DE102013215663B4

DE102013215663B4 - Zündapparatur

Info

Publication number: DE102013215663B4
Application number: DE102013215663.4A
Authority: DE
Inventors: Kimihiko Tanaya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP5805125B2; DE102013215663A1; JP2014181560A; US20140261346A1; US9765751B2

Abstract

Zündapparatur, umfassend:eine Zündkerze (101) mit einer ersten Elektrode (101a) und einer zweiten Elektrode (101b), die über einen Spalt hinweg gegenüberliegen und konfiguriert sind, eine Zündentladung im Spalt zu erzeugen, um eine brennbare Kraftstoffmischung in einer Verbrennungskammer eines Innenverbrennungsmotors zu zünden;eine Funkenentladungspfad-Erzeugungsvorrichtung (102), die konfiguriert ist, eine vorgegebene Hochspannung zu erzeugen und die Hochspannung an die erste Elektrode (101a) zu liefern, um einen Pfad für die Funkenentladung im Spalt auszubilden, so dass ein kapazitativer Strom (201) in den Funkentladungspfad fließt;eine Stromzufuhrvorrichtung (103) mit einem Bandpassfilter, die konfiguriert ist, einen Wechselstrom dem Funkenentladungspfad zuzuführen; undeine Steuervorrichtung (104), die konfiguriert ist, das Betriebs-Timing der Stromzufuhrvorrichtung zu steuern, wobeider Bandpassfilter eine Frequenz von 1 MHz bis 4 MHz passieren lässt,dadurch gekennzeichnet, dassdie Steuervorrichtung (104) die Stromzufuhrvorrichtung (103) so steuert, dass der Wechselstrom ab der Zeit zugelassen wird, wenn der kapazitative Strom abnimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine hauptsächlich für den Betrieb eines Innenverbrennungsmotors verwendete Zündapparatur.
BESCHREIBUNG VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
In den letzten Jahren sind die Probleme von Umweltschutz und Kraftstoffverknappung gestiegen. In der Automobilindustrie ist es eine dringliche Aufgabe, diese Probleme zu bewältigen. Ein Beispiel der Lösung ist ein Verfahren, den Kraftstoffverbrauch beachtlich zu verbessern, indem der Motor unter Einsatz eines Superladers oder durch Gewichtsreduktion „downsized“ (geschrumpft) wird.
Es ist bekannt gewesen, dass, wenn ein Innenverbrennungsmotor (nachfolgend auch als ein „Motor“ bezeichnet) in einem hoch supergeladenen Zustand ist, der Druck in dessen Verbrennungskammer sehr hoch wird, selbst in einem Zustand, der nicht mit Verbrennung einhergeht, so dass es schwierig wird, eine Zündentladung zum Starten der Verbrennung zu erzeugen. Einer der Gründe dafür ist, dass die zum Veranlassen des dielektrischen Durchschlags zwischen der Hochspannungselektrode und der Erdungselektrode (d.h. im Spalt) erforderliche Spannung der Zündkerze sehr hoch wird und den Spannungsfestigkeit des Isolatorteils der Zündkerze übersteigt.
Um dieses Problem zu lösen, ist Forschung durchgeführt worden, um die Spannungsfestigkeit des Isolatorteils anzuheben. In der Realität jedoch ist es derzeit schwierig, hinreichende Belastungsspannung sicherzustellen, um die Anforderung zu erfüllen, so dass es sich begibt, dass es keine andere Wahl gibt als das Mittel zu wählen, die Spaltdistanz der Zündkerze zu verengen. Nichts desto weniger, wenn der Spalt der Zündkerze verengt wird, tritt ein anderes Problem dahingehend auf, dass der Auslöschungseffekt des Elektrodenteils dazu tendiert, ungewünschte Effekte mit sich zu bringen, was eine Degradierung bei der Startbarkeit und Degradierung bei der Verbrennungsleistungsfähigkeit verursacht.
Um dieses Problem zu lösen, erscheint es möglich, ein Vermeidungsmittel zu ergreifen, eine Energie, welche den Auslöschungseffekt übersteigt, das heißt die durch den Elektrodenteil weggenommene thermische Energie, mittels Funkenentladung aufzuerlegen, oder eine Verbrennung an einem Ort soweit als möglich von der Elektrode entfernt zu verursachen. Entsprechend ist konventioneller Weise eine beispielsweise in JP 2011-099410 A offenbarte Zündapparatur vorgeschlagen worden.
Die in JP 2011-099410 A offenbarte Zündapparatur ist derart, dass sie eine Funkenentladung an einen Zündkerzenspalt mit einer konventionellen Zündspule erzeugt und veranlasst, dass ein Hochfrequenzstrom in den Pfad der Funkenentladung über eine Diode und einen Mischer fließt, wodurch sie es möglich macht, eine Hochenergie-Funkenentladung auszubilden und Plasma, das sich über einen breiteren Bereich als eine normale Funkenentladung ausdehnt, zu entladen.
EP 2 738 381 A2 beschreibt ein Zündsystem mit einer Zündkerze, einer Entladungsstromversorgung zum Anlegen einer Hochspannung an den Spalt der Zündkerze, einer Hochfrequenzstromversorgung zum Zuführen eines Hochfrequenzstroms an den Spalt, einer Anpassungseinheit, die zwischen der Zündkerze und der Hochfrequenzstromversorgung vorgesehen ist, und einem Mischer, durch den Ströme fließen, die von den beiden Stromversorgungen ausgegeben werden. Eine erste Oszillationsfrequenz, die den zwischen der Anpassungseinheit und dem Mischer fließenden Strom maximiert, wenn eine Funkenentladung erzeugt wird, und eine zweite Oszillationsfrequenz, die den zwischen der Anpassungseinheit und dem Mischer fließenden Strom maximiert, wenn keine Funkenentladung erzeugt wird, erfüllen eine vorgegebene Beziehung. Damit kann zwischen der Anpassungseinheit und dem Mischer ein Strom fließen, dessen Oszillationsfrequenz gleich der ersten Oszillationsfrequenz ist, wenn keine Funkenentladung erzeugt wird.
EP 1 961 279 B1 bezieht sich auf eine Stromversorgungsvorrichtung für einen Hochfrequenz-Plasmagenerator mit einer Schnittstelle für den Empfang einer Anforderung zur Bestimmung einer optimalen Steuerfrequenz; einer Ausgangsschnittstelle, die dazu bestimmt ist, mit einem Resonator zur Plasmaerzeugung verbunden zu werden; einem Versorgungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es an die Ausgangsschnittstelle eine Spannung mit einer Sollfrequenz anlegt, wobei diese Spannung in Abhängigkeit von ihrer Frequenz selektiv nicht in der Lage ist, die Erzeugung von Plasma des Resonators bei Empfang einer Anforderung während einer Phase der Optimierung der Versorgungsfrequenz des genannten Generators zu ermöglichen, und in der Lage ist, die Erzeugung von Plasma des Resonators während einer Betriebsphase des genannten Generators zu ermöglichen; einer Schnittstelle zum Empfangen einer elektrischen Messung der Leistungsversorgung des Resonators; einem Modul zum Bestimmen der optimalen Steuerfrequenz, das so konfiguriert ist, dass es nacheinander verschiedene Sollfrequenzen an das Leistungsversorgungsmodul bei Empfang einer Anforderung liefert und eine optimale Steuerfrequenz in Abhängigkeit von elektrischen Messungen bestimmt, die von der Empfangsschnittstelle empfangen werden.
Die in JP 2011-099410 A oben offenbarte konventionelle Zündapparatur enthält eine Diode mit einer hohen Spannungsfestigkeit. Derzeit wird die Hochspannungsfestigkeitsdiode mit einer Stapelstruktur unter Verwendung von Bleilot hergestellt, so dass ihre Größe klein gemacht worden ist. Jedoch ist es schwierig gewesen, eine solche Struktur zu übernehmen, aufgrund des Standpunkts eines bleifreien Designs in den letzten Jahren. Wenn das Bleifrei-Design eingesetzt wird, wird es nötig, eine hinreichende physikalische Isolationsdistanz sicherzustellen. Folglich treten Probleme auf, dass eine Größen-Reduktion schwierig und die Herstellkosten sehr hoch werden. Andererseits erscheint es möglich, einen Hochfrequenzwechselstrom von 10 MHz oder mehr zwischen den Elektroden der Zündkerze passieren zu lassen. Jedoch ist eine Vorrichtung, die zu Hochfrequenz- und Hochstromumschalten in der Lage ist, und auch Zuverlässigkeit gewährleistet, sehr kostenintensiv, so dass auch dies das Problem sehr hoher Herstellkosten verursacht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung ist gemacht worden, um solche Probleme in der konventionellen Apparatur, die oben beschrieben sind, zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Zündapparatur bereitzustellen, die den Effekt erzielen kann, der den Abschwächungs-Effekt und dergleichen aufheben kann, bei niedrigen Kosten und einfacher Struktur.
Eine Zündapparatur gemäß der Erfindung beinhaltet: eine Zündkerze mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die über einen Spalt hinweg gegenüberliegen und konfiguriert sind, eine Zündentladung im Spalt zu erzeugen, um eine brennbare Kraftstoffmischung in einer Verbrennungskammer eines Innenverbrennungsmotors zu zünden; eine Funkenentladungspfad-Erzeugungsvorrichtung, die konfiguriert ist, eine vorgegebene Hochspannung zu erzeugen und die Hochspannung an die erste Elektrode zu liefern, um einen Pfad für die Funkenentladung im Spalt auszubilden; eine Stromzufuhrvorrichtung mit einem Bandpassfilter, die konfiguriert ist, einen Wechselstrom dem Funkenentladungspfad zuzuführen; und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, das Betriebs-Timing der Stromzufuhrvorrichtung zu steuern, wobei der Bandpassfilter eine Frequenz von 1 MHz bis 4 MHz passieren lässt.
Die Zündapparatur gemäß dieser Erfindung ermöglicht es, die zum Betreiben eines Innenverbrennungsmotors verwendete Kraftstoffmenge beachtlich zu reduzieren, so dass sie die Menge an CO₂-Emission signifikant reduzieren und zum Umweltschutz beitragen kann.
Die vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Zündapparatur gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung.
2 ist ein Timing-Diagramm der Zündapparatur gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Zündapparatur gemäß dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zündapparatur gemäß dieser Erfindung ist eine Apparatur, die eine Funkenentladung im Hauptkerzenspalt einer Zündkerze durch eine, durch eine Zündspulvorrichtung produzierte, Hochspannung erzeugt und zusätzlich veranlasst, dass ein hoher Wechselstrom in den Funkenentladungspfad fließt, um dadurch ein großes Entladungsplasma im Hauptkerzenspalt auszubilden.
Erste bevorzugte Ausführungsform
1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Zündapparatur gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung. Bezug nehmend auf 1 beinhaltet eine Zündapparatur 100 eine Zündkerze 101, die eine Funkenentladung zum Zünden einer brennbaren Kraftstoffmischung in einer Verbindungskammer in einem Innenverbrennungsmotor erzeugt, eine Zündspulenvorrichtung 102, die als eine Funkenentladungspfaderzeugungsvorrichtung dient, die eine vorgegebene Hochspannung zum Ausbilden eines Funkenentladungspfads an die Zündkerze 101 anlegt, eine Hochfrequenzstromversorgung 103, die als eine Stromzufuhrvorrichtung dient, welche einen Wechselstrom zur Ausformung eines großen Entladungsplasmas im Funkenentladungspfad zuführt, und eine Steuervorrichtung 104, die das Betriebs-Timing der Hochfrequenzstromversorgung 103 steuert. Die Steuervorrichtung 104 steuert auch den Betrieb der Zündspulenvorrichtung 102.
Die Zündkerze 101 weist eine Hochspannungselektrode 101a, die als eine erste Elektrode dient, und eine externe Elektrode 101b, die als eine zweite Elektrode dient, die zur Zündkerze 101 über einen Hauptkerzenspalt weist, der ein vorgegebener Spalt ist, auf.
Die Zündspulenvorrichtung 102 weist eine Primärspule 106 und eine Sekundärspule 107, die miteinander über einen Kern 105 magnetisch gekoppelt sind, ein Schaltelement 108, das die Passage von Strom für die Primärspule 106 steuert, eine Treibervorrichtung 109, die das Schaltelement 108 antreibt und eine Widerstandsvorrichtung 110, welche das kapazitative Stromsystemrauschen unterdrückt, das erzeugt wird, wenn der dielektrische Durchschlag im Hauptkerzenspalt der Zündkerze 101 stattfindet, auf.
Ein Ende der Sekundärspule 107 ist mit der Hochspannungselektrode 101a der Zündkerze 101 über die Widerstandsvorrichtung 110 verbunden und ein Ende eines später beschriebenen Kondensators 111 ist direkt mit der Hochspannungselektrode 101a der Zündkerze 101 verbunden. Es sollte angemerkt werden, dass die Widerstandsvorrichtung 110 ein Element zum Unterdrücken von Rauschen ist, und abhängig von der Struktur des Motors oder dem Zustand der Verdrahtung ist es nicht notwendig, eine Widerstandsvorrichtung 110 vorzusehen, wenn die Erzeugung von Rauschen niedrig ist. In diesem Fall ist das eine Ende der Sekundärspule 107 direkt mit der Hochspannungselektrode 101a der Zündkerze 101 verbunden und ist gleichermaßen das eine Ende des Kondensators 111 auch direkt mit der Hochspannungselektrode 101a der Zündkerze 101 verbunden.
Das Schaltelement 108 und die Treibervorrichtung 109 können innerhalb der Zündspulenvorrichtung 102 angeordnet sein, um Rauschen zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern. Alternativ können das Schaltelement 108 und die Treibervorrichtung 109 außerhalb der Zündspulenvorrichtung 102 angeordnet ein, beispielsweise innerhalb der Steuervorrichtung 104 oder innerhalb der Hochfrequenzstromversorgung 103, um Größe und Gewicht der Zündspulenvorrichtung 102 für den Zweck beispielsweise des Reduzierens der Größe und Senkens des Schwerpunkts des Motors zu reduzieren.
Die Hochfrequenzstromversorgung 103 weist einen Kondensator 111 und eine Induktivität 113 auf. Der Kondensator 111 und die Induktivität 113 bilden einen Bandpassfilter, der den aus dem Funkenentladungspfad, der im Hauptkerzenspalt zum Ausbilden eines großen Entladungsplasmas ausgebildet ist, zugeführten Wechselstrom passieren lässt, aber eine in der Sekundärspule 107 der Zündspulenvorrichtung 102 erzeugte gleichstromartige Hochspannung blockiert, so dass sie nicht einer Umschaltschaltung 112 in der Hochfrequenzstromversorgung 103 zugeführt wird.
Die Frequenz des Bandpassfilters wird auf 1 MHz bis 4 MHz eingestellt. Um ein großes Entladungsplasma effizient auszuformen, wird es als notwendig angesehen, dass die angelegte Schaltung im Frequenzband, in dem Kationen in dem Hauptkerzenspalt eingefangen werden können, zwischen Positiv und Negativ umgeschaltet werden können. Entsprechend ist eine Frequenz von 1 MHz oder höher notwendig, wenn die Spaltdistanz des Hauptkerzenspalts etwa 1 mm beträgt.
Auch bezüglich der Universalzweckumschaltvorrichtung, die hohe Zuverlässigkeit aufweist und zu niedrigen Kosten verfügbar ist, ist ihre Operationsgrenze etwa 4 MHz. Entsprechend kann, wenn die Frequenz des Bandpassfilters auf 1 MHz bis 4 MHz eingestellt wird, ein großes Entladungsplasma effizient unter Verwendung einer Universalzweckumschaltvorrichtung erzeugt werden, welche hohe Zuverlässigkeit aufweist und zu niedrigen Kosten verfügbar ist.
Es ist wünschenswert, dass ein Kondensator mit einem Kapazitätswert von 40 Picofarad bis 200 Picofarad als der Kondensator 111 des Bandpassfilters ausgewählt werden sollte. Dieser Kondensator 111 wird zu einem Ziel, das durch den induzierten Strom geladen wird, der eine Ausgabe aus der Zündspulenvorrichtung 102 ist. Aus diesem Grund, wenn der Kapazitätswert desselben zu groß gemacht wird, kann die Ladung die dielektrische Durchbruchspannung des Hauptkerzenspalts aufgrund des induzierten Stroms nicht erreichen und mag der Funkenentladungspfad nicht ausgebildet werden.
Es wird angenommen, dass die obere Grenze der Kapazität des Kondensators 111, der das Laden zur dielektrischen Durchbruchspannung des Hauptkerzenspalts in Kombination mit einer typischen Zündspulenvorrichtung 102, die derzeit im Markt verfügbar ist, ermöglicht, 200 Picofarad beträgt. Wenn der Kapazitätswert niedriger wird, wird es schwierig, Wechselstrom hindurchzuleiten. Es ist experimentell bekannt, dass ein elektrischer Strom von 1 Ampere oder höher in der Spitze notwendig ist, um ein großes Entladungsplasma bis zu einem Grad auszubilden, der einen Verbrennungsleistungsverbesserungseffekt erhalten kann. Da die Spannungsfestigkeit von Universalzwecksteckern etwa 1000 V beträgt, wird angenommen, dass die Ausgabe der Hochfrequenzstromversorgung 103 entsprechend 1000 V beträgt; dann wird ein Kapazität von 40 Picofarad oder höher erforderlich, um einen Strom von 1 Ampere bei 4 MHz zuzuführen. Daher ist es wünschenswert, dass ein Kondensator mit einem Kapazitätswert von 40 Picofarad bis 200 Picofarad als Kondensator 111 ausgewählt werden sollte. Mit dem gerade erwähnten Kapazitätswert sind relativ kleine und preisgünstige Kondensatoren verfügbar.
Aus der Frequenz des Bandpassfilters und dem Kapazitätswert des Kondensators 111 wird der Induktionswert der Induktivität 113 des Bandpassfilters als etwa 40 Mikrohenry bis etwa 120 Mikrohenry bestimmt. Vom Standpunkt der Größenreduktion, Kostenreduktion und Wärmeerzeugungsreduktion der Apparatur ist es wünschenswert, dass der Induktionswert so niedrig wie möglich sein sollte. Jedoch wird in der Realität der Induktionswert vom Standpunkt der Balance mit dem oben beschrieben Kondensatorwert anhand der eingesetzten Anwendung bestimmt.
Mit den Kombinationen der oben erwähnten Konstanten kann die Apparatur unter Verwendung von Universalzweckelementen konfiguriert werden, so dass eine Apparatur zu niedrigen Kosten und hoch effizient realisiert werden kann.
Als Nächstes werden spezifische Operationen der Zündapparatur gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 2 ist ein Timing-Diagramm, das verschiedene Signale in der Zündapparatur gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform in chronologischer Reihenfolge zeigt.
Signal A in 2 ist ein Signal, in welchem die durch den Pfeil von Pfad A in 1 angezeigte Richtung als positiv definiert ist, und es ist ein Spannungssignal, das durch die Steuervorrichtung 104 ausgegeben wird und dem Antreiben der Zündspulenvorrichtung 102 dient. Signal B in 2 ist ein Signal, in welchem die durch den Pfeil von Pfad B in 1 angezeigte Richtung als positiv definiert ist und ist ein Stromsignal, welches den Ausgabestrom der Zündspulenvorrichtung 102 repräsentiert. Signal C in 2 ist ein Signal, in welchem die durch den Pfeil von Pfad C in 1 angezeigte Richtung als positiv definiert ist, und ist ein Spannungssignal, das durch die Steuervorrichtung 104 ausgegeben wird und den Zeitraum zum Arbeiten der Umschaltschaltung 112 in der Hochfrequenzstromversorgung 103 anzeigt.
Das Signal DH in 2 ist ein Signal, in welchem die durch den Pfeil von Pfad DH in 1 angezeigte Richtung als positiv definiert ist und ist ein Spannungssignal zum Antreiben des Gatters des HOCH-Seiten-Schaltelements der Umschaltschaltung 112, die durch eine Halbbrücke in der Hochfrequenzstromversorgung 103 konstruiert ist. Das Signal DL in 2 ist ein Signal, in welchem die durch den Pfeil von Pfad DL in 1 angezeigte Richtung als positiv definiert ist und ist ein Spannungssignal zum Antreiben des Gatters des NIEDER-Seiten-Umschaltelements der Umschaltschaltung 112, die durch eine Halbbrücke in der Hochfrequenzstromversorgung 103 konstruiert ist. Signal E in 2 ist ein Signal, in welchem die durch den Pfeil von Pfad E in 1 angezeigte Richtung als positiv definiert ist und ist ein Stromsignal, welches den Ausgabestrom der Hochfrequenzstromversorgung 103 repräsentiert. Das Signal F in 2 ist ein Signal, in welchem die durch den Pfeil von Pfad F in 1 angezeigte Richtung als positiv definiert ist, und ist ein Stromsignal, das den, den Funkenentladungspfad, der im Hauptkerzenspalt zwischen der Hochspannungselektrode 101a und der externen Elektrode 101b der Zündkerze 101 gebildet ist, passierenden Entladungsstrom repräsentiert.
Zur Zeit T0 in 2 ist das Signal A bereits hochgeschaltet, so dass das Schaltelement 112 in der Zündspulenvorrichtung 102 im EIN-Zustand ist, und ist die Primärspule 106 in einem elektrisch energetisierten Zustand. An diesem Punkt ist die Magnetflussenergie im Kern 105 gespeichert.
Zur Zeit T1, wenn das Signal A NIEDRIG geschaltet wird, wird der die Primärspule 106 passierende Strom durch das Schaltelement 108 in der Zündspulenvorrichtung 102 blockiert. Dann wird die Magnetflussenergie, die im Kern 105 gespeichert worden ist, freigesetzt und es wird eine induzierte Spannung in der Sekundärspule 107 erzeugt. Entsprechend beginnt der als B in 2 gezeigte induzierte Strom, in dem Pfad B zu fließen und beginnen gleichzeitig der Erdungskondensator, den die Zündkerze 101 potentiell aufweist, und der Kondensator 111 in der Hochfrequenzstromversorgung 103, geladen zu werden.
Zur Zeit T2, wenn die Ladungsspannung zum Erdungskondensator der Zündkerze 101 und dem Kondensator 111 die dielektrische Durchbruchspannung zwischen der Hochspannungselektrode 101a und der externen Elektrode 101b der Zündkerze 101 erreicht (d.h. im Hauptkerzenspalt), tritt der dielektrische Durchschlag im Hauptkerzenspalt auf und es wird ein Funkenentladungspfad ausgebildet. Gleichzeitig fließt der durch die Entladung der in den Kondensatoren gespeicherte elektrische Ladung verursachte Strom, das heißt ein kapazitativer Strom 201, in den Funkenentladungspfad.
Während der kapazitative Strom 201 fließt, ist das Potential des Punktes G in 1 noch hoch, so dass es schwierig ist, elektrischen Strom aus der Hochfrequenzstromversorgung 103 stabil zum Entladungspfad im Hauptkerzenspalt zu führen. Daher schaltet die Steuervorrichtung 104 das Signal C zur Zeit T3 auf HOCH, so dass einem Wechselstrom gestattet ist, ungefähr ab der Zeit, wenn der kapazitative Strom abnimmt, zu passieren, was den Betrieb der Umschaltschaltung 112 gestattet.
Es ist wünschenswert, dass das Intervall von Zeit T1 zu Zeit T3 auf einen Kennfeld-Wert oder berechneten Wert eingestellt werden sollte, das anhand des Betriebszustandes bestimmt wird.
Der Grund dafür ist, dass, wenn die Zustände, wie etwa Motordrehzahl, Last und Temperatur sich ändern, die dielektrische Durchbruchspannung des Hauptkerzenspalts sich auch ändert und sich die Zeit T2 entsprechend ändert. Wenn beispielsweise in einem Leerlaufzustand bei etwa 700 Umdrehungen pro Minute das Intervall von Zeit T1 bis Zeit T3 auf 50 Mikrosekunden eingestellt ist, und wenn bei einem Volldrosselklappenladezustand bei etwa 4000 Umdrehungen pro Minute, wird das Intervall von Zeit T1 bis T3 auf 100 Mikrosekunden eingestellt. Auch wird, wenn die Kühlmitteltemperatur 80°C übersteigt, ein Intervall von 10 Mikrosekunden davon indiskriminativ abgezogen.
Wenn dem Signal C der Umschaltschaltung 112 gestattet wird zu arbeiten, startet die Umschaltschaltung 112 einen Umschaltvorgang so, dass Wechselstrom zum in dem Hauptkerzenspalt ausgebildeten Funkenentladungspfad geführt wird. In der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Umschaltschaltung 112 als Halbbrücke konfiguriert und ist ein durch den Induktor 113 und den Kondensator 111 aufgebauter Bandpassfilter in der späteren Stufe angeordnet. Somit, anhand der Frequenz dieses Bandpassfilters, werden Signal DH und Signal DL wiederholt umgeschaltet, wie in 2 gezeigt, so dass der Hochseitenschalter und der Niederseitenschalter der Halbbrücke abwechselnd EIN- und AUS-geschaltet werden. Während dieser Zeit ist der Ausgabestrom der Hochfrequenzstromversorgung 103 wie durch Signal E in 2 gezeigt.
Als Ergebnis fließt der durch Signal F repräsentierte Strom durch den im Hauptkerzenspalt gebildeten Funkenentladungspfad. Der durch Signal F repräsentierte Strom ist die Summe von Signal B, das der Ausgangsstrom der Zündspulenvorrichtung 102 ist (etwa 50 mA bis etwa 300 mA), und Signal E, das der Ausgangsstrom der Hochfrequenzstromversorgung 103 ist (von etwa 2 A bis etwa 10 A).
Die Steuervorrichtung 104 schaltet Signal C zur Zeit T4 auf NIEDRIG, um den Betrieb der Umschaltschaltung 112 zu stoppen. Der Betrieb der Umschaltschaltung 112 hält an und die Zufuhr eines großen Wechselstroms am Funkenentladungspfad im Hauptkerzenspalt stoppt.
Es ist wünschenswert, dass das Intervall von Zeit T3 zu Zeit T4 und der Pegel des Eingangswechselstromes kartierte Werte und berechnete Werte sein sollten, die abhängig von Betriebszuständen und Entladungszuständen eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Kühlmitteltemperatur niedriger als 80°C und die Motordrehzahl 1000 Umdrehungen pro Minute oder weniger ist, wird eine 5-A Spitzenwechselstromentladung über einen 500 Mikrosekunden-Zeitraum eingegeben, wird dann am Zeitpunkt, wenn die Motordrehzahl 3000 Umdrehungen pro Minute übersteigt, eine 5-A-Spitzenwechselstromentladung über einen 300 Mikrosekunden Zeitraum eingegeben, und wird, wenn die Motordrehzahl 4000 Umdrehungen pro Minute übersteigt, eine 3-A-Spitzenwechselstromentladung über einen 300 Mikrosekunden Zeitraum eingegeben. Wenn die Motorkühlmitteltemperatur 80°C übersteigt, wird ein Intervall von 100 Mikrosekunden vom Intervall ab Zeit T3 bis zur Zeit T4 indiskriminativ subtrahiert.
Wie oben diskutiert worden ist, ermöglicht es die Zündapparatur gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, ein großes Entladungsplasma effizient bei niedrigen Kosten und einfacher Konfiguration auszubilden, und beeinträchtigt nicht die Startbarkeit oder Verbrennungsleistungsfähigkeit, selbst wenn eine Zündkerze mit einem engen Spalt verwendet wird. Daher wird es möglich, beispielsweise eine Gewichtsreduktion durch hohes Superladungs-Downsizen und thermische Effizienzverbesserung durch Erhöhen des Kompressionsverhältnisses auszuführen. Als Ergebnis wird es möglich, die zum Betreiben eines Innenverbrennungsmotors verwendete Kraftstoffmenge beachtlich zu reduzieren und die Menge an CO₂-Emission signifikant zu reduzieren, was es ermöglicht, zum Umweltschutz beizutragen.
Obenstehend ist eine Zündapparatur gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden. Es sollte sich jedoch verstehen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich sind. Die Zündapparatur gemäß dieser Erfindung kann in Automobile, Motorräder, Außenbordmotoren und anderen Spezialmaschinen inkorporiert sein, die Innenverbrennungsmotoren verwenden, so dass die Zündung von Kraftstoff zuverlässig durchgeführt werden kann. Als Ergebnis gestattet die Zündapparatur gemäß dieser Erfindung es dem Innenverbrennungsmotor, effizient betrieben zu werden, und kann eine Rolle beim Lösen der Spaltkraftstofferschöpfungsprobleme und dem Umweltschutz spielen.

Claims

Zündapparatur, umfassend: eine Zündkerze (101) mit einer ersten Elektrode (101a) und einer zweiten Elektrode (101b), die über einen Spalt hinweg gegenüberliegen und konfiguriert sind, eine Zündentladung im Spalt zu erzeugen, um eine brennbare Kraftstoffmischung in einer Verbrennungskammer eines Innenverbrennungsmotors zu zünden; eine Funkenentladungspfad-Erzeugungsvorrichtung (102), die konfiguriert ist, eine vorgegebene Hochspannung zu erzeugen und die Hochspannung an die erste Elektrode (101a) zu liefern, um einen Pfad für die Funkenentladung im Spalt auszubilden, so dass ein kapazitativer Strom (201) in den Funkentladungspfad fließt; eine Stromzufuhrvorrichtung (103) mit einem Bandpassfilter, die konfiguriert ist, einen Wechselstrom dem Funkenentladungspfad zuzuführen; und eine Steuervorrichtung (104), die konfiguriert ist, das Betriebs-Timing der Stromzufuhrvorrichtung zu steuern, wobei der Bandpassfilter eine Frequenz von 1 MHz bis 4 MHz passieren lässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (104) die Stromzufuhrvorrichtung (103) so steuert, dass der Wechselstrom ab der Zeit zugelassen wird, wenn der kapazitative Strom abnimmt.
Zündapparatur gemäß Anspruch 1, wobei: der Bandpassfilter eine Induktivität (113) und einen Kondensator (111) umfasst; und die Induktivität (113) einen Induktionswert von 40 Mikrohenry bis 120 Mikrohenry aufweist.
Zündapparatur gemäß Anspruch 1, wobei der Bandpassfilter eine Induktivität (113) oder einen Kondensator (111) umfasst und der Kondensator (111) einen Kapazitätswert von 40 Picofarad bis 200 Picofarad aufweist.
Zündapparatur gemäß Anspruch 1, wobei: der Bandpassfilter eine Induktivität (113) und einen Kondensator (111) umfasst; und die Induktivität (113) einen Induktionswert von 40 Mikrohenry bis 120 Mikrohenry aufweist und der Kondensator (111) einen Kapazitätswert von 40 Picofarad bis 200 Picofarad aufweist.