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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Verbrennungsmaschinen-Zündvorrichtung zur Verwendung beim Zünden einer Verbrennungsmaschine.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Verschiede Typen von Zündvorrichtungen wurden vorgeschlagen, um ein Zündleistungsvermögen zu verbessern, um Kraftstoff zu zünden. Das
japanische Patent Nr. 5631638 lehrt beispielsweise eine Verbrennungsmaschinenzündvorrichtung, die mit einem Mantel, in dem der gleiche Typ von zwei Zündspulen angeordnet ist, einem Verbinder, der mit einer externen elektrischen Leistung und Signalen versorgt, und einem Hochspannungsausgangsanschluss ausgestattet ist, der einer Funken- bzw. Zündkerze eine Hochspannung liefert. Bei der Zündvorrichtung liefert der Hochspannungsanschluss eine Kombination von Ausgaben von den zwei Zündspulen zu der Zündkerze. Ein spulenaufnehmender Abschnitt des Mantels ist außerhalb eines Kerzenlochs, das in einem oberen Abschnitt der Verbrennungsmaschine gebildet ist, angeordnet.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
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Es ist bei der vorhergehenden Verbrennungsmaschinenzündvorrichtung erforderlich, dass der spulenaufnehmende Abschnitt außerhalb des Kerzenlochs, das in jedem Zylinder der Verbrennungsmaschine gebildet ist, angeordnet ist. Bei dem spulenaufnehmenden Abschnitt sind jedoch die gleichen Typen von zwei rechtwinkligen Spulen darin angeordnet, was in einer erhöhten Größe desselben resultiert. Dies führt daher zu einem Problem, dass es bei den spulenaufnehmenden Abschnitten schwierig ist, dieselben für eine Mehrzahl von Zylindern, die innerhalb eines schmalen Anbringungsraums für die Verbrennungsmaschine angeordnet sind, ohne eine physische Beeinträchtigung dazwischen näher zueinander anzuordnen.
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Angesichts der vorhergehenden Situationen besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Verbrennungsmaschinenzündvorrichtung zu schaffen, die einen hohen Grad eines Zündleistungsvermögens verbessert und ein Verkleinern derselben erzielt.
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MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Zündvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine geschaffen, die (a) eine Zündkerze, die in einem Endabschnitt eines Kerzenlochs, das in einer Verbrennungsmaschine gebildet ist, anzubringen ist, (b) eine erste Zündspule, die mit einer Primärspule und einer Sekundärspule ausgestattet ist, und bei der eine Sekundärseite derselben mit der Zündkerze elektrisch verbunden ist, (c) eine zweite Zündspule, die mit einer Primärspule und einer Sekundärspule ausgestattet ist und parallel zu der ersten Zündspule mit der Zündkerze verbunden ist, und (d) einen Steuerabschnitt aufweist, der eine Erregung der ersten Zündspule und der zweiten Zündspule steuert. Eine Sekundärspannung, die sich an der zweiten Zündspule entwickelt, ist niedriger als dieselbe, die sich an der ersten Zündspule entwickelt. Der Steuerabschnitt funktioniert, um die Sekundärspannung an der ersten Zündspule zu erzeugen, und dann die Sekundärspannung an der zweiten Zündspule zu erzeugen, um die Zündkerze sich weiter entladen zu lassen.
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Die erste Zündspule und die zweite Zündspule sind mit der Zündkerze parallel zueinander verbunden. die zweite Zündspule ist entworfen, um die Sekundärspannung mit einem niedrigeren Pegel als bei derselben zu erzeugen, die sich an der ersten Zündspule entwickelt. Es ist üblicherweise eine hohe Spannung dafür erforderlich, dass die Zündkerze ein Entladen beginnt, sobald jedoch die Entladung begonnen hat, wird die Spannung, die erforderlich ist, um das Entladen fortzusetzen, niedriger als dieselbe sein, die erforderlich ist, um die Entladung einzuleiten. Nachdem eine Sekundärspannung an der ersten Zündspule induziert wurde, die höher als die Sekundärspannung ist, um eine Entladung einzuleiten, wird dementsprechend eine Sekundärspannung an der zweiten Zündspule induziert, die niedriger als die Sekundärspannung ist, um die Fortsetzung der Entladung zu erzielen. Die Fortsetzung der Entladung auf diese Weise steigert die Fähigkeit, Kraftstoff zu zünden. Die Sekundärspannung, die sich bei der zweiten Zündspule entwickelt, ist niedriger als bei der ersten Zündspule eingestellt, wodurch ermöglicht wird, dass die zweite Zündspule verglichen mit den ersten und zweiten Zündspulen, die entworfen sind, um den gleichen Pegel der Sekundärspannung zu entwickeln, hinsichtlich der Größe reduziert ist. Dies richtet einen hohen Grad eines Zündleistungsvermögens und ein Verkleinern der Zündvorrichtung ein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Struktur einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
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2 ist eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine, die in einem Kerzenloch der Verbrennungsmaschine angebracht ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
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3(a) ist ein Zeitdiagramm, das ein Ansteuerungssignal für einen ersten Schalter veranschaulicht.
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3(b) ist ein Zeitdiagramm, das ein Ansteuerungssignal für einen zweiten Schalter veranschaulicht.
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3(c) ist ein Zeitdiagramm, das einen Primärstrom bei einer ersten Zündspule veranschaulicht.
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3(d) ist ein Zeitdiagramm, das einen Primärstrom bei einer zweiten Zündspule veranschaulicht.
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3(e) ist ein Zeitdiagramm, das einen Sekundärstrom bei der ersten Zündspule und der zweiten Zündspule veranschaulicht.
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4 ist eine Ansicht, die Strukturen von modifizierten Formen einer ersten und einer zweiten Zündspule darstellt.
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5 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Struktur einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Ein Ausführungsbeispiel der Zündvorrichtung 40 für Verbrennungsmaschinen wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die elektrische Struktur der Zündvorrichtung 40 wird unter Bezugnahme auf 1 zuerst erläutert.
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Die Zündvorrichtung 40 ist mit einem ersten Zündabschnitt (das heißt einer ersten Zündschaltung) 13A, einem zweiten Zündabschnitt (das heißt einer zweiten Zündschaltung) 13B, einer Zündkerze 20 und einer ECU 30 ausgestattet. Die Zündvorrichtung 40 ist mit einer Batterie 60 verbunden, die der Zündvorrichtung 40 eine Gleichstromleistung liefert. Eine Gleichstromspannung an der Batterie 60 beträgt 12 V bis 24 V.
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Der erste Zündabschnitt 13A ist mit einer ersten Zündspule 18A, einem ersten Schalter 14A und einer Diode 19A ausgestattet. Ein IGBT (= Insulated Gate Bipolar Transistor = Bipolartransistor mit isoliertem Gate) wird als der erste Schalter 14A verwendet, es kann jedoch ein anderer Typ eines Transistors, wie zum Beispiel ein MOSFET, verwendet werden.
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Die erste Zündspule 18A weist eine Primärspule 15A, eine Sekundärspule 16A und einen Eisenkern 17A auf. Die Primärspule 15A hat ein erstes Ende, das mit einem positiven Anschluss der Batterie 60 verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einem Kollektor des ersten Schalters 14A verbunden ist. Der erste Schalter 14A hat einen Emitter, der mit Masse verbunden ist. Der erste Schalter 14A hat ein Gate, das mit der ECU 30 verbunden ist. Die Sekundärspule 16A hat ein erstes Ende, das mit Masse verbunden ist, und ein zweites Ende, das durch die Diode 19A, die funktioniert, um eine Frühzündung zu vermeiden, mit einer Mittelelektrode der Zündkerze 20 verbunden ist. Die Diode 19A ist an einer Kathode derselben mit dem zweiten Ende der Sekundärspule 16A und an einer Anode derselben mit der Zündkerze 20 verbunden. Eine Zahl von Windungen der Sekundärspule 16A ist größer als dieselbe der Primärspule 15A.
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Der erste Schalter 14A wird ansprechend auf ein Ansteuerungssignal, das von der ECU 30 übertragen wird, ein- oder ausgeschaltet. Wenn der erste Schalter 14A eingeschaltet wird, wird die Spannung an der Batterie 60 an die Primärspule 15A angelegt, sodass ein Primärstrom I1A durch die Primärspule 15A fließt, wodurch bewirkt wird, dass eine magnetische Energie in der Primärspule 15A gespeichert wird. Wenn danach der erste Schalter 14A ausgeschaltet wird, blockiert derselbe einen Fluss des Primärstroms I1A durch die Primärspule 15A, sodass zwischen der Primärspule 15A und der Sekundärspule 16A eine Gegeninduktion eine Sekundärspannung an der Sekundärspule 16A erzeugt, wodurch eine elektrische Entladung in der Zündkerze 20 erzeugt wird. Dies bewirkt, dass ein Sekundärstrom I2 durch die Sekundärspule 16A fließt. Eine Sekundärspannung, die sich an der Sekundärspule 16A entwickelt, wird zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode der Zündkerze 20 angelegt. Die Sekundärspannung an der Sekundärspule 16A ist eine hohe Spannung von beispielsweise 30 kV, die ausreichend hoch ist, um zwischen den Elektroden der Zündkerze 20 eine Entladung einzuleiten. Es sei bemerkt, dass eine Richtung, in der der Strom von dem positiven Anschluss der Batterie 60 zu den Primärspulen 15A und 15B fließt, als positiv ausgedrückt wird, und Pfeile in den Zeichnungen eine Richtung darstellen, in die der positive Strom fließt.
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Der zweite Zündabschnitt 13B ist mit einer zweiten Zündspule 18B, einem zweiten Schalter 14B und einer Diode 19B ausgestattet und hat somit die gleiche Struktur wie dieselbe des ersten Zündabschnitts 13A. Die zweite Zündspule 18B weist die Primärspule 15B, eine Sekundärspule 16B und einen Eisenkern 17B auf und hat somit die gleiche Struktur wie dieselbe der ersten Zündspule 18A.
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Die Sekundärspule 16A und die Sekundärspule 16B sind parallel zueinander mit der Zündkerze 20 verbunden. Die Primärspule 15A und die Primärspule 15B sind parallel zueinander mit der Batterie 60 verbunden. Die Dioden 19A und 19B sind so angeordnet, dass der Sekundärstrom I2, der durch die Sekundärspule 16A fließt, und der Sekundärstrom I2, der durch die Sekundärspule 16B fließt, in der gleichen Richtung orientiert sind. Die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B sind konstruiert, um die Sekundärspannung an die Zündkerze 20 mit der gleichen Polarität anzulegen.
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Das Verhältnis NB der Zahl von Windungen N2B der Sekundärspule 16B zu der Zahl von Windungen N1B der Primärspule 15B ist kleiner als das Verhältnis NA der Zahl von Windungen N2A der Sekundärspule 16A zu der Zahl von Windungen N1A der Primärspule 15A eingestellt. Die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B sind mit anderen Worten entworfen, sodass die Sekundärspannung, wie sie sich durch die zweite Zündspule 18B entwickelt, niedriger als die zweite Sekundärspannung ist, die durch die erste Zündspule 18A entwickelt wird.
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Ein Beginnen damit, eine elektrische Entladung in der Zündkerze 20 zu entwickeln, erfordert üblicherweise ein Anlegen einer hohen Spannung an die Zündkerze 20. Die Spannung, die erforderlich ist, um die Entladung zu erzeugen, sobald die Zündkerze 20 damit begonnen hat, sich zu entladen, ist niedrig. Es ist mit anderen Worten möglich, dass die Zündkerze 20 lediglich durch Anlegen eines Pegels einer Spannung an dieselbe, der niedriger als derselbe ist, der erforderlich ist, um die Entladung zu beginnen, weiter die Entladung erzeugt. Eine Spannung von etwa 30 kV ist beispielsweise erforderlich, um die Entladung zu beginnen, während eine Spannung von etwa mehreren kV bis 10 kV erforderlich ist, um weiter die Entladung zu erzeugen.
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In dem Fall einer Zündvorrichtung, die mit zwei Zündspulen zum Verbessern der Fähigkeit ausgestattet ist, einen Kraftstoff in Verbrennungsmaschinen zu zünden, kann eine der zwei Zündspulen lediglich verwendet werden, um weiter die Entladung zu erzeugen, um die Sekundärspannung, die sich an der einen der zwei Zündspulen entwickelt hat, auf einen Pegel zu verringern, der erforderlich ist, um weiter die Entladung zu erzeugen. Dies ermöglicht, dass die eine der Zündspulen verglichen damit, wenn die Sekundärspannungen an beiden Zündspulen auf einen Pegel eingestellt sind, der erforderlich ist, um ein Entwickeln der Entladung zu beginnen, eine verringerte Zahl von Windungen hat, wodurch es möglich gemacht wird, die Spannungsfestigkeit (das heißt die Stehspannung) der Zündspulen zu senken. Dies ermöglicht ferner, dass die Dicke einer Beschichtung auf Wicklungen der Zündspulen oder der Isolationsabstand verringert wird, wodurch zugelassen wird, dass die Zündspule, die lediglich verwendet wird, um weiter die Entladung zu erzeugen, hinsichtlich der Größe derselben reduziert wird. Der Isolationsabstand ist ein Intervall zwischen jeder der Zündspulen 18A und 18B und einer anderen Komponente, wie zum Beispiel einem Mantel oder einer Maschine, oder die Dicke eines Isolationsmaterials, das zwischen Leitern angeordnet ist.
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Wie aus der vorhergehenden Erörterung offensichtlich ist, kann die Spannungsfestigkeit (das heißt die Stehspannung) der Zündvorrichtung 40 durch Verwenden von lediglich einer der zwei Zündspulen, um weiter die Entladung zu erzeugen, verglichen damit gesenkt werden, wenn beide Zündspulen fähig sind, damit zu beginnen, die Entladung zu entwickeln, wodurch ermöglicht wird, dass die Zündvorrichtung 40 hinsichtlich der Größe derselben reduziert wird. Ein Raum um die Verbrennungsmaschine herum zum Anbringen der Zündvorrichtung 40 ist üblicherweise schmal. Die Bequemlichkeit, mit der die Zündvorrichtung 40 angebracht wird, wird daher durch Reduzieren der Größe der Zündvorrichtung 40 verbessert.
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Die Zündvorrichtung 40 ist daher entworfen, um die erste Zündspule 18A hauptsächlich zum Beginnen eines Entwickelns einer elektrischen Entladung zu verwenden, und um ferner die zweite Zündspule 18B zu verwenden, um weiter die Entladung zu erzeugen. Das Windungsverhältnis NB der zweiten Zündspule 18B ist genauer gesagt ausgewählt, um niedriger als ein oder gleich einem Drittel (1/3) des Windungsverhältnisses NA der ersten Zündspule 18A zu sein, um die Sekundärspannung an der zweiten Zündspule 18B auf niedriger als ein oder gleich einem Drittel derselben an der ersten Zündspule 18A, beispielsweise auf etwa 10 kV, einzustellen. Die Spannungsfestigkeit (das heißt die Stehspannung) der zweiten Zündspule 18B ist zusätzlich ferner auf niedriger als ein oder gleich einem Drittel (1/3) derselben der ersten Zündspule 18A eingestellt. Dies ermöglicht, dass die zweite Zündspule 18B hinsichtlich der Größe reduziert wird, was in einer Verringerung der Gesamtgröße der Zündvorrichtung 40 resultiert.
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Die ECU 30 (das heißt ein Steuerabschnitt) ist hauptsächlich aus einem Mikrocomputer hergestellt, der mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und einer E/A (englisch: I/O) ausgestattet ist. Die ECU 30 gibt unter Verwendung von Programmen, die in dem ROM gespeichert sind, und Ausgaben von einer Vielfalt von Sensoren, die Betriebsbedingungen darstellen, zu den Gates des ersten Schalters 14A und des zweiten Schalters 14B Ansteuerungssignale aus. Auf diese Weise steuert die ECU 30 eine Erregung der ersten Zündspule 18A und der zweiten Zündspule 18B, um die Entladung, die durch die Zündkerze 20 entwickelt wird, zu steuern. Steueraufgaben, die durch die ECU 30 ausgeführt werden, werden später im Detail beschrieben.
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Die mechanische Struktur der Zündvorrichtung 40 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht, die die Zündvorrichtung 40 darstellt, die in dem Kerzenloch 44, das in der Verbrennungsmaschine 47 gebildet ist, unter Verwendung eines Befestigungsmittels, nicht gezeigt, eingebaut ist.
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Das Kerzenloch 44 ist ein kreisförmiges zylindrisches tiefes Loch, das sich von einer Außenoberfläche der Verbrennungsmaschine 47, das heißt einem Boden einer Gehäusevertiefung 46 in einem Zylinderkopf oder einem Kopfdeckel, hin zu der Verbrennungskammer 70 erstreckt. Die Zündkerze 20 ist in dem unteren Ende des Kerzenlochs 44 angebracht. Ein mit einem Gewinde versehenes Loch 49 ist genauer gesagt in dem Boden des Kerzenlochs 44 gebildet und erstreckt sich in die Verbrennungskammer 70 der Verbrennungsmaschine 47. Die Zündkerze 20 ist in dem mit einem Gewinde versehenen Loch 49 angebracht, sodass sich die Masseelektrode und die Mittelelektrode in die Verbrennungskammer 70 erstrecken.
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Die erste Zündspule 18A, die eine relativ höhere Sekundärspannung hat, befindet sich innerhalb des Kerzenlochs 44 und ist in einem oberen Abschnitt der Zündkerze 20 angeordnet, während sich die zweite Zündspule 18B, die eine relativ niedrigere Sekundärspannung hat, außerhalb des Kerzenlochs 44 befindet und über der ersten Zündspule 18A, insbesondere in der Gehäusevertiefung 46, die genau über dem Kerzenloch 44 gebildet ist, angeordnet ist.
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In dem Fall, in dem die erste Zündspule 18A, die eine höhere Sekundärspannung hat, außerhalb des Kerzenlochs 44 angeordnet ist, wird die Spannung an einem Draht, der in dem Kerzenloch 44 angeordnet ist und die zweite Zündspule 18B und die Zündkerze 20 verbindet, hoch, was in einer Schwierigkeit beim Einrichten einer elektrischen Isolation dafür resultiert. Die elektrische Isolation von der Zündkerze 20 kann daher durch Anordnen der zweiten Zündspule 18B, die eine niedrigere Sekundärspannung hat, außerhalb des Kerzenlochs 44 erleichtert werden.
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Die erste Zündspule 18A ist aus einer zylindrischen Zündspule (das heißt einer Stabspule), die durch die Sekundärspule 16A, die um einen zylindrischen Mittelkern 12A des Eisenkerns 17A gewickelt ist, die Primärspule 15A, die außerhalb der Sekundärspule 16A gewickelt ist, und den Eisenkern 17A, der außerhalb der Primärspule 15A als eine Außenhülle angeordnet ist, gebildet ist, hergestellt. Die erste Zündspule 18A ist in einer zylindrischen festen Gestalt gebildet, um konturiert zu sein, um mit der zylindrischen Gestalt des Kerzenlochs 44 übereinzustimmen, und hat einen kreisförmigen Querschnitt, der sich senkrecht zu der Länge des Kerzenlochs 44 erstreckt.
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Die zweite Zündspule 18B ist aus der Primärspule 15B, die um einn Mittelkern 12B der Eisenkerne 17B gewickelt ist, der Sekundärspule 16B, die außerhalb der Primärspule 15B gewickelt ist, und den Eisenkernen 17B einer geschlossenen magnetischen Schaltung, die auf die Außenperipherie derselben gepasst sind, zusammengesetzt. Der Mittelkern 12B ist ein Kern, der senkrecht zu der Länge des Kerzenlochs 44 einen rechtwinkligen Schnitt hat.
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Ein Draht 45, der sich von der Sekundärspule 16B der zweiten Zündspule 18B erstreckt, ist mit einem oberen Ende des Mittelkerns 12A der ersten Zündspule 18A in Kontakt platziert. Die Kathode der Diode 19B ist mit dem unteren Ende des Mittelkerns 12A in Kontakt. Die Kathode der Diode 19A ist mit der Sekundärspule 16A der ersten Zündspule 18A in Kontakt. Die Anoden der Dioden 19A und 19B sind mit einem spaltförmigen Hochspannungsanschluss 43 verbunden. Ein Federanschluss 42 ist mit einem oberen Ende desselben mit einem unteren Ende des Hochspannungsanschlusses 43 verbunden.
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Die erste Zündspule 18A, die zweite Zündspule 18B, die Dioden 19A und 19B, der Hochspannungsanschluss 43 und der Federanschluss 42 sind in einem Isolationsmantel 48 angeordnet. Die erste Zündspule 18A, die zweite Zündspule 18B und die Dioden 19A und 19B werden durch ein Harz festgehalten. Der Isolationsmantel 48 weist einen kreisförmigen zylindrischen Abschnitt, der der Gestalt des Kerzenlochs 44 entspricht, und einen rechtwinkligen Abschnitt (das heißt ein Gehäuse) auf, der der Gestalt der zweiten Zündspule 18B entspricht, und ist unter Verwendung einer Befestigungseinrichtung, nicht gezeigt, an der Gehäusevertiefung 46 gesichert. Der rechtwinklige Abschnitt des Isolationsmantels 48 ist in einem offenen Abschnitt über dem Kerzenloch 44 angeordnet. Der zylindrische Abschnitt des Isolationsmantels 48 hat einen unteren Endabschnitt, der dünner als ein oberer Endabschnitt desselben ist. Der Federanschluss 42 ist in den dünnen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts pressgepasst. Die erste Zündspule 18A und die Dioden 19A und 19B sind in dem oberen zylindrischen Abschnitt über dem dünnen Abschnitt angeordnet. Die zweite Zündspule 18B ist in dem oberen Abschnitt des Isolationsmantels 48 in einer annähernd würfelförmigen Gestalt angeordnet (das heißt, ein Abschnitt des Kerns der zweiten Zündspule, der sich senkrecht zu der Länge des Kerzenlochs 44 erstreckt, ist rechtwinklig).
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Das untere Ende des zylindrischen Abschnitts des Isolationsmantels 48 ist geöffnet. Ein zylindrisches Pufferglied 41 ist an das untere Ende des Isolationsmantels gefügt. Der obere Abschnitt der Zündkerze 20 ist in das Pufferglied 41 eingeführt. Der Federanschluss 42 ist genau über der Zündkerze 20 angeordnet. Der Federanschluss 42 ist zusammengedrückt, um eine Verbindung der zweiten Enden der Sekundärspulen 16A und 16B mit dem positiven Pol der Zündkerze 20 durch die Dioden 19A und 19B, den Hochspannungsanschluss 43 und den Federanschluss 42 einzurichten. Das Pufferglied 41 ist aus einem synthetischen Harz hergestellt.
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Ein Entladungssteuerbetrieb der Zündkerze 20, der durch die ECU 30 erzielt wird, wird als Nächstes im Folgenden unter Bezugnahme auf 3(a) bis 3(e) beschrieben. 3(a) und 3(b) stellen Ansteuerungssignale IGTA und IGTB für den ersten Schalter 14A bzw. den zweiten Schalter 14B dar. Wenn die Ansteuerungssignale IGTA und IGTB auf einem hohen Pegel sind, befinden sich der erste Schalter 14A und der zweite Schalter 14B in einem Ein-Zustand. Wenn alternativ die Ansteuerungssignale IGTA und IGTB auf einem niedrigen Pegel sind, befinden sich der erste Schalter 14A und der zweite Schalter 14B in einem Aus-Zustand. 3(c) und 3(d) stellen den Primärstrom I1A bzw. den Primärstrom I1B dar. Eine durchgezogene Linie in 3(e) gibt den Sekundärstrom I2 an. Der Sekundärstrom I2 fließt in einer entgegengesetzten Richtung, wie es durch Pfeile in 1 angegeben ist, sodass derselbe bei diesem Ausführungsbeispiel negativ ist. In 3(e) ist eine negative Richtung als eine Richtung definiert, in der sich der Sekundärstrom I2 erhöht.
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Die Ansteuerungssignale IGTA und IGTB sind jeweils aus einem ersten Puls und einer Mehrzahl von zweiten Pulsen, die dem ersten Puls folgen, zusammengesetzt. Ein Intervall zwischen dem ersten Puls und einem zweiten Puls, der dem ersten Puls folgt, und ein Intervall zwischen benachbarten zwei der zweiten Pulse sind kürzer als ein Intervall (das heißt ein Ausgabezyklus), mit dem die ersten Pulse der Reihe nach ausgegeben werden. Die Breiten der ersten Pulse und der zweiten Pulse sind ausgewählt, um die Primärströme I1A und I1B jeweils auf vorbestimmte Zielwerte X zu bringen. Die Zielwerte X sind ausgewählt, um gewünschte Pegel der Sekundärspannung zu erzeugen, wenn die Aus-Betriebsvorgänge des ersten Schalters 14A und des zweiten Schalters 14B vorgenommen werden. Ein Verhältnis der Breite der ersten Pulse zu der Breite der zweiten Pulse ist so ausgewählt, dass die Breite der zweiten Pulse eingestellt ist, um etwa ein Fünftel (1/5) oder ein Zwölftel (1/12) der Breite der ersten Pulse zu sein.
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Die ECU 30 gibt zuerst die ersten Pulse zu dem ersten Schalter 14A aus, um den ersten Schalter 14A einzuschalten. Dies bewirkt, dass der Primärstrom I1A durch die Primärspule 15A fließt. Nach einem Verstreichen einer gegebenen Zeitperiode, seitdem der erste Puls zu dem ersten Schalter 14A übertragen wurde, gibt anschließend die ECU 30 den ersten Puls zu dem zweiten Schalter 14B aus. Dies bewirkt, dass der Primärstrom I1B durch die Primärspule 15B fließt.
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Nachdem eine gegebene Zeitperiode vergangen ist, ändert die ECU 30 das Ansteuerungssignal IGTA auf den niedrigen Pegel, wodurch der Fluss des Primärstroms I1A blockiert wird, sodass die Sekundärspannung an der Sekundärspule 16A induziert und dann an die Zündkerze 20 angelegt wird. Die Zündkerze 20 beginnt dann damit, sich zu entladen, sodass der Sekundärstrom I2 von der Sekundärspule 16A fließt.
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Nachdem eine gegebene Zeitperiode vergangen ist, ändert anschließend die ECU 30 das Ansteuerungssignal IGTB zu dem niedrigen Pegel und ändert ferner das Ansteuerungssignal IGTA zu dem hohen Pegel. Dies blockiert den Fluss des Primärstroms I1B, sodass die Sekundärspannung an der Sekundärspule 16B induziert wird. Wenn die Sekundärspannung eine Entladungsspannung erreicht, fließt der zweite Strom I2 von der Sekundärspule 16B. Das Ändern des Ansteuerungssignals IGTA zu dem hohen Pegel bewirkt, dass der Primärstrom I1A durch die Primärspule 15A fließt. Die Zündkerze 20 hat sich bereits auf einen Pegel entladen, der niedriger als derselbe ist, der erforderlich ist, um ein Entladen zu beginnen. Das Anlegen einer Entladungsspannung, die niedriger als die Sekundärspannung, die sich an der Sekundärspule 16A entwickelt hat, ist, an die Zündkerze 20 wird daher bewirken, dass sich die Zündkerze 20 weiter entlädt.
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Nachdem eine gegebene Zeitperiode vergangen ist, ändert anschließend die ECU 30 das Ansteuerungssignal IGTA zu dem niedrigen Pegel und ändert ferner das Ansteuerungssignal IGTB zu dem hohen Pegel. Dies blockiert den Fluss des Primärstroms I1A, sodass die Sekundärspannung, die an der Primärspule 15A erzeugt wird, an die Zündkerze 20 angelegt wird, um weiter zu entladen.
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Die ECU 30 schaltet danach den ersten Schalter 14A und den zweiten Schalter 14B abwechselnd ein und aus, um zu veranlassen, dass sich die Zündkerze 20 für eine gegebene Zeitperiode weiter entlädt. Die ECU 30 erzeugt genauer gesagt die zweite Spannung an der ersten Zündspule 18A, um ein Entladen zu beginnen, und entwickelt dann die zweite Spannung an der ersten Spule 18A und der zweiten Zündspule 18B abwechselnd, um weiter die Zündkerze 20 zu entladen. Während dieser Zeitperiode wird eine Spannung einer gleichen Polarität an die Zündkerze 20 weiter angelegt, wodurch die Stabilität beim Entladen mit der gleichen Polarität sichergestellt wird.
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Nachdem veranlasst wurde, dass sich die Zündkerze 20 weiter für eine gegebene Zeitperiode entlädt, und dann die Ansteuerungssignale IGTA und IGTB zu dem niedrigen Pegel geändert wurden, um sowohl den ersten Schalter 14A als auch den zweiten Schalter 14B auszuschalten, bewirkt dies, dass sich die Sekundärspannungen, wie sie sich an den Sekundärspulen 16A und 16B entwickelt haben, auf null verringern, wodurch der Entladebetrieb der Zündkerze 20 beendet wird. Zu dieser Zeit wird der Sekundärstrom I2 von sowohl der Sekundärspule 16A als auch der Sekundärspule 16B fließen, wodurch bewirkt wird, dass der Sekundärstrom I2, der größer als derselbe ist, wenn sich die Zündkerze 20 weiter entlädt, fließt, wonach die Sekundärspannung auf null fällt.
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Eine Strichpunktlinie in 3(e) stellt den Sekundärstrom I2 in dem Fall dar, in dem der erste Schalter 14A und der zweite Schalter 14B nicht abwechselnd ein- oder ausgeschaltet werden, nachdem die Entladung unter Verwendung der ersten Zündspule 18A begonnen wurde. In diesem Fall wird der Sekundärstrom I2 gedämpft, eine Dauer desselben ist kurz, und eine Entladungsdauer wird verglichen mit diesem ersten Ausführungsbeispiel kurz. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B abwechselnd verwendet, um die Entladungsdauer zu erhöhen, um das Zündleistungsvermögen selbst in Verbrennungsmaschinen, wie zum Beispiel Magerverfeuerungs- bzw. Magermixmaschinen, zu steigern, in denen der Kraftstoff schwer zu zünden ist.
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Das Windungsverhältnis NB der zweiten Zündspule 18B ist kleiner eingestellt als das Windungsverhältnis NA der ersten Zündspule 18A, sodass die Induktivität der Sekundärspule 16B kleiner als dieselbe der Sekundärspule 16A ist. Dies bewirkt, dass der Sekundärstrom I2, der von der Sekundärspule 16B fließt, hinsichtlich des Werts größer als der Sekundärstrom I2 ist, der von der Sekundärspule 16A fließt, und bewirkt ferner, dass eine Rate einer Verringerung des Sekundärstroms I2, der von der Sekundärspule 16B fließt, größer als dieselbe des Sekundärstroms I2 ist, der von der Sekundärspule 16A fließt. Der Sekundärstrom I2, der von der Sekundärspule 16B fließt, verringert sich mit anderen Worten mit einer höheren Rate als dieselbe, mit der sich der Sekundärstrom I2, der von der Sekundärspule 16A fließt, verringert.
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Das im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsbeispiel bietet die folgenden nützlichen Vorteile.
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Die erste Zündspule 18A, bei der die Sekundärspannung höher ist, wird verwendet, um den Entladebetrieb zu beginnen. Das Fortsetzen des Entladebetriebs wird durch zyklisches Betreiben der zweiten Zündspule 18B, bei der die Sekundärspannung niedriger ist, und der ersten Zündspule 18A erzielt. Das Fortsetzen des Entladebetriebs nach dem Beginn des Entladebetriebs auf die vorhergehende Weise dient dazu, den Sekundärstrom auf einem hohen Pegel beizubehalten, wodurch die Stabilität beim Erzeugen eines Funkenstroms sichergestellt wird, um das Zündleistungsvermögen zu steigern. Die Sekundärspannung an der zweiten Zündspule 18B ist niedriger als dieselbe an der ersten Zündspule 18A, wodurch ermöglicht wird, dass die zweite Zündspule 18B verglichen damit, wenn die Sekundärspannungen, die sich an den Zündspulen 18A und 18B entwickelt haben, im Wesentlichen den gleichen Pegel haben, hinsichtlich der Größe reduziert wird. Dies erzielt ein hohes Zündleistungsvermögen und ein Verkleinern der Zündvorrichtung 40.
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Die erste Zündspule 18A ist innerhalb des Kerzenlochs 44 angeordnet, während die zweite Zündspule 18B außerhalb des Kerzenlochs 44 über der ersten Zündspule 18A angebracht ist, wodurch ein Raum in dem Kerzenloch 44 effektiv verwendet wird und ferner die Effizienz beim Anordnen der Zündspulen 18A und 18B verbessert wird. Dies liefert die leicht einzubauende Struktur der Zündvorrichtung 40.
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Die erste Zündspule 18A, bei der die Sekundärspannung einen höheren Pegel hat, ist innerhalb des Kerzenlochs 44 angeordnet, während die zweite Zündspule 18B, bei der die Sekundärspannung einen niedrigeren Pegel hat, außerhalb des Kerzenlochs 44 angeordnet ist, wodurch der Entwurf für eine Isolation der zweiten Zündspule 18B in dem Kerzenloch 44 erleichtert wird.
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Die erste Zündspule 18A ist in einer zylindrischen Gestalt entworfen, die identisch zu der Gestalt von typischen Kerzenlöchern ist, wodurch die Effizienz beim Anordnen der ersten Zündspule 18A in dem Kerzenloch 44 gesteigert wird. Die zweite Zündspule 18B ist entworfen, um annähernd würfelförmig zu sein, wodurch die Bequemlichkeit, mit der die zweite Zündspule 18B außerhalb des Kerzenlochs 44 über der ersten Zündspule 18A angeordnet wird, erleichtert wird.
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Nach einem Beginn der Entladung entwickelt sich die Sekundärspannung abwechselnd an der ersten Zündspule 18A und der zweiten Zündspule 18B, um das Fortsetzen der Entladung zu erzielen, wodurch das Zündleistungsvermögen der Zündvorrichtung 40 verbessert wird.
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Die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B sind so entworfen, um die Sekundärspannungen, die die gleiche Polarität haben, an die Zündkerze 20 anzulegen. Dies bewirkt, dass sich die Zündkerze 20 mit der gleichen Polarität weiter entlädt, wodurch die Stabilität bei dem Entladebetrieb der Zündkerze sichergestellt wird, ohne dass die Sekundärspannung fällt.
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Die Sekundärspule 16B der zweiten Zündspule 18B ist mit dem Mittelkern 12A der ersten Zündspule 18A verbunden. Das untere Ende des Mittelkerns 12A ist durch die Diode 19B mit der Zündkerze 20 verbunden. Dies eliminiert die Notwendigkeit eines Drahts, der sich von der Sekundärspule 16B der zweiten Zündspule 18B zu der Zündkerze 20 erstreckt, was ermöglicht, dass die Struktur der Zündvorrichtung 40 vereinfacht oder hinsichtlich der Größe reduziert wird.
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Die Spannung, die dafür erforderlich ist, dass sich die Zündkerze 20 bei Verbrennungsmaschinen weiter entlädt, ist üblicherweise etwa ein Drittel derselben, die erforderlich ist, um die Entladung einzuleiten. Es ist daher möglich, die Stehspannung der zweiten Zündspule 18B, die funktioniert, um die Spannung zum Fortsetzen des Entladebetriebs zu entwickeln, einzustellen, um ein Drittel oder weniger derselben der ersten Zündspule 18A zu sein, die funktioniert, um die Spannung zum Einleiten des Entladebetriebs zu erzeugen. Dies ermöglicht, dass die zweite Zündspule 18B verglichen mit der ersten Zündspule 18A einen verringerten Isolationsabstand, eine verringerte Dicke einer Beschichtung oder eine reduzierte Größe hat.
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ANDERE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die erste Zündspule 18A kann jede andere Gestalt, beispielsweise annähernd würfelförmig, als eine zylindrische Gestalt haben, solange dieselbe in dem Kerzenloch 44 angeordnet werden kann. Die zweite Zündspule 18B kann gestaltet sein, um einen Querschnitt zu haben, der sich senkrecht zu der Länge des Kerzenlochs 44 erstreckt und irgendeine andere Gestalt als rechtwinklig hat, solange dieselbe über der ersten Zündspule 18A angeordnet werden kann. Die zweite Zündspule 18B kann beispielsweise gestaltet sein, um einen halbkreisförmigen Querschnitt, der sich senkrecht zu der Länge des Kerzenlochs 44 erstreckt, oder einen rechtwinkligen Querschnitt zu haben, der sich parallel zu der Länge des Kerzenlochs 44 erstreckt.
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Die erste Zündspule 18A muss nicht innerhalb des Kerzenlochs 44 angeordnet sein. Die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B, die eine niedrigere Sekundärspannung hat, können, wie in 4 dargestellt ist, eine rechtwinklige Parallelepiped-Gestalt haben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Größe der ersten Zündspule 18A das Doppelte oder mehr derselben der zweiten Zündspule 18B. Die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B sind in einem rechtwinkligen Parallelepiped-Gehäusemantel 50 angeordnet und durch Harz gehalten. Der Gehäusemantel 50 hat Befestigungsmittel 51, einen Hochspannungsausgang 52 und Verbinder 53, die daran gebildet sind. Der Gehäusemantel 50 ist unter Verwendung der Befestigungsmittel 51 an dem Zylinderkopf der Verbrennungsmaschine 47 gesichert, wobei sich der Hochspannungsausgang 52 hin zu der Zündkerze 44 erstreckt. Die Batterie 60 und die ECU 30 sind an die Verbinder 53 gefügt. Die Sekundärspannungen werden, wie sie durch die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B entwickelt werden, durch den Hochspannungsausgang 52 zu der Zündkerze 20 geliefert. Diese Anordnungen lassen zu, dass die Größe des Gehäusemantels 50 verglichen mit herkömmlichen Strukturen reduziert ist. Dies ermöglicht, dass die Gehäusemäntel 50 für jeweilige Zylinder angebracht werden, ohne eine Beeinträchtigung zwischen den benachbarten Gehäusemänteln 50.
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Der erste Schalter 14A und der zweite Schalter 14B müssen nicht in den Spulen angebracht sein, können jedoch in der ECU 30 für ein weiteres Verkleinern derselben eingebaut sein.
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Die Zündvorrichtung 40 kann, wie in 5 dargestellt ist, mit einem Gleichstromwandler 11, der zwischen die ersten Enden der Primärspulen 15A und 15B und die Batterie 60 geschaltet ist, ausgestattet sein. Der Gleichstromwandler 11 funktioniert, um die Gleichstromspannung der Batterie 60 hoch zu transformieren und dieselbe an die Primärspulen 15A und 15B anzulegen, wodurch die magnetische Energie, die in die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B während einer kurzen Zeitperiode eingegeben wird, erhöht wird.
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Die Zündvorrichtung 40 kann, wie in 5 dargestellt ist, mit einer Stromerfassungsschaltung 22, die zwischen den Emittern des ersten Schalters 14A und des zweiten Schalters 14B und der ECU 30 angeordnet ist, ausgestattet sein. Die Stromerfassungsschaltung 22 ist aus einer elektronischen Schaltung, wie zum Beispiel einem Komparator bzw. Vergleicher, hergestellt, und funktioniert, um die Primärstrome I1A und I1B, die durch die Primärspulen 15A und 15B fließen, zu messen und einen Wert der Primärströme I1A und I1B zu der ECU 30 auszugeben. Die ECU 30 kann entworfen sein, um zu überwachen, ob Erregungs- oder Entregungsbetriebsvorgänge korrekt durchgeführt werden oder nicht, und um den ersten Schalter 14A und den zweiten Schalter 14B unter gegebenen Bedingungen, wenn die Primärströme I1A und I1B einen begrenzten Wert überschritten haben, das heißt Überströme geworden sind, zum Schützen jedes Schalters oder jeder Spule auszuschalten, oder den Strom zu steuern, um die Schalter abwechselnd zu schließen.
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Das Einstellen der Sekundärspannung an der zweiten Zündspule 18B, um niedriger als dieselbe bei der ersten Zündspule 18A zu sein, muss nicht durch Verringern des Windungsverhältnisses NB der zweiten Zündspule 18B, um weniger als das Windungsverhältnis NA der ersten Zündspule 18A zu sein, erzielt werden. Der Widerstandswert der Primärspule 15B der zweiten Zündspule 18B kann beispielsweise ausgewählt sein, um höher als derselbe der Primärspule 15A der ersten Zündspule 18A zu sein. Dies bewirkt, dass der Primärstrom I1B in der zweiten Zündspule 18B kleiner als der Primärstrom I1A in der ersten Zündspule 18A ist, sodass die Sekundärspannung an der zweiten Zündspule 18B niedriger als dieselbe bei der ersten Zündspule 18A sein wird. In dem Fall, in dem die Zündvorrichtung 40 mit dem Gleichstromwandler 11 ausgestattet ist, kann die Spannung, die an die Primärspule 15B der zweiten Zündspule 18B angelegt ist, niedriger als dieselbe eingestellt sein, die an die Primärspule 15A der ersten Zündspule 18A angelegt ist, um die Sekundärspannung, die sich an der zweiten Zündspule 18B entwickelt hat, zu verringern, um niedriger als dieselbe zu sein, die sich an der ersten Zündspule 18A entwickelt hat. Die Erregungsdauer IGTB kann verringert werden, um den Wert des blockierten Stroms zu senken, um die entwickelte Spannung zu verringern.
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Obwohl die Entladedauer der Zündkerze 20 verringert wird, kann die Sekundärspannung lediglich einmal durch die zweite Zündspule 18B an die Zündkerze 20 angelegt werden, nachdem die Sekundärspannung durch die erste Zündspule 18A entwickelt wurde. Es ist mit anderen Worten nicht notwendig, die Sekundärspannung an die Zündkerze 20 unter Verwendung der ersten Zündspule 18A und der zweiten Zündspule 18B abwechselnd anzulegen. Auf diese Weise kann die Entladedauer verlängert werden, um das Zündleistungsvermögen verglichen mit einer Verwendung von lediglich der ersten Zündspule 18A zu steigern. Der Entregungsbetrieb der zweiten Zündspule 18B kann zu der gleichen Zeit wie derselbe oder nach demselben der ersten Zündspule 18A durchgeführt werden, vorausgesetzt, dass ein Zeitintervall die Fortsetzung des Entladebetriebs erzielen kann.
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Obwohl ein Risiko besteht, dass die Stabilität bei dem Entladebetrieb der Zündkerze 20 verschlechtert wird, können die erste Zündspule 18A und die zweite Zündspule 18B entworfen sein, um Sekundärspannungen, die sich hinsichtlich der Polarität voneinander unterscheiden, an die Zündkerze 20 anzulegen. Die Sekundärspannungen, die die unterschiedlichen Polaritäten haben, können an die Zündkerze 20 abwechselnd angelegt werden, um die Fortsetzung des Entladebetriebs zu erzielen.
