DE102005025518A1 - Vorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches - Google Patents

Vorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches Download PDF

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Abstract

Die Vorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum eines Zylinders eines Verbrennunsmotors weist einen Hochfrequenz-Resonator (1) mit einer koaxialen Wellenleiterstruktur auf, deren Innenleiter (9) auf einem mit dem Außenleiter (11) elektrisch kurzgeschlossenen Ende mit einer Einkoppelstelle (7) für die Einspeisung der elektrischen Hochfrequenzenergie aus einem Hochfrequenz-Generator (2) versehen ist und auf dem anderen elektrisch offenen Ende (8) in den Verbrennungsraum eingreift, wobei ein Mikrowellenplasma an diesem Ende der Wellenleiterstruktur durch ein Spannungspotential in Entzündungsintervallen erzeugbar ist und nach der Erfindung in der Leitung (3) der elektrischen Hochfrequenzenergie zwischen dem Hochfrequenzgenerator (2) und der Einkoppelstelle (7) des Resonators (1) eine Signalauskoppelung (4) für die Ermittlung und zündungsregelungsgerichtete Verarbeitung der Änderungen der Hochfrequenzeigenschaften des Resonators (1) angeordnet ist, die durch die physikalischen Parameter des im Verbrennungsraum an dem elektrisch offenen Ende (8) des inneren Wellenleiters (9) im Entzündungsintervall befindlichen spezifischen Mediums hervorgerufen werden. Mit Vorteil ist die Signalauskoppelung (4) mit einer Schaltung für die Ermittlung mindestens einer der Hochfrequenzeigenschaften des Resonators (1) unter Gütefaktor, Resonanzfrequenz und Eingangsimpedanz verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, die einen Hochfrequenzgenerator und einen von dem Hochfrequenzgenerator mit Hochfrequenzenergie eingespeisten Hochfrequenzresonator mit einer Wellenleiterstruktur nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs aufweist.
  • Neben den Zündvorrichtungen mit einer klassischen Zündkerze und einer Spannungsspule, die einen üblichen Bestandteil von Verbrennungsmotoren darstellen, sind zahlreiche Zündvorrichtungen bekannt, bei den die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs unter Verwendung eines Hochfrequenzresonators vorgenommen wird.
  • Der Hochfrequenzresonator weist eine koaxiale Wellenleiterstruktur mit einem äußeren Wellenleiter und einem gegen ihn isolierten, koaxial angeordneten inneren Wellenleiter auf. Auf einem Ende ist der innere Wellenleiter mit dem äußeren Wellenleiter elektrisch kurzgeschlossen. Der Kurzschluss zwischen dem inneren und äußeren Wellenleiter wird in der Regel durch eine galvanische Verbindung realisiert, sind jedoch auch andere mechanischen Strukturen, z.B. ein Kondensator vorstellbar, die jedoch alle einen elektrischen hochfrequenztechnischen Kurzschluss bilden müssen. Auf dem anderen elektrisch offenen Ende greift der innere Leiter in den Verbrennungsraum ein.
  • Dem Hochfrequenzresonator wird die Hochfrequenzenergie aus einem Hochfrequenzgenerator zugeführt. Für die Einspeisung der elektrischen Hochfrequenzenergie aus dem Hochfrequenzgenerator ist der innere Wellenleiter mit einer Einkoppelstelle versehen. Die Lage der Einkoppelstelle zwischen dem kurzgeschlossenen und elektrisch offenen Ende des inneren Leiters beeinflusst die Eingangsimpedanz des Resonators. Die Einkoppelstelle kann mit einer besonderen geometrischen Form des inneren Leiters und/oder der Wand des äußeren Koaxialleiters versehen werden. Durch die optimale Lage der Einkoppelstelle und durch eine geeignete Formgebung des inneren Wellenleiters kann ein günstigste Eingangsimpedanz geschaffen werden. Die Lage der Einkoppelstelle und die körperliche Ausführung ermöglichen es, einen guten Anschluss des zuführenden Koaxialleiters an den inneren Wellenleiter des Resonators hinsichtlich der Impedanzanpassung zu erreichen. Durch eine geeignete niedrigohmige Impedanzanpassung der Speiseleitung in den Raum des Resonators kann eine optimale Zuführung der Energie in den Resonator erzielt werden.
  • Auf dem elektrisch offenen Ende der Wellenleiterstruktur wird zwischen dem inneren Leiter und dem äußeren Leiter ein Spannungspotential erzeugt, der zwischen den in den Verbrennungsraum eingreifenden offenen Enden des inneren und äußeren Wellenleiters ein Plasma hervorruft. Gegenüber der klassischen Kerze werden größere elektrische Feldstärken und eine freistehende gleitende Form der Oberflächenentladung zwischen an den offenen Enden der Wellenleiterstruktur des Resonators erreicht. Das freistehende symmetrische Plasma ist nicht wie bei einer konventionellen Zündkerze durch einen Massebügel abgeschattet und ist somit sehr gut in der Lage das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Verbrennungsraum zu zünden. Dieser Vorteil des freistehenden Plasmas ist insbesondere bei modernen Verbrennungsverfahren wie der strahlgeführten Benzin-Direkteinspritzung von Bedeutung, bei der das Kraftstoff-Luft-Gemisch sehr inhomogen und damit mit einer konventionellen Zündkerze nur schwer zu entflammen ist. Das freistehende Plasma ist ein spezifisches Medium, dessen Form durch den Druck, die Temperatur und weitere physikalischen Eigenschaften des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum beeinflusst wird.
  • Das zwischen den offenen Enden der Welleleiterstruktur des Resonators gebildete Plasma ruft das Entflammen des Gemisches hervor. Nach Beendigung des Plasmas tritt die Phase des Durchbrennens des Kraftstoff-Luft-Gemisches ein, und in dem Raum in der Nähe der offenen Enden der Wellenleiterstruktur entsteht und befindet sich ein spezifisches Medi um, das seine Leitfähigkeit in Abhängigkeit davon ändert, wie sich die Konzentration freier Ionen oder sonstiger Ladungsträger ändern. Nach Erlöschen des Plasmas erneuert sich die elektrische Festigkeit und verringert sich die Ionisierung des spezifischen Mediums im Raum zwischen den offenen Enden der Wellenleiterstruktur des Resonators, aber nicht ideal, weil die Reste des expandierten nachbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemisches sich in diesem Raum zwischen den offenen Enden der Welleleiterstruktur befinden. Die momentane Leitfähigkeit des im Raum zwischen den Elektroden befindlichen spezifischen Mediums ist durch seine physikalischen Eigenschaften, insbesondere durch den Druck und die Temperatur beeinflusst. Die Restleitfähigkeit des Mediums zwischen den offenen Enden der Wellenleiterstruktur kann ein Maß des Vollständigkeitsgrades der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches sein und die offenen Enden der Wellenleiterstruktur lassen sich in der Periode zwischen dem Erlöschen des Plasmas und der Beendigung des Durchbrennens des Kraftstoff-Luft-Gemisches als Messfühler der Restleitfähigkeit, als Messelektroden benutzen.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 19852652 A1 ist eine Zündvorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor mit einem Hochfrequenzgenerator von Hochfrequenz-Spannungssignalen und einem Resonator bekannt, bei dem der innere und der äußere Wellenleiter auf einem Ende über einen Kondensator kurzgeschlossen sind und auf dem anderen dem elektrisch offenen Ende in den Verbrennungsraum eingreifen. Zwischen dem elektrisch offenen Ende des inneren und des äußeren Wellenleiters springt ein Zündfunke, der zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum dient. Am kurzgeschlossenen Ende des inneren Wellenleiters wird nach Beendigung der Entladung am Kondensator eine Hilfsspannung von einigen Hundert Volt angelegt und der durch die als Messelektroden dienenden freien Ende der inneren und äußeren Wellenleiter fließende Strom wird abgeleitet. Es kann so festgestellt werden, ob es zum Entflammen des Gemisches mit entsprechender Ionisierung gekommen ist und ob die Verbrennung des Gemisches normal verlaufen ist. Der durchfließende Ionenstrom ist der Maßstab für das stattgefundene Entflammen. Die Komponente des über der angelegten Gleichspannung gelagerten Wechselstroms ist der Maß der Restleitfähigkeit im Bereich zwischen den Messelektroden. Die Gewinnung von Messsignalen und die Beobachtung der physikalischen Parameter im Raum zwischen den Messelektroden ist jedoch nur zwischen den Zündzyklen möglich. Im Sockelteil des Resonators der beschriebenen Art zwischen dem äußeren und inneren Wellenleiter angeordneten Kondensator kann ein Strom zum Zwecke der Diagnostik während des Zündfunkens abgegriffen werden. Falls der Strom durch einen Stromwandler fließt, können dabei die Änderungen des Stroms ausgewertet werden. Diagnostische Informationen werden zwar im Laufe des Stattfindens der Entladung gewonnen, es würde jedoch nur der Entladungsstrom ausgewertet. Ergebnis der Auswertung sind die Größen des Spannungsabfalls am Bogen, von denen höchstens Informationen über die Zersetzung der Elektroden des Resonators abgeleitet werden kann. Es ist möglich, die Eigenschaften des brennenden Bogens zu verfolgen, nicht aber die Eigenschaften des spezifischen Mediums, das sich im Raum zwischen den Elektroden des Resonators während des Zündfunkens befindet.
  • Aus den Schriften DE 10239409 B4 und DE 10239414 B4 sind gattungsähnliche Vorrichtungen zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Verbrennungsraum mittels einer hochfrequenten elektrischen Energie bekannt, die an einer vorgegebenen Einkoppelstelle am einen Ende des Innenleiters der koaxialen Wellenleiterstruktur einspeisbar ist. Das andere Ende des Innenleiters ragt in den jeweiligen Brennraum eines Zylinders des Verbrennungsmotors hinein, wobei an diesem Ende durch eine Überhöhung der elektrischen Feldstärke eine freistehende Plasmawolke erzeugbar ist. Es wird angenommen, bevorzugt im Oszillator, eventuell auch an sonstigen Bereichen des koaxialen Wellenleiters, ein elektrisches, von den physikalischen Größen des freistehenden Plasma im Luft-Kraftstoff-Gemisch abhängiges Mess- oder Steuersignal auszukoppeln. Damit soll eine Einstellbarkeit der Flammgröße ermöglicht werden, womit ein vergrößertes Zündvolumen im Vergleich zur herkömmlichen Zündkerze und eine gute Einleitung der Flammfront in den Brennraum erreichbar sein sollte. Das ausgekoppelte elektrische Signal soll in einer Auswerteschaltung weiter verarbeitet werden und eine Diagnose der Anordnung, eine Regelung der hochfrequenten Energiequelle und/oder eine Steuerung vorgegebener Betriebsfunktionen bewirkt werden. Weder die Auskopplung noch die Auswerteschaltung sind jedoch erläutert worden.
  • Aus der DE 10243271 A1 ist eine weitere gattungsähnliche Vorrichtung zum Zünden bekannt, die eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung und/oder Verstärkung der einzukoppelnden hochfrequenten Energie mit einem Rückkoppelnetzwerk einschließt. Mit diesem Rückkoppelnetzwerk ist eine Leistungsanpassung der Schaltungsanordnung an eine veränderliche Lastimpedanz, die durch die physikalischen Verhältnisse am anderen Ende des Innenleiters gebildet sind, durchführbar. Das Rückkoppelnetzwerk ist in vorteilhafter Weise als ein Vierpolnetzwerk ausgeführt, dessen Eingangimpedanz durch die aus den physikalischen Verhältnissen am elektrisch offenen Ende des Innenleiters gebildeten Rückkoppelsignale beeinflusst ist und dessen Ausgangsimpedanz aus der mit der Transmissionsverstärkung gewichteten Eingangsimpedanz gebildet ist. Ebenso wie in den Schriften DE 10239409 B4 und DE 10239414 B4 wird es in der DE 10243271 A1 angenommen, bevorzugt im Oszillator, eventuell auch an sonstigen Bereichen des koaxialen Wellenleiters, ein elektrisches, von den physikalischen Größen des freistehenden Plasma im Luft-Kraftstoff-Gemisch abhängiges Mess- oder Steuersignal auszukoppeln. Weder die Auskopplung noch die Auswerteschaltung sind jedoch erläutert worden.
  • Aus der DE 10243272 B4 ist eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Verbrennungsmotor bekannt. Am Brennraumfernen Ende ist eine gleich- oder niederfrequente Energie galvanisch zwischen der Innenelektrode und dem leitenden Gehäuse der Vorrichtung einkoppelbar. Durch geeignete erfindungsgemäße konstruktive Maßnahmen kann die Leistung, die zum Erzeugen einer bestimmten Feldstärke notwendig ist, minimiert werden. An der Spitze der Zündvorrichtung kann somit durch die vorgeschlagene Konstruktion eine Gleich- oder niederfrequente Spannung zeitversetzt erzeugt oder gleichzeitig der hochfrequenten Energie überlagert werden. Die Wellenleiterstruktur besteht also aus zwei abgetrennten Systemen, die einerseits mit einer hochfrequenten Energie und andererseits mit einer gleich- oder niederfrequenten Spannung beaufschlagbar sind. Die Beaufschlagung mit der gleich- oder niederfrequenten Spannung kann jedoch nicht für die Diagnosefunktion benutzt werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist die Nachteile der gattungsgemäßen Zündeinrichtungen gemäß dem Stand der Technik zu beseitigen und eine Vorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors mit einem Hochfrequenzgenerator und einem Hochfrequenzresonator zu schaffen, die in der Lage ist, geeignete Mess- und Steuersignale zu gewinnen, die sich auf die physikalischen Größen des spezifischen Mediums in dem freistehenden Plasma während der Periode der Dauer des freistehenden Plasmas, insbesondere während der Ausbreitung des Flammenkerns und der Entladung des freistehenden Plasmas beziehen. Im weiteren ist das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum Zünden der genannten Art zu schaffen, die auch für Messen, Auswerten und Steuern der die physikalischen Größen, die im Verbrennungsraum zwischen den Perioden der Entladung des freistehenden Plasmas geeignet ist. Zuletzt ist das Ziel der Erfindung, eine einfache und geeignete Anordnung der Zündeinrichtung nach der Erfindung zu schaffen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Vorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfüllt, die nach der Erfindung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Einkoppelstelle des Resonators eine Signalauskoppelung für die Ermittlung der Änderungen der Hochfrequenzeigenschaften des Resonators aufweist, die durch die physikalischen Parameter des im Verbrennungsraum an dem elektrisch offenen Ende des inneren Wellenleiters im Entzündungsintervall befindlichen spezifischen Mediums hervorgerufen werden.
  • Mit Vorteil kann die Signalauskoppelung mit einer Schaltung für die Ermittlung mindestens einer der Hochfrequenzeigenschaften des Resonators unter Gütefaktor und Resonanzfrequenz und Eingangsimpedanz verbunden sein.
  • Mit Vorteil kann die Schaltung für die Ermittlung der Eingangsimpedanz einen Messkreis für die Ermittlung des Verhältnisses der Eingangsimpedanz des Resonators und der Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzgenerators einschließen.
  • Mit Vorteil kann die Schaltung für die Ermittlung der Eingangsimpedanz einen Messkreis für die Ermittlung des Verhältnisses der während des brennenden Mikrowellenplasmas in die Einkoppelstelle vorlaufenden und der aus der Einkoppelungsstelle rücklaufenden Leistung einschließen.
  • Mit Vorteil kann die Signalauskoppelung mit einer Schaltung verbunden sein, die einen ersten Teil für die Auswertung und Verarbeitung des Messsignals in dem Entzündungsintervall und einen zweiten Teil für die Auswertung und Verarbeitung des Messsignals in der Zeitperiode zwischen den Entzündungsintervallen einschließt. Unter Entzündungsintervall wird dabei die Zeitperiode zwischen der Entflammung und der Löschung des Mikrowellenplasmas verstanden, i. e. die Zeitperiode, in der die Hochfrequenzenergie in der Leitung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Einkoppelungsstelle des Hochfrequenzresonators übertragen wird.
  • Mit Vorteil kann die Signalauskoppelung eine Schaltung für die Aufbereitung und Zuführung eines Gleich- oder Niederfrequenz- Spannungssignals in die Leitung während der Zeitperiode zwischen den Entzündungsintervallen einschließen.
  • Mit Vorteil kann die Signalauskoppelung mit dem Hochfrequenzgenerator einen vom Resonator abgetrennten Bauteil bilden.
  • Die Vorrichtung zum Zünden nach der Erfindung beruht auf der Feststellung, dass die Änderungen der physikalischen Eigenschaften des auf dem in den Verbrennungsraum eingreifenden elektrisch offenen Ende des Innenleiters befindlichen spezifischen Medium des Mikrowellenplasmas die Änderungen der Hochfrequenzeigenschaften des Resonators hervorrufen, die während der Dauer der Mikrowellenplasma-Entladung mittels einer Signalauskoppelung der Hochfrequenzenergie aus der Hochfrequenzleitung zwischen dem Ausgang aus dem Hochfrequenzgenerator und der Einkoppelungsstelle des Resonators ermittelt und für die Regelung der Zündung verarbeitet werden können.
  • Der Resonator wird durch die Hochfrequenzeigenschaften Gütefaktor, Resonanzfrequenz und Eingangsimpedanz des Resonators charakterisiert, die gemessen werden können oder die auf der Basis der Messungen festgestellt werden können. Die Hochfrequenzeigenschaften wirken sich nicht selbständig aus, sondern sind miteinander verbunden.
  • Der Gütefaktor ist eine Hochfrequenzeigenschaft des Resonators, die von der Ausführung des Resonators abhängt, insbesondere davon, in welcher Qualität die Oberfläche des Resonators ist, wie gut sie poliert ist und wie seine Oberflächenwiderstände sind. Der Gütefaktor wird auch vom Bereich des Verbrennungsraums, in dem sich das offene Ende des inneren Leiters der Wellenstruktur des Resonators befindet, beeinflusst und hängt insbesondere vom Druck und der Dichte dieses Bereichs ab. Bei niedrigem Druck und niedriger Dichte des Bereichs ist die Qualität des Resonators höher. Am höchsten ist sie im Bereich eines Vakuums. Mit der Erhöhung des Drucks und der Dichte des Bereichs verringert sich die Qualität des Resonators. Wenn es im Bereich des offenen Endes der Wellenstruktur zum Entzünden einer Plasmaflamme kommt oder wenn im gegebenen Bereich ein komprimiertes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder ein durchbrennendes Gasgemisch auftritt, sinkt der Gütefaktor.
  • Die Resonanzfrequenz ist eine Hochfrequenzeigenschaft des Resonators, die von den geometrischen Abmessungen des Resonators und auch vom Gütefaktor beeinflusst wird. Sie hängt demnach auch vom Bereich des Verbrennungsraums ab, in dem sich das offene Ende des inneren Leiters der Wellenstruktur des Resonators befindet. Im Bereich eines Vakuums würde die Welle im Resonator mit einer Frequenz nahe der Eigenfrequenz des Resonators schwingen. Sobald der gegebene Bereich einen höheren Druck und eine höhere Dichte hat, sinkt die Resonanzfrequenz. Aus der Änderung der Resonanzfrequenz kann also auf eine Änderung der physikalischen Verhältnisse im Verbrennungsraum geschlossen werden. Die Rezonanzfrequenz kann durch Messen des Stromes, der in den Resonator einfließt, bestimmt werden, wobei der Resonator im Moment der Resonanz für seine Erregung ein Minimum an Strom benötigt.
  • Die Änderungen der Resonanzfrequenz können durch eine Frequenz-Umstimmung des Hochfrequenzgenerators und durch das Messen der Frequenz für die niedrigste Impedanz festgestellt werden. Die Resonanzfrequenz kann dadurch festgestellt werden, dass die Schaltung in eine Resonanz eingestellt wird, danach wird der Hochfrequenzgenerator auf eine andere Frequenz eingestellt und Spannungsabfall in Abhängigkeit auf der Frequenz gemessen. Ein Teil der Frequenzcharakteristik wird gemessen und nachfolgend das Gütefaktor errechnet.
  • Der Resonator wird des Weiteren durch die Frequenzabhängigkeit der Impedanz am offenen Ende der Struktur der Wellenleiter charakterisiert. Die Frequenzabhängigkeit der Impedanz des Resonators wird durch die Resonanzkurve ausgedrückt. Die Form der Resonanzkurve hängt ebenfalls mit dem Gütefaktor zusammen. Die Resonanzkurve kann eine unterschiedliche Breite haben. Breiter ist sie im Falle eines niedrigen Gütefaktors und schmaler im Falle eines hohen Gütefaktors. Je höher der Gütefaktor ist, desto schmaler ist die Resonanzkurve und desto deutlicher ist die Resonanzfrequenz ausgeprägt. Bei niedrigerem Druck und niedrigerer Dichte des Bereichs an dem elektrisch offenen Ende der Wellenleiterstruktur ist die Qualität des Resonators höher, hat der Resonator eine schmalere Frequenzcharakteristik, ist stärker selektiv und hat am offenen Ende der Wellenleiterstruktur eine hohe Impedanz. Bei höherem Druck und höherer Dichte des Bereichs an dem offenen Ende der Wellenleiterstruktur wird der Resonator gedrosselt, hat einen niedrigen Gütefaktor, und die Resonanzkurve nähert sich einer abgeflachten Gaußschen Glockenkurve. Die Rezonanzfrequenz ist nicht scharf ausgeprägt.
  • Durch das Messen der Breite der Resonanzkurve für einen bestimmten Spannungsabfall können die Änderungen des Gütefaktors gemessen werden. Die Änderungen des Gütefaktors können nicht direkt gemessen werden, sondern sie können durch eine Umstimmung des Hochfrequenzgenerators zwischen zwei verschiedenen Frequenzen, durch die Feststellung der Zonenbreite des Resonators und durch die Errechnung festgestellt werden.
  • Änderungen der physikalischen Eigenschaften eines spezifischen Mediums, das sich am elektrisch offenen Ende der Wellenstruktur befindet, bewirken Veränderungen der Impedanz an dem elektrisch offenen Ende des inneren Wellenleiters des Resonators. Im Resonator werden die Impedanzänderungen am elektrisch offenen Ende des inneren Wellenleiters entsprechend der gegenseitigen Lage der Einkoppelstelle des Resonators und der Auskoppelungsstelle transformiert, und die Änderungen der Eingangsimpedanz werden verhältnismäßig geringer sein. Die Änderung der Größe der Eingangsimpedanz macht sich z.B. dadurch bemerkbar, dass sich das Verhältnis der Eingangsimpedanz des Resonators zur Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzgenerators ändert, das als Faktor der Nichtanpassung des Resonators an den Hochfrequenzgenerator bezeichnet wird.
  • Die Änderungen des Faktors der Nichtanpassung des Resonators an den Hochfrequenzgenerator beeinflussen den Gütefaktor. Dementsprechend kann der Gütefaktor auf Basis von Messen der Nichtanpassung bestimmt werden.
  • Das Maß der Nichtanpassung lässt sich so messen, dass an die Hochfrequenzleitung zwischen dem Anschluss des Resonators und dem Anschluss des Hochfrequenzgenerators ein Abzweigkreis mit einem speziellen Kopplungstransformator angeschlossen wird, der es ermöglicht, die Spannung oder Leistung zu messen, die in den Resonator einfließt und die reflektiert wird. Das ist ein sog. Messer des Stehwellenfaktors, es dient zur Feststellung der Information über die Änderung der Impedanzverhältnisse im Resonator. Der Abzweigkreis arbeitet so, dass er die aufgenommene Energie zuerst gleichrichtet und die Hochfrequenzbestandteile herausfiltert.
  • Die Änderungen der Frequenzeigenschaften des Resonators können jedoch nur gemessen werden, wenn durch die Hochfrequenzleitung ein Strom fließt, wenn die Entladung andauern wird. In der Zeit zwischen den Entladungen wird kein Strom durchfließen, und es wird nichts zu messen geben. In der Zeitperiode, wenn keine Hochfrequenzenergie in den Resonator fließt und keine Entladung stattfindet, erfolgen keine elektrischen Vorgänge im Resonator. Nach der Anlegung eines Gleichspannungs- oder Niederfrequenzmesssignals verhält sich der Resonator als eine Kapazität, deren Größe von den physikalischen Eigenschaften des spezifischen Mediums in dem Verbrennungsraum des Zylinders abhängig ist.
  • Deshalb ist die Signalauskopplung vorteilhaft mit einer Schaltung verbunden für die Zuführung eines gleichgerichteten oder Niederfrequenz-Spannungssignals in die Leitung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Hochfrequenzresonator. Die Zuführung des gleichgerichteten oder Niederfrequenz-Spannungssignals erfolgt im Verlauf der Periode zwischen den Entzündungsintervallen, i. e. zwischen der Abschaltung und der Wiedereinschaltung der Einspeisung des Hochfrequenzsignals in die Leitung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Hochfrequenzresonator.
  • Der Abzweigkreis kann vorteilhaft mit dem ersten Teil für die Verarbeitung und Auswertung des Messsignals in der Periode, wenn in der Leitung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Einkoppelstelle ein Hochfrequenzstrom durchfließt, und mit dem zweiten Teil für die Verarbeitung und Auswertung des Messsignals in der Periode zwischen dem Abschalten und nachfolgenden Anschluss der Hochfrequenzspannung kombiniert werden.
  • Zeichnungen
  • Eine beispielsweise Vorrichtung für das Zünden gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, in der die 1 den Schaltplan der Zündvorrichtung und die 2 eine vorteilhafte Anordnung der Zündvorrichtung gemäß der Erfindung zeigen.
  • Gemäß 1 weist der Resonator 1 eine Wellenleiterstruktur mit einem inneren Leiter 9 auf, an dessen elektrisch kurzgeschlossenem Ende 10 eine Einkoppelstelle 7 angeordnet ist und dessen elektrisch offenes Ende 8 in den nicht dargestellten Verbrennungsraum hineinragt. In der Leitung 3 zwischen dem Resonator 1 und dem Hochfrequenzgenerator 2 ist eine Signalauskopplung 4 angeordnet, durch die an die Leitung 3 über eine Impedanz 6 eine Schaltung 5 für die Aufbereitung und Auswertung des Signals angeschlossen ist. Die Signalauskopplung 4 wird mit einem Anschluss zur Ermittlung mindestens einer der Hochfrequenzeigenschaften des Resonators, des Gütefaktors, der Resonanzfrequenz und der Eingangsimpedanz, verbunden. Die Signalauskopplung 4 kann mit Vorteil mit einer Schaltung für die Ermittlung des Verhältnisses zwischen der während des Brennens des Mikrowellenplasmas zur Einkopplungsstelle 7 vorlaufenden Leistung und ab der Einkopplungsstelle 7 rücklaufend Leistung verbunden.
  • Die Signalauskopplung 4 kann mit Vorteil mit einer Schaltung für die Zuführung eines gleichgerichteten oder Niederfrequenz-Spannungssignals in die Leitung 3 verbunden, wobei die Zuführung des Spannungssignals zwischen den Entzündungsintervallen erfolgt. Die Schaltung 5 für die Aufbereitung und Auswertung des Signals kann einen ersten Teil für die Auswertung und Verarbeitung des Messsignals in der Periode des Durchfließens eines Hochfrequenzstroms durch die Leitung 3 zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Einkoppelstelle und einen zweiten Teil für die Auswertung und Verarbeitung des Messsignals in der Periode zwischen der Abschaltung und dem nachfolgenden Anschluss einer Hochfrequenzspannung an die Leitung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Einkoppelstelle enthalten.
  • Gemäß der 2 bildet die Signalauskopplung 4 mit dem Hochfrequenzgenerator 2 eine vom Resonator 1 getrennte Baugruppe.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, die einen Hochfrequenz-Resonator (1) mit einer Wellenleiterstruktur (9, 11) aufweist, deren erstes Ende mit einer Einkoppelstelle (7) für die Einspeisung der elektrischen Hochfrequenzenergie aus einem Hochfrequenz-Generator (2) versehen ist und mit dem anderen elektrisch offenen Ende in den Verbrennungsraum eingreift, wobei ein Mikrowellenplasma an diesem Ende der Wellenleiterstruktur durch ein Spannungspotential in Entzündungsintervallen erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hochfrequenzgenerator (2) und der Einkoppelstelle (7) des Resonators (1) eine Signalauskoppelung (4) für die Ermittlung von Änderungen der Eigenschaften des Hochfrequenz-Resonators (1) angeordnet ist, die durch die physikalischen Parameter des im Verbrennungsraum an dem elektrisch offenen Ende (8) der Wellenleiterstruktur (9, 11) im Entzündungsintervall befindlichen spezifischen Mediums hervorgerufen werden.
  2. Vorrichtung zum Zünden nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauskoppelung (4) mit einer Schaltung für die Ermittlung mindestens einer der Eigenschaften des Hochfrequenz-Resonators (1) wie Gütefaktor, Resonanzfrequenz und Eingangsimpedanz verbunden ist.
  3. Vorrichtung zum Zünden nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung für die Ermittlung der Eingangsimpedanz einen Messkreis für die Ermittlung des Verhältnisses der Eingangsimpedanz des Hochfrequenz-Resonators (1) und der Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzgenerators (2) einschließt.
  4. Vorrichtung zum Zünden nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung für die Ermittlung der Eingangsimpedanz einen Messkreis für die Ermittlung des Verhältnisses der während des brennenden Mikrowellenplasmas in die Einkoppelstelle (7) vorlaufenden und der aus der Einkoppelungsstelle (7) rücklaufenden Leistung einschließt.
  5. Vorrichtung zum Zünden nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauskoppelung (4) mit einer Schaltung verbunden ist, die einen ersten Teil für die Auswertung und Verarbeitung des Messsignals in dem Entzündungsintervall und einen zweiten Teil für die Auswertung und Verarbeitung des Messsignals in der Zeitperiode zwischen den Entzündungsintervallen aufweist.
  6. Vorrichtung zum Zünden nach dem Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauskoppelung (4) eine Schaltung für die Aufbereitung und Zuführung eines Gleich- oder Niederfrequenz- Spannungssignals in die Leitung (3) während der Zeitperiode zwischen den Entzündungsintervallen einschließt.
  7. Vorrichtung zum Zünden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauskoppelung (4) mit dem Hochfrequenzgenerator (2) einen vom Resonator (1) abgetrennten Bauteil bildet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102008035241B4 (de) * 2008-07-29 2012-11-29 Continental Automotive Gmbh Brennkraftmaschine und Verfahren zum Zünden eines Brenngemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine

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DE102008035241B4 (de) * 2008-07-29 2012-11-29 Continental Automotive Gmbh Brennkraftmaschine und Verfahren zum Zünden eines Brenngemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine

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