DE102006037038B4 - High frequency ignition device for high frequency plasma ignition - Google Patents
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Abstract
Hochfrequenz-Zündvorrichtung für eine Hochfrequenz-Plasmazündung, mit einer Primärelektrode (1) und mehreren Sekundärelektroden (2), wobei die Sekundärelektroden (2) untereinander und gegenüber einer Sammelelektrode (5) elektrisch isoliert sind und mit der Sammelelektrode (5) jeweils kapazitiv über eine Kapazität (C) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz der Kapazität (C) im Bereich einer Anregungsfrequenz des Plasmas (6) groß ist gegenüber der Impedanz des sich beim Überschlag bildenden Plasmas (6).High-frequency ignition device for a high-frequency plasma ignition, comprising a primary electrode (1) and a plurality of secondary electrodes (2), wherein the secondary electrodes (2) are electrically insulated from one another and from a collecting electrode (5) and capacitively connected to the collecting electrode (5) Capacitance (C) are connected, characterized in that the impedance of the capacitance (C) in the region of an excitation frequency of the plasma (6) is large compared to the impedance of the forming during the flashover plasma (6).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Zündvorrichtung für eine Hochfrequenz-Plasmazündung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The present invention relates to a high-frequency ignition device for one High-frequency plasma ignition with the features of the preamble of claim 1.
Zur Entflammung von reaktionsträgen Brennstoff-Luft-Gemischen in Verbrennungsmotoren, insbesondere von mageren oder extrem fetten Gemische sowie Gemischen mit hohem Abgasanteil oder bei Brennstoffen, die einen hohen Flammpunkt (wie z. B. komprimiertes Erdgas CNG) aufweisen, muss eine sehr hohe Energie in das Gasgemisch eingebracht werden und/oder ein größeres Gemischvolumen entflammt werden, als dies z. B. bei stöchiometrischen Benzin-Luft-Mischungen notwendig ist.to Ignition of inert fuel-air mixtures in internal combustion engines, in particular of lean or extremely rich mixtures as well as mixtures with a high proportion of exhaust gas or fuels that a high flash point (such as CNG compressed natural gas) must have a very high energy is introduced into the gas mixture and / or a larger mixture volume are inflamed when this z. As in stoichiometric gasoline-air mixtures necessary is.
Eine
bekannte Zündmöglichkeit,
die diese Merkmale bietet, ist die Hochfrequenzplasmazündung, wie
sie beispielsweise in der
Bei konventionell betriebenen Zündsystemen konnte durch Kombination von Materialien mit hohem Schmelzpunkt und Materialien guter Wärmeleitfähigkeit die Standzeit der Zündkerzenelektroden auf Werte von mehr als 1000 Betriebsstunden verbessert werden. Bei der Hochfrequenzplasmazündung in der nach dem Stand der Technik bekannten Form liegen die mit diesen Materialien erreichten Standzeiten jedoch weit darunter, so dass eine Optimierung von Elektrodenmaterialien keine ausreichende Erhöhung der Standzeiten verspricht.at Conventionally operated ignition systems could by combining high melting point materials and materials with good thermal conductivity the life of the spark plug electrodes Values of more than 1000 operating hours can be improved. In the RF plasma ignition in the form known in the prior art are those with However, these materials reached a long service life, so that optimization of electrode materials is not sufficient increase the lifetime promises.
Ein Hauptgrund für den Zündkerzenelektrodenverschleiß ist der Materialabtrag durch eine thermische Überlastung des Elektrodenmaterials am Fußpunkt des Plasmaüberschlags.One Main reason for the spark plug electrode wear is the Material removal by a thermal overload of the electrode material at the bottom of the plasma flashover.
Eine
bekannte Möglichkeit
die punktuelle Belastung der Elektroden zu verringern, ist die Aufteilung
des Plasmaüberschlags
in zwei oder mehrere Plasmaüberschläge. Mit
der Aufteilung des Plasmaüberschlags
in mehrere Kanäle
sinken die Energien in den einzelnen Plasmaüberschlägen und damit die thermische
Belastung der einzelnen Fußpunkte.
Eine solche Aufteilung eines Zündfunkens
auf mehrere Masseelektroden ist für herkömmliche Zündkerzen z. B. aus der
Weiterhin
sind aus der
In
der
Dabei ist für die Hilfsfunkenstrecke eine niedrigere Spannung notwendig als für eine normale Funkenstrecke. Eine Plasmazündung wird in dieser Druckschrift nicht offenbart.there is for the auxiliary spark gap requires a lower voltage than for a normal one Radio link. A plasma ignition is not disclosed in this document.
Nachteilig an solchen nach dem Stand der Technik bekannten Zündkerzen ist, dass ein Plasmaüberschlag sich nur schlecht und ungleichmäßig auf mehrere Plasmaüberschläge aufteilt. Ein Plasma kann in erster Linie als stark nichtlinearer Widerstand beschrieben werden. Daher bildet sich in der Regel nur ein leitender Kanal, da in einem gezündeten Plasmaüberschlag ein niedrigerer Widerstand vorliegt als in der entsprechenden Luftstrecke.adversely in such known in the art spark plugs is that a plasma flashover Only bad and uneven on several Plasma arcing divides. A plasma can be described primarily as a highly nonlinear resistor become. Therefore, usually only one conductive channel is formed, there in an ignited Plasma rollover a lower resistance than in the corresponding air gap.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündvorrichtung für eine Hochfrequenz-Plasmazündung anzugeben, bei der die Elektrodenbelastung deutlich reduziert ist.It is therefore an object of the present invention, an ignition device for one High-frequency plasma ignition indicate that the electrode load is significantly reduced.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is by an igniter solved with the features of claim 1. Advantageous developments are in the subclaims specified.
Vorteilhaft wird bei einer erfindungsgemäßen Zündkerze durch die kapazitive Koppelung über die Kapazität C ein Stromteiler mit komplexen Widerständen für den hochfrequenten Anregegungswechselstrom der Hochfrequenzplasmazündung gebildet und im Unterschied zu einem rein ohmschen Stromteiler teilen sich die Ströme proportional zu den komplexen Widerständen auf die mehreren Sekundärelektroden auf. Sobald sich ein Plasmaüberschlag bildet, entsteht nicht bereits durch diesen ein Stromweg mit sehr niedrigem Widerstand gegenüber den anderen Möglichkeiten.Advantageously, in a spark plug according to the invention by the capacitive coupling via the capacitance C, a current divider with complex resistors for the high-frequency Anregegungswechselstrom the high-frequency plasma ignition formed and unlike a purely resistive current divider, the currents are proportional to the complex resistors on the multiple secondary electrodes. As soon as a plasma flashover forms, it does not already create a current path through it with very low resistance to the other options.
In günstiger Ausführungsform ist die Impedanz der Kapazität C im Frequenzbereich des Plasmas groß gegenüber der Impedanz des sich beim Überschlag bildenden Plasmas.In better embodiment is the impedance of the capacitance C in the frequency range of the plasma large compared to the impedance of the flashover forming plasma.
Durch richtig dimensionierte Kapazitäten C, mit denen die Sekundärelektroden an die Sammelelektrode gekoppelt sind, ist es möglich, die Impedanz der Kapazität C im Bereich der Anregungsfrequenz hoch gegenüber der Impedanz des Plasmaüberschlags zu halten. Die Impedanz der Kapazität C ist dann dominant gegenüber der des gezündeten Plasmas und somit wird die Impedanz des Systems, Plasmakanal und Kapazität C zur Koppelung, linearisiert und bildet einen komplexen Stromteiler, der auf einfache und zuverlässige Weise zu mehreren Plasmaüberschlägen führt.By properly sized capacities C, with which the secondary electrodes coupled to the collecting electrode, it is possible to increase the impedance of the capacitance C in the region high opposite the excitation frequency the impedance of the plasma flashover to keep. The impedance of the capacitance C is then dominant over the of the ignited Plasmas and thus will be the impedance of the system, plasma channel and capacity C for coupling, linearized and forms a complex flow divider, the easy and reliable Way leads to multiple plasma flashovers.
In vorteilhafter Ausführung ist die Primärelektrode im Zentrum, d. h. in der Symmetrieachse der Zündvorrichtung angeordnet.In advantageous embodiment is the primary electrode in the center, d. H. arranged in the symmetry axis of the ignition device.
Die zentrale Anordnung ermöglicht von der Mitte ausgehend mehrere Überschlagsstrecken zum Rand der Zündvorrichtung hin.The central arrangement allows starting from the middle of several rollover routes to the edge of the ignition device out.
In günstiger Ausführungsform können die mehreren Sekundärelektroden durch Schlitze getrennte Segmente eines um die Mittelelektrode angeordneten Sekundärelektrodenzylinders sein, die jeweils eine Kapazität C mit einem weiteren den Sekundärelektrodenzylinder umgebenden Sammelelektrodenzylinder als Sammelelektrode bilden.In better embodiment can the multiple secondary electrodes segments separated by slots arranged around the center electrode Secondary electrode cylinder be, each having a capacity C with another the secondary electrode cylinder form surrounding collecting electrode cylinder as collecting electrode.
Die Segmentierung der Sekundärelektrode in zwei oder mehrere Teile, von denen jeder mit der Sammelelektrode durch eine Kapazität C gekoppelt ist, ermöglicht einen einfachen Aufbau, da die einander gegenüberliegenden Flächen des Sekundärelektrodenzylinders und des Sammelelektrodenzylinders bereits die jeweilige zugeordnete Kapazität C bilden.The Segmentation of the secondary electrode in two or more parts, each of which with the collecting electrode through a capacity C is coupled a simple structure, because the opposite surfaces of the Secondary electrode cylinder and the collecting electrode cylinder already assigned to each capacity C form.
Der Sammelelektrodenzylinder kann mit der Masse der Zündvorrichtung verbunden sein.Of the Collecting electrode cylinder can with the mass of the igniter be connected.
Die Sekundärelektroden können mit der Sammelelektrode außerhalb der Zündvorrichtung kapazitiv verbunden werden.The secondary electrodes can with the collecting electrode outside the ignition device be connected capacitively.
Es ist auch denkbar, Anschlüsse aus der Zündvorrichtung heraus zu führen und die Kapazitäten C vollständig oder zum Teil außerhalb der Zündvorrichtung anzuordnen.It is also possible connections from the ignition device to lead out and the capacities C completely or partly outside the ignition device to arrange.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mithilfe eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe The present invention will be described below by means of an embodiment with the attached Drawing closer explained. It shows
Durch
richtig dimensionierte Kapazitäten
C, mit denen die Sekundärelektroden
Dadurch
kann eine hohe Standzeit der Elektroden erreicht werden, da eine
punktuelle thermische Überlastung
der Primärelektrode
Durch die Wahl von unterschiedlichen Kapazitäten C für die einzelnen Sekundärelektroden ist auch eine Anpassung an nicht symmetrische Geometrieverhältnisse möglich.By the choice of different capacities C for the individual secondary electrodes is also an adaptation to non-symmetrical geometry ratios possible.
- 11
- Primärelektrodeprimary electrode
- 22
- Sekundärelektrodesecondary electrode
- 33
- SekundärelektrodenzylinderSecondary electrode cylinder
- 44
- SammelelektrodenzylinderCollecting electrode cylinder
- 55
- Sammelelektrodecollecting electrode
- 66
- PlasmaüberschlagPlasma rollover
- CC
- Kapazitätcapacity
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