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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung und eine Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung, im Wesentlichen verwendet zum Betreiben eines internen Verbrennungsmotors.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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In den letzten Jahren sind Probleme wie die Erhaltung der Umwelt und Kraftstoffschwund aufgekommen und es gibt einen dringenden Bedarf in der Automobilindustrie solche Probleme anzugehen.
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Als ein Beispiel der Bemühungen solche Probleme anzugehen, gibt es ein Verfahren Kraftstoffverbrauch dramatisch zu verbessern durch Verkleinerung von Motoren und Gewichtsreduktion durch Verwendung eines Aufladers (Englisch: supercharger).
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Es ist bekannt, dass in einem hoch aufgeladenen Zustand der Druck in einer Motorverbrennungskammer sehr hoch wird, selbst wenn Verbrennung nicht auftritt, und in dieser Situation ist es schwierig Funkenentladung zum Starten der Verbrennung zu verursachen.
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Einer der Gründe für die Schwierigkeit ist, dass die benötigte Spannung zum Verursachen eines Isolationsdurchschlags zwischen (in dem Spalt) einer Hochspannungselektrode von einer Zündkerze und einer Erdungselektrode, beziehungsweise Masseelektrode, extrem hoch wird und dann die Beständigkeitsspannung, bzw.
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Widerstandsspannung, eines Isolationsabschnitts von der Zündkerze übersteigt.
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Um das obige Problem zu lösen, wurden Studien zum Erhöhen der Widerstandsspannung von dem Isolationsabschnitt durchgeführt. Allerdings ist es in Wirklichkeit schwierig eine ausreichende Widerstandsspannung sicherzustellen für das Erfordernis und es gibt keine Wahl außer Mittel anzuwenden zum Schmälern des Spaltintervalls von der Zündkerze.
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Allerdings wird, wenn der Spalt von der Zündkerze geschmälert wird, dann der Einfluss des Löschungsbetriebs, beziehungsweise des Quenchings, groß, so dass Probleme wie die Verschlechterung des Startverhaltens und eine Verschlechterung des Verbrennungsverhaltens auftreten.
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Um die obigen Probleme zu lösen, sind Verhinderungsmittel des Gebens, durch Funkenentladung, von Energie, übersteigend Hitze, aufgenommen durch das Quenching von dem Elektrodenabschnitt, oder des Verursachens von Verbrennung bei einer Position soweit wie möglich entfernt von der Elektrode, denkbar. Beispielsweise wird eine Zündspulenvorrichtung wie in Patentdokument 1 gezeigt vorgeschlagen.
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In der Zündspulenvorrichtung offenbart in Patentdokument 1 (
japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2012-112310 ), während Funkenentladung verursacht wird in dem Spalt von der Zündkerze durch Verwendung einer konventionellen Zündspule, wird hochfrequenter Strom angewendet an einem Pfad von der Funkenentladung über einen Mixer verwendend einen Kondensator, es somit ermöglichend Funkenentladung zu verursachen mit hoher Energie und Entladungsplasma zu bilden, welches sich breiter ausbreitet als normale Funkenentladung.
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Die konventionelle Zündspulenvorrichtung gezeigt in Patentdokument 1 separiert oder koppelt ein Hochspannungssystem und ein Hochstromsystem durch Verwenden eines hohe Spannung widerstehenden Kondensators.
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Im Allgemeinen hat ein Kondensator eine Temperaturcharakteristik und seine Kapazität variiert gemäß einer Variation in der Umgebungstemperatur.
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Die konventionelle Zündspulenvorrichtung gezeigt in Patentdokument 1 hat ein Problem, dass, da AC-Strom, beziehungsweise Wechselstrom, entsprechend dem Durchgangsfrequenzband von dem Kondensator angewandt wird auf dem Pfad der Funkenentladung, wenn die Charakteristik von dem Kondensator durch die Temperatur variiert, das Niveau von Strom angewandt auf den Pfad von der Funkenentladung außerordentlich variiert, und somit Strom nicht stabil angewendet werden kann.
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Aus
JP 2013-40582 A ist ein Zündsystem bekannt, welches Wechselstromleistung an den Spalt zwischen den Zündkerzenelektroden legt, um ein Plasma im Spalt zwischen den Elektroden zu bilden.
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Auch aus
JP 2011-099410 A ist eine Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung bekannt, um ein Plasma im Elektrodenspalt einer Zündkerze zu bilden.
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Aus
DE 44 36 574 A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Zündsignalen bekannt, die eine Trigger-Zange zum Erfassen eines in der Zündkerze fließenden Stroms enthält.
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Aus
EP 0 181 961 ist eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine hohe oszillierende Zündspannung erzeugen soll. Darin ist zur Bildung eines Impulsoszillators ein Kondensator hochspannungsseitig mit der Sekundärwicklung verbunden und zu einer Serienschaltung aus Primärwicklung und Sekundärwicklung eines Zündtransformators parallel geschaltet. Damit bildet der Kondensator mit der Serienschaltung der Wicklungen einen Parallelresonanzkreis, dessen Resonanzschwingungen bei Unterbrechung des Primärstroms die sekundärseitig induzierte Hochspannung erhöhen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme in der konventionellen Vorrichtung zu lösen und es ist ein Objekt der vorliegenden Erfindung eine Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung und eine Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, selbst wenn die Kondensatorkapazität durch Variation in der umgebenden Temperatur variiert, erwünschten AC-Strom, beziehungsweise Wechselstrom, stabil auf einen Pfad von Funkenentladung anzuwenden und in effizienter Weise ein großes Entladungsplasma zu bilden.
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Eine Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Primärspule zum Erzeugen und Akkumulieren von magnetischem Fluss durch Anwendung von Strom darauf; eine Sekundärspule zum Erzeugen einer vorbestimmten Hochspannung durch Freigeben der akkumulierten Energie, wobei die Sekundärspule magnetisch gekoppelt ist mit der Primärspule und ein Ende verbunden hat mit einem Hochspannungsanschluss zum Liefern von Energie an eine externe Vorrichtung; einen Kondensator verbunden mit dem Hochspannungsanschluss, zum Verhindern des Passierens von der Hochspannung; und eine Induktivität, beziehungsweise Induktionsspule, verbunden mit dem Kondensator und bildend, zusammen mit dem Kondensator, einen Bandpassfilter, welcher das Passieren nur einer vorbestimmten Frequenzkomponente erlaubt. Hochfrequenter Strom wird der Induktivität von außen geliefert. Die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung weist weiterhin eine Stromniveau-Detektionseinrichtung auf zum Detektieren des Niveaus von Strom, welcher durch die Induktivität fließt. Die Stromniveau-Detektionseinrichtung ist in einer Einheit angeordnet, zusammen mit der Primärspule, der Sekundärspule, dem Kondensator und der Induktivität.
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Eine Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung; eine Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung, bzw. -Energieversorgung, zum Liefern hochfrequenter elektrischer Energie an die Induktivität; und einen Kontrollkreis zum Kontrollieren der Ausgabe von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung gemäß einem Signal detektiert durch die Stromniveau-Detektionseinrichtung.
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Gemäß der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, selbst wenn die Umgebungstemperatur variiert oder Variationen in Konstanten von Vorrichtungen vorliegen, kann das Stromniveau kontrolliert werden auf ein erwünschtes Niveau und Hochenergieentladung kann mit einer kompakten Konfiguration und hoher Effizienz realisiert werden.
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Zusätzlich wird gemäß der Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung der vorliegenden Erfindung, da ein großer AC-Entladungsstrom, beziehungsweise Entladungswechselstrom, geliefert werden kann zwischen die Elektroden von einer Zündspule in einem frühen Zyklus, Hochenergieentladung realisiert in einer einfachen Konfiguration mit einer hohen Effizienz, großes Entladungsplasma wird gebildet und Startverhalten und Verbrennungsverhalten werden nicht verschlechtert, selbst wenn eine Zündkerze mit einem schmalen Spalt verwendet wird. Darum kann Verbesserung in der thermischen Effizienz aufgrund von Gewichtsreduktion und Erhöhung im Kompressionsverhältnis durch hoch aufgeladene Verkleinerung (Englisch: highly supercharged downsizing) und ähnliches realisiert werden. Darum wird es möglich Kraftstoff, der verwendet wird zum Betreiben eines Motors, dramatisch zu reduzieren, wobei die Entladungsmenge von CO2 drastisch reduziert werden kann, was somit einen Beitrag zur Erhaltung der Umwelt leistet.
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Die vorangehenden und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher werden von der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn in Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren gelesen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1A und 1B sind Konfigurationsdiagramme von einer Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Schaltkreiskonfigurationsdiagramm von einer Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist ein Timingdiagramm, das den Betrieb von der Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON DEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN VON DER ERFINDUNG
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, welche Funkenentladung in einem Hauptkerzenspalt von einer Zündkerze verursacht durch Hochspannung verursacht durch eine Hochfrequenzentladungs-Zündspule und wendet hochfrequenten AC-Strom, beziehungsweise Wechselstrom, an einen Funkenentladungspfad an dabei ein großes Entladungsplasma in dem Hauptkerzenspalt bildend.
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1A ist ein Konfigurationsdiagramm von einer Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform. In 1A beinhaltet die Hochfrequenzladungs-Zündspulenvorrichtung 101: eine Primärspule 111 zum Erzeugen und Akkumulieren von magnetischem Fluss durch Anwendung eines Stroms darauf; eine Sekundärspule 112 magnetisch gekoppelt mit der Primärspule 111 zum Erzeugen einer vorbestimmten Hochspannung durch Freigeben akkumulierter Energie und Liefern von Energie an eine externe Vorrichtung; einen Kondensator 116 verbunden in Serie mit einem Anschluss von der Sekundärspule 112 zum Verhindern des Passierens von der Hochspannung; eine Induktivität 117, beziehungsweise Induktionsspule 117, verbunden mit dem Kondensator 116 und bildend, zusammen mit dem Kondensator 116, einen Bandpassfilter, welcher das Passieren nur von einer vorbestimmten Frequenzkomponente erlaubt; und eine Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 zum Detektieren des Niveaus von Strom fließend in der Induktivität 117. Die Primärspule 111, die Sekundärspule 112, der Kondensator 116, die Induktivität 117 und die Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 sind in einer Einheit angeordnet.
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1A ist ein Ende von der Primärspule 111 verbunden mit einem Anschluss A und das andere Ende ist mit einem Anschluss B verbunden. Zusätzlich ist ein Ende von der Sekundärspule 112 mit dem Anschluss A verbunden und das andere Ende ist verbunden mit einem Anschluss E.
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Die Primärspule 111 und die Sekundärspule 112 sind miteinander über einen Kern 118 magnetisch gekoppelt. Ein Anschluss von dem Kondensator 116 ist mit dem Anschluss E, welcher ein Hochspannungsanschluss ist, verbunden und das andere Ende ist mit der Induktivität 117 verbunden. Das andere Ende von der Induktivität 117 ist mit einem Anschluss C verbunden.
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Zusätzlich ist ein Ende von der Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 mit einem Anschluss D verbunden.
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1B ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein anderes Beispiel von der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 zeigt, bei welchem ein Widerstand 119 zum Unterdrücken von Rauschen in einem Kapazitätsstromsystem hinzugefügt ist zu der in 1A gezeigten Konfiguration. Der Widerstand 119 ist in Serie zwischen dem Anschluss E und einem Ende von der Sekundärspule 112 verbunden.
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In der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101, die in 1A und 1B gezeigt ist, ist der Anschluss A mit einer Batterie verbunden und der Anschluss B ist mit einer Schalteinrichtung (nicht gezeigt) zum Kontrollieren von Stromanwendung an die Primärspule 111 verbunden. Der Anschluss C ist mit einer Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung (nicht gezeigt) zum Liefern hochfrequenten Stroms verbunden. Der Anschluss D ist mit einer Kontrollvorrichtung (nicht gezeigt) zum Kontrollieren der Ausgabe von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung gemäß einem Signal detektiert durch die Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 verbunden. Der Anschluss E ist mit einer Zündkerze verbunden zum Bilden einer Zündvorrichtung für einen Motor.
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Somit beinhaltet in der ersten Ausführungsform die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung: die Primärspule 111 zum Erzeugen und Akkumulieren magnetischen Flusses durch Anwendung von Strom darauf; die Sekundärspule 112 zum Erzeugen einer vorbestimmten Hochspannung durch Freigeben der akkumulierten Energie, die Sekundärspule 112 magnetisch gekoppelt mit der Primärspule und mit einem Ende verbunden mit dem Hochspannungsanschluss zum Liefern von Energie an eine externe Vorrichtung; den Kondensator 116 verbunden mit dem Hochspannungsanschluss, zum Verhindern des Passierens von der Hochspannung; und die Induktivität 117 verbunden mit dem Kondensator 116 und bildend, zusammen mit dem Kondensator 116, einen Bandpassfilter, welcher das Passieren von nur einer vorbestimmten Frequenzkomponente erlaubt. Zusätzlich wird hochfrequenter Strom von außen an die Induktivität 117 geliefert. Weiterhin wird die Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 zum Detektieren des Niveaus von Strom, welcher in der Induktivität 117 fließt, bereitgestellt. Die Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 ist in einer Einheit zusammen mit der Primärspule 111, der Sekundärspule 112, dem Kondensator 116 und der Induktivität 117 angeordnet.
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Aufgrund solch einer Konfiguration wird es möglich eine Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung mit einer kompakten Konfiguration zu realisieren, die in der Lage ist das Stromniveau auf ein erwünschtes Stromniveau zu kontrollieren, selbst wenn die Umgebungstemperatur variiert oder es Variationen in Konstanten von den Vorrichtungen gibt.
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Insbesondere, da die Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 in einer Einheit angeordnet ist, zusammen mit der Primärspule 111, der Sekundärspule 112, dem Kondensator 116 und der Induktivität 117, können die Kosten reduziert werden und Raum kann gespart werden im Vergleich mit einem Fall, wo ein Stromtransformator zur Stromdetektion bereitgestellt wird innerhalb einer Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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Die Konfiguration von einer Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 2 beschrieben.
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In 2 beinhaltet die Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung: eine Zündkerze 102; eine Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 zum Anwenden einer vorbestimmten Hochspannung an die Zündkerze 102 und zum Bereitstellen eines hochfrequenten AC-Stroms für diese; eine Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 zum Liefern hochfrequenter elektrischer Energie an die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101; die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101; und eine Kontrollvorrichtung 104 zum Kontrollieren der Ausgabe von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103.
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Die Zündkerze 102 beinhaltet eine Hochspannungselektrode 102a als eine erste Elektrode und eine Außenelektrode 102b als eine zweite Elektrode, welche der Hochspannungselektrode 102a gegenüberliegt über einen Hauptkerzenspalt, welcher ein vorbestimmter Spalt ist.
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Die Hochspannungs-Elektrizitätsversorgung 103 beinhaltet: einen Schaltkreis 130 mit einer Halbbrücken-Konfiguration, verbunden mit der Induktivität 117 von der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101; und eine Treibereinrichtung 131 zum Treiben des Schaltkreises 130 und liefert hochfrequente Energie an die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101.
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Die Kontrollvorrichtung 104 beinhaltet: einen Mikroprozessor 140 zum Bestimmen und Kontrollieren des Betriebsverhaltens von der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 und der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 gemäß dem Betriebszustand und dem Stromniveau detektiert durch die Stromniveau-Detektionseinrichtung 115; und ein Interface 141 zum Empfangen eines Detektionssignals von der Stromniveau-Detektionseinrichtung 115 und Senden des Detektionssignals an den Mikroprozessor 140.
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Die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 beinhaltet: die Primärspule 111 und die Sekundärspule 112 magnetisch gekoppelt miteinander über den Kern 118; eine Schalteinrichtung 114 zum Kontrollieren von Stromanwendung an die Primärspule 111; eine Treibereinrichtung 113 zum Treiben der Schalteinrichtung 114; und den Widerstand 119 zum Unterdrücken von Rauschen in einem Kapazitätsstromsystem, verursacht, wenn Isolationsdurchbruch verursacht wird zwischen (in dem Hauptkerzenspalt) der Hochspannungselektrode 102a und der Außenelektrode 102b von der Zündkerze 102.
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Ein Ende von der Sekundärspule 112 ist verbunden mit der Hochspannungselektrode 102a von der Zündkerze 102 über den Widerstand 119. Ein Ende von dem Kondensator 116 ist direkt verbunden mit der Hochspannungselektrode 102a von der Zündkerze 102.
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Der Widerstand 119 wird bereitgestellt zum Unterdrücken von Rauschen. In dem Fall, wo Rauschen nur wenig auftritt aufgrund der Konfiguration von einem Motor oder dem Verdrahtungszustand, muss der Widersand 119 nicht bereitgestellt werden. In diesem Fall ist ein Ende von der Sekundärspule 112 direkt verbunden mit der Hochspannungselektrode 102a von der Zündkerze 102 und das eine Ende von dem Kondensator 116 ist ebenfalls direkt verbunden mit der Hochspannungselektrode 102a von der Zündkerze 102.
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Um Rauschen zu reduzieren oder die Effizienz zu erhöhen, können die Schalteinrichtung 114 und die Treibereinrichtung 113 innerhalb der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 bereitgestellt sein. Alternativ können zwecks Verkleinerung eines Motors, des Absenkens des Schwerpunkts von einem Motor oder ähnlichem und um die Größe und das Gewicht von der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung zu reduzieren, die Schalteinrichtung 114 und die Treibereinrichtung 113 außerhalb von der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 bereitgestellt sein, zum Beispiel, innerhalb der Kontrollvorrichtung 104 oder innerhalb der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103.
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Zusätzlich beinhaltet die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101: den Kondensator 116 und die Induktivität 117 bildend einen Bandpassfilter zum Passieren von hochfrequentem Strom geliefert von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 und zum Blockieren von Hochspannung auftretend an der Sekundärspule 112, so dass diese nicht angewandt wird auf die Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103; und eine Detektionsspule 115a als eine Stromniveau-Detektionseinrichtung zum Detektieren des Niveaus von Strom, welcher in der Induktivität 117 fließt, wobei die Detektionsspule 115a magnetisch gekoppelt ist mit der Induktivität 117.
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Die Detektionsspule 115a bildend die Stromniveau-Detektionseinrichtung ist in der gleichen Richtung gewickelt wie die Induktivität 117.
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In dem Fall, wo eine Seite von der Induktivität 117 verbunden mit dem Kondensator 116 definiert ist als die Startseite des Windens, ist die Startseite des Windens von der Detektionsspule 115a verbunden mit der Kontrollvorrichtung 104 und die Endseite des Windens ist verbunden mit einer Batterie. Wenn die Windungsrichtung oder die Verbindung von der Detektionsspule 115a anders ist, kann Strom, welcher in der Induktivität 114 fließt, nicht effizient detektiert werden und Probleme wie eine große Reduktion in dem Detektionsniveau, Verzerrung der detektierten Wellenform oder eine Erhöhung im Detektionsfehler tritt auf.
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Da die Endseite des Windens von der Detektionsspule 115a verbunden ist mit einer Batterie, wird die Bestimmung von ob es eine Unterbrechung eines Drahts zwischen der Detektionsspule 115a und der Kontrollvorrichtung 104 gibt, oder nicht, vereinfacht werden.
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In solchen Fällen wo es nicht notwendig ist, eine Bestimmung durchzuführen bezüglich Drahtunterbrechung, Verdrahtung, oder Konfiguration gewünscht ist, vereinfacht zu werden, oder die Genauigkeit der Detektion erwünscht ist erhöht zu werden, kann die Endseite des Windens von der Detektionsspule 115a mit einer Erde beziehungsweise Masse (GND) verbunden sein.
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Zusammen mit einem Verfahren des Feststellens der Unterbrechung wird mit Bezug auf ein in 3 gezeigtes Timingdiagramm der Betrieb der Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
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3 ist ein Timingdiagramm, das in einer Zeitserie ein Signal bei jedem Abschnitt in 2 zeigt.
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Ein Signal I in 3 ist ein Signal, dessen positive Richtung die Pfeilrichtung auf einem Pfad I in 2 ist. Das Signal I ist ein Spannungssignal ausgegeben von der Kontrollvorrichtung 104 zum Treiben der Hochfrequenzentladungs-Zundspulenvorrichtung 101.
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Ein Signal W in 3 ist ein Signal, dessen positive Richtung die Pfeilrichtung auf einem Pfad W in 2 ist. Das Signal W ist ein Spannungssignal ausgegeben von der Kontrollvorrichtung 104 und geliefert an die Treibereinrichtung 131 in der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 und zeigt eine Periode an, während welcher der Schaltkreis 130 betrieben wird.
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Ein Signal H in 3 ist ein Signal, dessen positive Richtung die Pfeilrichtung auf einem Pfad H in 2 ist. Das Signal H ist ein Stromsignal, welches einen Ausgabestrom von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 anzeigt.
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Ein Signal K in 3 ist ein Signal auf einem Pfad K in 2 und ist ein Stromsignal detektiert durch die Detektionsspule 115a.
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Ein Signal P in 3 ist ein Signal auf einem Pfad P in 2, welches ein resultierendes Signal von Peak-Halten (Englisch: peak-holding) durch das Interface 141 ist.
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Ein Signal F in 3 ist ein Signal, dessen positive Richtung die Pfeilrichtung auf einem Pfad F in 2 ist. Das Signal F ist ein Stromsignal, das einen Entladungsstrom anzeigt, der auf einem Funkenentladungspfad gebildet in dem Hauptkerzenspalt von der Zündkerze 102 fließt.
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Bei einem Timing T0 in 3, da das Signal I schon HOCH geworden ist, ist die Schalteinrichtung 114 in der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 in einem AN-Zustand und die Primärspule 111 ist in einem Strom-Angewandten Zustand.
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Darum wird magnetische Flussenergie in dem Kern 118 akkumuliert.
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Bei einem Timing T1, wenn das Signal I auf NIEDRIG geschaltet ist, ist Stromanwendung an die Primärspule 111 durch die Schalteinrichtung 114 in der Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 unterbrochen und die im Kern 118 akkumulierte magnetische Flussenergie wird freigegeben. Dann tritt induzierte Spannung an der Sekundärspule 112 auf, so dass ein induzierter Strom zu fließen beginnt und währenddessen beginnen Laden der Erdungskapazität, welche die Zündkerze 102 potentiell hat, und Laden von dem Kondensator 116.
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Bei dem Timing T2, wenn Ladungsspannung von der Erdungskapazität von der Zündkerze 102 und Ladungsspannung von dem Kondensator 116 die Isolationsdurchschlagspannung von dem Hauptkerzenspalt von der Zündkerze 102 erreicht haben, tritt Isolationsdurchschlag in dem Hauptkerzenspalt auf, so dass ein Funkenentladungspfad gebildet wird. Dann fließt Strom aufgrund der Entladung von der elektrischen Ladung akkumuliert in der Kapazität, d. h. sogenannter Kapazitätsstrom IC fließt in den Funkenentladungspfad.
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Damit AC-Strom, beziehungsweise Wechselstrom, angewendet wird von ungefähr der Zeit, wenn der Kapazitätsstrom IC geendet hat, schaltet die Kontrollvorrichtung 104 das Signal W auf HOCH bei einem Timing T3, um den Betrieb von dem Schaltkreis 130 zu erlauben.
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Das Intervall von dem Timing T1 bis zu dem Timing T3 kann auf einen Wert, beziehungsweise Abbildungswert, oder einen berechneten Wert bestimmt gemäß dem Betriebszustand gesetzt werden.
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Das ist deshalb, da, wenn die Zustände wie die Motorrotationsrate, Belastung und die Temperatur sich verändert haben, sich ebenfalls die Isolationsdurchschlagspannung in dem Hauptkerzenspalt verändert und damit variiert das Timing T2.
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Beispielsweise wird in einem Leerlaufzustand von ungefähr 700 Umdrehungen pro Minute das Intervall von dem Timing T1 bis zu dem Timing T3 auf 50 Mikrosekunden gesetzt. In einem vollen Belastungszustand bei ungefähr 4000 Umdrehungen pro Minute wird das Intervall von dem Timing T1 bis zu dem Timing T3 auf 100 Mikrosekunden gesetzt.
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Zusätzlich, wenn die Temperatur von Motorkühlwasser 80°C überstiegen hat, werden einheitlich 10 Mikrosekunden abgezogen.
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Wenn der Betrieb des Schaltkreises 130 durch Signal W erlaubt wird, beginnt der Schaltkreis 130 Schaltbetrieb, um AC-Strom in den Funkenentladungspfad gebildet in dem Hauptkerzenspalt zu senden.
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In der zweiten Ausführungsform, da der Schaltkreis 130 eine Halb-Brückenkonfiguration hat und der Bandpassfilter gebildet durch die Induktivität 117 und den Kondensator 116 bereitgestellt wird bei der Stufe folgend auf den Schaltkreis 130, betreibt die Treibereinrichtung 131 den HOCH-Seiten-Schalter und den NIEDRIG-Seiten-Schalter von der Halb-Brücke, so dass der HOCH-Seiten-Schalter und der NIEDRIG-Seiten-Schalter wechselseitig AN oder AUS geschaltet werden einher mit der Resonanzfrequenz von dem Bandpassfilter.
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Durch Schalten des Halb-Brückenschaltkreises einher mit der Resonanzfrequenz von dem Bandpassfilter wird die Impedanz von dem Bandpassfilterabschnitt minimiert und Ausgabestrom von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 fließend auf dem Pfad H wird maximiert. Darum kann maximaler AC-Strom in den Funkenentladungspfad in den Hauptkerzenspalt gesendet werden.
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Durch das Freigeben von der magnetischen Flussenergie akkumuliert in dem Kern 118, fließt Strom erhalten durch Summieren von induziertem Strom (etwa 50 m bis 300 mA) fließend in der Sekundärspule 112 und Ausgabestrom (ungefähr 2 bis 10A) von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 auf dem Funkenentladungspfad gebildet in dem Hauptkerzenspalt wie gezeigt durch das Signal F.
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Bei einem Timing T4 schaltet die Kontrollvorrichtung 104 das Signal W auf NIEDRIG zum Stoppen des Betriebs von der Treibereinrichtung 131.
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Wenn die Treibereinrichtung 131 gestoppt hat, wird ebenfalls das Liefern von großem AC-Strom an den Funkenentladungspfad in dem Hauptkerzenspalt gestoppt.
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Es wird bemerkt, dass das Intervall von dem Timing T3 bis zu dem Timing T4 und das Niveau von AC-Strom, welcher angewandt werden soll gesetzt werden kann auf einen Wert, beziehungswiese Abbildungswert, oder einen berechneten Wert, gesetzt in Abhängigkeit von dem Betriebszustand, dem Ladungszustand oder ähnlichem.
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Beispielsweise wird in dem Fall, wo die Temperatur von Motorkühlwasser kleiner ist als 80°C, wenn die Motorrotationsrate gleich oder kleiner ist als 1000 Umdrehungen pro Minute, AC-Stromentladung mit der Spitze von 5A angewandt während einem Intervall von 500 Mikrosekunden. Wenn die Rotationsrate 3000 Rotationen pro Minute übersteigt, wird AC-Stromentladung mit der Spitze von 5A angewandt während eines Intervalls von 300 Mikrosekunden. Dann, wenn die Rotationsrate 4000 Umdrehungen pro Minute übersteigt, wird AC-Stromentladung mit der Spitze von 3A angewandt während eines Intervalls von 300 Mikrosekunden.
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In dem Fall, wo die Temperatur von Motorkühlwasser größer ist als 80°C, werden 100 Mikrosekunden einheitlich abgezogen von dem Intervall von dem Timing T3 zu dem Timing T4.
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Hier ist es bekannt, dass im Allgemeinen ein Kondensator eine Temperaturcharakteristik hat, bei welcher sich die Kapazität verringert, wenn die Temperatur sich verringert und die Kapazität sich erhöht, wenn die Temperatur sich verringert.
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Beispielsweise wird die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 angenommen direkt angebracht an dem Motor zu sein.
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Das bedeutet, dass Probleme auftreten, dass Hitze transferiert wird von dem Motor, die Umgebungstemperatur sich drastisch verändert durch den Einfluss von dem Aufwärmzustand von dem Motor und der Kapazitätswert von dem Kondensator 116 sich drastisch ändert.
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Wenn sich der Kapazitätswert von dem Kondensator 116 bildend den Bandpassfilter geändert hat, ändern sich natürlich auch die Resonanzfrequenz und die Frequenzcharakteristik von dem Bandpassfilter.
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Wie oben beschrieben, wenn Abweichung von der Resonanzfrequenz von dem Bandpassfilter aufgetreten ist, erhöht sich die Impedanz von dem Bandpassfilterabschnitt. Deshalb kann eine Situation auftreten, wobei erwünschter Strom nicht an den Pfad H angewandt werden kann.
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Beispielsweise wird es angenommen, dass in einer bestimmten Betriebsbedingung AC-Strom mit einem Peak von 5A benötigt wird angewandt zu werden an den Pfad H.
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Zusätzlich wird es angenommen, dass wenn die Temperatur 30°C ist, der Kapazitätswert von dem Kondensator 116 100 pF ist.
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Zu dieser Zeit wird es angenommen, dass, um AC-Strom eines Zielniveaus an den Pfad H anzuwenden, der Mikroprozessor 140 eine Instruktion gibt, so dass der Schaltkreis 130 bei einer Frequenz von 2 Megahertz arbeitet und somit AC-Strom mit dem Peak 5A tatsächlich auf dem Pfad H fließt.
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Dann wird es angenommen, dass während der Motor kontinuierlich arbeitet, die Motortemperatur sich erhöht und die Temperatur von dem Kondensator 116 sich ebenfalls auf 80°C erhöht, so dass sich der Kapazitätswert von dem Kondensator 116 auf ungefähr 80 pF verringert hat.
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Bei dieser Zeit hat sich die Resonanzfrequenz von dem Bandpassfilter verschoben größer zu sein als in dem Fall von 30°C.
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In dem Fall, wo der Mikroprozessor 140 eine Instruktion ausgegeben hat, so dass der Schaltkreis 130 bei einer Frequenz von 2 Megahertz wie oben beschrieben arbeitet, da sich die Impedanz von dem Bandpassfilter erhöht hat, fließt nur AC-Strom mit dem Peak von 3A auf dem Pfad H. Als Resultat tritt Abweichung von dem Zielstromniveau auf, so dass eine Schwierigkeit auftritt, dass ein großes Entladungsplasma nicht gebildet werden kann.
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Auf der anderen Seite wird es angenommen, dass nachdem der Motor gestoppt wird bei der Zeit, wenn der Motor wieder gestartet wird, der Motor vollständig abgekühlt ist und die Temperatur von dem Kondensator 116 sich auf 0°C verringert hat.
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Bei dieser Zeit wird es angenommen, dass der Kapazitätswert von dem Kondensator 116 sich auf ungefähr 120 pF erhöht hat.
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In dem Fall, wo der Mikroprozessor 140 eine Instruktion ausgegeben hat, so dass der Schaltkreis 130 bei einer Frequenz von 2 Megahertz arbeiten wird, da die Impedanz von dem Bandpassfilter sich bei dieser Zeit erniedrigt hat, fließt ein AC-Strom mit dem Peak von 8A auf dem Pfad H.
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Als Resultat tritt Abweichung von dem Zielstromniveau auf und Strom größer als notwendig fließt in die Zündkerze 102, so dass eine Schwierigkeit auftritt, dass die Hochspannungselektrode 102a oder die Außenelektrode 102b erodiert.
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Um solche Abweichung zwischen dem benötigten Zustand und dem tatsächlichen Zustand zu eliminieren, wird in der Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, während das Niveau von Strom fließend in die Induktivität 117 überwacht wird, wenn das Stromniveau sich relativ zu dem Erfordernis verringert, die Betriebsfrequenz von dem Schaltkreis 130 kontrolliert, so dass das Stromniveau ein erwünschtes Niveau wird.
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Um das Niveau von dem Strom fließend in die Induktivität 117 zu überwachen, wird die Detektionsspule 115a als eine Stromdetektionseinrichtung auf einem Pfad von dem magnetischen Fluss von der Induktivität 117 bereitgestellt, wobei ein Signal entsprechend dem Stromniveau erhalten werden kann.
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Dieses Signal ist ein Stromsignal fließend auf dem Pfad K in 2, welches repräsentiert wird durch das Signal K gezeigt in 3.
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Da ein Ende von der Detektionsspule 115a verbunden ist mit einem Batterieanschluss wie oben beschrieben, wird ein Signal erhalten, das verschoben ist durch eine Größe von der Batteriespannung.
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Hier wird die Bestimmung der Unterbrechung für den Pfad K beschrieben.
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In dem Zustand, wo der Pfad K leitfähig ist, wenn Strom nicht in die Induktivität 117 fließt, wird ein Signal bei einem konstanten Niveau gleich einem Signal von der Batteriespannung erhalten.
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Wenn Strom in die Induktivität 117 fließt, wird ein Signal wie gezeigt durch K in 3 erhalten. Wenn der Pfad K unterbrochen ist, wird das Niveau von einem erhaltenen Signal bei einem Nulllevel (gestrichelte Linie) erhalten.
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Gleichermaßen, in einem Zustand, wo der Pfad K leitfähig ist, wenn Strom nicht in die Induktivität 117 fließt, ist die Peak-gehaltene (Englisch: peak-held) Ausgabe von dem Interface 141 fixiert bei dem Batterieniveau und wenn Strom in die Induktivität 117 fließt, wird die Ausgabe ein Niveau entsprechend dem Stromniveau gezeigt durch P in 3. Wenn der Pfad K unterbrochen ist, wird die Ausgabe ein Nullniveau (gestrichelte Linie). Somit kann der Mikroprozessor 140 feststellen, dass der Pfad K unterbrochen ist, wie oben beschrieben.
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Das Signal K wird in das Interface 141 in der Kontrollvorrichtung 104 eingegeben.
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Das Interface 141 hat eine Peak-Haltekonfiguration (Englisch: peak-holding configuration). Der Mikroprozessor 140 in der Kontrollvorrichtung 104 nimmt das Signal K auf durch Verwendung eines A/D-Konverters, um das Niveau von dem Signal K festzustellen.
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Um ein Hochfrequenz AC-Signal in einem Megahertzband aufzunehmen durch Verwendung eines A/D-Konverters zum Durchführen von Datenverarbeitung, wird ein teurer A/D-Konverter oder ein teurer Mikrocomputer mit hoher Leistung benötigt. Darum wird in der zweiten Ausführungsform das Interface 141 gebildet durch einen Peak-Halteschaltkreis (Englisch: peak-holding circuit) vorbereitet, so dass ein Signalniveau gelesen werden kann unter Verwendung eines kostengünstigen Mikroprozessors und eines kostengünstigen A/D-Konverters für Allgemeingebrauch.
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Nachdem Signalaufnahmeverarbeitung durch A/D-Konvertierung fertig ist, setzt der Mikroprozessor 140 den Peak-gehaltenen (Englisch: peak-held) Wert zurück.
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Der Mikroprozessor 140 liest das Signal P Peak-gehalten durch das Interface 141 nach dem Timing T4 und vergleicht dann das Leseniveau mit einem erforderlichen Stromniveau.
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Wenn es festgestellt wird, dass das Signalniveau verschieden ist von dem erforderlichen Stromniveau jenseits einer Toleranz, wird die Treibereinrichtung 131 instruiert die Betriebsfrequenz von dem Schaltkreis 130 zu kontrollieren, so dass das Signalniveau das erforderliche Niveau wird.
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In diesem Fall, kann der Schaltkreis 130 immer bei einer Frequenz kontrolliert werden in einem Bereich höher als die Resonanzfrequenz von dem Bandpassfilter.
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Als Resultat kann die Schaltfrequenz eindeutig festgestellt werden, so dass, wenn das Signalniveau kleiner wird als das Zielniveau, die Schaltfrequenz verringert wird und wenn das Signalniveau größer wird als das Zielniveau, die Schaltfrequenz erhöht wird.
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Als Selbstverständlichkeit kann der Schaltkreis 130 immer bei einer Frequenz in einem Bereich niedriger als die Resonanzfrequenz von dem Bandpassfilter kontrolliert werden.
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In diesem Fall invertiert sich die obige Theorie einfach.
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Beispielsweise wird es angenommen, dass wenn ein erforderliches Stromniveau 5A ist, der Mikroprozessor 140 eine Instruktion ausgibt zum Schalten bei 2 Megahertz.
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In diesem Fall, wenn der Lesewert von dem Signal P aufgenommen über das Interface 141 nach einer Detektierung durch die Detektionsspule 115a 3A ist, kontrolliert der Mikroprozessor 140 die Schaltfrequenz von dem Schaltkreis 130 so, dass sie um einen Schritt verringert wird.
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Beispielsweise, wenn ein Schritt 100 Kilohertz ist, wird eine Instruktion gegeben, so dass die Schaltfrequenz 1,9 Megahertz wird.
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In dem nächsten Zündzyklus, wenn der Lesewert von dem Signal P 4A ist, in dem Fall, wo die Toleranz ±0,5A ist, wird die Frequenz verringert durch wieder einen Schritt, so dass die Frequenz 1,8 Megahertz wird.
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Dann, wenn der Lesewert von dem Signal P 5,1A bei der nächsten Rückmeldung anzeigt, da der Lesewert innerhalb eines Bereichs von ±0,5A von dem Zielwert von 5A fällt, instruiert der Mikroprozessor 140 die Treibereinrichtung 131 die vorhandene Schaltfrequenz zu halten.
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Wenn die Temperatur von dem Kondensator 116 sich nach einer gewissen Betriebsperiode erhöht hat, verschiebt sich die Resonanzfrequenz von dem Bandpassfilter zu einem höheren Bereich.
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Bei dieser Zeit, wenn der Lesewert von dem Signal P 5,6A wird, gibt der Mikroprozessor 140 eine Instruktion zum Erhöhen der Schaltfrequenz um einen Schritt, dabei kontrollierend den Schaltkreis 130, so dass die Schaltfrequenz 1,9 Megahertz wird. Dann, wenn der Lesewert von dem Signal P 4,6A wird, instruiert der Mikroprozessor 140 die Treibereinrichtung 131 die vorliegende Schaltfrequenz zu halten.
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Wie oben beschrieben, beinhaltet die Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Hochfrequenzentladungs-Zündspulenvorrichtung 101 und beinhaltet weiter: die Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 zum Liefern hochfrequenter Energie an die Induktivität 117; und den Kontrollkreis zum Kontrollieren des Betriebs von der Hochfrequenz-Elektrizitätsversorgung 103 basierend auf einem Signal detektiert durch die Stromniveau-Detektionseinrichtung 115, wobei selbst wenn die Umgebungstemperatur variiert oder es Variationen von Konstanten von Einrichtungen gibt, das Stromniveau kontrolliert werden kann auf ein erwünschtes Stromniveau, unnötige Konsumierung von der Zündkerzenelektrode wird verhindert, großes Entladungsplasma wird in effizienter Weise gebildet und Startverhalten und Verbrennungsverhalten werden nicht verschlechtert, selbst wenn eine Zündkerze mit einem schmalen Spalt verwendet wird.
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Darum kann Verbesserung in der thermischen Effizienz aufgrund von Gewichtsreduktion und Vergrößerung des Kompressionsverhältnisses durch hoch aufgeladenes Verkleinern (Englisch: highly supercharged downsizing) und ähnliches realisiert werden. Darum wird es möglich Kraftstoff, der zum Betreiben von internen Verbrennungsmotoren verwendet wird, drastisch zu reduzieren, wobei die Entladungsmenge von CO2 drastisch reduziert werden kann, somit zur Erhaltung der Umwelt beitragend.
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Insbesondere in dem Fall, wo die Stromdetektionseinrichtung 115 gebildet wird durch die Detektionsspule 115a zum Detektieren des magnetischen Flusses von der Induktivität 117, ist es nicht nötig, separat eine große und teure Komponente wie einen Stromtransformator bereitzustellen, sondern es ist nur notwendig eine Windung zur Detektion zu der für Resonanz schon bereitgestellten Induktivität 117 hinzuzufügen, wobei Strom angewandt an die Zündkerze 102 detektiert werden kann mit fast keinem Einfluss auf den Hauptkreis und weiterhin kann Kostenreduzierung und Platzersparnis realisiert werden.
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Die Hochfrequenzentladungs-Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann bereitgestellt werden bei einem Automobil, einem Zweirad-Fahrzeug, einem Außenbordmotor und anderen speziellen Maschinen verwendend einen internen Verbrennungsmotor, so dass Zündung von Kraftstoff zuverlässig durchgeführt werden kann. Darum kann der interne Verbrennungsmotor mit hoher Effizient betrieben werden, somit dienend ein Kraftstoffschwundproblem zu lösen und der Umwelterhaltung.
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Es wird bemerkt, dass innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung die obigen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, oder jede der obigen Ausführungsformen kann wie geeignet modifiziert oder verkürzt werden.
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Verschiedenartige Modifizierungen und Veränderungen von dieser Erfindung werden den Fachmännern ersichtlich sein ohne vom Schutzbereich und Geist dieser Erfindung sich zu entfernen und es sollte verstanden werden, dass diese nicht beschränkt ist auf die hierin beschriebenen illustrativen Ausführungsformen.
