DD207023A1

DD207023A1 - END AMPLIFIER FOR SPARKING IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DD207023A1
Application number: DD23685782A
Authority: DD
Inventors: Werner Bohmeyer; Wilfried Kabel
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1982-01-19
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1984-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zuendverstaerker fuer Funkenzuendung in Brennkraftmotoren, der unabhaengig von der bereits bestehenden Zuendanlage eingesetzt werden kann. Es ist das Ziel der Erfindung, einen Zuendfunken mit hohem Leistungsumsatz zu erzeugen, der den Entflammungsprozess in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch optimal einleitet. Die Aufgabe besteht darin, mittels einer zeitlich langdauernden und stromstarken Funkentladung eine hohe Funkenenergie zu erzeugen. Sie wird dadurch geloest, dass als Hochspannungsverbindung zwischen Zuendspannungsquelle bzw. Zuendverteiler und Zuendkerze eine Laufzeitkette mit angepasstem Wellenwiderstand verwendet wird.The invention relates to a Zuendverstaerker for Funkzuwender in internal combustion engines, which can be used independently of the existing Zuendanlage. It is the object of the invention to generate an ignition spark with high power conversion, which optimally initiates the ignition process in a fuel-air mixture. The task is to generate a high spark energy by means of a time-prolonged and high-current radio discharge. It is achieved by using a high-voltage connection between the ignition voltage source or the ignition distributor and the spark plug as a delay line with an adjusted characteristic impedance.

Description

236857 O236857 O

Zündverstärker für Funkenzündung in BrennkraftmotorenIgnition amplifier for spark ignition in internal combustion engines

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Zündverstärker zur Erzeugung von Zündfunken in Brennkraftmotoren, der durch Herabsetzen der ohraschen Verluste im Sekundärkreis der Zündanlage einen strom· starken und zeitlich langen Zündfunken erzeugt und unabhängig von der bereits bestehenden Zündanlage eingesetzt werden kann,The invention relates to an ignition amplifier for generating sparks in internal combustion engines, which generates a powerful and long - lasting spark by reducing the perceptible losses in the secondary circuit of the ignition system and can be used independently of the already existing ignition system.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es gibt eine Reihe technischer Lösungen, die zum Ziel haben, die ohmschen Verluste im Sekundärkreis einer Zündanlage zu verringern bzw. durch Erzeugung geeigneter Entladungsformen, wie Bogen-, Glimm- oder nichtthermische Impulsentladungen, die Entflammungseigenschaften von Zündfunken zu verbessern.There are a number of technical solutions which aim to reduce the ohmic losses in the secondary circuit of an ignition system or to improve the ignition characteristics of sparks by generating suitable discharge forms, such as arc, glow or non-thermal pulse discharges.

Es wurde bereits vorgeschlagen, parallel zu den Zündelektroden einen Kondensator anzuordnen, der eine sehr schnelle und stromstarke Entladung erzeugt. Unterschiedliche Varianten beinhalten eine bauliche Einheit von Kondensator und Zündkerze (DE-OS 2400623)· Andere Systeme, wie in DE-OS 1902199 beschrieben, schlagen die Bildung des Kondensators durch Verwenden von Isolierstoffen mit hoher Dielektrizitätskonstante im Kerzenstecker vor oder die Anordnung des Kondensators als diskretes Bauelement im Kerzenstecker (DE-CS 2908051, DD-WP 143941). Obwohl diese Vorrichtungen eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Spulenzündungen darstellen, haftet ihnen der Nachteil an, daß die Energieeinspeisung während der kapazitiven Entladung stark von der Durchschlagspannung ab-It has already been proposed to arrange a capacitor parallel to the ignition electrodes, which generates a very fast and high-current discharge. Different variants include a structural unit of capacitor and spark plug (DE-OS 2400623) Other systems, as described in DE-OS 1902199, suggest the formation of the capacitor by using high dielectric constant insulating material in the plug connector or the disposition of the capacitor as discrete Component in the plug connector (DE-CS 2908051, DD-WP 143941). Although these devices represent an improvement over conventional coil ignitions, they have the disadvantage that the energy input during the capacitive discharge is greatly reduced by the breakdown voltage.

1.1,\B 1.1, \ B

236857236857

hängt und vor allem im Teillastbereich des Motors gering ist, denn dieser Entladung folgt eine Glimm- oder Bogenphase, die weniger gut für eine Entflammung geeignet ist. Nur im Falle einer starken Verwirbelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kommt es zum Erlöschen des Zündfunkens und zu einer erneuten kapazitiven Entladung. Daher sind Vorschläge gemacht worden, den Parallelkondensator über eine Vorfunkenstrecke an die Zündelektroden zu schalten, um somit die während der kapazitiven Entladung eingespeiste Energie zu erhöhen (DE-OS 2850159, DE-AS 2363804). Allerdings ist hierbei die Brenndauer des Zündfunkens sehr kurz, so daß es nicht zu einer optimalen Entflammung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches kommen kann.depends, and especially in the partial load range of the engine is low, because this discharge follows a smoldering or arc phase, which is less suitable for a flame. Only in the case of a strong turbulence of the fuel-air mixture it comes to extinguishing the spark and a renewed capacitive discharge. Therefore, proposals have been made to switch the parallel capacitor via a Vorfunkenstrecke to the ignition electrodes, so as to increase the fed during the capacitive discharge energy (DE-OS 2850159, DE-AS 2363804). However, in this case the burning time of the spark is very short, so that it can not come to an optimal ignition of a fuel-air mixture.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, mittels eines stromstarken und relativ langdauernden Funkens mit hohem Leistungsumsatz den Entflammungsprozeß eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennkraftmotor optimal zu gestalten.It is the object of the invention to make optimal by means of a high-current and relatively long-lasting spark with high power conversion the ignition process of a fuel-air mixture in an internal combustion engine.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Technische Ursache für den geringen Energieumsatz im Zündfunken sind bei Zündsystemen herkömmlicher Art die Energieverluste an den ohmschen Widerständen des Sekundärkreises. Bei Anlagen mit einem Kondensator parallel zu den Zündelektroden treten· aufgrund der kleinen Werte für den induktiven und ohmschen Widerstand sehr kurze und stromstarke Funken auf, deren Brenndauer für viele Zwecke nicht ausreichend ist.The technical reason for the low energy conversion in the ignition spark are the energy losses at the ohmic resistances of the secondary circuit in ignition systems of conventional type. In systems with a capacitor in parallel with the ignition electrodes occur very short and high-power sparks due to the small values for the inductive and ohmic resistance whose burning time is not sufficient for many purposes.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einerseits eine Lösung anzugeben, die eine hohe Funkenenergie liefert, zum anderen aber die Brenndauer nicht wesentlich verkürzt, damit während der gesamten Brenndauer des Funkens eine hohe Lsistungseinspeisung in den Funken stattfindet.The object of the invention is on the one hand to provide a solution that provides a high spark energy, on the other hand, but not significantly shorten the burning time, so that takes place during the entire burning time of the spark a high Lsistungseinspeisung in the sparks.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zündkabel als Laufzeitkette, bestehend aus mehreren in Reihe angeordneter LC-Vierpole in Tiefpaßschaltung, ausgebildetAccording to the invention, this object is achieved in that the ignition cable as a delay chain consisting of several arranged in series LC four-poles in low-pass circuit formed

236857 O236857 O

ist, in denen die von der Zündspule gelieferte Energie zwischengespeichert wird· Dabei ist der Wellenwiderstand der Laufzeitkette sowohl an den Innenwiderstand der Zündspannungsquelle als auch an den Widerstand des Zünd'funkenplasmas angepaßt·is, in which the energy supplied by the ignition coil is cached · The characteristic impedance of the delay line is adapted both to the internal resistance of the ignition voltage source and to the resistance of Zünd'funkenplasmas ·

Die in aer Laufzeitkette induktiv und kapazitiv gespeicherte Energie entlädt sich nach Erreichen der Zündspannung über die Zündkerze. Der Wellenwiderstand der Laufzeitkette bestimmt zusammen mit der Spannung den Strom des Zündfunkens, wobei die Laufzeit die Brenndauer eines Teilfunkens festlegt. Nach erfolgtem Durchschlag an der Zündkerze wird der Widerstand der Gasstrecke wesentlich geringer, so daß jetzt Reflexionen des Spannungsimpulses auftreten, die weitere Zündfunken bewirken. Wird nun das als Laufzeitkette ausgebildete Zündkabel durch den Spannungsanstieg der Zündspule nachgeladen, dann ist durch die Folgefunken die Brenndauer insgesamt nicht kürzer als bei Verwendung eines herkömmlichen Zündkabels. Um Verluste zu vermeiden, ist ein Kerzenstecker ohne Entstörwiderstand zu verwenden, und der ohmsche Widerstand des Innenleiters der Laufzeitkette muß klein im Vergleich zum Wellenwiderstand sein. Diese Maßnahme wirkt sich bei entsprechender Dimensionierung der Laufzeitkette nicht negativ auf die Funkentstörung aus, da der Tiefpaßcharakter der Laufzeitkette das Entstehen hochfrequenter Störstrahlung unterdrückt und der metallische Außenleiter des Zündkabels eine stark abschirmende Wirkung besitzt.The inductive and capacitive stored in aer delay line energy discharges after reaching the ignition voltage through the spark plug. The characteristic impedance of the delay line determines, together with the voltage, the current of the spark, the transit time defining the burning time of a partial spark. After the breakdown of the spark plug, the resistance of the gas path is much lower, so that now reflections of the voltage pulse occur, causing more sparks. If the ignition cable designed as a delay line is then recharged by the voltage increase of the ignition coil, then the burning duration is not shorter in total than in the case of using a conventional ignition cable due to the sequence sparks. In order to avoid losses, a plug connector without interference suppression resistor is to be used, and the ohmic resistance of the internal conductor of the delay cable must be small compared to the characteristic impedance. This measure does not adversely affect the radio interference suppression with appropriate dimensioning of the delay line, since the low-pass character of the delay line suppresses the generation of high-frequency interference and the metallic outer conductor of the ignition cable has a strong shielding effect.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachstehend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Laufzeitkette 7 als Hochspannungsverbindung zwischen der Primär- 1 und Sekundärwicklung 2 einer Zündspannungsquelle und einer Zündkerze 10.The invention will be explained in more detail by exemplary embodiments. 1 shows the structure of a delay line 7 as a high-voltage connection between the primary 1 and secondary winding 2 of an ignition voltage source and a spark plug 10.

Im einfachsten Fall ist die Vorrichtung zur Erzeugung stromstarker und langdauernder Funken zur optimalen Entflammung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in ßrennkraftmotoren so gestaltet, daß die Laufzeitkette 7 aus diskreten KondensatorenIn the simplest case, the device for generating high-current and long-lasting sparks for optimum ignition of a fuel-air mixture in ßrennkraftmotoren designed so that the delay chain 7 of discrete capacitors

235857 O235857 O

5 und hochspannungsisolierten Induktivitäten 3 aufgebaut ist, wobei mindestens fünf LC-Vierpole angeordnet sind. Die Kondensatoren, für die sowohl Durchführungs- als auch Ringkondensatoren verwendet werden können, müssen bis 30 kV hochspannungsfest sein· Werden Ringkondensatoren verwendet, ist der koaxiale Außenleiter 6 mit den äußeren Belägen der Kondensatoren 5 zu verbinden. Die Verbindung der einzelnen LC-Vierpole erfolgt so, daß die Laufzeitkette 7 teilweise flexibel ist.5 and high-voltage insulated inductors 3 is constructed, wherein at least five LC four-poles are arranged. The capacitors, for which both feedthrough and ring capacitors can be used, must be high voltage resistant up to 30 kV · If ring capacitors are used, the coaxial outer conductor 6 is to be connected to the outer layers of the capacitors 5. The connection of the individual LC four poles is done so that the delay line 7 is partially flexible.

Dieser Aufbau eignet sich vor allem für eine Anpassung mit in Stufen geändertem Wellenwiderstand. Hierbei wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, die Laufzeitkette 7 über den Anschluß 12 und mittels der Leitung 13 an die Sekundärwicklung 2 der Zündspule angeschlossen. Der Anschluß 14 an die Zündkerze 10 erfolgt entweder direkt über den Kerzenstecker 11 oder zusätzlich über den Hochspannungsschalter 8. Als Hochspannungsschalter kann eine in geeigneter Weise dimensionierte Funkenstrecke verwendet werden. Die Kapazität 9 stellt die Eigenkapazität von Zündkerze 10 und Kerzenstecker 11 oder bei Verwendung zusätzlicher Kondensatoren in diesen Bauelementen die Gasamtkapazität dar. In jedem Fall muß aer Außenleiter 6 an beiden Enden auf Masse liegen.This structure is particularly suitable for adaptation with wave impedance changed in stages. Here, as shown in Fig. 1, the delay line 7 is connected via the terminal 12 and by means of the line 13 to the secondary winding 2 of the ignition coil. The connection 14 to the spark plug 10 takes place either directly via the plug connector 11 or additionally via the high-voltage switch 8. As a high-voltage switch, a suitably dimensioned spark gap can be used. The capacity 9 represents the intrinsic capacity of spark plug 10 and plug connector 11 or, when using additional capacitors in these components, the gas office capacity. In any case, aer outer conductor 6 must be grounded at both ends.

Eine zweite praktische Ausführungsform des Zündverstärkers in koaxialer Bauart der Laufzeitkette 7 mit einer möglichen Anschlußvariante innerhalb der Zündanlage zeigt Fig. 2. Hier liegt eine integrierte Bauart der Koaxialleitung mit einer auf den Spulenkern 4 gewickelten Induktivität 3 vor, die von dem Dielektrikum 15 umgeben ist« Dieses wird vom flexiblen koaxialen Außenleiter 6 umhüllt, der als Masseleitung dient. Durch den Außenleiter 6 und dem durch die Induktivitäten 3 . gebildeten Innenleiter mit dem dazwischenliegenden Dielektrikum 15 wird die verteilte Kapazität 5 gebildet. Die Kapazitätswerte werden vom Durchmesser des koaxialen Außenleiters 5, von der Dicke des Dielektrikums 15 und seiner Dielektrizitätskonstante sowie von der Länge der Laufzeitkette 7 bestimmt. Gleichzeitig bildet das Dielektrikum 15 die Hoch-A second practical embodiment of the firing amplifier in coaxial design of the delay line 7 with a possible connection variant within the ignition system is shown in FIG. 2. Here, there is an integrated design of the coaxial line with an inductance 3 wound on the coil core 4, which is surrounded by the dielectric 15. This is enveloped by the flexible coaxial outer conductor 6, which serves as a ground line. Through the outer conductor 6 and through the inductors. 3 formed inner conductor with the intervening dielectric 15, the distributed capacitance 5 is formed. The capacitance values are determined by the diameter of the coaxial outer conductor 5, the thickness of the dielectric 15 and its dielectric constant as well as the length of the delay line 7. At the same time, the dielectric 15 forms the high

236857 O236857 O

Spannungsisolation vom Innenleiter zur Masse. Die Induktivi· tätswerte der Induktivität 3 werden durch die Windungszahl pro Längeneinheit, den Durchmesser der einzelnen Windungen und die Permeabilität des Spulenkerns 4 bestimmt. Diese Ausführungsform weist eine hohe Flexibilität auf. Eine Möglich· keit des Anschlusses des Zündverstärkers an Zündspule und Kerzenstecker 11 kann wie bei dem vorher behandelten Ausführungsbeispiel erfolgen.Voltage insulation from the inner conductor to ground. The inductance values of the inductance 3 are determined by the number of turns per unit length, the diameter of the individual turns and the permeability of the coil core 4. This embodiment has a high flexibility. One possibility of connecting the ignition amplifier to the ignition coil and plug connector 11 can be made as in the previously discussed embodiment.

Claims

invention claim

Ignition amplifier for spark ignition in 3rennkraftmotoren, gekannzeichnet characterized in that one of several series-connected LC four-poles existing delay line with matched characteristic impedance is used as a high voltage connection between ignition voltage source or, ignition distributor and spark plug ·

2. firing amplifier according to item 1, characterized in that the delay chain is formed in coaxial design of a wound inner conductor corresponding inductance and a separate by a high-voltage dielectric flexible outer conductor, or that the LC four-poles of the delay chain of discrete elements, inductors with high permeability cores and high-voltage capacitors ·

3. firing amplifier according to item 1 and 2, characterized in that the coil cores of the inductors of the inner conductor of the delay line when reaching predetermined limit currents have saturation behavior ·

4 · firing amplifier according to item 1 to 3, characterized in that at the same capacity of the individual coupled LC quadrupoles, the inductance at the connection to the ignition voltage source is substantially greater than at the connection to the spark plug.

5 «booster according to item 1 to 3, characterized in that the same inductances, the capacitances of the LC four-poles at the connection to the ignition voltage source are smaller than at the connection to the spark plug, and that the characteristic impedance of the delay chain changes continuously or in stages.

6 · ignition amplifier according to item 1 to 5, characterized in that a high voltage switch is anteordnet as a connecting element between the high voltage output of the delay line and the spark plug.

For this two-page drawings