DE102008051185A1

DE102008051185A1 - Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasma mit Hilfe HF-Feldes und Gleichspannungsimpulses

Info

Publication number: DE102008051185A1
Application number: DE102008051185A
Authority: DE
Inventors: Stanislav Tkadlec
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2009-11-12

Abstract

Das beschriebene Verfahren - Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe der Gleichspannungsimpulse und der oberflächigen Ionisation durch das HF-Feld - ist damit gekennzeichnet, dass die Funkenelektrode 1 und die zweite Gegenelektrode 2 erst einer HF-Spannung zugeführt wird, und dann nach der Ionisation durch ein oder mehrere HV-Gleichspannungsimpulse das Verbrennungsgemisch zündet; wobei die Zündimpulse eine negative oder eventuell eine positive Polarität haben können. Das polarisierte Entladungsplasma hat dabei eine relativ größere Fläche, längere Dauer und dadurch auch den hohen Wirkungsgrad des Verbrennens. Weiter ist auch vorgeschlagen eine Vorrichtung zur DC-Plasma-Entzündung der Verbrennungsmotoren, die so aufgebaut ist, dass zwischen der Funkenelektrode 1 und der Gegenelektrode 2 ein Ausgang des Generators der HV-Zündimpulse 88 angeschlossen wird und gleichzeitig zwischen den beiden Elektroden über ein Trennelement 3 ein HF-Generator 4 angeschlossen wird. Durch die angeführte HF-Spannung aus dem HF-Generator 4 und durch die DC-Zündimpulse entsteht ein DC-Plasma, das das Verbrennungsgemisch schnell und wirkungsvoll entzündet. Um noch höhere Wirkung und hohe HF-Spannung an der Funkstelle zu erreichen, wird eine Induktivität (32) in Reihe mit der sekundären Wicklung der Zündspule (5) und mit dem Kondensator (33) angeschlossen und in Resonanz gebracht.

Description

Bei der Zündung bei den Verbrennungsmotoren ist insbesondere problematisch bei kalten und feuchten Motoren Funken-Entladungsplasma zu generieren, da für den Funken ein hohe Durchbruchspannung im bereich 25–30 KV gebraucht wird. Weiter bei der Pulszündung durch die Zündungspulse an dem Funkenelektrode einer Zündkerze der Funken ist unstabil mit viel Einstielflanken und auch mehreren Nachfunken mit der entsprechenden Störung.
Die Problematik nach der Anmeldung löst gerade Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes insbesondere für Verbrennungsmotoren, dass ist damit gekennzeichnet, dass auf die Funkenelektrode 1 und die zweite Gegenelektrode 2 eine HF-Spannung, vor oder auch während des Gleichspannungsimpulses zugeführt wird; wobei das Zündimpuls – das Gleichspannungsimpuls eine negative oder eventuell eine positivem Polarität hat. Durch die angeschlossene HF-Spannung zwischen den beiden Elektroden und vor allem entsteht um die Funkenelektrode 1 ein HF-Feld, das die Umgebung der Funkenelektrode 1 – die Luft, Gase, Dämpfe eventuell Benzin-Luftgemisch stark ionisiert wird mit der Folge, dass dadurch sich der Funken-Entladungsplasma bei wesentlich niedrigen Durchbruchspannung und Energie des Gleichspannungsimpulses entwickelt. Weiter durch das HF-Feld der Funken und das Entladungsplasma entwickelt sich mehr flächig um die Funkenelektrode 1 sich regelmäßig mit den weichen Stromflanken und längeren Dauer des Funkens. Das Entladungsplasma hat dabei eine relativ größere Fläche längere Dauer und dadurch auch die Möglichkeit das Benzin-Luftgemisch oder andere verbrennbaren Stoffe schnell und wirkungsvoll zu verbrennen. Die Bezeichnung für die Funkenelektrode 1 kann auch für eine Zündelektrode sein. Die zweite Gegenelektrode 2 kann ein galvanisch mit der Masse verbundener Metallbestand sein. Dabei die HF-Spannung kann in der Form einer pulsmodulierten HF-Spannung appliziert werden. Weiter die einzelnen Pulse der pulsmodulierten HF-Spannung können mit den HV-Zündimpulsen synchronisiert sein. Die einzelnen Pulse der pulsmodulierten HF-Spannung können mit den HV-Zündimpulsen synchronisiert sein und dass die Pulse der pulsmodulierten HF-Spannung können frühe oder gleichzeitig oder später als die HV-Zündimpulsen beginnen. Die Frequenz der HF-Spannung kann im Bereich 1 kHz bis 3 MHz oder im Bereich 3 MHz bis 150 MHz liegen. Die Amplitude der pulsmodulierten HF-Spannung kann so hoch sein, dass zwischen den beiden Elektroden-Funkenelektrode 1 und Gegenelektrode 2 eine Koronaentladung entsteht.
Die Amplitude der beiden – der HF-Spannung und des Gleichspannungsimpulses kann sp angepasst sein, dass die HF-Spannung und das Gleichspannungsimpuls beide auf die Bildung der Plasma-Entladung eine Wirkung haben.
Weiter ist beschrieben eine Vorrichtung zur Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes, die ist damit gekennzeichnet, dass zwischen der Funkenelektrode 1 und der Gegenelektrode 2 ein HV-Generator der HV-Zündimpulsen 88 angeschlossen wird.
Gleichzeitig zwischen der Funkenelektrode 1 und der Masseelektrode über ein Trennelement 3 ein HF-Generator 4 angeschlossen wird. Durch die angeführte HF-Spannung vom HF-Generator 4 entsteht um die Funkenelektrode 1 ein HF-Feld, das die Umgebung der Elektrode insbesondere die Gase eventuell Benzin-Luftgemisch soweit ionisiert, dass dadurch sich der Funken-Entladungsplasma bei wesentlich niedrigen Durchbruchspannung des Gleichspannungsimpulses entwickelt. Weiter durch das HF-Feld der Funken und das Entladungsplasma entwickelt sich mehr flächig um die Funkenelektrode 1 sich regelmäßig mit den weichen Stromflanken und längeren Dauer des Funkens. Das Entladungsplasma hat eine relativ größere Fläche längere Dauer und dadurch auch die Möglichkeit das Benzin-Luftgemisch oder andere verbrennbaren Stoffe schnell und wirkungsvoll zu verbrennen. Bei der Vorrichtung kann das Trennelement 3 ein Kondensator 33 sein. Der Kondensator 33 weiter kann ein Ladungssammler und ein Filter für den Funken dienen und dabei noch die Störung unterdrücken. Der HF-Generator 4 kann vom HV-Bereich über ein Trenntrafo getrennt sein.
Als ein HV-Generator der HV-Zündimpulsen 88 eine Zündspule 5 sein und als ein HF-Generator 4 ein gepulster HF-Generator dienen wobei der gepulster HF-Generator mit der Ansteuerungspulsen der Zündspulen synchronisiert sein kann, so dass während der Ansteuerungspulsen der Zündkerze sendet der gepulste HF-Generator 4 die gepulste HF-Spannung. Während der Ansteuerungspulsen der Zündkerze steig der Primärstrom und damit die Zündspannung des Gleichspannungsimpulses und mit dem HF-Spannung entsteht eine intensive Ionisation der Umgebung der Funkenelektrode 1.
Um die höhere Amplitude der HF-Spannung auf der Funkstelle zu erreichen kann die sekundäre Wicklung der Zündspule 5 mit Kapazität der Funkstelle – der Funkenelektrode (1)) und mit dem Kondensator (33) in einer Resonanz der HF-Frequenz der HF-Spannung sein.
Um noch höhere Wirkung und Höhe HF-Spannung an der Funksstelle zu erreichen wird eine Induktivität (32) in reihe mit der sekundären Wicklung der Zündspule (5) und mit dem Kondensator (33) angeschlossen und in der Resonanz gebracht.
Der gepulste HF-Generator kann mehrere HF-Frequenzen erzeugen und kann die Pulsmodulation im Bereich 0 bis 100% haben.
Die Pulse des HF-Generators 4 können eine rechteckigen oder eventuell Säge-Pulsform haben.
1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes
2 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes wobei als ein Trennelement 3 ein Kondensator 33 eingesetzt wird.
3 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes wobei der HF-Generator 4 über ein Trenntrafo vom HV-Bereich getrennt wird.
4 und 6 zeigen ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes wobei i reihe mit der sekundären Wicklung der Zündspule (5) und mit dem Kondensator (33) eine Induktivität (32) angeschlossen ist und in der Resonanz gebracht ist.

Claims

Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes und Gleichspannungsimpulses insbesondere für Verbrennungsmotoren, ist damit gekennzeichnet, dass auf die Funkenelektrode (1) und die Gegenelektrode (2) eine HF-Spannung, vor oder auch während des Gleichspannungsimpulses zugeführt wird; wobei das Zündimpuls – ein Gleichspannungsimpuls eine negative oder eventuell eine positivem Polarität hat. Durch die angeschlossene HF-Spannung zwischen den beiden Elektroden und vor allem entsteht um die Funkenelektrode (1) ein HF-Feld, das die Umgebung der Funkenelektrode (1) – die Luft, Gase, Dämpfe eventuell Benzin-Luftgemisch stark ionisiert mit der Folge, dass dadurch sich der Funken-Entladungsplasma bei wesentlich niedrigen HV-Durchbruchspannung und die Energie des Gleichspannungsimpulses entwickelt. Weiter durch das HF-Feld der Funken und das Entladungsplasma entwickelt sich mehr flächig um die Funkenelektrode (1) sich regelmäßig mit den weichen Stromflanken und längeren Dauer des Funkens. Das Entladungsplasma hat eine relativ größere Fläche längere Dauer und dadurch auch die Möglichkeit das Benzin-Luftgemisch oder andere verbrennbaren Stoffe schnell und wirkungsvoll zu verbrennen.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1, ist damit gekennzeichnet, dass eine Funkenelektrode (1) eine Zündelektrode ist
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1,2, ist damit gekennzeichnet, dass Gegenelektrode (2) ein galvanisch mit der Masse verbundener Metallbestand ist.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1 bis 3, ist damit gekennzeichnet, dass HF-Spannung in der Form einer pulsmodulierten HF-Spannung appliziert wird
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1 bis 4, ist damit gekennzeichnet, dass die einzelnen Pulse der pulsmodulierten HF-Spannung mit den HV-Zündimpulsen synchronisiert sind.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1 bis 5, ist damit gekennzeichnet, dass die einzelnen Pulse der pulsmodulierten HF-Spannung mit den HV-Zündimpulsen synchronisiert sind und dass die Pulse der pulsmodulierten HF-Spannung vor oder gleichzeitig mit dem HV-Gleichspannungsimpuls zugeführt wird.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1 bis 6, ist damit gekennzeichnet, dass die Frequenz der HF-Spannung im Bereich 1 kHz bis 3 MHz liegt.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1 bis 7, ist damit gekennzeichnet, dass die Frequenz der HF-Spannung im Bereich 3 MHz bis 150 MHz liegt.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1, ist damit gekennzeichnet, dass für die Ionisation eine, zwei oder mehrere Frequenzen der HF-Spannung eingesetzt werden und im Bereich 1 kHz bis 150 MHz liegen.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1 bis 9, ist damit gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsimpulse eine positive Polarität haben
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes nach Anspruch 1 bis 9, ist damit gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsimpulse eine negative Polarität haben
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes nach Anspruch 1 bis 11, ist damit gekennzeichnet, dass die HF-Spannung zwischen der Gegenelektrode (2) und Funkenelektrode (1) so groß ist, dass zwischen den beiden Elektroden während der angeschlossenen Spannung eine Koronaentladung entsteht. Die Koronaentladung ermöglicht eine gleichmäßige und großflächige Plasma-Entladung und Plasma-Erzeugung bei der niedrigen HV-Durchbruchspannung.
Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasmas nach Anspruch 1 bis 12 ist damit gekennzeichnet, dass die HF-Spannung und das Gleichspannungsimpuls beide auf die Bildung der Plasma-Entladung haben und die Amplitude der beiden – der HF-Spannung und des Gleichspannungsimpulses angepasst ist.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas mit Hilfe des HF-Feldes, ist damit gekennzeichnet, dass zwischen der Funkenelektrode (1) und der Gegenelektrode (2) ein HV-Generator der HV-Zündimpulsen 88 angeschlossen wird. Gleichzeitig zwischen der Funkenelektrode (1) und der Masseelektrode über ein Trennelement (3) ein HF-Generator (4) angeschlossen wird. Durch die angeführte HF-Spannung vom HF-Generator (4) entsteht um die Funkenelektrode (1) ein HF-Feld, das die Umgebung der Elektrode insbesondere die Gase eventuell Benzin-Luftgemisch soweit ionisiert, dass dadurch sich der Funken-Entladungsplasma bei wesentlich niedrigen Durchbruchspannung des Gleichspannungsimpulses entwickelt. Weiter durch das HF-Feld der Funken und das Entladungsplasma entwickelt sich mehr flächig um die Funkenelektrode (1) sich regelmäßig mit den weichen Stromflanken und längeren Dauer des Funkens. Das Entladungsplasma hat eine relativ größere Fläche längere Dauer und dadurch auch die Möglichkeit das Benzin-Luftgemisch oder andere verbrennbaren Stoffe schnell und wirkungsvoll zu verbrennen.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 ist damit gekennzeichnet, dass das Trennelement (3) ein Kondensator (33) ist. Der Kondensator (33) dabei eventuell als ein Ladungssammler und ein Filter für den Funken eingesetzt wird und dabei noch zusätzlich die Störung unterdrückt.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13, 14 ist damit gekennzeichnet, dass als ein HV-Generator der HV-Zündimpulsen (88) eine Zündspule (5) ist.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 15 ist damit gekennzeichnet, dass der HF-Generator (4) ein Puls-HF-Generator ist.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 16 ist damit gekennzeichnet, dass der HF-Generator (4) ein Puls-HF-Generator ist und mit der Ansteuerungspulsen der Zündspulen synchronisiert ist, so dass während der Ansteuerungspulsen der Zündkerze der gepulste HF-Generator (4) die pulsmodulierte HF-Spannung sendet. Während der der Ansteuerungspulsen der Zündkerze steig der Primärstrom und damit die Die Zündspannung des Gleichspannungsimpulses und mit dem HF-Spannung entsteht eine intensive Ionisation der Umgebung der Funkenelektrode (1).
Vorrichtung zur Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 17, ist damit gekennzeichnet, dass der HF-Generator (4) eine pulsmodulierten HF-Spannung mit mehreren HF-Frequenzen erzeugt.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 18 ist damit gekennzeichnet, dass der HF-Generator (4) ein Puls-HF-Generator ist und die Pulsmodulation im Bereich 0 bis 100% hat.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 18 ist damit gekennzeichnet, dass der HF-Generator (4) rechteckigen oder eventuell Säge-Pulse für die HF-Pulsmodulation erzeugt.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 20 ist damit gekennzeichnet, dass der Der HF-Generator 4 vom HV-Bereich-Zündstelle über ein Trenntrafo getrennt ist.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 21 ist damit gekennzeichnet, dass die sekundäre Wicklung der Zündspule (5) mit Kapazität der Funkstelle – der Funkenelektrode (1) – und dem Kondensator (33) in einer Resonanz mit der HF-Frequenz der HF-Spannung gebracht ist, um dadurch die Amplitude der HF-Spannung auf der Funkstelle zu erhöhen.
Vorrichtung zu Erzeugung des Entladungsplasmas, nach Anspruch 13 bis 23 ist damit gekennzeichnet, dass im Sekundären Kreis in Reihe mit der sekundären Wicklung der Zündspule (5) und mit dem Kondensator (33) eine Induktivität (32) angeschlossen ist und in einer Resonanz mit der HF-Frequenz der HF-Spannung gebracht ist, um dadurch die Amplitude der HF-Spannung auf der Funkstelle zu erhöhen.