DE10143194B4

DE10143194B4 - High-frequency ignition for internal combustion engines

Info

Publication number: DE10143194B4
Application number: DE2001143194
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gloger; Prof. Weniger Manfred; Dr. Lienesch Frank; Frank Wildhagen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: DE10143194A1

Abstract

Verfahren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches (3) in einer Verbrennungskraftmaschine mittels einer an wenigstens einer zumindest bereichsweise im Inneren eines Brennraums (9) der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Elektrode (1) erzeugten Entladung, wobei die Elektrode (1) einen innerhalb des Brennraums (9) angeordneten spitzen Entladungsabschnitt (10) mit einer Form aufweist, die zur Erzeugung eines inhomogenen Felds geeignet ist, bei welchem Verfahren die Elektrode (1) mit einem hochfrequenten Zündsignal mit einer Frequenz im Megahertzbereich beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung und die Frequenz des Zündsignals in Abhängigkeit der Form des spitzen Entladungsabschnitts (10) der Elektrode (1) so eingestellt wird, dass sich die Entladung zwischen der Elektrode (1) und einer im Brennraum (9) angeordneten Gegenelektrode (2) ausbildet, und dass der spitze Entladungsabschnitt (10) der Elektrode (1) eine Kugeloberfläche aufweist.Method for igniting a fuel-air mixture (3) in an internal combustion engine by means of a discharge generated on at least one electrode (1) arranged at least locally in the interior of a combustion chamber (9) of the internal combustion engine, wherein the electrode (1) has an inside of the combustion chamber ( 9) arranged in a form suitable for generating an inhomogeneous field, in which method the electrode (1) is subjected to a high-frequency ignition signal with a frequency in the megahertz range, characterized in that the voltage and the Frequency of the ignition signal in response to the shape of the tip discharge portion (10) of the electrode (1) is set so that the discharge between the electrode (1) and a combustion chamber (9) arranged counter electrode (2) is formed, and that the pointed Discharge section (10) of the electrode (1) has a spherical surface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in Verbrennungskraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Zündeinrichtung bzw. eine Verbrennungskraftmaschine zur Verwendung in einem Verfahren zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 bzw. des Anspruchs 8.The present invention relates to a method for igniting a fuel-air mixture in internal combustion engines according to the preamble of claim 1 and an ignition device or an internal combustion engine for use in a method for ignition of the fuel-air mixture according to the preamble of claim 6 or of claim 8.

Die JP 2001-073 920 A offenbart einen mittigen elektrischen Leiter, welcher in einen Brennraum ragt. Zur Einstellung einer Resonanzfrequenz in einem Mikrowellenfrequenzband existiert auf einem oberen Abschnitt eines Kolbens ein Elektrodenstummel.The JP 2001-073 920 A discloses a central electrical conductor which projects into a combustion chamber. For adjusting a resonance frequency in a microwave frequency band, an electrode stub exists on an upper portion of a piston.

Die US 4,561,406 A beschreibt ein Verbrennungssystem, welches eine Brennkammer mit einer elektrisch leitenden Oberfläche und Mittel zum Erzeugen einer elektromagnetischen Energie einer Frequenz von 1 kHz bis 10 MHz umfasst.The US 4,561,406 A describes a combustion system comprising a combustion chamber with an electrically conductive surface and means for generating an electromagnetic energy of a frequency of 1 kHz to 10 MHz.

Die DE 197 08 154 A1 offenbart eine Otto-Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, in dessen Brennraum eine Mittelelektrode und von dessen Kolben in Richtung auf die Mittelelektrode eine Masseelektrode ragt.The DE 197 08 154 A1 discloses an Otto internal combustion engine with a cylinder, in whose combustion chamber a central electrode and from the piston in the direction of the center electrode protrudes a ground electrode.

Zur Entzündung von Kraftstoff-Luft-Gemischen in Verbrennungskraftmaschinen werden in Ottomotoren fast ausschließlich Zündanlagen mit konventionellen Spulenzündungen und Zündkerzen verwendet. Bei derartigen Systemen erzeugt die von der Zündspule bereitgestellte Zündenergie eine Funkenentladung zwischen eng benachbarten Elektroden der Zündkerzen, bei der als Nachteil die hohe Wärmeverluste an den Zündkerzenelektroden auftreten. Die Übertragung der Zündenergie auf das Kraftstoff-Luft-Gemisch erfolgt durch direkten Kontakt des Zündfunkens mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch, wobei der Zündfunke aufgrund des kleineren Elektrodenabstands eine geringe Länge aufweist und somit nur eine geringe Übertragung von Zündenergie auf das Kraftstoff-Luft-Gemisch erreicht wird. Zudem kann durch den Kontakt mit den relativ kalten Zündkerzenelektroden eine partielle Auslöschung der vom Zündfunken hervorgerufenen Flammkerne erfolgen. Derartige als Quenchverluste bezeichnete Verluste lassen sich bei den konventionellen Zündsystemen nicht vermeiden.For the ignition of fuel-air mixtures in internal combustion engines are used in gasoline engines almost exclusively ignition systems with conventional coil ignitions and spark plugs. In such systems, the ignition energy provided by the ignition coil generates a spark discharge between closely adjacent electrodes of the spark plugs, in which a disadvantage occurs the high heat losses at the spark plug electrodes. The transmission of the ignition energy to the fuel-air mixture takes place by direct contact of the spark with the fuel-air mixture, the spark due to the smaller electrode gap has a small length and thus only a small transmission of ignition energy to the fuel-air Mixture is achieved. In addition, due to the contact with the relatively cold spark plug electrodes, a partial extinction of the spark cores caused by the spark can take place. Such designated as quench losses losses can not be avoided in the conventional ignition systems.

Bei bestimmten Betriebsarten können jedoch Gemischzusammensetzungen auftreten, die mit derartigen Zündverfahren nicht mehr sicher gezündet werden können. Dies sind insbesondere Betriebsarten mit mageren Gemischen, die zunehmend angestrebt werden, um einen verringerten Schadstoffausstoß und einen höheren Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen. Derartige Gemische sind generell aber schwieriger zu zünden, da die Geschwindigkeit der sich nach der Zündung im Gemisch ausbreitenden Flammenfront bei einem mageren Gemisch geringer als bei einem fetten Gemisch ist. Bei konventionellen Zündsystemen kann es dabei infolge mangelhafter Zündung zu einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kommen.However, in certain operating modes, mixture compositions may occur which can not be safely ignited with such ignition methods. These are in particular lean mixture operating modes, which are increasingly being sought to achieve reduced pollutant emissions and higher internal combustion engine efficiency. However, such mixtures are generally more difficult to ignite because the velocity of the flame front propagating in the mixture after ignition is lower for a lean mixture than for a rich mixture. In conventional ignition systems, this may result in incomplete combustion of the fuel-air mixture due to poor ignition.

Um eine verbesserte Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen, ist durch die EP 0 211 133 B1 bekannt, mit Hilfe eines Hochfrequenzfeldes eine Plasmaentladung im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zu erzeugen. Die zum Erzeugen einer Entladung erforderliche Spannung wird dabei durch einen Resonator erzielt, der mit der Hochfrequenz gespeist wird. Dieser Resonator erfordert nachteiligerweise einen hohen Aufwand. Zusätzlich muss der Resonator mit der geeigneten Frequenz gespeist werden, die gerade bei kleinen Resonatoren nachteiligerweise sehr hoch sein kann und zu ihrer Erzeugung ebenfalls einen hohen Aufwand erfordert.To achieve an improved ignition of the fuel-air mixture is through the EP 0 211 133 B1 It is known to generate a plasma discharge in the combustion chamber of an internal combustion engine with the aid of a high-frequency field. The voltage required for generating a discharge is achieved by a resonator, which is fed with the high frequency. This resonator disadvantageously requires a lot of effort. In addition, the resonator must be fed with the appropriate frequency, which can disadvantageously be very high, especially with small resonators, and also requires a great deal of effort to produce them.

Weiterhin ist durch die DE 197 47 701 A1 eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Verbrennungskraftmaschinen mittels einer Hochfrequenzentladung beschrieben, bei der das Hochfrequenzfeld derart auf hohe Spannung geregelt wird, dass sich an einer Elektrode gleichzeitig eine Mehrzahl hochohmiger Plasmafäden kurzer Dauer ausbilden. Das auf diese Weise erzeugte Plasma ist thermisch nicht im Gleichgewicht und stellt eine Vorentladung dar. Die erzeugten Plasmafäden entstehen großvolumig. Weiterhin beschreibt die vorgenannte Druckschrift, dass die Geometrie der Elektrode Feldstärkeüberhöhungen hervorruft, die zur Bildung kurzzeitiger Plasmafäden führen. Nachteiligerweise ist jedoch in diesem Fall eine hohe Spannung bei gleichzeitig hoher Frequenz erforderlich.Furthermore, by the DE 197 47 701 A1 describes an ignition of the fuel-air mixture in internal combustion engines by means of a high-frequency discharge, in which the high-frequency field is regulated to high voltage so that simultaneously forms a plurality of high-impedance plasma filaments short duration at one electrode. The plasma generated in this way is not thermally in equilibrium and represents a pre-discharge. The plasma filaments produced arise at large volumes. Furthermore, the aforementioned document describes that the geometry of the electrode causes field strength peaks which lead to the formation of short-term plasma filaments. Disadvantageously, however, in this case a high voltage at the same time high frequency is required.

Allen bekannten Hochfrequenzzündeinrichtungen ist dabei gemeinsam, dass eine hohe Frequenz erforderlich ist und der Entstehungsort der Zündentladung nicht genau definiert ist.All known Hochfrequenzzündeinrichtungen is common that a high frequency is required and the place of origin of the ignition discharge is not well defined.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in Verbrennungskraftmaschinen mittels Hochfrequenz bzw. eine zur Verwendung in dem Verfahren geeignete Hochfrequenzzündeinrichtung bzw.The present invention is based on the object, a method for igniting a fuel-air mixture in internal combustion engines by means of high frequency or suitable for use in the method high-frequency ignition device or

Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit denen mit geringem Aufwand die Zündenergie gezielt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann.To provide internal combustion engine, with which the ignition energy can be selectively introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine with little effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Hochfrequenzzündeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 bzw. eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a high-frequency ignition device with the features of claim 6 and an internal combustion engine with the features of claim 8.

Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The subclaims each define preferred and advantageous embodiments of the present invention.

Erfindungsgemäß wird dabei ein inhomogenes Feld verwendet, das zu Feldstärkeüberhöhungen führt, die eine Entladung begünstigen. Aus diesem Grund ist es möglich, mit einer relativ niedrigen Frequenz und einer Spannung in einem Bereich zu arbeiten, in dem sich auch derzeitige konventionelle Gleichstromzündanlagen bewegen und der ohne größere Probleme beherrscht wird. Gleichzeitig wird eine wesentliche Erhöhung der Schlagweite der Entladung bzw. eine größere Länge des Zündfunkens erreicht, so dass die Zündung auch von schwieriger zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemischen möglich wird. Vorteilhafterweise kann dabei auf einen Resonator zur Erhöhung der Spannung verzichtet werden. Eine Zündeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert dabei vorteilhafterweise nur einen geringen Aufwand.According to the invention, an inhomogeneous field is used, which leads to field strength peaks that promote a discharge. For this reason, it is possible to operate with a relatively low frequency and a voltage in a range in which also move current conventional Gleichstromzündanlagen and mastered without major problems. At the same time a substantial increase in the impact distance of the discharge or a greater length of the spark is achieved, so that the ignition of difficult to ignite fuel-air mixtures is possible. Advantageously, it is possible to dispense with a resonator for increasing the voltage. An ignition device according to the present invention advantageously requires only a small effort.

Weiterhin wird durch die Verwendung einer Gegenelektrode erreicht, dass sich die Entladung in einem genau definierten Bereich zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ausbildet. Auf diese Weise kann die Zündenergie gezielt an einem Ort in den Brennraum eingebracht werden, an dem sich die bestmögliche Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ergibt.Furthermore, the use of a counter electrode ensures that the discharge is formed in a precisely defined region between the electrode and the counterelectrode. In this way, the ignition energy can be introduced specifically at a location in the combustion chamber, at which there is the best possible ignition of the fuel-air mixture.

Das inhomogene Feld wird durch die Geometrie der Elektrode erreicht. Dazu weist die Elektrode vorzugsweise einen spitzen Abschnitt auf, an dem sich die Feldlinien drängen und es so zu einer Freldstärkeüberhöhung kommt. Diese Spitze weist eine Kugeloberfläche auf, die beispielsweise einen Krümmungsradius von kleiner 1 mm und insbesondere kleiner 0,5 mm aufweist. Durch das inhomogene Feld bildet sich die Entladung vorzugsweise in der Richtung aus, in der die höchsten Feldstärken auftreten. Da diese von der Geometrie des Entladungsabschnitts der Elektrode bestimmt wird, kann durch die Anordnung der Elektrode und insbesondere des Entladungsabschnitts beeinflusst werden, in welche Richtung sich die Entladung vorzugsweise bildet. Diese Vorzugsrichtung ist insbesondere auf die Gegenelektrode hin gerichtet, so dass das Ausbilden der Entladung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode gefördert werden kann.The inhomogeneous field is achieved by the geometry of the electrode. For this purpose, the electrode preferably has a pointed portion, on which the field lines are forced, resulting in a Freldstärkeüberhöhung. This tip has a spherical surface, for example, has a radius of curvature of less than 1 mm and in particular less than 0.5 mm. Due to the inhomogeneous field, the discharge preferably forms in the direction in which the highest field strengths occur. Since this is determined by the geometry of the discharge section of the electrode, it can be influenced by the arrangement of the electrode and in particular of the discharge section, in which direction the discharge preferably forms. This preferred direction is directed in particular towards the counter electrode, so that the formation of the discharge between the electrode and the counter electrode can be promoted.

Die Gegenelektrode kann ein zusätzlich im Brennraum angeordnetes Bauteil sein oder kann aber auch von einem ohnehin im oder am Brennraum vorgesehenen Bauteil gebildet werden. Beispielsweise kann der Kolben als Gegenelektrode dienen. Ebenso kann ein Ein- oder Auslassventil als Gegenelektrode dienen. Wird für die Gegenelektrode ein Teil verwendet, das sich im Brennraum bewegt, kann durch den Zeitpunkt des Zündimpulses der Ort der Entladung beeinflusst werden, da sich die Entladung immer zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ausbildet. Um die Zündenergie zum Brennraum zu transportieren, ist vorzugsweise die Elektrode isoliert befestigt und wird mit dem Zündimpuls beaufschlagt, wo hingegen die Gegenelektrode auf dem Potential der Verbrennungskraftmaschine bzw. auf Massepotential liegt.The counterelectrode may be a component additionally arranged in the combustion chamber or may also be formed by a component which is already provided in or on the combustion chamber. For example, the piston can serve as a counter electrode. Likewise, an inlet or outlet valve can serve as a counter electrode. If a part is used for the counterelectrode, which moves in the combustion chamber, the time of the ignition pulse can influence the location of the discharge since the discharge always forms between the electrode and the counterelectrode. In order to transport the ignition energy to the combustion chamber, the electrode is preferably fastened in an insulated manner and is acted upon by the ignition pulse, whereas the counterelectrode is at the potential of the internal combustion engine or at ground potential.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung kann die Spannung in einem Bereich gehalten werden, der dem Spannungsbereich der bisher verwendeten konventionellen Zündanlagen entspricht und der gegenüber dem Stand der Technik keine erhöhten Anforderungen stellt. Vorteilhafterweise können dadurch für die Übertragung des Zündimpulses schon vorher in der Praxis verwendete Bauteile herangezogen werden. Ebenso ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur eine im Vergleich zu den bekannten Hochfrequenzzündungen sehr geringe Frequenz erforderlich, wodurch zusätzlich der Aufwand verringert wird. Gerade in Verbindung mit dem Erfordernis nach einer hohen Spannung ist es sehr schwierig, hohe Frequenzen zu erreichen, so dass die Verringerung der erforderlichen Frequenz erhebliche Einsparungen ermöglicht. So kann die Frequenz beispielsweise im Bereich von 100 kHz bis 2 MHz liegen. Durch die Entladung wird Plasma erzeugt, welches sich thermisch sowohl bevorzugt im Gleichgewicht als auch nicht im Gleichgewicht befinden kann.With the aid of the solution according to the invention, the voltage can be kept in a range which corresponds to the voltage range of the conventional ignition systems used hitherto and which does not impose any increased requirements compared with the prior art. Advantageously, can be used for the transmission of the ignition pulse previously used in practice components. Likewise, in order to carry out the method according to the invention, only a very low frequency is required in comparison with the known high-frequency ignitions, which additionally reduces the expense. Especially in connection with the requirement for a high voltage, it is very difficult to achieve high frequencies, so that the reduction of the required frequency allows significant savings. For example, the frequency may be in the range of 100 kHz to 2 MHz. The discharge creates plasma that can be thermally both preferentially in equilibrium and not in equilibrium.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt einen Schnitt durch den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit darin angeordneter erfindungsgemäßer Hochfrequenzzündeinrichtung. 1 shows a section through the combustion chamber of an internal combustion engine with therein arranged high-frequency ignition.

In der einzigen 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Hochfrequenzzündeinrichtung zusammen mit einem Teil einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.In the only one 1 schematically a high-frequency ignition device according to the invention is shown together with a part of an internal combustion engine according to the present invention.

Der Einfachheit halber ist nur ein Zylinder der Verbrennungskraftmaschine dargestellt und wurde ebenso auf die Einrichtungen zum Verteilen und zum Steuern der Erzeugung des Zündimpulses verzichtet.For the sake of simplicity, only one cylinder of the internal combustion engine is shown, and the devices for distributing and controlling the generation of the ignition pulse have also been dispensed with.

Der dargestellte Teil der Verbrennungskraftmaschine weist einen Zylinder 4 mit einem darin angeordneten Kolben 5 auf, die zusammen einen Brennraum 9 begrenzen. Der Zylinder 4 weist weiterhin nicht dargestellte Ventile zum Einlass eines Kraftstoff-Luft-Gemisches 3 sowie zum Auslass der nach der Verbrennung entstandenen Abgase auf. Unten an den im Zylinder 4 beweglichen Kolben 5 schliesst sich ein Pleuel und eine nicht dargestellte Kurbelwelle an.The illustrated part of the internal combustion engine has a cylinder 4 with a piston arranged therein 5 on that together a combustion chamber 9 limit. The cylinder 4 also has valves, not shown, for the inlet of a fuel-air mixture 3 and to the outlet of the resulting after combustion exhaust gases. At the bottom of the cylinder 4 movable piston 5 closes a connecting rod and a crankshaft, not shown.

Oben in Zylinder 4 ist eine Elektode 1 angeordnet, wobei zwischen der Elektrode 1 und dem Zylinder 4 ein Isolierkörper 6 vorgesehen ist. Die Elektrode 1 ist über ein Verbindungskabel 8 mit einer Hochfrequenzquelle 7 verbunden. Die Hochfrequenzquelle 7 und die Verbrennungskraftmaschine sind über die Masse des Systems miteinander verbunden. Auf diese Weise kann über die Masseverbindung und das Verbindungskabel 8 ein Stromkreis geschlossen werden. Der Stromkreis kann von Elektrode 1 über jedes beliebige Bauteil der Verbrennungskraftmaschine geschlossen weden, das auf Massepotential liegt. Insbesondere bieten sich dazu Teile des Zylinders 4 oder des Kolbens 5 an.Top in cylinder 4 is an electode 1 arranged, being between the electrode 1 and the cylinder 4 an insulator 6 is provided. The electrode 1 is via a connection cable 8th with a high frequency source 7 connected. The high frequency source 7 and the internal combustion engine are interconnected across the mass of the system. This way you can connect via the ground connection and the connection cable 8th a circuit will be closed. The circuit can be of electrode 1 be closed about any component of the internal combustion engine, which is at ground potential. In particular, to offer parts of the cylinder 4 or the piston 5 at.

Die Elektrode 1 weist eine feine Spitze auf, die eine kugelförmige Oberfläche mit einem Krümmungsradius von 0,5 mm aufweist. Diese Spitze führt zu einer Feldstärkeüberhöhung bei Anlegen des Zündimpulses an die Elektrode 1 und bewirkt auf diese Weise, dass eine Entladung schon bei niedrigen Frequenzen und Spannungen erfolgt. Die Spitze der Elektrode 1 ist nach unten in Richtung auf den Kolben 5 hin gerichtet, so dass sich in diese Richtung eine hohe Feldstärke ergibt. An der Stelle auf dem Kolben 5, auf den die Spitze der Elektrode 1 zeigt, ist eine Gegenelektrode 2 vorgesehen, zu der sich die Entladung von der Elektrode 1 hin erstrecken soll. Die Gegenelektrode 2 ist elektrisch mit dem Kolben 5 verbunden und legt wie dieser auf Massepotential. Die Gegenelektrode 1 kann ebenso eine nicht plane Form besitzen, die zu einem inhomogenen Feld in ihrer Nähe und somit infolge Feldstärkenüberhöhung das Auftreten einer Entladung fördert. Beispielsweise kann die Gegenelektrode 2 eine kleine Erhebung auf dem Kolben 5 sein. Eine nicht plane Form der Gegenelektrode 2 weist weiterhin den Vorteil auf, dass sich die Entladung sicher zwischen der Elektrode 1 und der Gegenelektrode 2 und nicht einem anderen Abschnitt des Kolbens 5 ausbildet.The electrode 1 has a fine tip having a spherical surface with a radius of curvature of 0.5 mm. This peak leads to a field strength increase when the ignition pulse is applied to the electrode 1 and causes in this way that a discharge takes place even at low frequencies and voltages. The tip of the electrode 1 is down towards the piston 5 directed, so that there is a high field strength in this direction. At the point on the piston 5 on top of the electrode 1 shows is a counter electrode 2 provided, to which the discharge from the electrode 1 to extend. The counter electrode 2 is electric with the piston 5 connected and puts as this at ground potential. The counter electrode 1 may also have a non-planar shape, which promotes the occurrence of a discharge to an inhomogeneous field in their vicinity and thus due to field strength increase. For example, the counter electrode 2 a small survey on the piston 5 be. An uneven shape of the counter electrode 2 has the further advantage that the discharge safely between the electrode 1 and the counter electrode 2 and not another section of the piston 5 formed.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, als Gegenelektrode einen Abschnitt des Zylinders oder einen Einlass- bzw. Auslassventil zu verwenden.Another possibility is to use as a counter electrode a portion of the cylinder or an inlet or outlet valve.

Die Hochfrequenzquelle 7 erzeugt zum Beaufschlagen der Elektrode 1 Zündimpulse mit einer Spannung von im Wesentlichen 30000 V und einer Frequenz von im Wesentlichen 400 kHz. Die vorgenannte Spannung entspricht der bei herkömmlichen Zündanlagen verwendeten Spannung und stellt daher im Automobilbereich keine besondere Schwierigkeit dar. Ebenso ist die vorgenannte Frequenz ausreichend niedrig, um die Verwendung von herkömmlichen günstigen Bauteilen zu ermöglichen. Würde der Frequenzbereich beispielsweise im Mikrowellenbereich liegen, so müssten insbesondere bei Berücksichtigung der erforderlichen hohen Spannung bzw. hohen Leistung, falls die Spannung durch nachträgliches Hochtransformieren erzeugt wird, wesentlich teurere schnellschaltende Hochfrequenzbauteile verwendet werden.The high frequency source 7 generated for applying the electrode 1 Ignition pulses having a voltage of substantially 30000 V and a frequency of substantially 400 kHz. The aforementioned voltage corresponds to the voltage used in conventional ignition systems and therefore presents no particular difficulty in the automotive field. Also, the aforementioned frequency is sufficiently low to allow the use of conventional low-cost components. If the frequency range were, for example, in the microwave range, it would be necessary to use significantly more expensive high-frequency fast-switching components, in particular if the required high voltage or high power were taken into consideration, if the voltage is generated by subsequent step-up.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, mit geringem Aufwand eine wesentlich größere Entladung gezielt im Brennraum 9 zu erzeugen und somit die Zündung auch magerer Kraftstoff-Luft-Gemische sicher zu ermöglichen.Due to the solution according to the invention, it is possible, with little effort, a much larger discharge targeted in the combustion chamber 9 to generate and thus to enable the ignition of lean fuel-air mixtures safely.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektrodeelectrode
22: Gegenelektrodecounter electrode
33: Kraftstoff-Luft-GemischFuel-air mixture
44: Zylindercylinder
55: Kolbenpiston
66: Isolatorinsulator
77: ZündsignalquelleZündsignalquelle
88th: ZündsignalkabelZündsignalkabel
99: Brennraumcombustion chamber
1010: Entladungsabschnittdischarge section

Claims

Method for igniting a fuel-air mixture ( 3 ) in an internal combustion engine by means of a at least one at least partially in the interior of a combustion chamber ( 9 ) of the internal combustion engine arranged electrode ( 1 ), wherein the electrode ( 1 ) one within the combustion chamber ( 9 ) arranged tip discharge section ( 10 ) having a shape suitable for generating an inhomogeneous field, in which method the electrode ( 1 ) is applied to a high-frequency ignition signal having a frequency in the megahertz range, characterized in that the voltage and the frequency of the ignition signal in dependence of the shape of the pointed discharge section ( 10 ) of the electrode ( 1 ) is adjusted so that the discharge between the electrode ( 1 ) and one in the combustion chamber ( 9 ) arranged counter electrode ( 2 ) and that the pointed discharge section ( 10 ) of the electrode ( 1 ) has a spherical surface.

A method according to claim 1, characterized in that the frequency of the ignition signal is less than 2 MHz and in particular less than 0.5 MHz.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage of the ignition signal is less than 50000 V and in particular at most equal to 30,000 V.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the discharge generates plasma, which is thermally in equilibrium.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the discharge generates a low-impedance plasma channel.

High-frequency ignition device for use in the method according to one of claims 1 to 5.

High-frequency ignition device according to claim 6, characterized in that the spherical surface of the discharge section ( 10 ) has a radius of at most 1 mm and in particular of at most 0.5 mm.

Internal combustion engine with a combustion chamber ( 9 ) of a cylinder ( 4 ) and a piston ( 5 ) is formed and at least partially in the combustion chamber ( 9 ) arranged electrode ( 1 ) for use in the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the discharge section ( 10 ) of the electrodes ( 1 ) is arranged so that the area of the discharge section ( 10 ), at which when the electrode ( 1 ) with the ignition signal, the highest field strength occurs, substantially to the counter electrode ( 2 ) executed.

Internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the counterelectrode ( 2 ) with the piston ( 5 ) connected is.

Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the counterelectrode ( 2 ) from the piston ( 5 ) is formed.

Internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the counterelectrode ( 2 ) is formed by a valve of the internal combustion engine.