr kleinen Stroms fortgesetzt wird, erzeugt.
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Unter Rückkehr zu 1 ist die Wechselstromleistungsversorgung 51 derart ausgeführt, dass zur Zündkerze 1 eine Wechselstromleistung mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz geliefert wird. Zusätzlich ist zwischen der Wechselstromleistungsversorgung 51 und der Mischschaltung 61 eine Impedanzanpassungsschaltung (ein Anpassungsmodul) 33 bereitgestellt. Eine Ausgangsimpedanz auf Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 51 wird durch die Impedanzanpassungsschaltung 33 zur Übereinstimmung mit einer Eingangsimpedanz auf Seiten der Mischschaltung 61 oder der Zündkerze 1 (das heißt, einer negativen Seite) gebracht, wodurch die Abschwächung der Wechselstromleistung, die zu der Zündkerze 1 geliefert wird, verhindert wird. Zusätzlich besteht eine Übertragungsleitung für die Wechselstromleistung von der Wechselstromleistungsversorgung 51 zu der Zündkerze 1 aus einem Koaxialkabel mit einem inneren Leiter und einem äußeren Leiter, der an einem Außenumfang des inneren Leiters angeordnet ist, wodurch als Ergebnis die Reflexion der elektrischen Leistung verhindert wird.
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Die Mischschaltung 61 ist so ausgeführt, dass sie eine Übertragungsleitung 32A, die eine von der Entladungsleistungsversorgung 41 ausgegebene hohe Spannung trägt, und eine Übertragungsleitung 32B, die den von der Wechselstromleistungsversorgung 51 ausgegebenen Wechselstrom trägt, zu einer einzelnen Übertragungsleitung 32C zusammenfasst, die mit der Zündkerze 1 verbunden ist. Die Mischschaltung 61 weist eine Spule 62 und einen Kondensator 63 auf. Die Spule 62 gestattet den Durchgang von elektrischem Strom mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, der von der Entladungsleistungsversorgung 41 ausgegeben wird, verhindert aber den Durchgang von elektrischem Strom mit einer verhältnismäßig hohen Spannung, der von der Wechselstromleistungsversorgung 51 ausgegeben wird, wodurch die Zufuhr des elektrischen Stroms, der von der Wechselstromleistungsversorgung 51 ausgegeben wird, zu der Entladungsleistungsversorgung 41 unterdrückt wird. Andererseits gestattet der Kondensator 63 den Durchgang von elektrischem Strom mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz, der von der Wechselstromleistungsversorgung 41 ausgegeben wird, verhindert aber den Durchgang von elektrischem Strom mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, der von der Entladungsleistungsversorgung 41 ausgegeben wird, wodurch die Zufuhr von elektrischem Strom, der von der Entladungsleistungsversorgung 41 ausgegeben wird, zu der Wechselstromleistungsversorgung 51 unterdrückt wird. Durch Verwenden der sekundären Spule 43 anstelle der Spule 62 kann die Spule 62 weggelassen werden.
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Ferner kann bei dieser Ausführungsform in der Funkenstrecke 28 ein Wechselstromplasma erzeugt werden, indem die Wechselstromleistung von der Wechselstromleistungsversorgung 51 zu einem elektrischen Funken geliefert wird, der durch die Spannung von der Entladungsleistungsversorgung 41 in der Funkenstrecke 28 erzeugt wird. Um dies näher zu beschreiben, wird eine Wechselstromleistung von der Wechselstromleistungsversorgung 51 geliefert, während durch die Spannung von der Entladungsleistungsversorgung 41 eine Induktionsentladung erzeugt wird. Dann werden der Zeitpunkt, zu dem die Spannung von der Entladungsleistungsversorgung 41 an die Zündkerze 1 angelegt wird, und der Zeitpunkt, zu dem die Wechselstromleistung von der Wechselstromleistungsversorgung zu der Zündkerze 1 geliefert wird, durch die Steuerung 71, die aus einer vorherbestimmten elektronischen Steuereinheit (ECU) 81 besteht, gesteuert.
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Im Besonderen ist die Spannung, die von der Wechselstromleistungsversorgung 51 an die Funkenstrecke 28 angelegt wird, bei dieser Ausführungsform wie folgt festgelegt. Und zwar ist, wie in 4A veranschaulicht, eine Ausgangsspannung von der Wechselstromleistungsversorgung 51 so festgelegt, dass ein niedrigerer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten EP einer plusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke 28 angelegt wird, und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten EM einer minusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke 28 angelegt wird, während einer Einbringungsdauer des Wechselstroms 20 % oder mehr (vorzugsweise 70 % oder mehr) eines höheren der beiden Absolutwerte beträgt. Dann wird nämlich eine Different zwischen dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EP und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EM ausreichend klein. Bei dieser Ausführungsform werden der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EP und der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EM so gestaltet, dass sie einander im Wesentlichen gleich werden.
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Es sollte bemerkt werden, dass die "Spitzenwerte EP" keinen Spannungswert an einer Spitze, an der der Spannungswert am größten wird, bezeichnen, sondern einzelne Spannungswerte an mehreren plusseitigen Spitzen bezeichnen. Zusätzlich sollte bemerkt werden, dass die "Spitzenwerte EM" keinen Spannungswert an einer Spitze, an der der Spannungswert am kleinsten wird, bezeichnen, sondern einzelne Spannungswerte an mehreren minusseitigen Spitzen bezeichnen.
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Ferner ist die Wechselstromleistungsversorgung 51 bei dieser Ausführungsform so gestaltet, dass die Spannung der Wechselstromleistung, die von der Wechselstromleistungsversorgung in die Zündkerze 1 eingebracht wird, so eingestellt wird, dass sie größer als ein Absolutwert einer durchschnittlichen Spannung von elektrischen Strömen, die der Funkenstrecke 28 während einer Induktionsentladung (d.h., Induktionsströmen) durch die von der Entladungsleistungsversorgung 41 angelegte Spannung zugeführt werden, ist. Es sollte bemerkt werden, dass die "Spannung der Wechselstromleistung" die Kapazität oder Leistungsfähigkeit der Wechselstromleistungsversorgung 51 bedeutet und einen Durchschnittswert der Absolutwerte der Spitzenwerte der plusseitigen und der minusseitigen Spannung, die von der Wechselstromleistungsversorgung 51 ausgegeben werden, bezeichnet.
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Zusätzlich ist der elektrische Strom, der der Funkenstrecke 28 von der Wechselstromleistungsversorgung 51 zugeführt wird, bei dieser Ausführungsform wie folgt festgelegt. Und zwar beträgt, wie in 4B dargestellt, ein niedrigerer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts der Spitzenwerte IP eines plusseitigen elektrischen Stroms, der der Funkenstrecke 28 zugeführt wird (ein von der Mittelelektrode 5 zu der Masseelektrode 27 geführter Strom), und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten IM eines minusseitigen elektrischen Stroms, der der Funkenstrecke 28 zugeführt wird (ein von der Masseelektrode 27 zu der Mittelelektrode 5 geführter Strom), bei einer Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 20 % oder mehr (vorzugweise 70 % oder mehr) eines höheren der beiden Absolutwerte. Dann wird nämlich ein Unterschied zwischen dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IP und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IM so gestaltet, dass er ausreichend klein ist. Bei dieser Ausführungsform werden der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IP und der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IM so gestaltet, dass sie einander im Wesentlichen gleich werden.
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Es sollte bemerkt werden, dass die "Spitzenwerte IP" keinen elektrischen Stromwert an einer Spitze, an der der elektrische Stromwert am größten wird, bezeichnen, sondern einzelne elektrische Stromwerte an mehreren plusseitigen Spitzen bezeichnen. Zusätzlich sollte bemerkt werden, dass die "Spitzenwerte IM" keinen elektrischen Stromwert an einer Spitze, an der der elektrische Stromwert am kleinsten wird, bezeichnen, sondern einzelne elektrische Stromwerte an mehreren minusseitigen Spitzen bezeichnen.
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Ferner ist während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung ein höherer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten IP eines plusseitigen elektrischen Stroms, der der Funkenstrecke 28 zugeführt wird, und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten IM eines minusseitigen elektrischen Stroms, der der Funkenstrecke 28 zugeführt wird, (bei dieser Ausführungsform sowohl der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IP als auch der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IM) so festgelegt, dass er 1 A oder mehr beträgt.
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Zusätzlich ist nach dieser Ausführungsform die Schwingungsfrequenz der Wechselstromleistung, die von der Wechselstromleistungsversorgung ausgegeben wird, auf 10 kHz oder mehr eingerichtet.
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Da, wie ausführlich beschrieben wurde, nach der vorliegenden Ausführungsform somit die Spannungen mit unterschiedlichen Polaritäten an die Funkenstrecke 28 angelegt werden (die elektrischen Ströme mit unterschiedlichen Polaritäten zugeführt werden), ist es möglich, eine Kollision von Atomen in der Funkenstrecke 28 mit großer Häufigkeit zu erzeugen. Deswegen ist es möglich, Plasmen (Ionen und Elektronen), die in Verbindung mit der Kollision von Atomen erzeugt werden, zu vermehren.
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Ferner beträgt der niedrigere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EP (der Spitzenwerte IP) und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EM (der Spitzenwerte IM) 20 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte. Folglich ist es möglich, das Plasma mit einer hohen Dichte in einem zentralen Abschnitt der Funkenstrecke 28 zu erzeugen. Als Ergebnis davon ist es möglich, dem Plasma ein großes Wachsen zu gestatten, wodurch es möglich gemacht wird, die überlegene Zündbarkeit sicher zu verwirklichen.
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Zusätzlich wird die Spannung der Wechselstromleistung, die von der Wechselstromleistungsversorgung 51 eingebracht wird, so eingestellt, dass sie größer als der Absolutwert der Durchschnittsspannung der Induktionsströme ist, die der Funkenstrecke 28 durch die von der Entladungsleistungsversorgung 41 angelegte Spannung zugeführt werden. Folglich können sowohl die plusseitige Spannung als auch die minusseitige Spannung sicher an die Funkenstrecke 28 angelegt werden, während die Induktionsströme zugeführt werden.
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Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform der höhere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IP und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IM so festgelegt, dass er 1 A oder mehr beträgt. Deswegen ist es möglich, das in der Funkenstrecke 28 erzeugte Plasma zu verstärken, wodurch es möglich gemacht wird, die Zündbarkeit weiter zu verbessern.
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Zusammen damit ist es möglich, die Anzahl der Kollisionen von Atomen in der Funkenstrecke 28 weiter zu erhöhen, da die Schwingungsfrequenz der Wechselstromleistung auf 10 kHz oder mehr festgelegt ist. Als Ergebnis davon ist es möglich, die Menge des erzeugten Plasmas weiter zu erhöhen, wodurch es möglich gemacht wird, die Zündbarkeit noch viel mehr zu verbessern.
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Da sich das Plasma größtenteils zu der Außenseite der Funkenstrecke 28 ausbreitet, ist es nach dieser Ausführungsform ferner selbst dann möglich, die ausreichend überlegene Zündbarkeit zu verwirklichen, wenn die Größe G der Funkenstrecke 28 sehr klein ist. Zusätzlich ist es durch Verringern der Größe der Funkenstrecke 28 möglich, eine Verringerung der Entladungsspannung zu realisieren. Als Ergebnis davon kann nicht nur die Abnutzung oder Erosion der Mittelelektrode 5 und der Masseelektrode 27 wirksam unterdrückt werden, sondern kann auch die elektrische Funkenentladung in der Funkenstrecke 28 sicher erzeugt werden.
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Da die Größe G der Funkenstrecke 28 auf 0,3 mm oder mehr eingestellt ist, ist es zusätzlich möglich, die Menge des erzeugten Plasmas ausreichend zu erhöhen, wodurch es ermöglicht wird, dass die verbesserte Wirkung der Zündbarkeit sicher erreicht wird.
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Als nächstes wurden im Hinblick auf die Verifizierung der Arbeitsleistungen, die durch die vorher beschriebene Ausführungsform hervorgebracht werden, mehrere Versuchsausführungen von Zündsystemen angefertigt und an den einzelnen Versuchsausführungen theoretische Plasmabewertungsversuche vorgenommen. Theoretische Plasmabewertungsversuche bedeutet, dass die Zündsysteme nicht an einem Verbrennungsmotor sondern unter Nutzung einer Testkammer durchgeführt wurden. Bei den so angefertigten Versuchsausführungen wurde der Unterschied zwischen dem Durchschnitt der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung und dem Durchschnitt der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung auf unterschiedliche Werte von 800 V (800 Vp-p), 900 V (900 Vp-p) und 1000 V (1000 Vp-p) eingestellt. Zusätzlich wurde das Verhältnis des niedrigeren aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung zu dem höheren der beiden Absolutwerte verschiedenartig verändert.
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Die Zusammenfassung der theoretischen Plasmabewertungsversuche lautet wie folgt. Und zwar wurden die Versuchsausführungen in vorherbestimmten Kammern angebracht. Der Druck in den Kammern wurde auf 0,1 MPa eingerichtet, und die Atmosphäre im Inneren der Kammern wurde auf eine Standardgasatmosphäre (eine atmosphärische Atmosphäre) eingerichtet. Dann wurde das Luft-Kraftstoff(L/K)-Verhältnis auf 18 eingerichtet, die Ausgangsenergie der Wechselstromleistungsversorgung auf 500 mJ eingestellt und die Schwingungsfrequenz der Wechselstromleistung auf 13 MHz eingestellt. Dann wurden 1 ms nach den elektrischen Funkenentladungen Schlieren-Bilder aufgenommen. Dann wurden die erhaltenen Schlieren-Bilder mit einer vorherbestimmten Schwelle binarisiert, und Bereiche von Abschnitten mit hoher Dichte (das heißt, Bereiche, in denen Plasma erzeugt wird) wurden als Flammenbereiche gemessen. Ein großer Flammenbereich bedeutet, dass das Plasma groß anwächst, und es heißt, dass ein großer Flammenbereich eine überlegene Zündbarkeit bereitstellt.
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5 stellt die Ergebnisse der so ausgeführten theoretischen Plasmabewertungsversuche dar. Es sollte bemerkt werden, dass in 5 das Ergebnis des theoretischen Plasmabewertungsversuchs, der an jener Versuchsausführung vorgenommen wurde, bei der der Unterschied zwischen dem Durchschnitt der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung und dem Durchschnitt der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung auf 800 V (800 Vp-p) eingerichtet war, durch kreisförmige Markierungen gezeigt ist, das Ergebnis des theoretischen Plasmabewertungsversuchs, der an jener Versuchsausführung vorgenommen wurde, bei der der Unterschied auf 900 V (900 Vp-p) eingerichtet war, durch dreieckige Markierungen gezeigt ist, und das Ergebnis des theoretischen Plasmabewertungsversuchs, der an jener Versuchsausführung vorgenommen wurde, bei der der Unterschied auf 1000 V (1000 Vp-p) eingerichtet war, durch quadratische Markierungen gezeigt ist. Zusätzlich war bei den einzelnen Versuchsausführungen die Größe der Funkenstrecken auf 1,1 mm eingerichtet. Ferner war der Absolutwert einer Durchschnittsspannung eines Induktionsstroms, der durch die von der Entladungsleistungsversorgung angelegte Spannung erzeugt wird, so eingerichtet, dass er etwa 500 V betrug.
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Wie in 5 dargestellt ist, wurde herausgefunden, dass der Flammenbereich bei der Versuchsausführung, bei der der niedrigere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung auf 20 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte eingerichtet war, merklich vergrößert ist, was die überlegene Zündbarkeit bereitstellt. Es besteht die Ansicht, dass die bevorzugten Eigenschaften der obigen Versuchsausführung aus der synergetischen Wirkung der folgenden beiden Umstände (1) und (2) ergab.
- (1) Der Umstand, dass als Folge der Anlegung der Spannungen mit unterschiedlichen Polaritäten an die Funkenstrecke die Kollision von Atomen in der Funkenstrecke mit einer hohen Häufigkeit erzeugt wird, wodurch das erzeugte Plasma vermehrt wird.
- (2) Der Umstand, dass als Folge des Kleinhaltens des Unterschieds zwischen dem Absolutwert der plusseitigen Spannung und dem Absolutwert der minusseitigen Spannungdas Plasma mit einer hohen Dichte in dem zentralen Abschnitt der Funkenstrecke erzeugt wird, um den herum wenige Objekte, die die Ausbreitung des Plasmas unterdrücken, wie etwa die Mittelelektrode und die Masseelektrode, vorhanden sind, und der sowohl von der Mittelelektrode und der Masseelektrode entfernt ist und weniger durch die Flammenlöschwirkung durch die Elektroden beeinflusst wird, wodurch dem Plasma ein großes Wachsen gestattet wird.
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Zusätzlich wurde insbesondere bestätigt, dass bei der Versuchsausführung, bei der der niedrigere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung auf 70 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte eingerichtet war, der Flammenbereich weiter vergrößert ist, wodurch eine Zündbarkeit bereitgestellt wird, die noch überlegener ist.
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Aus den Ergebnissen der vorgenommenen theoretischen Plasmabewertungsversuche lässt sich sagen, dass es für die Verwirklichung einer überlegenen Zündbarkeit günstig ist, den niedrigeren aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung auf 20 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte einzurichten.
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Es lässt sich sagen, dass es für die Verwirklichung einer weiteren Verbesserung der Zündbarkeit günstig ist, den niedrigeren aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung, die an die Funkenstrecke angelegt wird, während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung auf 70 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte einzurichten.
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Als nächstens wurden Versuchsausführungen von Zündsystemen angefertigt und an den einzelnen Versuchsausführungen theoretische Plasmabewertungsversuche vorgenommen. Bei den so angefertigten Versuchsausführungen wurde die Leistungsversorgungskapazität (die Spannung der Wechselstromleistung, die von der Wechselstromleistungsversorgung in die Funkenstrecke eingebracht wird) auf unterschiedliche Werte von 400 V, 400 V, 800 V und 800 V eingerichtet. 6 stellt die Ergebnisse der durchgeführten theoretischen Plasmabewertungsversuche dar.
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Es sollte bemerkt werden, dass die Größe der Funkenstrecke bei den einzelnen Versuchsausführungen 1,1 mm betrug. Zusätzlich war der Absolutwert einer Durchschnittsspannung eines Induktionsstroms, der durch die von der Entladungsleistungsversorgung angelegte Spannung erzeugt wird, so eingerichtet, dass er etwa 500 V betrug.
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Wie in 6 dargestellt ist, wurde herausgefunden, dass der Flammenbereich bei der Versuchsausführung, bei der die Spannung der Wechselstromleistung, die von der Wechselstromleistungsversorgung eingebracht wird, so festgelegt war, dass sie größer als der Absolutwert der Durchschnittsspannung der Induktionsströme ist, welche durch die von der Entladungsleistungsversorgung angelegte Spannung erzeugt werden, merklich vergrößert ist, was die überlegene Zündbarkeit bereitstellt. Es wird angenommen, dass sich dieses bevorzugte Merkmal aus der sichereren abwechselnden Anlegung der plusseitigen Spannung und der minusseitigen Spannung an die Funkenstrecke während der Zufuhr der Induktionsströme zu der Funkenstrecke ergab.
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Gemäß der theoretischen Plasmabewertungsversuche is es bevorzugt, dass die Spannung der Wechselstromleistung, welche von der Wechselstromleistungsversorgung eingebracht wird, größer ist als der Absolutwert der Durchschnittsspannungen der Induktionsströme, die durch die Spannung, welche von der Entladungsleistungsversorgung angelegt wird, zu der Funkenstrecke geführt werden, um die Wirkung der verbesserten Zündbarkeit sicher zu erhöhen.
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Im Anschluss daran wurden mehrere Versuchsausführungen von Zündsystemen angefertigt und an den einzelnen Versuchsausführungen theoretische Plasmabewertungsversuche vorgenommen. Bei den so angefertigten Versuchsausführungen wurde ein höherer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms bei der Wechselstromleistungsversorgung auf unterschiedliche Werte von 6 A, 7 A und 8 A eingestellt. Dann wurde ein Verhältnis des niedrigeren aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms zu dem höheren der beiden Absolutwerte verschiedenartig verändert.
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7 stellt die Ergebnisse der durchgeführten theoretischen Plasmabewertungsversuche dar. In 7 ist das Ergebnis des theoretischen Plasmabewertungsversuch, der an jener Versuchsausführung vorgenommen wurde, bei der der höhere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms auf 6 A eingerichtet war, durch kreisförmige Markierungen angegeben, sind die Ergebnisse des Versuchs, der an jener Versuchsausführung vorgenommen wurde, bei der der höhere der Absolutwerte auf 7 A eingerichtet war, durch dreieckige Markierungen angegeben, und ist das Ergebnis des Versuchs, der an jener Versuchsausführung vorgenommen wurde, bei der der höhere der Absolutwerte auf 8 A eingerichtet war, durch quadratische Markierungen angegeben. Zusätzlich wurde bei den jeweiligen Versuchsausführungen der Unterschied zwischen dem Durchschnitt der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung und dem Durchschnitt der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung auf 900 V (900 Vp-p) eingerichtet, und die Größe der Funkenstrecke betrug 1,1 mm.
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Wie in 7 dargestellt ist, wurde klar gemacht, dass der Flammenbereich bei der Versuchsausführung, bei der der niedrigere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms auf 20 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte eingerichtet war, merklich vergrößert ist, was die überlegene Zündbarkeit bereitstellt.
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Zusätzlich wurde insbesondere bestätigt, dass bei der Versuchsausführung, bei der der niedrigere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms auf 70 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte eingerichtet war, eine Zündbarkeit, die überlegener ist, bereitgestellt wird.
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Aus den Ergebnissen der vorgenommenen theoretischen Plasmabewertungsversuche lässt sich sagen, dass es für die Verwirklichung einer überlegenen Zündbarkeit günstig ist, den niedrigeren aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung auf 20 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte einzurichten.
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Ferner lässt sich von dem Gesichtspunkt der weiteren Verbesserung der Zündbarkeit sagen, dass es günstig ist, den niedrigeren aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung auf 70 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte einzurichten.
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Als nächstes wurden mehrere Versuchsausführungen von Zündsystemen angefertigt und an den einzelnen Versuchsausführungen theoretische Plasmabewertungsversuche vorgenommen. Bei den angefertigten Versuchsausführungen wurden Wechselstromleistungsversorgungen verwendet, bei denen der höhere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms verschiedentlich auf unterschiedliche Werte eingerichtet wurde.
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8 stellt die Ergebnisse der durchgeführten theoretischen Plasmabewertungsversuche dar. Bei den Versuchsausführungen wurde ein Unterschied zwischen dem Durchschnitt der Spitzenwerte der plusseitigen Spannung und dem Durchschnitt der Spitzenwerte der minusseitigen Spannung auf 900 V (900 Vp-p) eingerichtet, und die Größe der Funkenstrecke betrug 1,1 mm.
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Wie in 8 dargestellt ist, wurde herausgefunden, dass der Flammenbereich bei der Versuchsausführung, bei der der höhere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms auf 1 A oder mehr eingerichtet war, merklich vergrößert ist, und dass die Zündbarkeit wirksamer verbessert wird. Es wird angenommen, dass sich dieses bevorzugte Merkmal aus dem Umstand ergab, dass die Erzeugung von Plasma in Verbindung mit dem Anstieg des Stroms vermehrt wird, wodurch dem Plasma ein größeres Wachstum gestattet wird.
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Aus den Ergebnissen der vorgenommenen theoretischen Plasmabewertungsversuche lässt sich sagen, dass der höhere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des plusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte des minusseitigen Stroms, der der Funkenstrecke zugeführt wird, im Hinblick auf eine noch sichere Verbesserung der Zündbarkeit Weise auf 1 A oder mehr eingestellt wird.
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Im Anschluss daran wurden Versuchsausführungen von Zündsystemen angefertigt und an den einzelnen angefertigten Versuchsausführungen theoretische Plasmabewertungsversuche vorgenommen. Bei den angefertigten Versuchsausführungen wurde die Schwingungsfrequenz (Oszillationsfrequenz) der Wechselstromleistung der Wechselstromleistungsversorgung verschiedenartig verändert. 9 stellt die Ergebnisse der vorgenommenen theoretischen Plasmabewertungsversuche dar. Es sollte bemerkt werden, dass bei den vorgenommenen theoretischen Plasmabewertungsversuchen ein Unterschied zwischen einem Durchschnitt von Spitzenwerten einer plusseitigen Spannung und einem Durchschnitt von Spitzenwerten einer minusseitigen Spannung auf 900 V (900 Vp-p) eingestellt wurde, ein höherer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms auf 6 A eingestelltwurde, und die Größe der Funkenstrecke auf 1,1 mm eingestellt wurde.
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Wie in 9 dargestellt ist, ergab sich klar, dass der Flammenbereich durch Setzen der Schwingungsfrequenz (Oszillationsfrequenz) der Wechselstromleistung auf 10 kHz oder mehr merklich vergrößert wird, was eine äußerst überlegene Zündbarkeit bereitstellt. Es wird angenommen, dass sich dieses bevorzugte Merkmal aus dem Umstand ergab, dass die Frequenz, mit der die Kollision von Atomen in der Funkenstrecke auftrat, merklich erhöht ist, was zu einer weiteren Vermehrung des erzeugten Plasmas führt.
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Aus den Ergebnissen der vorgenommenen theoretischen Plasmabewertungsversuche lässt sich ableiten, dass es für die weitere Verbesserung der Zündbarkeit günstig ist, die Schwingungsfrequenz der Wechselstromleistung auf 10 kHz oder mehr einzurichten.
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Als nächstes wurden Versuchsausführungen von Zündsystemen angefertigt und an den einzelnen angefertigten Versuchsausführungen theoretische Plasmabewertungsversuche vorgenommen. Bei den angefertigten Versuchsausführungen wurde die Größe G der Funkenstrecke verschiedenartig verändert. 10 stellt die Ergebnisse der durchgeführten theoretischen Plasmabewertungsversuche dar. Es sollte bemerkt werden, dass bei den vorgenommenen theoretischen Plasmabewertungsversuchen ein Unterschied zwischen einem Durchschnitt von Spitzenwerten einer plusseitigen Spannung und einem Durchschnitt von Spitzenwerten einer minusseitigen Spannung auf 900 V (900 Vp-p) eingerichtet wurde, und ein höherer aus einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines plusseitigen Stroms und einem Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten eines minusseitigen Stroms auf 8 A eingerichtet wurde.
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Wie in 10 dargestellt ist, ergab sich klar, dass dem Plasma durch Setzen der Größe G der Funkenstrecke auf 0,3 mm oder mehr ein größeres Wachstum gestattet wird. Es wird angenommen, dass dieses bevorzugte Merkmal durch die Umstände erhalten wird, dass eine Unterbrechung der Ausbreitung des Plasmas durch die vorhandenen Elektroden unterdrückt wird, und dass der Einfluss der Flammenlöschwirkung durch die Elektroden auf ein ausreichend kleines Ausmaß verringert wird.
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Aus den Ergebnissen der durchgeführten theoretischen Plasmabewertungsversuche lässt sich sagen, dass es günstig ist, die Größe G der Funkenstrecke auf 0,3 mm oder mehr einzurichten, um die Zündbarkeit weiter zu verbessern.
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Es sollte bemerkt werden, dass in dem Fall, bei dem die Größe G der Funkenstrecke mehr als 1,3 mm beträgt, die Befürchtung besteht, dass die Entladungsspannung so groß wird, dass sie eine Verschlechterung der Abnutzungs- oder Erosionsbeständigkeit der Mittelelektrode und der Masseelektrode fördert, und dass elektrische Funkenentladungen an anderen Stellen als der Funkenstrecke auftreten. Im Hinblick auf diese Nachteile lässt sich sagen, dass es günstig ist, die Größe G der Funkenstrecke auf 1,3 mm oder weniger einzustellen.
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Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der Ausführungsform, die bisher beschrieben wurde, beschränkt, und deshalb kann die Erfindung wie folgt ausgeführt werden. Natürlich können andere Anwendungsbeispiele und abgewandelte Beispiele als jene, die nachstehend erläutert werden, ausgeführt werden.
- (a) Obwohl der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EP und der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EM bei der Ausführungsform so gestaltet werden, dass sie einander im Wesentlichen gleich sind, ist die Größenbeziehung zwischen den beiden Absolutwerten nicht darauf beschränkt, sofern der niedrigere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EP und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EM während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 20 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte beträgt. Folglich kann, zum Beispiel wie in 11 dargestellt, ein Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten EP so gestaltet werden, dass er kleiner als ein Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten EM ist. Alternativ kann der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EP so gestaltet werden, dass er größer als der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte EM ist.
- (b) Obwohl der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IP und der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IM bei der Ausführungsform so gestaltet sind, dass sie einander im Wesentlichen gleich sind, ist die Größenbeziehung zwischen den beiden Absolutwerten nicht darauf beschränkt, sofern der niedrigere aus dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IP und dem Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IM während der Einbringungsdauer der Wechselstromleistung 20 % oder mehr des höheren der beiden Absolutwerte beträgt. Folglich kann, zum Beispiel wie in 12 dargestellt, ein Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten IP so gestaltet werden, dass er kleiner als ein Absolutwert eines Durchschnitts von Spitzenwerten IM ist. Alternativ kann der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IP so gestaltet werden, dass er größer als der Absolutwert des Durchschnitts der Spitzenwerte IM ist.
- (c) Obwohl die plusseitige Spannung und die minusseitige Spannung bei der Ausführungsform so gestaltet sind, dass sie von der Wechselstromleistungsversorgung 51 fortlaufend an die Funkenstrecke 28 angelegt werden (der plusseitige Strom und der minusseitige Stroms so gestaltet sind, dass sie fortlaufend zugeführt werden), ist die Form der Anlegung der Spannungen an die Funkenstrecke 28 (die Form der Zufuhr der Ströme) nicht darauf beschränkt. Folglich können, zum Beispiel wie in 13 und 14 dargestellt, Konfigurationen eingesetzt werden, bei denen eine plusseitige Spannung und eine minusseitige Spannung intermittierend von der Wechselstromleistungsversorgung 51 an die Funkenstrecke 28 angelegt werden (ein plusseitiger Strom und ein minusseitiger Strom intermittierend zugeführt werden).
- (d) Obwohl die elektrische Leistung von der Entladungsleistungsversorgung 41 und der Wechselstromleistungsversorgung 51 bei der Ausführungsform über den Verteiler zu den einzelnen Zündkerzen 1 geführt wird, kann eine Konfiguration eingesetzt werden, bei der für jede der Zündkerzen 1 eine Entladungsleistungsversorgung 41 und eine Wechselstromleistungsversorgung 51 bereitgestellt sind.
- (e) Obwohl die Steuerung 71 bei der Ausführungsform aus der ECU 81 besteht, braucht die Steuerung 71 nicht aus der ECU 81 bestehen, sondern sie kann zum Beispiel aus einem Mikrocomputer bestehen. Zusätzlich kann eine Konfiguration eingesetzt werden, bei der die Entladungsleistungsversorgung 41 durch die ECU gesteuert wird, während die Wechselstromleistungsversorgung 51 durch die Steuerung, die aus dem Mikrocomputer besteht, gesteuert wird.
- (f) Der in der Ausführungsform beschriebene Aufbau der Zündkerze 1 ist nur ein Beispiel, und der Aufbau einer Zündkerze, auf den das technische Konzept der Erfindung angewendet werden kann, ist nicht darauf beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012-050091 [0001]
- JP 51-77719 [0004]
- DE 2535960 [0004]
