DE102015222240A1 - Electromagnetic ignition system for an internal combustion engine, as well as combustion engine with ignition system - Google Patents

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Frank Wunderlich
Jörg Kemmerling
Vanco Smiljanovski
Franz Arnd Sommerhoff
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder (10), einem in dem Zylinder (10) hin- und her bewegbaren Hubkolben (20) mit einem Kolbenboden (21) und einem Brennraum (33) angrenzend an den Kolbenboden (21). Dabei ist das Zündsystem als ein elektromagnetisches Zündsystem zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum (33) ausgebildet. Das erfindungsgemäße Zündsystem umfasst eine äußere Primärwicklung (40) im Zylinder (10) und wenigstens eine innere Sekundärwicklung (50) im Zylinder (10) und/oder im Hubkolben (20), wobei die wenigstens eine Sekundärwicklung (50) mit wenigstens zwei Zündelektroden (51; 52) verbunden ist, mit denen im Brennraum (33) ein Zündfunke erzeugbar ist.The invention relates to an ignition system for an internal combustion engine having at least one cylinder (10), a reciprocating piston (20) reciprocating in the cylinder (10) with a piston head (21) and a combustion chamber (33) adjacent to the piston head (21 ). In this case, the ignition system is designed as an electromagnetic ignition system for igniting a fuel-air mixture in the combustion chamber (33). The ignition system according to the invention comprises an outer primary winding (40) in the cylinder (10) and at least one inner secondary winding (50) in the cylinder (10) and / or in the reciprocating piston (20), wherein the at least one secondary winding (50) with at least two ignition electrodes (50). 51, 52) is connected, with which in the combustion chamber (33) a spark is generated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder, einem in dem Zylinder hin- und her bewegbaren Hubkolben und einem Brennraum, wobei das Zündsystem als ein elektromagnetisches Zündsystem zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum ausgebildet ist.The invention relates to an ignition system according to the preamble of claim 1 for an internal combustion engine having at least one cylinder, a reciprocating in the cylinder reciprocating piston and a combustion chamber, wherein the ignition system as an electromagnetic ignition system for igniting a fuel-air mixture in the combustion chamber is trained.

Ein solches Zündsystem umfasst typischerweise eine Zündkerze, die in den Zylinder hineinragt, um dort im Brennraum einen Zündfunken zu erzeugen. Beispielsweise offenbart die US 2005/0061294 A1 einen Motor mit solchen Zündkerzen. Auch die US 7,559,319 B2 beschreibt ein Zündsystem mit Zündkerzen.Such an ignition system typically includes a spark plug protruding into the cylinder to create a spark in the combustion chamber there. For example, the US 2005/0061294 A1 an engine with such spark plugs. Also the US 7,559,319 B2 describes an ignition system with spark plugs.

Bei Verbrennungsmotoren besteht jedoch oftmals der Bedarf, diese kleiner zu dimensionieren, um sie beispielsweise als kleinere Ergänzungsantriebe in Hybrid-Fahrzeugen unterbringen zu können. Dabei kann insbesondere der erforderliche Bauraum oberhalb des Zylinderkopfes problematisch sein, wenn bei einer Direkteinspritzung sowohl mehrere Einspritzdüsen als auch mehrere Zündkerzen angeordnet werden müssen. Dabei bietet beispielsweise eine Reduzierung von Abmessungen dieser Komponenten oder eine andere Anordnung kein ausreichendes Potenzial, um den Bauraum wesentlich zu verringern. Ein Ansatz kann daher sein, die Funktionsweise des Verbrennungsmotors grundsätzlich zu verändern, wobei der Stand der Technik Anregungen für alternative Funktionsweisen von Verbrennungsmotoren geben kann.In internal combustion engines, however, there is often the need to size them smaller in order to accommodate them as smaller supplementary drives in hybrid vehicles, for example. In particular, the required installation space above the cylinder head can be problematic if both multiple injectors and a plurality of spark plugs must be arranged in a direct injection. In this case, for example, a reduction in dimensions of these components or another arrangement does not offer sufficient potential to substantially reduce the installation space. One approach may therefore be to fundamentally change the mode of operation of the internal combustion engine, with the prior art being able to provide suggestions for alternative modes of operation of internal combustion engines.

Beispielsweise beschreibt die US 7,793,634 B2 die Möglichkeit, die Hubkolben eines Verbrennungsmotors nicht nur durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum zu bewegen, sondern die Hubkolben elektromagnetisch anzutreiben. Dieser elektromagnetische Betrieb kann alleine oder in Kombination mit dem Verbrennungsbetrieb eingesetzt werden. Dazu besteht ein Hubkolben aus einem magnetischen Material und die Zylinder weisen Spulen auf, durch welche sich die Hubkolben hindurch bewegen. Durch entsprechende Stromführung in den Spulen können die Hubkolben hin- und herbewegt werden. Damit lässt sich der Kraftstoffverbrauch verringern, aber zu einer Reduzierung des Bauraums des Motors führt dies nicht. For example, this describes US 7,793,634 B2 the ability to move the reciprocating piston of an internal combustion engine not only by the combustion of a fuel-air mixture in the combustion chamber, but to drive the reciprocating electromagnetically. This electromagnetic operation can be used alone or in combination with the combustion operation. For this purpose, there is a reciprocating piston of a magnetic material and the cylinders have coils through which the reciprocating move through. By appropriate current flow in the coils, the reciprocating piston can be moved back and forth. This can reduce fuel consumption, but this does not lead to a reduction in the installation space of the engine.

Auch aus der US 8,991,356 B2 ist eine elektromagnetische Unterstützung eines Verbrennungsmotors bekannt, bei der beispielsweise Hubkolben mit Permanentmagneten und Zylinder mit Elektromagneten versehen sind. Durch entsprechende Stromzuführung zu den Elektromagneten kann ein wechselndes Magnetfeld erzeugt werden, mit dem zwischen den Permanentmagneten des Hubkolbens und den Elektromagneten abwechselnd eine Anziehung und eine Abstoßung erzeugt werden kann. Diese Anziehung und Abstoßung unterstützt die Hin- und Herbewegung der Hubkolben. Aus der US 2011/0221208 A1 ist eine ähnliche Anordnung bekannt, bei der jedoch umgekehrt die kinetische Energie der Hubkolben bei ihrer Hin- und Herbewegung in elektrische Energie umgewandelt wird. Also from the US 8,991,356 B2 is an electromagnetic support of an internal combustion engine is known in which, for example, reciprocating piston with permanent magnets and cylinders are provided with electromagnets. By appropriate power supply to the electromagnets, an alternating magnetic field can be generated, with which between the permanent magnet of the reciprocating piston and the electromagnet alternately an attraction and a repulsion can be generated. This attraction and repulsion supports the reciprocating motion of the reciprocating pistons. From the US 2011/0221208 A1 a similar arrangement is known in which, conversely, the kinetic energy of the reciprocating piston is converted in their reciprocation into electrical energy.

Mit all diesen Systemen lässt sich der erforderliche Bauraum für einen Verbrennungsmotor jedoch nicht reduzieren. Hingegen offenbart beispielsweise die US 6,883,507 B2 einen Verbrennungsmotor ohne Zündkerzen, bei dem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum durch eine Koronaentladung gezündet wird. Dabei wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch für eine Zündung ionisiert.With all these systems, however, the required space for an internal combustion engine can not be reduced. On the other hand, for example, the US 6,883,507 B2 an internal combustion engine without spark plugs, in which a fuel-air mixture in the combustion chamber is ignited by a corona discharge. In this case, the fuel-air mixture is ionized for ignition.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Zündsystem bereitzustellen, mit dem sich insbesondere der Bauraum oberhalb einer Zylinder-Hubkolben-Einheit reduzieren lässt.The invention has for its object to provide an alternative ignition system with which in particular the space above a cylinder-reciprocating unit can be reduced.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Zündsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen zugehörigen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 8 gelöst.According to the invention the object is achieved by an ignition system with the features of claim 1 and an associated internal combustion engine according to claim 8.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. It should be noted that the features listed in the following description as well as measures in any technically meaningful way can be combined with each other and show other embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.

Das erfindungsgemäße Zündsystem eignet sich zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder, einem in dem Zylinder hin- und her bewegbaren Hubkolben mit einem Kolbenboden und einem Brennraum angrenzend an den Kolbenboden. Dabei ist das Zündsystem als elektromagnetisches Zündsystem zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum ausgebildet und weist eine Primärwicklung im Zylinder und wenigstens eine Sekundärwicklung ebenfalls im Zylinder oder im Hubkolben auf. Die Sekundärwicklung ist mit wenigstens zwei Zündelektroden verbunden. Zwischen diesen Zündelektroden ist ein Zündfunke erzeugbar, mit dem sich im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zünden lässt.The ignition system according to the invention is suitable for use in an internal combustion engine having at least one cylinder, a reciprocating piston which can be moved back and forth in the cylinder and has a piston head and a combustion chamber adjacent to the piston head. The ignition system is designed as an electromagnetic ignition system for igniting a fuel-air mixture in the combustion chamber and has a primary winding in the cylinder and at least one secondary winding also in the cylinder or in the reciprocating piston. The secondary winding is connected to at least two ignition electrodes. Between these ignition electrodes, a spark can be generated with which a fuel-air mixture can be ignited in the combustion chamber.

Die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs erfolgt somit nicht durch eine herkömmliche Zündkerze, die mit Zündelektroden in den Brennraum ragt. Vielmehr ist das Zündsystem in eine Zylinder-Hubkolben-Einheit integriert, wodurch keine Zündkerze mehr erforderlich ist. Dies führt zu einer Einsparung an Bauteilen und reduziert insbesondere den Bauraum im Kopfbereich eines Motors. Es ist kein Bauraum für die Einbringung einer Zündkerze mehr erforderlich, so dass der Verbrennungsmotor insgesamt kleiner ausgeführt werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Ergänzungsmotor zu einem Elektroantrieb in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb handelt. Der Begriff der Zündkerze soll sowohl eine Zündkerze eines Ottomotors als auch eine Glühkerze eines Dieselmotors synonym umfassen, und keinesfalls einschränkend wirken. Insofern sind mit der Erfindung also Zündkerzen/Glühkerzen verzichtbar. The ignition of the fuel-air mixture is thus not carried out by a conventional spark plug, which protrudes with ignition electrodes in the combustion chamber. Rather, the ignition system is integrated into a cylinder-reciprocating unit, which no spark plug more is required. This leads to a saving of components and reduces in particular the space in the head area of an engine. There is no more space for the introduction of a spark plug required, so that the engine can be made smaller overall. This is particularly advantageous when the internal combustion engine is a supplementary engine to an electric drive in a motor vehicle with hybrid drive. The term of the spark plug is intended to include both a spark plug of a gasoline engine and a glow plug of a diesel engine synonymously, and by no means limitative. In this respect, spark plugs / glow plugs can be dispensed with with the invention.

Wenn keine Zündkerze integriert werden muss, führt dies auch zu einer höheren Gestaltungsfreiheit bei der Ausführung und Anordnung anderer Komponenten im Kopfbereich des Verbrennungsmotors. Beispielsweise können Ein- und Auslassventile größer ausgeführt und/oder vorteilhafter angeordnet werden. Auch bei der Wahl der Position für einen Zündfunken bietet das erfindungsgemäße Zündsystem eine höhere Gestaltungsfreiheit. Beispielsweise können Zündfunken durch entsprechend positionierte Zündelektroden an verschiedenen Positionen erzeugt werden. Dabei kann die Position der Elemente zur Erzeugung der Zündfunken besser an die Anforderungen des Motors angepasst werden.If no spark plug has to be integrated, this also leads to a higher degree of design freedom in the design and arrangement of other components in the head region of the internal combustion engine. For example, intake and exhaust valves can be made larger and / or arranged more advantageously. Also in the choice of position for a spark ignition system of the invention provides a higher design freedom. For example, sparks can be generated by appropriately positioned ignition electrodes at different positions. The position of the elements for generating the spark can be better adapted to the requirements of the engine.

Unterschiedliche Positionen für die Erzeugung eines Zündfunkens können insbesondere durch eine entsprechende Anordnung der Sekundärwicklung realisiert werden. Beispielsweise kann die Sekundärwicklung wie die Primärwicklung im Zylinder vorgesehen werden, wobei die Sekundärwicklung mit wenigstens zwei Zündelektroden im Bereich der Zylinderinnenwand verbunden ist. Beide Wicklungen befinden sich dann als äußere und innere Wicklung im Zylindermantel. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Position des Zündfunkens an der Zylinderinnenwand relativ frei so gewählt werden kann, so dass sich im Brennraum ein optimaler Verbrennungsvorgang auslösen lässt.Different positions for the generation of a spark can be realized in particular by a corresponding arrangement of the secondary winding. For example, the secondary winding may be provided in the cylinder like the primary winding, wherein the secondary winding is connected to at least two ignition electrodes in the region of the cylinder inner wall. Both windings are then located as outer and inner winding in the cylinder jacket. This embodiment has the advantage that the position of the spark on the cylinder inner wall can be selected relatively freely, so that an optimum combustion process can be triggered in the combustion chamber.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Sekundärwicklung im Hubkolben angeordnet, wobei die Sekundärwicklung mit wenigstens zwei Zündelektroden im Bereich des Kolbenbodens verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform lassen sich Zündfunken auf dem Kolbenboden erzeugen, der an den Brennraum angrenzt. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Variante ist die Primärwicklung spiralförmig im Zylindermantel des Zylinders ausgebildet, während die wenigstens eine Sekundärwicklung spiralförmig im Kolbenschaft bzw. Kolbenhemd des Hubkolbens ausgebildet ist, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung koaxial verlaufen.In an alternative embodiment of the invention, the at least one secondary winding is arranged in the reciprocating piston, wherein the secondary winding is connected to at least two ignition electrodes in the region of the piston crown. In this embodiment, sparks can be generated on the piston crown, which adjoins the combustion chamber. In a preferred embodiment of this variant, the primary winding is formed spirally in the cylinder jacket of the cylinder, while the at least one secondary winding is formed spirally in the piston skirt or piston skirt of the reciprocating piston, wherein the primary winding and the secondary winding extend coaxially.

Dabei basiert die Funktionsweise des elektromagnetischen Zündsystems im Wesentlichen auf dem Prinzip einer Zündspule. Die Sekundärwicklung liegt innerhalb der Primärwicklung im Zylinder, wobei der Hubkolben als gemeinsamer Kern dient, der magnetisierbar ist. Der Hubkolben besteht daher zweckmäßigerweise wenigstens im Bereich der Sekundärwicklung aus einem magnetisierbaren Metall. Ferner weist die niederohmige Primärwicklung vorzugsweise weniger Windungen auf als die hochohmige Sekundärwicklung.The operation of the electromagnetic ignition system is based essentially on the principle of an ignition coil. The secondary winding is within the primary winding in the cylinder, wherein the reciprocating piston serves as a common core, which is magnetizable. The reciprocating piston is therefore expediently at least in the region of the secondary winding of a magnetizable metal. Furthermore, the low-resistance primary winding preferably has fewer turns than the high-resistance secondary winding.

In der Primärwicklung wird ein Strom erzeugt, der wiederum ein Magnetfeld erzeugt. In diesem Magnetfeld befindet sich auch die Sekundärwicklung. Wird der Stromfluss in der Primärwicklung unterbrochen, bricht das Magnetfeld zusammen, wodurch in der Sekundärwicklung durch Induktion ein Hochspannungsimpuls erzeugt wird, mit dem sich an den Zündelektroden ein Zündfunke erzeugen lässt. Dieser Vorgang lässt sich in kurzen Abständen wiederholen, so dass sich beim Betrieb des Verbrennungsmotors zu einem gewählten Zeitpunkt z. B. kurz vor dem oberen Totpunkt des Hubkolbens im Brennraum ein Zündfunke erzeugen lässt.In the primary winding, a current is generated, which in turn generates a magnetic field. This magnetic field also contains the secondary winding. If the current flow in the primary winding is interrupted, the magnetic field collapses, whereby a high-voltage pulse is generated in the secondary winding by induction, with which a spark can be generated at the ignition electrodes. This process can be repeated at short intervals, so that during operation of the internal combustion engine at a selected time z. B. can generate a spark shortly before the top dead center of the reciprocating piston in the combustion chamber.

Im elektromagnetischen Zündsystem gemäß der Erfindung ist die Primärwicklung somit dadurch definiert, dass durch sie Strom fließt und ein Magnetfeld erzeugt wird. Die Sekundärwicklung ist dadurch definiert, dass in ihr durch Induktion ein Hochspannungsimpuls erzeugt wird, wenn dieses Magnetfeld zusammenbricht. Um hierfür den Stromfluss in der Primärwicklung zu steuern, steht die Primärwicklung vorzugsweise in Verbindung mit einem Steuergerät, welches entsprechend für eine solche Steuerung ausgebildet ist. Insbesondere ist das Steuergerät dazu ausgebildet, den Stromfluss in der Primärwicklung so zu steuern, dass an den Zündelektroden der wenigstens einen Sekundärwicklung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ein Zündfunken erzeugt wird. Dieser Zeitpunkt zur Erzeugung des Zündfunkens ist vorzugsweise in Abhängigkeit von der Position des Hubkolbens innerhalb des Zylinders definiert. In the electromagnetic ignition system according to the invention, the primary winding is thus defined by the fact that current flows through it and a magnetic field is generated. The secondary winding is defined by inducing a high voltage pulse in it when this magnetic field collapses. In order to control the current flow in the primary winding for this purpose, the primary winding is preferably in connection with a control device which is designed accordingly for such a control. In particular, the control unit is designed to control the current flow in the primary winding such that a spark is generated at the ignition electrodes of the at least one secondary winding at a predetermined time. This timing for generating the spark is preferably defined as a function of the position of the reciprocating piston within the cylinder.

Wie bei bisherigen Zündsystemen muss der Zündfunke zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugt werden, der sich nach der Position des Hubkolbens innerhalb des Zylinders richtet. Ist die Sekundärwicklung im Hubkolben angeordnet, ist die Bewegung der Sekundärwicklung zusammen mit dem Hubkolben zu berücksichtigen, so dass die Sekundärwicklung bei dieser Ausführungsform so am Hubkolben angeordnet sein muss, dass sie sich zum relevanten Zeitpunkt in einer Position bzw. Lage relativ zur Primärwicklung befindet, in welcher bei Unterbrechung des Stromflusses in der Primärwicklung der erforderliche Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung erzeugbar ist.As with previous ignition systems, the spark must be generated at a specific time, which depends on the position of the piston inside the cylinder. If the secondary winding is arranged in the reciprocating piston, the movement of the secondary winding together with the reciprocating piston has to be considered, so that in this embodiment the secondary winding must be arranged on the reciprocating piston in such a way that it is in a position relative to the primary winding at the relevant time. in which the required high-voltage pulse in the secondary winding can be generated when the current flow in the primary winding is interrupted.

Von der Erfindung umfasst ist auch ein Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder, einem in dem Zylinder hin- und her bewegbaren Hubkolben mit einem Kolbenboden und einem Brennraum angrenzend an den Kolbenboden. Der Verbrennungsmotor weist ein elektromagnetisches Zündsystem zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum auf, das nach einer oder mehreren der beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Dabei weist der Verbrennungsmotor üblicherweise mehrere Zylinder mit einem zugehörigen Hubkolben und einem jeweiligen elektromagnetischen Zündsystem auf, wobei der Stromfluss in den Primärwicklungen des jeweiligen Zündsystems über ein zentrales Steuergerät steuerbar ist. Das zentrale Steuergerät steuert somit alle Zündsysteme an und synchronisiert diese. Also included in the invention is an internal combustion engine having at least one cylinder, a reciprocating piston reciprocable in the cylinder and having a piston head and a combustion chamber adjacent to the piston head. The internal combustion engine has an electromagnetic ignition system for igniting the fuel-air mixture in the combustion chamber, which is formed according to one or more of the described embodiments. In this case, the internal combustion engine usually has a plurality of cylinders with an associated reciprocating piston and a respective electromagnetic ignition system, wherein the current flow in the primary windings of the respective ignition system is controllable via a central control unit. The central control unit thus controls all ignition systems and synchronizes them.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige Further advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims and the following description of the figures. It shows the only one

1 eine schematische Darstellung einer Zylinder-Hubkolben-Einheit eines Verbrennungsmotors mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündsystems. 1 a schematic representation of a cylinder-reciprocating-piston unit of an internal combustion engine with an embodiment of an ignition system according to the invention.

Die Darstellung ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen und das erfindungsgemäße Zündsystem kann auch für andere Motorarten verwendet werden.However, the illustration is to be understood only as an example and the ignition system according to the invention can also be used for other engine types.

In 1 ist schematisch eine Zylinder-Hubkolben-Einheit eines Verbrennungsmotors dargestellt, wobei die Einheit einen Zylinder 10 aufweist, in dem ein Hubkolben 20 hin- und herbewegbar ist. Der Hubkolben 20 ist auf bekannte Art über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden, deren Drehung mit einem Rotationspfeil dargestellt ist. Oberhalb eines Kolbenbodens 21 des Hubkolbens 20 bildet sich ein Brennraum 33 aus, in den Luft und Kraftstoff eingebracht werden, um dort verbrannt zu werden. Die Zuführung und Mischung von Luft und Kraftstoff kann auf bekannte Weise insbesondere mit einer Ventilsteuerung erfolgen. Diese steuert Ventile und damit auch den Ladungswechsel durch Öffnen und Schließen von Lufteinlass- und Abgasaustrittskanälen des Verbrennungsmotors.In 1 schematically a cylinder-reciprocating unit of an internal combustion engine is shown, wherein the unit is a cylinder 10 in which a reciprocating piston 20 is reciprocable. The reciprocating piston 20 is connected in a known manner via a connecting rod with a crankshaft whose rotation is represented by a rotation arrow. Above a piston crown 21 of the reciprocating piston 20 a combustion chamber forms 33 in the air and fuel are introduced to be burned there. The supply and mixing of air and fuel can be carried out in a known manner, in particular with a valve control. This controls valves and thus also the charge exchange by opening and closing air inlet and exhaust gas outlet channels of the internal combustion engine.

In der Ausführungsform der 1 ist im oberen Bereich des Zylinders 10 ein Einlassventil 31 zur Zuführung von Luft in den Brennraum 33 vorgesehen. Der Verbrennungsmotor ist beispielhaft mit einer Direkteinspritzung ausgeführt, so dass Kraftstoff dem Brennraum 33 direkt über eine lediglich schematisch dargestellte Einspritzdüse 30 zugeführt wird. Nach der Verbrennung wird Abgas über das Auslassventil 32 aus dem Brennraum 33 herausgeführt. Die Ventile 31, 32 werden über Nockenwellen bewegt, deren Drehung in 1 ebenfalls mit Rotationspfeilen dargestellt ist, während die Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 20 mit einem entsprechenden Pfeil nach oben dargestellt ist.In the embodiment of the 1 is in the upper part of the cylinder 10 an inlet valve 31 for supplying air into the combustion chamber 33 intended. The internal combustion engine is exemplified with a direct injection, allowing fuel to the combustion chamber 33 directly via an injection nozzle shown only schematically 30 is supplied. After combustion, exhaust gas is exhausted through the exhaust valve 32 from the combustion chamber 33 led out. The valves 31 . 32 are moved over camshafts whose rotation in 1 also shown with rotation arrows, while the upward movement of the reciprocating piston 20 is shown with a corresponding arrow upwards.

Zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemisches ist ein Zündsystem vorgesehen. Das in der Ausführungsform der 1 verwendete Zündsystem weist eine äußere Primärwicklung 40 auf, die im Zylinder 10 angeordnet ist. Beispielsweise ist sie in den Zylindermantel 11 integriert. Die Primärwicklung 40 weist mehrere Wicklungen auf, die spiralförmig im Zylindermantel 11 angeordnet sind, so dass sich die Primärwicklung 40 koaxial zum Hubkolben 20 erstreckt. Die Anschlussenden der Primärwicklung 40 sind aus dem Zylinder 10 herausgeführt und mit einem Steuergerät 60 verbunden. Bei dem Steuergerät 60 handelt es sich insbesondere um eine Motorsteuerung (ECU – Electronic Control Unit).For igniting the fuel-air mixture, an ignition system is provided. That in the embodiment of the 1 used ignition system has an outer primary winding 40 up in the cylinder 10 is arranged. For example, she is in the cylinder jacket 11 integrated. The primary winding 40 has several windings that spiral in the cylinder jacket 11 are arranged so that the primary winding 40 coaxial with the reciprocating piston 20 extends. The terminal ends of the primary winding 40 are out of the cylinder 10 led out and with a control unit 60 connected. At the control unit 60 it is in particular an engine control unit (ECU - Electronic Control Unit).

Eine Sekundärwicklung kann innerhalb der Primärwicklung 40 in dem Zylindermantel 11 angeordnet sein.A secondary winding can be inside the primary winding 40 in the cylinder jacket 11 be arranged.

In der Ausführungsform der 1 befindet sich die Sekundärwicklung 50 jedoch im Hubkolben 20. Insbesondere ist sie in den Kolbenschaft 22 bzw. Kolbenhemd 22 integriert, der sich unterhalb des Kolbenbodens 21 befindet. Die Sekundärwicklung 50 bewegt sich beim Betrieb des Verbrennungsmotors somit mit dem Hubkolben 20 auf und ab.In the embodiment of the 1 is the secondary winding 50 but in the reciprocating piston 20 , In particular, it is in the piston skirt 22 or piston skirt 22 integrated, located below the piston crown 21 located. The secondary winding 50 moves during operation of the internal combustion engine thus with the reciprocating piston 20 back and forth.

Die Sekundärwicklung 50 ist mit zwei Zündelektroden 51 und 52 verbunden, die auf dem Kolbenboden 21 ausgebildet sind. Diese Verbindung ist in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt, wobei dies jedoch nur eine beispielhafte Verbindung aufzeigen soll. Der Verlauf der Verbindung kann geeignet gewählt werden. Ferner ist die Sekundärwicklung 50 in 1 mit weniger Wicklungen dargestellt als die Primärwicklung 40, wobei dies vorzugsweise umgekehrt ist, wobei die Sekundärwicklung 50 mehr Wicklungen hat als die Primärwicklung 40. Die Darstellung dient somit lediglich der Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung.The secondary winding 50 is with two ignition electrodes 51 and 52 connected to the piston crown 21 are formed. This connection is in 1 represented by dashed lines, but this is only an exemplary connection show. The course of the connection can be suitably chosen. Further, the secondary winding 50 in 1 shown with fewer windings than the primary winding 40 This is preferably reversed, with the secondary winding 50 has more windings than the primary winding 40 , The illustration thus serves only to clarify the basic principle of the invention.

Beispielsweise befinden sich die Zündelektroden 51, 52 im Randbereich des Kolbenbodens 21, wie es in der Ausführungsform der 1 der Fall ist. Die Zündelektroden 51, 52 können jedoch auch an anderen Stellen auf dem Kolbenboden 21 angeordnet werden. Ferner können auch mehr als zwei Zündelektroden vorgesehen werden.For example, there are the ignition electrodes 51 . 52 in the edge region of the piston crown 21 as it is in the embodiment of the 1 the case is. The ignition electrodes 51 . 52 however, can also be found elsewhere on the piston crown 21 to be ordered. Furthermore, more than two ignition electrodes can be provided.

Der Verbrennungsmotor weist mehrere dieser Zylinder-Hubkolben-Einheiten auf, wobei das Steuergerät 60 in Verbindung mit dem jeweiligen Zündsystem jeder Einheit steht. So können über das Steuergerät 60 synchronisiert Zündfunken in allen Zylindern erzeugt werden. The internal combustion engine has a plurality of these cylinder-reciprocating units, wherein the control unit 60 in connection with the respective ignition system of each unit. So can through the control unit 60 Synchronized sparks are generated in all cylinders.

Bewegt sich der Hubkolben 20, wie in 1 mit einem Pfeil dargestellt, nach oben in Richtung seines oberen Totpunkts, unterbricht das Steuergerät 60 den Stromfluss in der Primärwicklung 40 so, dass das zuvor erzeugte Magnetfeld zusammenbricht. Dies erfolgt zu einem Zeitpunkt, der so gewählt ist, dass der durch den Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung 50 erzeugte Zündfunken an den Zündelektroden 51, 52 im richtigen Moment erzeugt wird, um das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 33 zu zünden. Die Primärwicklung 40 und die Sekundärwicklung 50 sind daher so angeordnet, dass die Sekundärwicklung 50 kurz vor dem oberen Totpunkt des Hubkolbens 20 entsprechend innerhalb der Primärwicklung 40 liegt. Moves the piston 20 , as in 1 indicated by an arrow, towards its top dead center, the control unit interrupts 60 the current flow in the primary winding 40 such that the previously generated magnetic field collapses. This occurs at a time chosen to be offset by the high voltage pulse in the secondary winding 50 generated sparks on the ignition electrodes 51 . 52 the right moment is generated to the compressed fuel-air mixture in the combustion chamber 33 to ignite. The primary winding 40 and the secondary winding 50 are therefore arranged so that the secondary winding 50 just before the top dead center of the reciprocating piston 20 correspondingly within the primary winding 40 lies.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Zylinder cylinder
1111
Zylindermantel cylinder surface
20 20
Hubkolbenreciprocating
2121
Kolbenboden piston crown
2222
Kolbenschaft piston shaft
3030
Einspritzdüse injection
3131
Einlassventil intake valve
3232
Auslassventil outlet valve
3333
Brennraum combustion chamber
4040
Primärwicklung primary
5050
Sekundärwicklung secondary winding
51, 5251, 52
Elektrode electrode
6060
Steuergerät, ECU Control unit, ECU

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 7559319 B2 [0002] US 7559319 B2 [0002]
  • US 7793634 B2 [0004] US 7793634 B2 [0004]
  • US 8991356 B2 [0005] US 8991356 B2 [0005]
  • US 2011/0221208 A1 [0005] US 2011/0221208 A1 [0005]
  • US 6883507 B2 [0006] US 6883507 B2 [0006]

Claims (9)

Zündsystem für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder (10), einem in dem Zylinder (10) hin- und her bewegbaren Hubkolben (20) mit einem Kolbenboden (21) und einem Brennraum (33) angrenzend an den Kolbenboden (21), wobei das Zündsystem als ein elektromagnetisches Zündsystem zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum (33) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Primärwicklung (40) im Zylinder (10) und wenigstens eine Sekundärwicklung (50) im Zylinder (10) und/oder im Hubkolben (20), wobei die wenigstens eine Sekundärwicklung (50) mit wenigstens zwei Zündelektroden (51; 52) verbunden ist, mit denen im Brennraum (33) ein Zündfunke erzeugbar ist.Ignition system for an internal combustion engine with at least one cylinder ( 10 ), one in the cylinder ( 10 ) reciprocating reciprocating pistons ( 20 ) with a piston bottom ( 21 ) and a combustion chamber ( 33 ) adjacent to the piston head ( 21 ), wherein the ignition system as an electromagnetic ignition system for ignition of a fuel-air mixture in the combustion chamber ( 33 ), characterized by a primary winding ( 40 ) in the cylinder ( 10 ) and at least one secondary winding ( 50 ) in the cylinder ( 10 ) and / or in the reciprocating piston ( 20 ), wherein the at least one secondary winding ( 50 ) with at least two ignition electrodes ( 51 ; 52 ), with which in the combustion chamber ( 33 ) a spark is generated. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sekundärwicklung (50) im Zylinder (20) angeordnet ist, wobei die Sekundärwicklung (50) mit wenigstens zwei Zündelektroden (51; 52) im Bereich der Zylinderinnenwand verbunden ist.Ignition system according to claim 1, characterized in that at least one secondary winding ( 50 ) in the cylinder ( 20 ), wherein the secondary winding ( 50 ) with at least two ignition electrodes ( 51 ; 52 ) is connected in the region of the cylinder inner wall. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sekundärwicklung (50) im Hubkolben (20) angeordnet ist, wobei die Sekundärwicklung (50) mit wenigstens zwei Zündelektroden (51; 52) im Bereich des Kolbenbodens (21) verbunden ist.Ignition system according to claim 1, characterized in that at least one secondary winding ( 50 ) in the reciprocating piston ( 20 ), wherein the secondary winding ( 50 ) with at least two ignition electrodes ( 51 ; 52 ) in the region of the piston crown ( 21 ) connected is. Zündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (40) in Verbindung mit einem Steuergerät (60) steht, welches zur Steuerung eines Stromflusses in der Primärwicklung (40) ausgebildet ist. Ignition system according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the primary winding ( 40 ) in conjunction with a control unit ( 60 ), which is used to control a current flow in the primary winding ( 40 ) is trained. Zündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (60) dazu ausgebildet ist, den Stromfluss in der Primärwicklung (40) so zu steuern, dass an den Zündelektroden (51; 52) der wenigstens einen Sekundärwicklung (50) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ein Zündfunken erzeugt wird.Ignition system according to claim 4, characterized in that the control unit ( 60 ) is adapted to the current flow in the primary winding ( 40 ) so that at the ignition electrodes ( 51 ; 52 ) of the at least one secondary winding ( 50 ) a spark is generated at a given time. Zündsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt zur Erzeugung des Zündfunkens in Abhängigkeit von der Position des Hubkolbens (20) innerhalb des Zylinders (10) definiert ist.Ignition system according to claim 5, characterized in that the time for generating the spark as a function of the position of the reciprocating piston ( 20 ) within the cylinder ( 10 ) is defined. Zündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (40) spiralförmig im Zylindermantel (11) des Zylinders (10) ausgebildet ist, während die wenigstens eine Sekundärwicklung (50) spiralförmig im Kolbenschaft (22) des Hubkolbens (20) ausgebildet ist, wobei die Primärwicklung (40) und die Sekundärwicklung (50) koaxial verlaufen.Ignition system according to one of the preceding claims 3 to 6, characterized in that the primary winding ( 40 ) spirally in the cylinder jacket ( 11 ) of the cylinder ( 10 ), while the at least one secondary winding ( 50 ) spirally in the piston skirt ( 22 ) of the reciprocating piston ( 20 ), wherein the primary winding ( 40 ) and the secondary winding ( 50 ) extend coaxially. Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder (10), einem in dem Zylinder (10) hin- und herbewegbaren Hubkolben (20) mit einem Kolbenboden (21) und einem Brennraum (33) angrenzend an den Kolbenboden (21), gekennzeichnet durch ein elektromagnetisches Zündsystem zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum (33), das insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist. Internal combustion engine with at least one cylinder ( 10 ), one in the cylinder ( 10 ) reciprocating reciprocating pistons ( 20 ) with a piston bottom ( 21 ) and a combustion chamber ( 33 ) adjacent to the piston head ( 21 ), characterized by an electromagnetic ignition system for igniting the fuel-air mixture in the combustion chamber ( 33 ), which is designed in particular according to one or more of claims 1 to 7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mehrere Zylinder (10) mit einem zugehörigen Hubkolben (20) und einem jeweiligen elektromagnetischen Zündsystem, wobei der Stromfluss in den Primärwicklungen (40) des jeweiligen Zündsystems über ein zentrales Steuergerät (60) steuerbar ist.Internal combustion engine according to claim 8, characterized by a plurality of cylinders ( 10 ) with an associated reciprocating piston ( 20 ) and a respective electromagnetic ignition system, wherein the current flow in the primary windings ( 40 ) of the respective ignition system via a central control unit ( 60 ) is controllable.
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