Title:
Plasmazündvorrichtung
Kind Code:
A1


Abstract:

In einer Plasmazündvorrichtung sind eine Plasmazündkerze (10) und eine Hochspannungsenergiequelle (20, 30) so konfiguriert, dass sie eine hohe Spannung und einen großen Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle (20, 30) angelegt werden, an ein Gas in einem Entladungsraum (140) anlegen, der zwischen einer Mittelelektrode (110) und einer Massenelektrode (130) ausgebildet ist, wodurch das Gas in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck gebracht wird, und das Gas in eine Brennkraftmaschine injizieren und es zünden. Des Weiteren ist eine untere Oberfläche (126) eines isolierenden Elements (120) vertieft, um einen Nutabschnitt (121) auszubilden, der als der Entladungsraum (140) verwendet wird, wobei ein Teil der Mittelelektrode (110) einem Teil der Massenelektrode (130) in dem Nutabschnitt gegenüberliegt, um eine Entladung zwischen den beiden Elektroden (110) 130) zu ermöglichen.




Inventors:
Tani, Yasuhide (Kariya-city, Aichi-pref., JP)
Kajita, Yuuji (Kariya-city, Aichi-pref., JP)
Kato, Hydeyuki (Kariya-city, Aichi-pref., JP)
Yoshinaga, Tohru (Kariya-city, Aichi-pref., JP)
Application Number:
DE102008002234
Publication Date:
12/18/2008
Filing Date:
06/05/2008
Assignee:
Denso Corp. (Kariya-shi, Aichi-ken, JP)
International Classes:



Foreign References:
3581141
JP2007046725A
Attorney, Agent or Firm:
TBK-Patent (München, 80336)
Claims:
1. Plasmazündvorrichtung mit:
einer Plasmazündkerze (10, 10a10c, 10i10k, 10m10n, 10p), die eine Mittelelektrode (110, 110i110k, 110m110n, 110a110c), ein isolierendes Element (120, 120a120c, 120i120k, 120m120n) zum Halten der Mittelelektrode und eine Massenelektrode (130, 130a130c, 130i130k, 130m130n) umfasst, die außerhalb der Mittelelektrode über das isolierende Element angeordnet ist, und
einer Hochspannungsenergiequelle (20, 30) zum Anlegen einer hohen Spannung und eines großen Stroms an die Plasmazündkerze,
wobei die Plasmazündkerze und die Hochspannungsenergiequelle derart konfiguriert sind, dass sie die hohe Spannung und den großen Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle angelegt werden, an ein Gas in einem Entladungsraum (140, 140d140k, 140m140n) anlegen, der zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode ausgebildet ist, wodurch das Gas in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck gebracht wird, und das Gas in eine Brennkraftmaschine injizieren und es zünden, und
wobei eine untere Oberfläche (126) des isolierenden Elements vertieft ist, um einen Nutabschnitt (121, 121a121h) auszubilden, der als der Entladungsraum verwendet wird, wobei ein Teil der Mittelelektrode einem Teil der Massenelektrode in dem Nutabschnitt gegenüberliegt, um eine Entladung zwischen den beiden Elektroden zu ermöglichen.

2. Plasmazündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hochspannungsenergiequelle mit der Zündkerze verbunden ist, wobei die Mittelelektrode als eine Anode dient und die Massenelektrode als eine Kathode dient.

3. Plasmazündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das isolierende Element in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet ist, um die axial ausgebildete Mittelelektrode abzudecken,
wobei die Massenelektrode in einer im Wesentlichen ringförmigen Form ausgebildet ist, um das isolierende Element abzudecken, und
wobei der eine Nutabschnitt oder mehrere Nutabschnitte in der unteren Oberfläche des isolierenden Elements ausgebildet ist/sind.

4. Plasmazündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Nutabschnitt so ausgebildet ist, dass er eine Breite aufweist, die kleiner oder gleich einem Durchmesser der Mittelelektrode ist.

5. Plasmazündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Nutabschnitt so ausgebildet ist, dass er eine im Wesentlichen bestimmte Tiefe entlang einer Form der unteren Oberfläche des isolierenden Elements aufweist.

6. Plasmazündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mittelelektrode zu einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine in Bezug auf die Massenelektrode herausragt, und wobei die untere Oberfläche des isolierenden Elements eine schräge Oberfläche ist, die einen Spitzenrand der Mittelelektrode und einen Spitzenrand der Massenelektrode verbindet.

7. Plasmazündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mittelelektrode zu der Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine in Bezug auf die Massenelektrode herausragt, und wobei die untere Oberfläche des isolierenden Elements eine zu der Verbrennungskammer konvex gekrümmte Oberfläche ist, wobei die gekrümmte Oberfläche den Spitzenrand der Mittelelektrode und den Spitzenrand der Massenelektrode verbindet.

8. Plasmazündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Massenelektrode einen Vorsprung (131i) aufweist, der sich zu dem Entladungsraum bei einem zugehörigen Teil erstreckt, der zu dem Entladungsraum freigelegt ist.

9. Plasmazündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mittelelektrode in eine Vielzahl von Elektrodenabschnitten (110a, 110b, 110c) entsprechend der Anzahl von Nutabschnitten aufgeteilt ist, wobei die Elektrodenabschnitte (110a, 110b, 110c) über ein isolierendes Element unabhängig voneinander sind.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmazündvorrichtung, die in geeigneter Weise für eine Zündung einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann.

In jüngster Zeit gibt es eine erhöhte Nachfrage nach einer Verbrennung eines mageren Gemisches oder eines aufgeladenen Gemisches in Brennkraftmaschinen, um eine Emission in einem Verbrennungsabgas zu verringern oder einen Kraftstoffwirkungsgrad vom Standpunkt des Umweltschutzes zu verbessern. Aus diesem Grund werden Bedingungen für eine Zündung schwieriger. Es ist eine Zündvorrichtung erforderlich, die eine stabile Zündung auch in einer brennverzögerten Brennkraftmaschine erreichen kann.

Bei einer Zündung einer Plasmazündvorrichtung 1z, die in 12A gezeigt ist, wird, wenn ein Zündschalter 22z eingeschaltet wird, eine primäre niedrige Spannung von einer Batterie 21z für eine Entladung an eine primäre Spule 231 einer Zündspule 23z angelegt. Die primäre Spannung wird durch ein Schalten einer Zündeinrichtung (eines Transistors) 24z unterbrochen, die durch eine elektronische Steuerungseinrichtung (ECU) 25z gesteuert wird, um ein Magnetfeld in der Zündspule 23z zu ändern. Dies erzeugt eine sekundäre Spannung von –10 bis –30 zV in einer sekundären Spule 232z der Zündspule 23z. Die sekundäre Spannung beginnt sich in einem Entladungsraum 140z zu entladen, der zwischen einer Mittelelektrode 110z und einer Massenelektrode 130z ausgebildet ist, wenn die sekundäre Spannung eine Entladungsspannung erreicht, die proportional zu einem Entladungsabstand 141z ist. Zur gleichen Zeit wird Energie (beispielsweise mit –450 V und 120 A), die von einer Batterie 31z zur Zufuhr von Plasmaenergie, die getrennt von der Batterie 21z für eine Entladung bereitgestellt ist, zugeführt wird und in einem Kondensator 33z gespeichert ist, in den Entladungsraum 140z mit einem Schlag entladen, so dass ein Gas in dem Entladungsraum 140z in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck gelangt. Das Gas wird aus einer Öffnung 132z, die bei der Spitze des Entladungsraums 140z bereitgestellt ist, injiziert, was einen Hochtemperaturbereich mit mehreren Tausend bis mehreren zehntausend Grad in der Zündvorrichtung in einem großen Volumenbereich mit einem hohen Richtfaktor verursacht.

Es wird erwartet, dass eine derartige Plasmazündvorrichtung bei Zündvorrichtungen in brennverzögerten Brennkraftmaschinen angewendet wird, die eine Magergemischverbrennung, eine Verbrennung mit aufgeladenem Gemisch und dergleichen umfassen.

In der Druckschrift US 3,581,141 ist eine Zündkerze eines Oberflächenabstandstyps offenbart, die eine Mittelelektrode, ein isolierendes Element, das die Mittelelektrode in der zugehörigen Mitte hält und ein sich longitudinal erstreckendes Einfügeloch aufweist, und eine Massenelektrode umfasst, die das isolierende Element abdeckt und mit einer Öffnung versehen ist, die in Verbindung mit dem Einfügeloch ist, wodurch ein Entladungsabstand in dem Einfügeloch gebildet wird.

Bei dieser Art einer herkömmlichen Plasmazündvorrichtung 1z wird eine Gleichrichtung üblicherweise durch Gleichrichtungselemente 26z und 34z ausgeführt, so dass die Mittelelektrode 110z eine Kathode wird, wodurch an sie eine Ruhespannung angelegt wird. Somit kollidieren, wie es in 12B gezeigt ist, Kationen 50 mit einer großen Masse, wie beispielsweise Stickstoffionen, unter einem Gas in dem Hochtemperaturplasmazustand mit der Oberfläche der Mittelelektrode 110z, was ein Kathodenzerstäuben erzeugt, durch das die Oberfläche der Mittelelektrode 110z abgebaut wird.

Die Oberfläche der Mittelelektrode 110z wird durch das Kathodenzerstäuben fortschreitend erodiert, so dass eine Entfernung zwischen der Mittelelektrode 110z und der Massenelektrode 130z, das heißt der Entladungsabstand 141z allmählich länger gemacht wird. Ebenso wird die Entladungsspannung allmählich proportional zu dem Entladungsabstand 141z vergrößert. Somit wird die Langzeitverwendung der Zündvorrichtung binnen kurzem bezüglich des Entladens gestört, was zu einem unbeabsichtigten Verbrennen der Brennkraftmaschine führen kann.

Aus diesem Grund haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung eine Plasmazündvorrichtung 1x, die in 11A gezeigt ist, in einer früheren Anmeldung (japanische Patentanmeldung Nr. 2007-046725) vorgeschlagen. In der Zündvorrichtung sind die Hochspannungsenergiequellen 20 und 30 mit der Mittelelektrode 110x, die als eine Anode dient, und der Massenelektrode 130x verbunden, die als eine Kathode dient, um die Abnutzung der Massenelektrode 130x durch das Kathodenzerstäuben zu unterdrücken. Dies stellt eine Plasmazündvorrichtung 1x mit hervorragender Haltbarkeit bereit.

In der Plasmazündvorrichtung 1x, die die Mittelelektrode 110x als die Anode verwendet, ist, wie es in 11B gezeigt ist, der Elektronenstrom durch die Entladung von der Massenelektrode 130x zu der Mittelelektrode 110x gerichtet. Nur Elektronen 51 mit einer kleinen Masse kollidieren mit der Oberfläche der Mittelelektrode 110x, während die Kationen 50 mit einer großen Masse, wie beispielsweise Stickstoffionen, unter dem Plasmagas die als die Anode dienende Mittelelektrode 110x durch eine Abstoßungskraft abstoßen. Somit wird die Oberfläche der Mittelelektrode 110x nicht durch Kathodenzerstäuben erodiert.

Da die Massenelektrode 130x als die Kathode dient, können die Kationen 50 mit der großen Masse mit der Massenelektrode kollidieren, wobei das Kathodenzerstäuben verursacht wird, das die Oberfläche der Massenelektrode erodieren kann.

Die Oberfläche der Massenelektrode 130x in Verbindung mit dem Entladungsraum ist jedoch im Wesentlichen vertikal zu der Injektionsrichtung des Plasmagases positioniert, wobei die Kationen 50 mit der Oberfläche der Massenelektrode 130x schräg kollidieren, wodurch die Kollisionskraft der Kationen schwach wird. Dies kann zu einer Plasmazündvorrichtung 1x mit hoher Haltbarkeit führen, in der im Vergleich zu der herkömmlichen Plasmazündvorrichtung 1z mit der Mittelelektrode als die Kathode der Erosionsgrad durch das Kathodenzerstäuben in großem Umfang verkleinert ist.

In der die Mittelelektrode 110x als die Anode verwendende Plasmazündvorrichtung 1x hält der Entladungsraum 140x die Mittelelektrode 110x, wobei er in einem zylindrischen isolierenden Element 120x ausgebildet ist, das sich zu der Injektionsseite erstreckt. Ein Entladungsweg für Elektronen, die von der Massenelektrode 130x zu der Mittelelektrode 110x weitergehen, ist entlang einer inneren Umfangswand des isolierenden Elements 120x ausgebildet.

Somit wird, wenn ionisiertes Gas in dem Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck von dem Entladungsraum 140x injiziert wird, Wärmeenergie des ionisierten Gases über das isolierende Element 120x und die Massenelektrode 130x teilweise in einen Kraftmaschinenblock 40 abgegeben, während sie als kinetische Energie verbraucht wird, bis sich das Gas in dem Entladungsraum 140x bewegt und das Gas aus einer Massenelektrodenöffnung 132x injiziert wird.

Zusätzlich ist herausgefunden worden, dass ein Entladungsweg mit erweiterter Oberfläche bzw. ein oberflächenerweiterter Entladungsweg ausgebildet ist, um zu der inneren Umfangswand des isolierenden Elements 120x geleitet zu werden, wobei eine Ionisierung von mehr Gas in dem Entladungsraum 140x in der Nähe des oberflächenerweiterten Entladungswegs auftritt. Dies verursacht ein Ungleichgewicht in einer Verteilungsdichte des Plasmagases, das in dem Entladungsraum 140x erzeugt wird.

In der Plasmazündvorrichtung 1x, die die Mittelelektrode 110x als die Anode verwendet, wird im Vergleich zu einer Zündfunkenentladung, die eine normale Zündkerze verwendet, der zugehörige Hochtemperaturbereich mit einem großen Volumen erzeugt. Allerdings kann die Plasmazündvorrichtung 1x aufgrund des Verlustes an Wärmeenergie, wie es vorstehend beschrieben ist, keine ausreichende Wirkung bezüglich einer Verbesserung einer Zündung der brennverzögerten Brennkraftmaschine erreichen, die eingerichtet ist, die Magergemischverbrennung oder die Verbrennung des aufgeladenen Gemisches auszuführen.

Des Weiteren weist die Plasmazündvorrichtung 1x, die die Mittelelektrode 110x als die Anode verwendet, eine deutlich verbesserte Haltbarkeit im Verglich zu der herkömmlichen Plasmazündvorrichtung auf, die in der US 3,581,141 offenbart ist. Da jedoch die Massenelektrode 130x als die Kathode auf der Seite in der Injektionsrichtung des Plasmagases angeordnet ist, kann die Zündvorrichtung 1x ein Auftreten des Kathodenzerstäubens nicht vollständig verhindern, wobei sie somit eine begrenzte Verbesserung der Haltbarkeit aufweist.

Die Erfindung ist in Anbetracht die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten gemacht worden, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Plasmazündvorrichtung mit verbesserter Haltbarkeit und hervorragenden Zündeigenschaften bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Plasmazündvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Plasmazündvorrichtung eine Plasmazündkerze (10, 10a10c, 10i10k, 10m10n, 10p) und eine Hochspannungsenergiequelle (20, 30) zum Anlegen einer hohen Spannung und eines großen Stroms an die Plasmazündkerze.

Die Plasmazündkerze umfasst eine Mittelelektrode (110, 110i110k-, 110m110n, 110a110c), ein isolierendes Element (120, 120a120c, 120i120k, 120m120n) zum Halten der Mittelelektrode und eine Massenelektrode (130, 130a130c, 130i130k, 130m130n), die außerhalb der Mittelelektrode über das isolierende Element angeordnet ist. In der Plasmazündvorrichtung sind die Plasmazündkerze und die Hochspannungsenergiequelle so konfiguriert, dass sie die hohe Spannung und den großen Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle angelegt werden, an ein Gas in einem Entladungsraum (140, 140d140a, 140m140n) anlegen, der zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode ausgebildet ist, um hierdurch das Gas in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck zu bringen, und das Gas in eine Brennkraftmaschine injizieren und zünden. Des Weiteren ist eine untere Oberfläche (126) des isolierenden Elements vertieft, um einen Nutabschnitt (121, 121a121h) auszubilden, der als der Entladungsraum verwendet wird, wobei ein Teil der Mittelelektrode einem Teil der Massenelektrode in dem Nutabschnitt gegenüberliegt, um eine Entladung zwischen beiden Elektroden zu ermöglichen.

Wenn die hohe Spannung und der große Strom von der Hochspannungsenergiequelle an die Plasmazündvorrichtung angelegt sind, wird ein oberflächenerweiterter Entladungsweg für Elektronen, die von der Massenelektrode zu der Mittelelektrode weitergehen, entlang der unteren Oberfläche des Nutabschnitts ausgebildet, so dass das in die Brennkraftmaschine zu injizierende Gas auf der Brennkraftmaschinenseite des oberflächenerweiterten Wegs in einen Plasmazustand gebracht wird.

Da zu dieser Zeit der Nutabschnitt seine gesamte Oberfläche zu der Brennkraftmaschine geöffnet hat, wird das Plasmagas in einfacher Weise in die Brennkraftmaschine ausgestoßen, wobei es somit für eine Zündung der Brennkraftmaschine ohne einen Verlust an Wärmeenergie verwendet werden kann. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit außerordentlich hervorragenden Zündeigenschaften erreichen.

Des Weiteren werden Kationen mit einer größeren Masse unter dem Plasmagas außerhalb des oberflächenerweiterten Entladungswegs der Elektronen, die von der Kathode zu der Anode weitergehen, erzeugt, wobei sie dann in einfacher Weise aus dem Entladungsraum ausgestoßen werden, was niedrigere Kollisionsfrequenzen der Kationen mit der Kathode verursacht, wodurch eine Verhinderung der Abnutzung der Kathode durch das Kathodenzerstäuben ermöglicht wird. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit außerordentlich hervorragender Haltbarkeit erreichen.

Beispielsweise ist die Hochspannungsenergiequelle mit der Zündkerze verbunden, wobei die Mittelelektrode als eine Anode dient und die Massenelektrode als eine Kathode dient. Die Massenelektrode ist bei der Brennkraftmaschine elektrisch mit Masse verbunden und thermisch mit ihr verbunden, wobei sie in einfacher Weise auch bei einer Kollision mit den Hochtemperaturkationen gekühlt wird, wodurch eine Abnutzung der Kathode auf Grund des Kathodenzerstäubens noch mehr verhindert wird. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit den hervorragenden Zündeigenschaften und der hervorragenden Haltbarkeit erreichen.

Das isolierende Element kann in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet sein, um die axial ausgebildete Mittelelektrode abzudecken, wobei die Massenelektrode in einer im Wesentlichen ringförmigen Form ausgebildet sein kann, um das isolierende Element abzudecken. In diesem Fall können der eine Nutabschnitt oder mehrere Nutabschnitte in der unteren Oberfläche des isolierenden Elements ausgebildet werden. Der Entladungsraum wird in der unteren Oberfläche des isolierenden Elements anders als bei der herkömmlichen Plasmazündvorrichtung bereitgestellt, bei der der Entladungsraum innerhalb des isolierenden Elements bereitgestellt ist, wodurch die thermische Energie des Plasmagases in dem Entladungsraum in viel geringerem Ausmaß als kinetische Energie zur Bewegung des Gases in dem Entladungsraum verwendet wird. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit gutem Energiewirkungsgrad und außerordentlich hervorragenden Zündeigenschaften erreichen.

Der Nutabschnitt kann so ausgebildet sein, dass er eine Breite aufweist, die kleiner oder gleich einem Durchmesser der Mittelelektrode ist. In diesem Fall kann, auch wenn eine Vielzahl von Entladungsräumen ausgebildet ist, die Ausbildung der Nutabschnitte die Entladungsräume ausbilden, die im Wesentlichen unabhängig voneinander sind, was eine Entladung bei irgendeiner spezifischen Position ausführen kann, wodurch die Zündeigenschaften weiter stabilisiert werden. Der Nutabschnitt kann eine zugehörige Breite aufweisen, die in geeigneter Weise in einem Bereich geändert wird, der durch die Erfindung gemäß Merkmalen der Brennkraftmaschine spezifiziert ist.

Beispielsweise kann der Nutabschnitt so ausgebildet sein, dass er im Wesentlichen eine bestimmte Tiefe entlang einer Form der unteren Oberfläche des isolierenden Elements aufweist. Wenn der Entladungsraum bei einer im Wesentlichen bestimmten Tiefe unabhängig von einer Form der unteren Oberfläche des isolierenden Elements ausgebildet ist, wird das Plasmagas mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dichte in dem Entladungsraum erzeugt. Somit kann das Plasmagas konstant in einem bestimmten Zustand erzeugt werden. Somit weist die Plasmazündvorrichtung eine verbesserte Zuverlässigkeit als ein Zündsystem auf.

Die Mittelelektrode kann zu einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine in Bezug auf die Massenelektrode herausragen, wobei die untere Oberfläche des isolierenden Elements eine schräge Oberfläche sein kann, die einen Spitzenrand der Mittelelektrode und einen Spitzenrand der Massenelektrode verbindet. In diesem Fall kann der Körper der Plasmazündkerze klein ausgeführt sein, um eine vorbestimmte oberflächenerweiterte Entladungsentfernung sicherzustellen. Alternativ hierzu kann die oberflächenerweiterte Entladungsentfernung in der Plasmazündkerze mit einem vorbestimmten Körper lang ausgeführt sein. Folglich wird die Dichte des Hochtemperaturbereichs in der Plasmazündkerze vergrößert, um den Verlust an Wärmeenergie weiter zu verringern, so dass sie für eine Zündung der Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit hervorragenderen Zündeigenschaften erreichen.

Da die als die Kathode dienende Massenelektrode in Bezug auf die Richtung einer Injektion des Plasmagases stromabwärts positioniert ist, sind die Kollisionsfrequenzen mit den Kationen verkleinert, um die Haltbarkeit der Zündvorrichtung weiter zu verbessern.

Die Mittelelektrode kann zu der Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine in Bezug auf die Massenelektrode herausragen, wobei die untere Oberfläche des isolierenden Elements eine zu der Verbrennungskammer konvex gekrümmte Oberfläche sein kann. In diesem Fall verbindet die gekrümmte Oberfläche den Spitzenrand der Mittelelektrode und den Spitzenrand der Massenelektrode.

Wenn der oberflächenerweiterte Entladungsweg gekrümmt ist, kann der Körper der Plasmazündkerze weiter klein ausgeführt werden, um die vorbestimmte oberflächenerweiterte Entladungsentfernung sicherzustellen. Alternativ hierzu kann die oberflächenerweiterte Entladungsentfernung in der Plasmazündkerze mit dem vorbestimmten Körper lang ausgeführt werden. Folglich ist die Dichte des Hochtemperaturbereichs in der Plasmazündkerze vergrößert, um den Verlust an Wärmeenergie weiter zu verringern, die für eine Zündung der Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit hervorragenderen Zündeigenschaften erreichen. Da die als die Kathode dienende Massenelektrode in Bezug auf die Richtung einer Injektion des Plasmagases stromabwärts positioniert ist, sind die Kollisionsfrequenzen mit den Kationen verkleinert, um die Haltbarkeit der Zündvorrichtung weiter zu verbessern.

Des Weiteren kann die Massenelektrode einen Vorsprung (131i) aufweisen, der sich zu dem Entladungsraum bei einem zugehörigen Teil erstreckt, der zu dem Entladungsraum freigelegt ist. Somit wird die elektrische Felddichte des Vorsprungs der Massenelektrode verbessert, um es zu ermöglichen, dass die Entladung in einfacher Weise ausgeführt wird. Dies kann weiter die Abnutzung der Elektrode unterdrücken, um die Zündeigenschaften zu verbessern.

Alternativ hierzu kann die Mittelelektrode in eine Vielzahl von Elektrodenabschnitten entsprechend der Anzahl der Nutabschnitte aufgeteilt sein. In diesem Fall sind die Elektrodenabschnitte über ein isolierendes Element unabhängig und getrennt voneinander.

Die Entladung kann so gesteuert werden, dass sie zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode bei einer beliebigen Position ausgeführt wird. Ferner kann die Entladungsposition entsprechend dem Zustand der Brennkraftmaschine geändert werden, oder um die Abnutzung der Elektrode auszugleichen, wodurch die Zündeigenschaften weiter stabilisiert werden. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit außerordentlich hervorragender Haltbarkeit und hervorragenden Zündeigenschaften erreichen.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich. Es zeigen:

1A eine Teilschnittansicht, die eine Plasmazündvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 1B eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie IB-IB in 1A entnommen ist, und 1C eine Seitenansicht, wenn sie aus der Richtung entsprechend IC-IC in 1A betrachtet wird,

2A ein schematisches Diagramm, das einen Schaltungsaufbau der Plasmazündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, und 2B eine Teilschnittansicht zur Beschreibung der Effekte der Plasmazündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

3A und 3B Seitenansichten, die Plasmazündvorrichtungen gemäß Modifikationen der vorliegenden Erfindung zeigen,

4A eine Seitenansicht, die die Plasmazündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 4B bis 4G Querschnittsansichten, die entlang einer Linie IV-IV in 4A entnommen sind, wobei modifizierte Formen eines Nutabschnitts in der Plasmazündvorrichtung gezeigt sind,

5A eine Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 5B eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie VB-VB in 5A entnommen ist, und 5C eine Seitenansicht, wenn sie aus einer Richtung gemäß VC-VC in 5A betrachtet wird,

6A eine Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt, und 6B eine Seitenansicht, wenn sie aus einer Richtung gemäß VIB-VIB in 6A betrachtet wird,

7A eine Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung gemäß einer weiteren Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt, und 7B eine Seitenansicht, wenn sie aus einer Richtung gemäß VIIB-VIIB in 7A betrachtet wird,

8A eine Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8B eine Seitenansicht, wenn sie aus einer Richtung gemäß VIIIB-VIIIB in 8A betrachtet wird,

9A eine Teilschnittansicht, die einen Teil einer Plasmazündvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und

9B eine Seitenansicht, wenn sie aus einer Richtung gemäß IXB-IXB in 9A betrachtet wird,

10A eine Draufsicht, die eine Plasmazündvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 10B eine Querschnittsansicht, die einen oberen Abschnitt (Spitzenabschnitt) der Plasmazündvorrichtung gemäß 10A zeigt, 10C eine Teilschnittansicht, die einen Teil der Plasmazündvorrichtung gemäß 10A zeigt, und 10D eine Bodenansicht, die die Plasmazündvorrichtung gemäß 10A zeigt,

11A ein schematisches Diagramm, das einen Schaltungsaufbau einer Plasmazündvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt, und 11B eine Teilschnittansicht zur Beschreibung der Plasmazündvorrichtung gemäß 11A, und

12A ein schematisches Diagramm, das einen Schaltungsaufbau einer weiteren Plasmazündvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt, und 12B eine Teilschnittansicht zur Beschreibung der Plasmazündvorrichtung gemäß 12A.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele und zugehörige Modifikationen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C beschrieben.

Wie es in 1A gezeigt ist, umfasst eine Plasmazündvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Plasmazündkerze 10, eine Energiequelle 20 zum Entladen, die als eine Hochspannungsenergiequelle dient, und eine Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung. Die Plasmazündvorrichtung 1 ist an einem Kraftmaschinenblock 40 einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine angebracht.

Die Plasmazündkerze 10 umfasst eine Mittelelektrode 110, einen zylindrischen Isolator 120, der als ein isolierendes Element zum Halten der Mittelelektrode 110 in einer isolierenden Art und Weise dient, um die Elektrode 110 abzudecken, und eine metallische Massenelektrode 130, die in einer im Wesentlichen ringförmigen Form ausgebildet ist, um den Isolator 120 abzudecken.

Der Spitzenabschnitt der Mittelelektrode 110 ist in einer longitudinalen Form aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Iridium, einer Iridiumlegierung oder Kupfer ausgebildet. Die Mittelelektrode 110 weist eine Mittelelektrodenmittelstange 111 auf, die darin ausgebildet ist und aus einem metallischen Material, wie beispielsweise einem Stahlmaterial, mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hoher thermischer Leitfähigkeit hergestellt ist. Die Mittelelektrode 110 weist einen Mittelelektrodenanschluss 112 auf, der bei dem zugehörigen Basisende ausgebildet ist. Der Anschluss 112 ist von einem Kopf 122 des Isolators freigelegt, um mit der externen Energiequelle 20 für eine Entladung und der Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung verbunden zu werden. Die Spitze der Mittelelektrode 110 ragt zu einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine in Bezug auf die Spitze der Massenelektrode 130 heraus.

Die Massenelektrode 130 weist ein Gehäuse 135 zum Halten des Isolators 120 auf, das bei dem Basisende ausgebildet ist. Ein Schraubenabschnitt 132 ist in der Elektrode 130 zum Fixieren der Plasmazündkerze 10 derart, dass veranlasst wird, dass die Massenelektrode 130 zu der (nicht gezeigten) Verbrennungskammer freigelegt ist, und zum elektrischen Verbinden der Massenelektrode 130 mit dem Kraftmaschinenblock 40 ausgebildet. Des Weiteren ist ein Gehäusebohrungsrandabschnitt 133 bei dem äußeren Umfang der Basisendseite zur Befestigung des Schraubenabschnitts 132 ausgebildet. Das Gehäuse 135, das die Massenelektrode 130 umfasst, ist aus einem metallischen Material hergestellt, wie beispielsweise Nickel oder Eisen.

Unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 1C ist nachstehend der Isolator 120 ausführlich beschrieben.

Der Isolator 120 ist aus einem hochreinen Aluminiumoxid oder dergleichen hergestellt, das einen hervorragenden Wärmewiderstand, eine hervorragende mechanische Stärke, eine hervorragende dielektrische Stärke bei einer hohen Temperatur, eine hervorragende thermische Leitfähigkeit und dergleichen aufweist. Der Isolator 120 ist in eine im Wesentlichen zylindrische Form (Innendurchmesser ΦD1; Außendurchmesser ΦD2) zum Halten der Mittelelektrode 110 ausgebildet. Der Außendurchmesser (ΦD3) des Isolators ist so vergrößert, dass er einen Teil der unteren Endoberfläche der Massenelektrode 130 abdeckt. Der Isolator 120 stößt gegen die untere Oberfläche der Massenelektrode 130 bei einem Eingriffsabschnitt 125 an.

Die untere Oberfläche des isolierenden Elements 120 ist in einer zu der Verbrennungskammerseite konvex gekrümmten Form ausgebildet, um den Spitzenrand der Mittelelektrode 110 und den Spitzenrand der Massenelektrode 130 zu verbinden.

Des Weiteren ist ein Nutabschnitt 121 in der unteren Oberfläche 126 des Isolators 120 ausgebildet, um einen Entladungsraum 140 zu bilden, indem ein Teil der Oberfläche in eine Nutform mit einer bestimmten Tiefe H und einer bestimmten Breite W vertieft wird, was ein Merkmal der Erfindung darstellt.

Ein Teil der Seite der Mittelelektrode 110 ist in einem Bereich der Breite W x der Tiefe H freigelegt, um einen Mittelelektrodenentladungsabschnitt auszubilden. Ein Teil der Massenelektrode 130 ist in einem Bereich der Breite W x der Länge L (≈ H) freigelegt, um einen Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 auszubilden. In dem Nutabschnitt 121 kann eine Entladung zwischen dem Mittelelektrodenentladungsabschnitt und dem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 ausgeführt werden.

Spezifisch wird der Durchmesser ΦD1 der Mittelelektrode 110 zwischen 0,5 und 3 mm ausgewählt. Der Innendurchmesser ΦD2 der Massenelektrode (oder der Außendurchmesser des isolierenden Elements) wird zwischen 5 und 15 mm ausgewählt. Die Breite W des Nutabschnitts wird zwischen 0,5 und 3 mm ausgewählt. Die Tiefe H des Nutabschnitts 121 wird zwischen 0,5 und 3 mm ausgewählt. Die Anzahl von auszubildenden Nutabschnitten 121 wird zwischen eins und sechs ausgewählt. Die Differenz in der Höhe zwischen der Position der unteren Endoberfläche der Mittelelektrode 110 und der Position der unteren Endoberfläche der Massenelektrode wird zwischen 0,5 und 5 mm ausgewählt.

Ein Mittelelektrodeneingriffsabschnitt ist bei dem Mittelpunkt des Isolators 120 ausgebildet, um über ein Dichtungselement oder dergleichen in das Gehäuse 135 zur Aufrechterhaltung einer (nicht gezeigten) Hermetizität zwischen dem Isolator 120 und dem Gehäuse 135 einzugreifen. Der Isolatorkopf 122 ist bei der Basisendseite ausgebildet, um die Mittelelektrode 120 von dem Gehäuse 135 zu isolieren, wodurch verhindert wird, dass eine hohe Spannung zu Positionen austritt, die zu der vorstehend genannten Elektrode unterschiedlich sind.

Unter Bezugnahme auf 2A sind die Energiequelle 20 für eine Entladung, die als eine Hochspannungsenergiequelle dient, und die Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend ausführlich beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2B sind die Effekte der Erfindung nachstehend beschrieben.

Die Energiequelle 20 für eine Entladung umfasst eine erste Batterie 21, einen Zündschalter 22, eine Zündspüle 23, eine Zündeinrichtung 24, die aus einem Transistor besteht, und eine elektronische Steuerungseinrichtung 25. Die Energiequelle 20 ist über ein Gleichrichtungselement 26 mit der Plasmazündkerze 10 verbunden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Batterie 21 eine auf Masse gelegte Kathode auf, wobei die Gleichrichtung durch das Gleichrichtungselement 26 derart ausgeführt wird, dass die Mittelelektrode 110 die Anode wird.

Die Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung umfasst eine zweite Batterie 31, einen Widerstand 32 und einen Kondensator 33 für eine Plasmaerzeugung. Die Energiequelle 30 ist mit der Plasmazündkerze 10 über ein Gleichrichtungselement 34 verbunden.

Die zweite Batterie 31 weist eine zugehörige mit Masse verbundene Kathode auf, wobei die Gleichrichtung durch das Gleichrichtungselement 34 derart ausgeführt wird, dass die Mittelelektrode 110 die Kathode wird.

Wenn der Zündschalter 22 eingeschaltet wird, wird eine negative primäre Spannung an die Primärspule 231 der Zündspule 23 durch eine niedrige Spannung von der ersten Batterie 21 auf der Grundlage eines Zündsignals von einer ECU 25 angelegt. Wenn die primäre Spannung durch ein Umschalten der Zündeinrichtung 24 unterbrochen wird, wird das magnetische Feld in der Zündspule 23 verändert, so dass eine positive sekundäre Spannung von 10 bis 30zV in einer sekundären Spule 232 der Zündspüle 23 durch einen Selbstinduktionseffekt induziert wird.

Im Gegensatz dazu wird der Kondensator 33 für eine Plasmaerzeugung durch die sekundäre Batterie 31 (beispielsweise auf 450 V und 120 A) aufgeladen.

Wie es in 2B gezeigt ist, beginnt, wenn die angelegte sekundäre Spannung eine Entladungsspannung überschreitet, die proportional zu einer oberflächenerweiterten Entladungsentfernung zwischen der Mittelelektrode 110 und der Massenelektrode 130 ist, eine Entladung zwischen diesen Elektroden, um das Gas in dem Entladungsraum 140 in einem kleinen Bereich in einen Plasmazustand zu bringen.

Das Gas in dem Plasmazustand weist eine elektrische Leitfähigkeit auf und induziert eine Entladung von elektrischen Ladungen, die zwischen beiden Elektroden des Kondensators 33 für eine Plasmaerzeugung gespeichert sind. Dies induziert weiter eine Änderung in dem Plasmazustand des Gases in dem Entladungsraum 140 und vergrößert den Bereich des Plasmazustands.

Zu dieser Zeit wird ein oberflächenerweiterter Entladungsweg ausgebildet, der bei der Bodenoberfläche des Nutabschnitts 121 zu leiten ist, wobei die Elektronen 51 von der Oberfläche des Massenelektrodenentladungsabschnitts 131 zu der Seite der Mittelelektrode 110 weitergehen. Die Kationen 50 mit einer großen Masse, wie beispielsweise Stickstoffionen, werden so erzeugt, dass sie aus dem oberflächenerweiterten Entladungsweg (auf der Verbrennungskammerseite) von der Mittelelektrode 110 zu der Massenelektrode 130 weitergehen.

Da der Entladungsraum 140 im Vergleich zu einem zugehörigen Volumen einen großen Bereich aufweist, der zu der Verbrennungskammer geöffnet ist, erreicht das Plasmagas eine hohe Temperatur und einen hohen Druck und wird unmittelbar von dem Entladungsraum 140 in die Verbrennungskammer injiziert.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Meiste des Plasmagases mit einer extrem hohen Temperatur und einem großen Volumen in die Brennkraftmaschine ohne Energieverlust injiziert, was in einfacher Weise ein Injizieren in die Brennkraftmaschine induziert.

Die Kationen 50 werden außerhalb des oberflächenerweiterten Entladungswegs der Elektronen 51 erzeugt, wobei sie in einfacher Weise aus dem Entladungsraum 140 ausgestoßen werden. Somit sind die Kollisionsfrequenzen der Kationen 50 mit dem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 niedrig, was die Abnutzung der Massenelektrode 130 durch das Kathodenzerstäuben unterdrücken kann. Die Massenelektrode 130 ist durch den Schraubenabschnitt 132 direkt in den Kraftmaschinenblock 40 eingeschraubt und damit verbunden. Somit kann die Massenelektrode 130 in einfacher Weise Wärme ableiten, was die Abnutzung der Elektrode unterdrücken kann.

Die Energiequelle 20 für eine Entladung und die Energiequelle 30 für eine Plasmaerzeugung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können bei den folgenden Ausführungsbeispielen und Modifikationen der Erfindung, die nachstehend beschrieben werden, angewendet werden.

Die drei Nutabschnitte 121 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind gleichmäßig beabstandet ausgebildet. Die Anzahl und Breite der Nutabschnitte 121 können in geeigneter Weise entsprechend Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert werden.

Beispielsweise können, wie es in den 3A bis 3C gezeigt ist, die in den unteren Oberflächen der isolierenden Elemente 120a, 120b und 120c der Plasmazündkerzen 10a, 10b und 10c ausgebildeten Nutabschnitte den folgenden Nutabschnitt umfassen. In den 3A bis 3C zeigen jeweils 10a10c Plasmazündkerzen gemäß Modifikationen der vorliegenden Erfindung an, 121a121c zeigen jeweils Nutabschnitte an, 130a130b zeigen jeweils Massenelektroden an, und 131a131c zeigen jeweils Massenelektrodenentladungsabschnitte an. Wie es in 3A gezeigt ist, können sechs Nutabschnitte 121a in der unteren Oberfläche des isolierenden Elements 120 ausgebildet sein. Wie es in 3B gezeigt ist, können die Nutabschnitte 121b so ausgebildet sein, dass sie eine zugehörige Breite aufweisen, die zu der Massenelektrode 130b vergrößert ist. Wie es in 3C gezeigt ist, können die Nutabschnitte 121c so ausgebildet sein, dass sie eine zugehörige Breite aufweisen, die zu der Mittelelektrode vergrößert ist.

Wie es in 3A gezeigt ist, kann die Vergrößerung der Anzahl von Nutabschnitten weiter die Haltbarkeit der Plasmazündkerze verbessern.

Wie es in 3B gezeigt ist, verkleinert die allmähliche Ausweitung des Nutabschnitts 121b zu dem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131b die Dichte des Plasmagases auf der Seite des Massenelektrodenentladungsabschnitts 131 in dem Entladungsraum 140b, wodurch die Richtung der Injizierung des Plasmagases zu der Seite der Mittelelektrode 110 vorgespannt werden kann.

Wie es in 3C gezeigt ist, verkleinert die allmähliche Ausweitung des Nutabschnitts 121c zu der Mittelelektrode 110 die Dichte des Plasmagases auf der Seite der Mittelelektrode 110 in dem Entladungsraum 140b, wodurch die Richtung der Injizierung des Plasmagases zu der Seite der Massenelektrode 130 vorgespannt werden kann.

Der Nutabschnitt kann modifiziert werden, wie es in den 4B bis 4G gezeigt ist. In den 4B bis 4G zeigen 140d bis 140h jeweils Entladungsräume an und 121d bis 121h zeigen jeweils Nutabschnitte an. Wie es in 4b gezeigt ist, kann der Nutabschnitt 121 derart ausgebildet sein, dass der zugehörige Boden in einer zu dem Entladungsraum 140 konvex gekrümmten Form ausgebildet ist. Wie es in 4C gezeigt ist, kann der Nutabschnitt 121d derart ausgebildet sein, dass der zugehörige Boden eine rechteckige Kastenform im Querschnitt aufweist. Wie es in 4D gezeigt ist, kann der Nutabschnitt 121e derart ausgebildet sein, dass die zugehörige Wandseite eine Breite aufweist, die sich nach außen vergrößert. Wie es in 4E gezeigt ist, kann der Nutabschnitt 121d ausgebildet sein, um eine im Wesentlichen rechteckige Kastenform im Querschnitt aufzuweisen, indem Ränder des Bodens und der Wandseite des Nutabschnitts 121d in einer R-Form verjüngt werden. Wie es in 4F gezeigt ist, kann ein Nutabschnitt 121g in einer U-artigen Querschnittsform ausgebildet sein, wobei der zugehörige Boden gekrümmt ist. Wie es in 4G gezeigt ist, kann ein Nutabschnitt 121h in einer V-artigen Querschnittsform ausgebildet sein.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C ist nachstehend eine Plasmazündkerze 10i gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Dieses Ausführungsbeispiel weist grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel auf, unterscheidet sich aber von dem ersten Ausführungsbeispiel allein in der Form eines isolierenden Elements 120i und einer Massenelektrode 130i.

In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird, wie es vorstehend beschrieben ist, die untere Endoberfläche der ringförmigen Massenelektrode 130 mit dem Eingriffsabschnitt 125 des isolierenden Elements 120 abgedeckt, das einen vergrößerten Durchmesser aufweist, wobei ein Teil der Massenelektrode 130 zu dem Entladungsraum 140 in einem Ausfräsungsabschnitt des Nutabschnitts 121 freigelegt ist, um den Massenelektrodenentladungsabschnitt 131 auszubilden. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das isolierende Element 120i in einer zylindrischen Form ausgebildet, die intern die Innenseite der Massenelektrode 130i berührt, wobei ein Ausfräsungsabschnitt, der zu der zugehörigen axialen Mitte vertieft ist, in dem isolierenden Element 120i bei einer derartigen Position bereitgestellt ist, die einen Entladungsraum 140i bildet. Dabei ist ein Vorsprung 131i in der Massenelektrode 130i ausgebildet, der zu der axialen Mitte herausragt, um in Eingriff mit dem Ausfräsungsabschnitt zu sein. Mit dieser Anordnung wird, wenn eine hohe Spannung zwischen die Mittelelektrode 110i und die Massenelektrode 130i angelegt wird, die Dichte eines elektrischen Felds in dem Vorsprung 131i vergrößert, um es zu ermöglichen, dass die Entladung in einfacher Weise ausgeführt wird.

Somit kann erwartet werden, dass dieses Ausführungsbeispiel die Haltbarkeit der Elektrode zusätzlich zu den Zündeigenschaften verbessert. Die in den 3A bis 4G gezeigten Modifikationen können ebenso bei diesem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden. Das heißt, die in den 3A bis 4G gezeigten Modifikationen können für das zweite Ausführungsbeispiel verwendet werden.

In den 6A und 6B ist eine Modifikation der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie es in den 6A und 6B gezeigt ist, kann der Durchmesser ΦD3 eines Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser des isolierenden Elements 120j der gleiche sein wie der Außendurchmesser ΦD4 einer Massenelektrode 130j. Die Massenelektrode 130j kann eine zugehörige untere Oberfläche aufweisen, die vollständig mit dem isolierenden Element 120j abgedeckt ist, und kann so ausgebildet sein, dass sie zu einem Entladungsraum 140j nur in einem Nutabschnitt 121j freigelegt ist. Da die untere Oberfläche der Massenelektrode 130j mit Ausnahme eines Massenelektrodenentladungsabschnitts 131j mit dem isolierenden Element 120j abgedeckt ist, dient das isolierende Element 120j als ein Schutzelement, um Wärme von der Brennkraftmaschine abzublocken, wodurch die Haltbarkeit der Massenelektrode 130j weiter verbessert wird.

In den 7A und 7B ist eine weitere Modifikation der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie es in den 7A und 7B gezeigt ist, kann ein Massenelektrodenentladungsabschnitt 131k ausgebildet sein, indem lediglich ein Teil einer Massenelektrode 130k, der zu einem Nutabschnitt 121k freigelegt ist, zu der Verbrennungskammerseite mit einer Tiefe Y herausragt. Dieser Aufbau verdichtet die Größe des elektrischen Felds in dem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131k, wodurch es ermöglicht wird, dass die Entladung in einfacher Weise ausgeführt wird. In den 7A und 7B zeigt jeweils 140k den Entladungsraum an, 120k zeigt jeweils das isolierende Element an und 110k zeigt jeweils die Mittelelektrode an.

Somit kann erwartet werden, dass dieses Ausführungsbeispiel die Haltbarkeit der Elektrode zusätzlich zu den Zündeigenschaften verbessert.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Eine Plasmazündkerze 10m gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel auf, unterscheidet sich aber nur in der Form eines unteren Bodens eines isolierenden Elements 120m und eines Nutabschnitts 121m.

Eine Mittelelektrode 110m ragt zu der Verbrennungskammerseite der Brennkraftmaschine in Bezug auf eine Massenelektrode 130m heraus. Eine untere Oberfläche 126 des isolierenden Elements 120m weist eine schräge Oberfläche 126m auf, die den Spitzenrand der Mittelelektrode 110m und den Spitzenrand der Massenelektrode 130m verbindet. Der Nutabschnitt 121m ist in der schrägen Oberfläche ausgebildet, wobei er mit einer im Wesentlichen bestimmten Tiefe vertieft ist. In den 8A und 8B zeigt jeweils 140m den Entladungsraum an und 131m zeigt jeweils den Massenelektrodenentladungsabschnitt an.

Somit kann der Körper der Plasmazündkerze 10m klein gemacht werden, um eine vorbestimmte oberflächenerweiterte Entladungsentfernung sicherzustellen. Alternativ hierzu kann die oberflächenerweiterte Entladungsentfernung in der Plasmazündkerze 10m mit einem vorbestimmten Körper lang ausgeführt werden. Dies vergrößert die Dichte des Hochtemperaturbereichs der Zündkerze, wodurch der Verlust an Wärmeenergie verringert wird, die für eine Zündung der Brennkraftmaschine verwendet werden kann.

(Viertes Ausführungsbeispiel)

Das vierte Ausführungsbeispiel weist grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel auf, unterscheidet sich aber nur in der Form eines unteren Bodens eines isolierenden Elements 120n und eines Nutabschnitts 121n.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine untere Oberfläche 126n des isolierenden Elements 120n in einer horizontalen Oberfläche ausgebildet, die im Wesentlichen orthogonal zu der Mittelachse ist. Der Außendurchmesser einer Massenelektrode 130n wird so vergrößert, dass eine vorbestimmte oberflächenerweiterte Entladungsentfernung sichergestellt ist.

Diese Anordnung kann die Größe eines Vorsprungs einer Plasmakerze 10n in die Verbrennungskammer außerordentlich verkleinern, wodurch ein Einfluss einer Luftströmung in der Kammer in großem Umfang verringert wird.

Des Weiteren wird, da ein Entladungsraum 140n so ausgebildet ist, dass er im Wesentlichen orthogonal zu der Mittelachse der Plasmazündkerze 10n ist, das Plasmagas im Wesentlichen parallel zu der axialen Mitte der Plasmazündkerze 10n injiziert. Somit kann eine außerordentlich stabile Zündung erwartet werden. In den 9A und 9B zeigt jeweils 110n die Mittelelektrode an und 131n zeigt jeweils den Massenelektrodenausstoßabschnitt an.

(Fünftes Ausführungsbeispiel)

Wie es in den 10A bis 10D gezeigt ist, ist die Mittelelektrode entsprechend der Anzahl der Nutabschnitte 121 in eine Vielzahl von Mittelelektrodenabschnitten 110a, 110b und 110c aufgeteilt. Diese Elektrodenabschnitte 110a, 110b, 110c sind über ein isolierendes Element elektrisch unabhängig voneinander. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Plasmazündvorrichtung die Entladung zwischen dem Mittelelektrodenabschnitt 110a, 110b oder 110c und einem Massenelektrodenentladungsabschnitt 131a, 131b oder 131c bei einer beliebigen Position steuern. Ferner kann die Plasmazündvorrichtung die Entladungsposition entsprechend dem Zustand der Brennkraftmaschine ändern, oder um die Abnutzung der Elektrodenabschnitte auszugleichen, wodurch die Zündeigenschaften weiter stabilisiert werden. Dies kann eine Plasmazündvorrichtung mit außerordentlich hervorragender Haltbarkeit und hervorragenden Zündeigenschaften erreichen.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung vollständig beschrieben worden ist, ist es anzumerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für einen Fachmann ersichtlich sind.

Beispielsweise können zumindest zwei Beispiele in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationen gemäß der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise kombiniert werden, ohne auf ein jeweiliges Beispiel der Ausführungsbeispiele und Modifikationen der vorliegenden Erfindung begrenzt zu sein.

Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Plasmazündvorrichtung eine Plasmazündkerze (10, 10a10c, 10i10k, 10m10n, 10p) und eine Hochspannungsenergiequelle (20, 30) zum Anlegen einer hohen Spannung und eines großen Stroms an die Plasmazündkerze. Des Weiteren umfasst die Plasmazündkerze eine Mittelelektrode (110, 110i110k, 110m110n, 110a110c), ein isolierendes Element (120, 120a120c, 120i120k, 120m120n) zum Halten der Mittelelektrode und eine Massenelektrode (130, 130a130c, 130i130k, 130m130n), die außerhalb der Mittelelektrode über das isolierende Element angeordnet ist. In der Plasmazündvorrichtung sind die Plasmazündkerze und die Hochspannungsenergiequelle derart konfiguriert, dass sie die hohe Spannung und den großen Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle angelegt werden, an ein Gas in einem Entladungsraum (140, 140d140k, 140m140n) anlegen, der zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode ausgebildet ist, um hierdurch das Gas in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck zu bringen, und das Gas in eine Brennkraftmaschine injizieren und es zünden. Zusätzlich ist eine untere Oberfläche (126) des isolierenden Elements vertieft, um einen Nutabschnitt (121, 121a121h) auszubilden, der als der Entladungsraum verwendet wird, wobei ein Teil der Mittelelektrode einem Teil der Massenelektrode in dem Nutabschnitt gegenüberliegt, um eine Entladung zwischen den beiden Elektroden zu ermöglichen. Dementsprechend weist die Plasmazündvorrichtung eine verbesserte Haltbarkeit und hervorragende Zündeigenschaften auf.

Obwohl die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele der Plasmazündvorrichtung lediglich eine Plasmazündkerze umfassen, kann die Erfindung bei einer Mehrzylinderkraftmaschine angewendet werden, die eine Anzahl von Zündkerzen umfasst.

Wie es vorstehend beschrieben ist, sind in einer Plasmazündvorrichtung eine Plasmazündkerze (10) und eine Hochspannungsenergiequelle (20, 30) so konfiguriert, dass sie eine hohe Spannung und einen großen Strom, die von der Hochspannungsenergiequelle (20, 30) angelegt werden, an ein Gas in einem Entladungsraum (140) anlegen, der zwischen einer Mittelelektrode (110) und einer Massenelektrode (130) ausgebildet ist, wodurch das Gas in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck gebracht wird, und das Gas in eine Brennkraftmaschine injizieren und es zünden. Des. Weiteren ist eine untere Oberfläche (126) eines isolierenden Elements (120) vertieft, um einen Nutabschnitt (121) auszubilden, der als der Entladungsraum (140) verwendet wird, wobei ein Teil der Mittelelektrode (110) einem Teil der Massenelektrode (130) in dem Nutabschnitt gegenüberliegt, um eine Entladung zwischen den beiden Elektroden (110, 130) zu ermöglichen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • - US 3581141 [0005, 0016]
  • - JP 2007-046725 [0008]