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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung, welche hauptsächlich in einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug zu verwenden ist.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In den vergangenen Jahren wurden Probleme mit Bezug zur Umweltfreundlichkeit und Kraftstoffverknappung laut und die Automobilindustrie muss ebenso dringend Gegenmaßnahmen gegen diese Probleme ausführen. Als ein Beispiel der Gegenmaßnahmen gibt es einen Ultra-Magerverbrennung (nachfolgend als „Schichtladung-Magerverbrennung“ bezeichnet) Betrieb eines Verbrennungsmotors durch Verwendung einer Schichtlademixtur. Allerdings weist der Betrieb des Verbrennungsmotors durch die Schichtlade-Magerverbrennung ein Problem darin auf, dass ein Glimmen wahrscheinlich in einer Zündspule aufgrund einer Verteilungsschwankung in dem Verbrennungsgasmix in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors auftritt. Insbesondere wird bei einem Schichtlade-Magerverbrennungsbetrieb eines sprüh-geführten Typs, welches ein direktes Einsprühen von Kraftstoff in die Umgebung der Zündspule beinhaltet, ein Glimmen in der Zündspule besonders signifikant.
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Wenn ein Glimmen ohne eine kräftige Zündung der Zündspule auftritt, tritt eine Zündenergie von einer Elektrode (nachfolgend als eine „erste Elektrode“ bezeichnet) der mit einer Spannung versorgten Zündspule zu einer Elektrode (nachfolgend als eine „zweite Elektrode“ bezeichnet) davon über, welche auf ein Erdungsniveau (nachfolgend als ein „GND Niveau“ bezeichnet) eingestellt ist, Kohlenstoff, Eisenoxid oder etwas Ähnliches, was das Glimmen bildet. Daher gibt es ein Problem darin, dass ein Spalt zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der Zündspule keinen dielektrischen Durchbruch erreicht (nachfolgend manchmal als „vollständiger dielektrischer Durchbruch“ bezeichnet) und eine Zündentladung nicht erzeugt wird.
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Alternativ wird die Zeit, welche notwendig ist, dass der Spalt zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode einen vollständigen dielektrischen Durchbruch erreicht, aufgrund des Verlusts der Zündenergie länger wird. Daher wird ein tatsächlicher Zündzeitpunkt zu einer verzögerten Seite verschoben. Im Ergebnis gibt es ein Problem darin, dass die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors abnimmt.
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Weiter tendiert die Zündspule in den vergangenen Jahren dazu in Dicke reduziert oder verlängert zu werden. Damit tendiert die geerdete elektrostatische Kapazität der Zündspule dazu zuzunehmen. In Kombination mit dem Einfluss einer Zunahme in einer bei der Zündspule notwendigen Spannung in Verbindung mit einer Zunahme in einem Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors gibt es einen zunehmenden Einfluss eines durch Glimmen in der Zündspule gebildeten Energieaustrittspfad bei der Zündleistung des Verbrennungsmotors.
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Um die oben genannten Probleme zu lösen, gab es bis hierhin einen Vorschlag für eine Zündvorrichtung, welche ein Glimmen in der Zündspule mit einer Funkenentladung ausschließt (siehe beispielsweise japanisches Patent mit der Nummer
3917185 ) bei der Zündvorrichtung des japanischen Patents mit der Nummer
3917185 wird ein ein Glimmen in der Zündspule bildendes Kohlenstoff ausgeschlossen dadurch, dass veranlasst wird, dass die Zündspule eine Funkenentladung während einer Periode ausführt, bei welcher ein Brenngasmix gezündet wird, und während einer Periode von dem Zeitpunkt an, wenn das Brenngasmix gezündet ist, bis zu der Zeit, wenn eine nächste Kraftstoffeinspritzung gestartet wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Allerdings weist der Stand der Technik das nachstehende Problem auf.
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Wenn ein Austrittspfad einmal durch Glimmen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der Zündspule gebildet ist, kann die für eine Funkenentladung benötigte elektrostatische Kapazität nicht aufgeladen werden. Daher gibt es ein Problem darin, dass eine Funkenentladung zum Ausschließen eines Glimmen, wie im japanischen Patent mit der Nummer
3917185 beschrieben, nicht erzeugt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben genannte Problem zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Zündvorrichtung bereitzustellen, welche zum zuverlässigen Erzeugen einer Funkenentladung geeignet ist, selbst in einem Zustand, bei welchem ein Austrittspfad in der Zündspule durch Glimmen gebildet ist.
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Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Zündvorrichtung bereitgestellt, umfassend: eine Zündspule, welche eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, welche durch ein Dazwischenstellen eines Spalts angeordnet sind, und ausgebildet ist zum Zünden eines Brenngasmix in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors durch Erzeugen einer Entladung in dem Spalt, wenn eine vorbestimmte Hochspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angelegt ist; eine Vielzahl von Hochspannungsvorrichtungen, welche jeweils ausgebildet sind, um die Hochspannung zu erzeugen und die Hochspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anzulegen; eine Kriechstromdetektionsvorrichtung, ausgebildet zum Detektieren eines zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode fließenden Kriechstroms; und eine Steuervorrichtung, ausgebildet zum Steuern von jeweiligen Operationen der Vielzahl von Hochspannungsvorrichtungen und der Kriechstromdetektionsvorrichtung, wobei, wenn die Steuervorrichtung bestimmt, dass ein Verlust (Energieverlust) zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorhanden ist, basierend auf dem durch die Kriechstromdetektionsvorrichtung detektierten Kriechstrom, die Steuervorrichtung und jede der Vielzahl von Hochspannungsvorrichtungen dazu veranlasst, die Hochspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zur gleichen Zeit anzulegen.
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Die Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Konfiguration auf, bei welcher zumindest zwei Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit betrieben werden, wenn die Steuervorrichtung bestimmt, dass der Verlust zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorhanden ist. Im Ergebnis ist es möglich die Zündvorrichtung zu erhalten, welche zum zuverlässigen Erzeugen einer Funkenentladung geeignet ist, selbst bei einem Zustand, bei welchem ein Austrittspfad in der Zündspule durch Glimmen gebildet ist.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Diagramm einer Zündvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist ein Konfigurationsdiagramm der Zündvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Kriechstromdetektionsperiode in der ersten Ausführungsform.
- 4 ist ein Flussdiagramm einer Zündsteuerungsverarbeitung in der ersten Ausführungsform.
- 5 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Zündvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Kriechstromdetektionsperiode in der zweiten Ausführungsform.
- 7 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Zündvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nun wird eine Beschreibung einer Zündvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beiliegenden Figuren gegeben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Zündvorrichtung 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Zuerst wird eine Beschreibung des Problems gegeben, welches im Stand der Technik auftritt, wenn ein Austrittspfad zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Zündspule vorhanden ist.
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Um einen Entladepfad zum Erzeugen einer Funkenentladung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Zündspule zu bilden, ist es notwendig eine Kapazität (nachfolgend als eine „Schwebekapazität (potentialfreie Kapazität)“ bezeichnet) zwischen den Elektroden auf eine vorbestimmte Hochspannung (nachfolgend als eine „dielektrische Durchbruchspannung“ bezeichnet) aufzuladen. Ein Aufladen der Schwebekapazität wird mit einem Ausgangsstrom (nachfolgend als „Ladestrom“ bezeichnet) ausgeführt, welcher von einer Hochspannungsvorrichtung in einem Zustand ausgegeben wird, bei welchem die erste Elektrode mit einer Hochspannung versorgt wird und die zweite Elektrode auf ein GND Niveau eingestellt ist.
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In diesem Fall, wenn ein Austrittspfad zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorhanden ist, fließt ein Teil des Ausgangsstroms in den Austrittspfad. Daher kann die Schwebekapazität nicht auf die dielektrische Durchbruchspannung aufgeladen werden. Alternativ, selbst wenn die Schwebekapazität auf die dielektrische Durchbruchspannung aufgeladen werden kann, ist eine längere Ladezeit im Vergleich zu dem Fall notwendig, bei welchem kein Austrittspfad vorhanden ist.
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Beispielsweise, wenn ein Ausgangsstromwert der Hochspannungsvorrichtung durch IO dargestellt wird und ein Widerstandswert des Austrittspfad durch RL dargestellt wird, wird angenommen, dass die Schwebekapazität auf IO × RL [V] bei einem Maximum aufgeladen werden kann. Beispielsweise kann für den Fall von IO = 50 mA und RL = 0,5 MOhm, die Schwebekapazität auf IO × RL = 50 mA × 0,5 MOhm = 25 kV aufgeladen werden.
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Somit, wenn die Schwebekapazität eine dielektrische Durchbruchspannung von 40 kV aufweist, kann die Schwebekapazität nicht ausreichend aufgeladen werden und somit ist es unmöglich eine Funkenentladung zu erzeugen. Die oben beschriebene Berechnung ist eine ungefähre Berechnung und somit können die Ergebnisse etwas von tatsächlichen Ergebnissen unter Berücksichtigung der tatsächlichen Größe der Schwebekapazität, der Fähigkeit einer Versorgungsquelle des Ausgangsstroms und etwas Ähnliches unterscheiden.
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Um das obige Problem im oben beschriebenen Stand der Technik zu lösen, umfasst eine Zündvorrichtung 1 entsprechend der ersten Ausführungsform eine Zündkerze 101, Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B, eine Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 und eine Steuervorrichtung 104.
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Die Zündkerze 101 umfasst eine erste Elektrode 101a und eine zweite Elektrode 101b. Die erste Elektrode 101a und die zweite Elektrode 101b sind durch einen Dazwischenstellen eines vorbestimmten Spalts (nachfolgend als „Spalt“ bezeichnet) angeordnet. Die erste Elektrode 101a ist eine mit einer Hochspannung versorgte Elektrode. Während die zweite Elektrode 101b eine auf ein GND Niveau eingestellte Elektrode ist.
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Die Zündkerze 101 weist eine an die erste Elektrode 101a angelegte vorbestimmte Hochspannung auf, um eine Funkenentladung in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b zu erzeugen, um dadurch eine Brenngasmixtur in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors zu zünden.
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Die Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B sind jeweils ausgebildet, um eine vorbestimmte Hochspannung zu erzeugen und die erzeugte Hochspannung zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 anzulegen.
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Die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 ist ausgebildet zum Detektieren eines zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b fließenden Stroms zu einem Zeitpunkt eines Anlegens einer Vorspannung für eine Kriechstromdetektion zu detektieren und das Detektionsergebnis an die Steuervorrichtung 104 über eine Signalleitungen (nicht gezeigt) auszugeben.
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Die Steuervorrichtung 104 weist eine Funktion zum Steuern von Operationen der Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B auf.
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Als Nächstes wird die Übersicht des Betriebs der Zündvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Um eine Funkenentladung zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der in 1 dargestellten Zündspule 101 zu erzeugen, ist es notwendig, die Schwebekapazität zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b auf eine dielektrische Durchbruchspannung aufzuladen.
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Für den oben genannten Zweck bestimmt zuerst die Steuervorrichtung 104, ob ein Verlust zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b vorhanden ist oder nicht, basierend auf dem Detektionsergebnis der Kriechstromdetektionsvorrichtung 103. Wenn die Steuervorrichtung 104 bestimmt, dass ein Verlust vorhanden ist, dann betreibt die Steuervorrichtung 104 zwei Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B zur gleichen Zeit.
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Das heißt, die Steuervorrichtung 104 betreibt die Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B zur gleichen Zeit, um einen Ausgangsstrom im Wesentlichen zu verdoppeln, wodurch es möglich ist die Schwebekapazität zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b auf die dielektrische Durchbruchspannung aufzuladen, selbst wenn ein Austrittspfad zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b vorhanden ist.
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In dem oben beschriebenen Beispiel werden zwei Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B verwendet, allerdings sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Wenn die Anzahl der Hochspannungsvorrichtungen auf N eingestellt ist (N ist eine ganze Zahl größer gleich 2), kann ein Ausgangsstrom, welcher N-mal größer ist, an die Zündkerze 101 durch Betreiben der N Anzahl von Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit zugeführt werden.
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Das heißt, eine weitere Hochspannungsvorrichtung kann parallel zu den Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B verbunden werden, um 3 Hochspannungsvorrichtungen bereitzustellen. Eine große Anzahl von Hochspannungsvorrichtungen kann parallel verbunden werden. Weiter kann die Vielzahl von Hochspannungsvorrichtungen getrennt verpackt oder in derselben Packung angeordnet werden.
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Ein Zustand, bei welchem die N Anzahl von Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit betrieben wird, wird als ein Zustand bezeichnet, bei welchem, wenn es N Anzahl (N ist eine ganze Zahl größer gleich 2) von Hochspannungsvorrichtungen gibt, Perioden, bei welchen die N Anzahl von Hochspannungsvorrichtungen Ströme ausgeben, miteinander überlappen. Das heißt, wenn der Ausgangsstrom pro Hochspannungsvorrichtung durch IO dargestellt ist, gehört ein Zustand, bei welchem es eine Periode gibt, wobei eine Summe von Ausgangströmen, welche von den N Hochspannungsvorrichtungen ausgegeben werden, ungefähr IO × N ist, zu einem Zustand, bei welchem die N Anzahl von Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit betrieben werden.
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Wie oben beschrieben können mit der Zündvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform Ausgangsströme, welche von den Hochspannungsvorrichtungen auszugeben sind, auf ungefähr N-mal eingestellt werden, durch Betreiben der N Anzahl (N ist eine ganze Zahl größer gleich 2) von Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit. Damit kann, selbst wenn ein Verlust zwischen den Elektroden der Zündkerze vorhanden ist, die Schwebekapazität auf die dielektrische Durchbruchspannung aufgeladen werden. Im Ergebnis kann eine Funkenentladung zuverlässiger im Vergleich zum Stand der Technik erzeugt werden.
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Als Nächstes werden eine genaue Konfiguration und ein Betrieb der Zündvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform mit Bezug zu einem Konfigurationsdiagramm aus 2, einem beispielhaften Diagramm aus 3 und einem Flussdiagramm aus 4 beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung wird zur Vereinfachung der Beschreibung der Fall beispielhaft dargestellt, wobei die Anzahl von Hochspannungsvorrichtungen auf 2 eingestellt ist.
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2 ist eine Darstellung eines Beispiels des Falls, wobei Zündspulen als die Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B aus 1 verwendet werden. Die in 2 dargestellte Zündvorrichtung 1 umfasst die Zündkerze 101, Hochspannungsvorrichtungen 200A und 200B, die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 und die Steuervorrichtung 104. Weiter sind in 2 dargestellte Energieversorgungen 205 und 215 externe Energieversorgungen wie beispielsweise Batterien.
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Die in 2 dargestellte Hochspannungsvorrichtung 200A umfasst eine Primärspule 201, eine Sekundärspule 202, welche magnetisch mit der Primärspule 201 verbunden ist, ein Schaltelement 203 und eine Diode 204. Ähnlich umfasst die Hochspannungsvorrichtung 200B eine Primärspule 211, eine Sekundärspule 212, welche magnetisch mit der Primärspule 211 verbunden ist, ein Schaltelement 213 und eine Diode 214.
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Die Hochspannungsvorrichtung 200A ist eine Zündspule, welche ausgebildet ist zum Erzeugen einer Hochspannung bei der Sekundärspule 202 durch Ansammeln von Energie über ein Aufladen der Primärspule 201 und freigeben der gesammelten Energie, wenn die Aufladung unterbrochen wird. Ähnlich ist die Hochspannungsvorrichtung 200B eine Zündspule, welche ausgebildet ist, um eine Hochspannung bei der Sekundärspule 212 zu erzeugen, durch Sammeln von Energie durch eine Aufladung der Primärspule 211 und Freigeben der gesammelten Energie, wenn die Aufladung unterbrochen wird.
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Ein Ende der Primärspule 201 ist mit der externen Energieversorgung 205 verbunden und ein Ende der Primärspule 211 ist mit der externen Energieversorgung 215 verbunden. Ein anderes Ende der Primärspule 201 ist über das Schaltelement 203 geerdet und ein anderes Ende der Primärspule 211 ist über das Schaltelement 213 geerdet.
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Die Schaltelemente 203 und 213 sind jeweils dazu geeignet zwischen einer Aufladung und einer Unterbrechung der Primärspulen 201 und 211 mit einem von der Steuervorrichtung 104 ausgegebenen Zündsignal zu wechseln. Insbesondere kann das Schaltelement 203 schalten, um die Primärspule 201 aufzuladen, wenn ein von der Steuervorrichtung 104 ausgegebenes Zündsignal A „HIGH“ ist, und die Aufladung der Primärspule 201 zu unterbrechen, wenn das Zündsignal A „LOW“ ist. Ähnlich kann das Schaltelement 213 schalten, um die Primärspule 211 aufzuladen, wenn ein von der Steuervorrichtung 104 ausgegebenes Zündsignal B „HIGH“ ist, und die Aufladung der Primärspule 211 zu unterbrechen, wenn das Zündsignal B „LOW“ ist.
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Ein Ende der Sekundärspule 202 ist geerdet und ein Ende der Sekundärspule 212 ist geerdet. Ein anderes Ende der Sekundärspule 202 dient als ein Ausgangsanschluss der Hochspannungsvorrichtung 200A und ein anderes Ende der Sekundärspule 212 dient als ein Ausgangsanschluss der Hochspannungsvorrichtung 200B. Die Anschlüsse der Hochspannungsvorrichtungen 200A und 200B sind mit der ersten Elektrode 101a der Zündkerze 101 parallel über Dioden 204 und 214 jeweils verbunden.
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Die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 ist zwischen den Ausgangsanschlüssen der Hochspannungsvorrichtungen 200A und 200B und der ersten Elektrode 101a verbunden. Die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 umfasst eine Diode 206, einen Stromtransformator 207 und eine Gleichstromenergieversorgung 208. Die Diode 206 ist ausgebildet, um zu verhindern, dass Ausgangsströme der Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B in die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 fließen. Der Stromtransformators 207 ist ausgebildet zum Detektieren eines durch einen Austrittspfad fließenden Stroms.
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Die Gleichstromenergieversorgung 208 in der Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 ist ausgebildet zum Anlegen einer Vorspannung für eine Kriechstromdetektion zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101. Die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 ist ausgebildet zum Detektieren eines Kriechstroms entsprechend einer Anweisung von der Steuervorrichtung 104 und gibt das Detektionsergebnis an die Steuervorrichtung 104 aus.
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Beispielsweise, wenn die Vorspannung für eine Kriechstromdetektion gleich 100 V ist und ein Austrittspfad von 0,5 Mohm zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b vorhanden ist, detektiert der Stromtransformator 207 in der Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 einen Strom von 200 µA als den Kriechstrom.
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Als Nächstes wird ein Zeitpunkt zum Detektieren des oben beschriebenen Kriechstroms mit Bezug zu 3 beschrieben.
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3 ist ein beispielhaftes Diagramm zum Darstellen einer Kriechstromdetektionsperiode 301 basierend auf einem Betriebszeitpunkt des Verbrennungsmotors und einem Aufladezeitpunkt der Primärspulen 201 und 211.
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In 3 ist eine Periode dargestellt, wobei der Betrieb des Verbrennungsmotors ein Abgas, einen Einlass, eine Kompression, eine Verbrennung, einen Abgas in der angegebenen Reihenfolge von einer Verzögerungsseite zu einer Vorlaufseite beinhaltet. Als den Aufladezeitpunkt der Primärspule 201 und 211 ist ein Zeitpunkt für einen Beginn einer Aufladung und einer Unterbrechung der Aufladung dargestellt.
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Die Steuervorrichtung 104 steuert die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103, sodass die Detektion des Kriechstroms während der in 3 dargestellten Kriechstromdetektionsperiode 301 umgesetzt ist.
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Die Kriechstromdetektionsperiode 301 ist auf eine Periode von dem Zeitpunkt an eingestellt, wenn ein Abgas durch Schließen eines Abgasventils abgeschlossen ist, bis zu der Zeit, bevor eine Verbrennung gestartet wird. Die Kriechstromdetektionsperiode 301 umfasst eine Abgasabschlusszeit, aber umfasst keine Verbrennungsstartzeit und Aufladeunterbrechungszeit. Die Zeit, bevor eine Verbrennung gestartet wird, kann ebenso zu der Zeit eingestellt sein, bevor eine Aufladung der Primärspulen 201 und 211 unterbrochen wird, wie in 3 dargestellt. Nach einer Unterbrechung der Aufladung, werden für eine Funkenentladung benötigte Hochspannungen von den Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B an die Zündkerze 101 zugeführt.
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Die Kriechstromdetektionsperiode 301 ist auf die Periode eingestellt, wie in 3 dargestellt, sodass der Einfluss eines Ionenstroms in der Kriechstromdetektion verhindert wird. Während der Verbrennungsperiode und der Abgasperiode des Verbrennungsmotors kann ein Ionenstrom erzeugt werden, welcher durch eine in die Verbrennungskammer eingefüllte ionisierte Substanz verursacht wird. Daher wird die Zündvorrichtung 1 entsprechend der ersten Ausführungsform eingestellt, sodass der Kriechstrom während einer Periode detektiert wird, bei welcher der Ionenstrom nicht erzeugt wird, sodass eine Periode von dem Zeitpunkt, wenn ein Abgas durch Schließen des Abgasventils abgeschlossen ist, zu dem Zeitpunkt, bevor eine Verbrennung gestartet wird. Damit kann die Detektion des Kriechstroms mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
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Wenn der Kriechstrom ausreichend größer als der Ionenstrom ist, wird der Einfluss des Ionenstroms vernachlässigbar kleiner. Daher kann, nur wenn der Kriechstrom hoch ist, beispielsweise wenn vorgesehen ist, nur einen starken Austrittszustand zu detektieren, bei welchem ein Austrittspfad einen Widerstand von 1 Mohm oder weniger aufweist, der Einfluss des Ionenstroms ignoriert werden. In diesem Fall kann während der Verbrennungsperiode und der Abgasperiode des Verbrennungsmotors die Detektion des Kriechstroms ausgeführt werden.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Steuervorrichtung 104 mit Bezug zu dem Flussdiagramm aus 4 beschrieben.
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Zu erst bestimmt in Schritt S401 die Steuervorrichtung 104, ob der aktuelle Betriebszustand des Verbrennungsmotors innerhalb der Kriechstromdetektionsperiode 301 ist. Wenn der aktuelle Betriebszustand des Verbrennungsmotors nicht innerhalb der Kriechstromdetektionsperiode 301 liegt (Nein im Schritt S401), schließt die Steuervorrichtung 104 die Verarbeitung ab, ohne einen Strom zu detektieren. Wenn der aktuelle Betriebszustand des Verbrennungsmotors innerhalb der Kriechstromdetektionsperiode 301 liegt (Ja im Schritt S401), fährt die Steuervorrichtung 104 mit dem Fluss zu Schritt S402 fort.
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Im Schritt S402 erfasst die Steuervorrichtung 104 einen Kriechstromdetektionswert von dem Stromtransformator 207 in der Kriechstromdetektionsvorrichtungen 103 und stellt den Kriechstromdetektionswert als eine Variable A ein. In diesem Fall kann der als die Variable A einzustellende Kriechstromdetektionswert ein Kriechstromdetektionswert sein, welcher in der Kriechstromdetektionsperiode 301 detektiert ist, oder ein Mittelwert, ein Durchschnittswert oder ein Integralwert von einer Vielzahl von Malen detektierten Kriechstromwerten verwendet werden.
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Nachfolgend stellt in Schritt S403 die Steuervorrichtung 104 einen Schwellenwert des Kriechstroms als eine Variable TH ein. Der Schwellenwert des Kriechstroms kann ein vorbestimmter bestimmter Wert sein oder kann über eine Verwendung einer zu einer Motordrehzahl, einer Last, einer Wassertemperatur, einer Einlasslufttemperatur und einer Oktanzahl gehörige Funktion oder einen MAP Wert eingestellt werden.
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Nachfolgend bestimmt im Schritt S404 die Steuervorrichtung 104, ob die Variable A größer als der Schwellenwert TH ist. Wenn die Variable A größer als der Schwellenwert TH ist (Ja im Schritt S404), fährt die Steuervorrichtung 104 im Fluss mit Schritt S405 fort.
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Im Schritt S405 bestimmt die Steuervorrichtung 104, dass ein Verlust zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 vorhanden ist und fährt im Fluss mit Schritt S406 fort.
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Im Schritt S406 stellt die Steuervorrichtung 104 einen vorbestimmten Wartungswert C0 bei einem Zählerwert CNT ein und fährt im Fluss mit Schritt S407 fort. In diesem Fall ist der Erwartungswert ein vorab als eine Zündanzahlperiode eingestellter Wert, bei welcher ein Verfahren zum Zeitpunkt eines Verlusts im Schritt S407 umgesetzt wird.
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Im Schritt S407 steuert die Steuervorrichtung 104 die Umsetzung des Verfahrens zu einem Austrittszeitpunkt und schließt die Verarbeitung ab. Das heißt, die Steuervorrichtung 104 gibt Zündsignale A und B an die Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B jeweils aus, sodass die Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B zur gleichen Zeit betrieben werden.
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Zurück zu der Beschreibung von Schritt S404, wenn die Variable A gleich oder geringer als der Schwellenwert TH ist (Ja im Schritt S404), fährt die Steuervorrichtung 104 im Fluss mit Schritt S408 fort.
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Im Schritt S408 bestimmt die Steuervorrichtung 104, dass ein Verlust zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 nicht vorhanden ist und fährt im Fluss mit Schritt S409 fort.
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Im Schritt S409 subtrahiert die Steuervorrichtung 104 1 von dem Zählerwert CNT und fährt im Fluss mit Schritt S410 fort.
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Im Schritt S410 bestimmte Steuervorrichtung 104, ob der Zählerwert CNT gleich 0 oder weniger ist. Wenn der Zählerwerts CNT größer als 0 ist (Nein im Schritt S410), fährt die Steuervorrichtung 104 im Fluss mit Schritt S407 fort. Im Schritt S407 steuert die Steuervorrichtung 104 die Umsetzung des Verfahrens zu einem Austrittszeitpunkt und schließt dann die Verarbeitung ab.
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Wenn der Zählerwert CNT gleich 0 oder geringer ist (Ja im Schritt S410), führt die Steuervorrichtung 104 mit Schritt S411 fort. Im Schritt S411 stellt die Steuervorrichtung 104 den Zählerwert CNT auf 0 ein und schließt die Verarbeitung dann ab.
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Wenn die Steuervorrichtung 104 einmal im Schritt S405 bestimmt, dass ein Verlust vorhanden ist, führt die Steuervorrichtung 104 eine Steuerung derart aus, dass das Verfahren zu einem Austrittszeitpunkt in Schritt S407 während der als den Erwartungswert CO eingestellten Zündanzahlperiode umgesetzt wird, selbst wenn bestimmt ist, dass ein Verlust nicht vorhanden ist, in dem in 4 dargestellten später umzusetzenden Fluss.
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Weiter, wenn bestimmt ist, dass ein Verlust vorhanden ist, ist der Kriechstrom größer als der Schwellenwert TH zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101. Daher wird die Ladezeit zum Aufladen der schwebenden Kapazität auf die dielektrische Durchbruchspannung länger. Wenn die Steuervorrichtung 104 im Schritt S405 bestimmt, dass ein Verlust vorhanden ist, kann die Steuervorrichtung 104 eine Steuerung zum Vorlaufen eines Zündzeitpunkts zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren bei einer Austrittszeit im Schritt S407 ausführen.
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Wie oben beschrieben kann mit der Zündvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, selbst wenn ein Verlust zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der Zündkerze vorhanden ist, eine Funkenentladung zuverlässig erzeugt werden, durch Betreiben von zwei Hochspannungsvorrichtungen zur selben Zeit. Im Ergebnis kann der Verbrennungsmotor stabil betrieben werden, und somit kann ein Auswurf von nicht verbranntem Kraftstoff und etwas Ähnliches verhindert werden. Somit ist es möglich zum Umweltschutz beizutragen.
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Zweite Ausführungsform
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5 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Zündvorrichtung 2 entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Darstellen eines Beispiels des Falls, wobei Zündspulen als die Hochspannungsvorrichtungen 100A und 100B aus 1 in derselben Weise wie in 2 verwendet werden.
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In einer Zündvorrichtung 2 entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, nachfolgend beschrieben, wird die Funktion der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 in eine der Hochspannungsvorrichtungen eingebunden. Der Betrieb der Zündvorrichtung 2 in dem Fall eines Ausführens einer normalen Funkenentladung ist identisch zu dem der Zündvorrichtung 1, beschrieben in der ersten Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung davon ausgelassen.
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Wie in 5 dargestellt, umfasst die Zündvorrichtung 2 entsprechend der zweiten Ausführungsform Hochspannungsvorrichtungen 500A und 500B, die Zündkerze 101 und die Steuervorrichtung 104.
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Die Hochspannungsvorrichtung 500A in der zweiten Ausführungsform kann sowohl die Funktion als eine Hochspannungsvorrichtung als auch die Funktion als eine Kriechstromdetektionsvorrichtung aufweisen.
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Die Hochspannungsvorrichtung 500A umfasst eine Primärspule 501, eine Sekundärspule 502, ein Schaltelement 503, eine Zener-Diode 504, einen Stromtransformator 505 und einen Transformator 506. Indessen umfasst die Hochspannungsvorrichtung 500B eine Primärspule 511, eine Sekundärspule 512, ein Schaltelement 513 und eine Zener-Diode 514.
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Die Zener-Diode 504 in der Hochspannungsvorrichtung 500A ist ausgebildet zum Verhindern, dass ein Strom dazu fließt, zum Zeitpunkt eines Sammelns von Energie der Hochspannungsvorrichtung 500A. Der Stromtransformator 505 ist ausgebildet zum Detektieren eines durch einen Kriechpfad austretenden Stroms. Der Transformator 506 weist eine Funktion zum Anwenden einer Vorspannung für die Kriechstromdetektion zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 auf.
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Der Betrieb der Zündkerze 2 in dem Fall eines Ausführens einer Kriechstromdetektion wird beschrieben.
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Wenn die Steuervorrichtung 104 ein Zündsignal [HIGH] an das Schaltelement 503 in der Hochspannungsvorrichtung 500A ausgibt, wird das Schaltelement 503 in einen leitenden Zustand gebracht. Dann wird die Primärspule 501 des Transformators 506 zum Ansammeln von Energie aufgeladen. Während der Aufladung der Primärspule 501 wird eine Spannung von mehreren hundert Volt bei der Sekundärspule 502 des Transformators 506 erzeugt. Die Steuervorrichtung 104 liegt die bei der Sekundärspule 502 erzeugte Spannung zwischen der ersten Elektrode 101a der Zündkerze 101 und der Erdung als die Vorspannung für eine Kriechstromdetektion an.
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Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann, wenn ein Pflichtpfad zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b vorhanden ist, ein durch den Stromtransformator 505 über die Sekundärspule 502 des Transformators 506 fließender Strom als ein Kriechstrom detektiert werden. Das heißt, bei der Zündvorrichtung 2 ist die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 der Zündvorrichtung 1, beschrieben in der ersten Ausführungsform, nicht notwendig. Daher kann die Zündvorrichtung 2 eine einfachere Konfiguration als die der Zündvorrichtung 1, beschrieben in der ersten Ausführungsform, aufweisen. Weiter ist die Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 nicht notwendig und somit kann die Anzahl von Komponenten reduziert werden. Daher kann die Zündvorrichtung 2 entsprechend der zweiten Ausführungsform bei geringeren Kosten im Vergleich zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Zündvorrichtung 1 hergestellt werden.
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6 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Kriechstromdetektionsperiode 601 in der zweiten Ausführungsform. Die Merkmale außer der Kriechstromdetektionsperiode 601 sind identisch zu denen in der ersten Ausführungsform beschriebenen aus 3.
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Wie in 6 dargestellt wird die Kriechstromdetektionsperiode 601 in der zweiten Ausführungsform auf eine Periode von dem Zeitpunkt, nachdem eine Aufladung der Primärspule 501 gestartet ist, bis zu dem Zeitpunkt eingestellt, bevor die Aufladung unterbrochen wird. In diesem Fall wird die Kriechstromdetektionsperiode 601 derart eingestellt, damit die Aufladungsstartzeit und Aufladungsunterbrechungszeit nicht umfasst sind.
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Die Kriechstromdetektionsperiode 601 wird auf die Periode eingestellt, wie in 6 dargestellt, da die Vorspannung für eine Kriechstromdetektion in der Zündvorrichtung 2 durch Aufladen der Primärspule 501 des Transformators 506 erzeugt wird, wie oben beschrieben. Nach einer Unterbrechung der Aufladung werden für eine Funkenentladung notwendige Hochspannungen von der Hochspannungsvorrichtung 500A und 500B an die Zündkerze 101 zugeführt.
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Die Steuervorrichtung 104 führt eine Verarbeitung entsprechend einem Vorhandensein eines Verlusts oder eines Abwesendseins eines Auftretens auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform basierend auf dem Detektionswert des durch den Stromtransformator 505 fließenden Kriechstroms, welcher während der Kriechstromdetektionsperiode 601 detektiert wird. Das heißt, wenn die Steuervorrichtung 104 bestimmt, dass das Verlust vorhanden ist, kann die Steuervorrichtung 104 zuverlässig eine Funkenentladung zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b durch Betreiben der Hochspannungsvorrichtungen 500A und 500B zur gleichen Zeit erzeugen.
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Wie oben beschrieben, kann die Zündvorrichtung 2 entsprechend der zweiten Ausführungsform in einer einfacheren Weise und bei geringeren Kosten im Vergleich zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Zündvorrichtung hergestellt werden. Weiter kann mit der Zündvorrichtung 2 entsprechend der zweiten Ausführungsform, selbst wenn ein Verlust zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der Zündkerze vorhanden ist, eine Funkenentladung zuverlässig durch Betreiben von zwei Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit erzeugt werden. Im Ergebnis kann der Verbrennungsmotor stabil betrieben werden, und somit kann verhindert werden, dass unverbrannter Kraftstoff und etwas Ähnliches ausgeworfen wird. Somit ist es möglich zum Umweltschutz beizutragen.
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Dritte Ausführungsform
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In der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, wie oben beschrieben, wird eine Beschreibung von Beispielen gegeben, wobei Zündspulen als die Hochspannungsvorrichtungen verwendet werden. Allerdings sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung des Falls zum Annehmen einer Konfiguration gegeben, wobei Zündspulen nicht als die Hochspannungsvorrichtungen verwendet werden, wie in 7 dargestellt.
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In der nachfolgend beschriebenen dritten Ausführungsform, im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, wird eine für eine Funkenentladung notwendige Hochspannung an die erste Elektrode 101a der Zündkerze 101 durch ein Resonanzphänomen angelegt, verursacht durch eine Wechselstromleistung. Weiter wird in der dritten Ausführungsform die Funktion der Kriechstromdetektionsvorrichtung 103 in der ersten Ausführungsform, wie oben beschrieben, durch eine Wechselstromenergieversorgung und einen Stromtransformator umgesetzt.
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7 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Zündvorrichtung 3 entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Beschreibung der Konfiguration, welche der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform gemeinsam ist, wird ausgelassen.
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Die in 7 dargestellte Zündvorrichtung 3 umfasst Hochspannungsvorrichtungen 700A und 700B, einen Stromtransformators 703, die Zündkerze 101 und die Steuervorrichtung 104.
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Die Hochspannungsvorrichtung 700A umfasst eine Spule 711 und eine Wechselstromenergieversorgung 712. Weiter ist der Stromtransformator 703 mit der Wechselstromenergieversorgung 702 der Hochspannungsvorrichtungen 700A und der Erdung verbunden.
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Die Spulen 701 und 711 bilden zusammen mit einer schwebenden Kapazität der Zündkerze 101 jeweils einen Resonanzschaltkreis.
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Das Timing und die Frequenz zum Ausgeben einer elektrischen Energie der Wechselstromenergieversorgung 702 der Hochspannungsvorrichtung 700A und der Wechselstromenergieversorgung 712 der Hochspannungsvorrichtung 700B werden durch die Steuervorrichtung 104 derart gesteuert, dass ein Wechselstrom und eine Wechselspannung in der Umgebung einer Resonanzfrequenz eines jeden Resonanzschaltkreises zugeführt wird.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Zündkerze 3 in dem Fall eines Ausführens einer normalen Funkenentladung beschrieben. Nachstehend wird die Hochspannungsvorrichtung 700A beschrieben, allerdings trifft der Betrieb davon auf ähnliche Weise auf die Hochspannungsvorrichtung 700B zu.
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Die Steuervorrichtung 104 weist die Wechselstromenergieversorgung 702 in der Hochspannungsvorrichtung 700A dazu an eine für den durch die Spule 701 und die schwebende Kapazität der Zündkerze 101 gebildeten Resonanzschaltkreis notwendige Wechselstromenergie auszugeben, um ein Resonanzphänomen zu veranlassen. Insbesondere ist es lediglich notwendig, dass die Wechselstromenergie auf eine Wechselstromenergie in der Umgebung einer Resonanzfrequenz des durch die Spule 701 und die Schwebekapazität der Zündkerze 101 gebildeten Resonanzschaltkreis ist eingestellt wird.
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Das Resonanzphänomen tritt in dem durch die Spule 701 und die Schwebekapazität der Zündkerze 101 ausgebildeten Resonanzschaltkreis aufgrund der von der Wechselstromenergieversorgung 702 ausgegebenen Wechselstromenergie auf. Damit wird die Spannung eines Mittelpunktes des Resonanzschaltkreises, das heißt die erste Elektrode 101a der Zündkerze 101, erhöht.
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Aufgrund dieser Zunahme in einer Spannung, wird eine Funkenentladung zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b erzeugt. Im Ergebnis kann die brennbare Gasmixtur in der Brennkammer des Verbrennungsmotors gezündet werden.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Zündkerze 3 in dem Fall zum Ausführen einer Kriechstromdetektion beschrieben. Wenn ein Kriechpfad zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b vorhanden ist, kann die Spannung der ersten Elektrode 101a nicht erhöht werden. Daher detektiert in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die Steuervorrichtung 104 einen Vorhandensein oder Abwesendsein eines Verlusts und betreibt die Vielzahl von Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit, wenn ein Verlust vorhanden ist, um dadurch eine Funkenentladung zuverlässig zu erzeugen.
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Die Kriechstromdetektion wird mit der Konfiguration der Wechselstromenergieversorgung 702 der Hochspannungsvorrichtung 700A und des Stromtransformators 703 ausgeführt, wie nachfolgend beschrieben.
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Die Steuervorrichtung 104 weist die Wechselstromenergieversorgung 702 in der Hochspannungsvorrichtung 700A dazu an, eine elektrische Energie auszugeben, welche eine niedrige Frequenz zu einem solchen Grad aufweist, dass der Einfluss der Spule 701 ignoriert werden kann, als die Vorspannung für eine Kriechstromdetektion.
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In diesem Fall wird ein durch den Stromtransformator 703 fließender Kriechstrom, wenn ein Kriechpfad zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b vorhanden ist, ein Strom mit einem Frequenzband unterschiedlich zu dem eines Resonanzstroms zum Erzeugen einer Funkenentladung. Daher kann die Steuervorrichtung 104 den Kriechstrom und den Resonanzstrom unterscheidbar detektieren.
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Das heißt, die Steuervorrichtung 104 kann als den Kriechstrom den durch den Stromtransformator 703 fließenden Strom bei einem Zustand detektieren, wobei die Spannung mit einer niedrigen Frequenz, ausgegeben von der Wechselstromenergieversorgung 702, zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 angelegt ist. Die Kriechstromdetektionsperiode kann bei der Kriechstromdetektionsperiode 301 aus 3 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform eingestellt werden.
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Die Steuervorrichtung 104 führt eine Verarbeitung entsprechend einem Vorhandensein eines Verlusts oder einem Abwesendsein eines Verlusts in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform basierend auf dem Detektionswert des durch den Stromtransformator 703 fließenden Kriechstroms aus, welcher während der Kriechstromdetektionsperiode 301 detektiert ist. Das heißt, wenn die Steuervorrichtung 104 bestimmt, dass ein Verlust vorhanden ist, kann die Steuervorrichtung 104 eine Funkenentladung zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b durch Betreiben der Hochspannungsvorrichtungen 700A und 700B zur gleichen Zeit zuverlässig erzeugen.
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Wie oben beschrieben, kann die Zündvorrichtung 3 entsprechend der dritten Ausführungsform in einer einfacheren Weise und bei geringeren Kosten im Vergleich zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Zündvorrichtung 1 und der in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Zündvorrichtung 2 hergestellt werden. Weiter kann mit der Zündvorrichtung 3 entsprechend der dritten Ausführungsform, selbst wenn ein Verlust zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der Zündkerze vorhanden ist, eine Funkenentladung durch Betreiben einer Vielzahl von Hochspannungsvorrichtungen zur gleichen Zeit zuverlässig erzeugt werden. Im Ergebnis, wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, kann der Verbrennungsmotor stabil betrieben werden, und somit kann verhindert werden, dass nicht verbrannter Kraftstoff und etwas Ähnliches ausgeworfen wird. Somit ist es möglich zum Umweltschutz beizutragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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