DE102016003793A1 - Zündvorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches in einem Brennraum - Google Patents

Zündvorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches in einem Brennraum Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches in einem Brennraum, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Zündkerze, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, mit einer Hochspannungsquelle zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsimpulses an einem Ausgang der Hochspannungsquelle und mit einer Hochfrequenzspannungsquelle zum Erzeugen einer elektrischen Hochfrequenz-Wechselspannung an einem Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle, wobei der Ausgang der Hochspannungsquelle mit der ersten Elektrode der Zündkerze über einen ersten elektrischen Leitungspfad derart elektrisch verbunden ist, dass der Hochspannungsimpuls an der ersten Elektrode anliegt, wobei der Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle mit der zweiten Elektrode über einen zweiten elektrischen Leitungspfad derart elektrisch verbunden ist, dass die Hochfrequenz-Wechselspannung an der zweiten Elektrode anliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches in einem Brennraum, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Zündkerze, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, mit einer Hochspannungsquelle bzw. Hochgleichspannungsquelle zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsimpulses bzw. Hochgleichspannungsimpulses an einem Ausgang der Hochspannungsquelle und mit einer Hochfrequenzspannungsquelle bzw. Hochfrequenzwechselspannungsquelle zum Erzeugen einer elektrischen Hochfrequenz-Wechselspannung an einem Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle, wobei der Ausgang der Hochspannungsquelle mit der ersten Elektrode der Zündkerze über einen ersten elektrischen Leitungspfad derart elektrisch verbunden ist, dass der Hochspannungsimpuls an der ersten Elektrode anliegt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • So genannte Otto-Brennverfahren mit Direkteinspritzung des Brennstoffes besitzen durch die Möglichkeit eine Schichtladung im Verbrennungsraum darzustellen ein großes Potential hinsichtlich der Verbrauchsreduktion. Das nicht homogene Gemisch im Brennraum stellt jedoch erhöhte Anforderungen an das eingesetzte Zündverfahren hinsichtlich einer zuverlässigen Zündung zum geeigneten Zeitpunkt. Schwankungen jeglicher Art mindern beispielsweise die Qualität der Zündung und somit den Wirkungsgrad des gesamten Motors. Zum einen kann die Lage des zündfähigen Gemisches leicht variieren und zum anderen kann sich der Haken der Masseelektrode der Zündkerze störend auf die Gemischbildung auswirken. Hilfreich für ein direkt einspritzendes Brennverfahren ist ein Zündsystem mit einer größeren räumlichen Ausdehnung in den Verbrennungsraum hinein. Hierzu wird in der DE 10 2004 058 925 A1 vorgeschlagen, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine mittels eines Plasmas zu zünden. Eine entsprechende Hochfrequenz-Plasmazündvorrichtung umfasst einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität sowie eine Hochfrequenzquelle zur resonanten Anregung dieses Serienschwingkreises. Die Kapazität ist durch Innen- und Außenleiterelektroden mit dazwischen liegendem Dielektrikum dargestellt. Diese Elektroden reichen mit ihren äußersten Enden mit einem vorgegebenen gegenseitigen Abstand bis in den Verbrennungsraum hinein.
  • Aus der DE 10 2008 051 185 A1 ist ein Verfahren zum Zünden bekannt, bei dem mittels eines Hochspannungsimpulses ein Funkensplasma erzeugt wird, welches anschließend mittels eines HF-Feldes weiter geheizt wird und dabei in eine Glimmentladung übergeht. Der Hochspannungsimpuls und ein Ausgangssignal eines HF-Generators werden dabei gemeinsam einer Funkenelektrode einer Zündkerze zugeführt. Eine Gegenelektrode der Zündkerze ist geerdet.
  • Moderne Zündanlagen für Ottomotoren weisen heute eine Zündkerze und eine Einzelzündspule mit elektronischer Ansteuereinheit auf. Die Zündkerze ist ein koaxialer Aufbau und besteht im Wesentlichen aus einer mittleren Elektrode umgeben von einem Isolator und einer äußeren Elektrode, die mit dem Zündkerzengehäuse verbunden ist. Die Zündspule liefert der Zündkerze einen Hochspannungsimpuls bzw. Hochgleichspannungsimpuls. Zwischen den Elektroden entsteht ein Funke der die Verbrennung einleitet. Ein alternatives Verfahren, in dem zusätzlich zur angelegten Hochspannung der Zündspule eine hochfrequente Spannung an die Zündkerze angelegt wird, ist in der DE 10 2013 215 663 A1 A1 beschrieben. Hierbei geht das Funkenplasma in ein HF-Plasma über.
  • Bei den zuvor beschriebenen klassischen Zündkonzepten brennt das Funkenplasma zwischen zwei Elektroden, einer aktiven ”getriebenen” Elektrode (auch Hochspannungselektrode genannt) und einer passiven Elektrode (auch Masseelektrode genannt), deren Potential auf der Masse (0 V) des Motorblocks sowie der vollständigen Karosserie eines Automobils liegt. Die Masseelektrode kann auch als Mehrfachelektrode ausgeführt sein. Diese Zündsysteme haben den Prinzip bedingten Nachteil einer mangelhaften Steuerbarkeit, da nach der Plasmazündung die in der Zündspule gespeicherte Energie auf einer Zeitskala von wenigen zehn Nanosekunden in das Plasma eingekoppelt wird. Der stark ansteigende Strom ist eine Folge der rasant steigenden Elektronendichte und damit verbundenen Steigerung der Leitfähigkeit des Plasmas. Alle nachwirkenden Prozesse im Plasma sind nur noch eine Folge dieses Energieeintrages und nicht mehr von außen beeinflussbar. Insbesondere findet keine Heizung des Plasmas mehr statt. Dies hat zur Folge, dass keine nennenswerte Erzeugung von freien Elektroden und damit einhergehend von reaktiven Spezies, wie beispielsweise von atomarem Sauerstoff, die die Verbrennung fördern, stattfindet. Die Verbrennung hingegen findet auf erheblich längeren Zeitskalen statt, lebt aber von der zuvor erzeugten atomaren Sauerstoffdichte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung der o. g. Art hinsichtlich der Einflussmöglichkeiten auf die Parameter des Plasmas zwischen den Elektroden der Zündkerze zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zündvorrichtung der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Dazu ist es bei einer Zündvorrichtung der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle mit der zweiten Elektrode über einen zweiten elektrischen Leitungspfad derart elektrisch verbunden ist, dass die Hochfrequenz-Wechselspannung an der zweiten Elektrode anliegt.
  • Dies hat den Vorteil, dass zwei aktive Elektroden zur Verfügung stehen, so dass nach dem Zünden eines Plasmas zwischen den beiden Elektroden der Zündkerze durch den Hochspannungsimpuls sofort die Hochfrequenz-Wechselspannung bei einem wesentlich niedrigeren Niveau der elektrischen Spannung weiter Energie in das Plasma einkoppeln kann.
  • Eine besonders einfache und funktionssichere Zündvorrichtung erzielt man dadurch, dass die Hochspannungsquelle als Zündspule ausgebildet ist.
  • Einen Schutz der Hochfrequenzspannungsquelle gegen Überspannung erzielt man dadurch, dass in dem zweiten Leitungspfad zwischen der zweiten Elektrode der Zündkerze und dem Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle eine Schutzschaltung elektrisch eingeschleift ist, welche ein Durchschlagen des Hochspannungsimpulses von der Hochspannungsquelle zum Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle blockiert.
  • Eine frequenzselektive – Übertragung, beispielsweise von nur einem gewünschten Frequenzband, von der Hochfrequenzspannungsquelle zu der zweiten Elektrode der Zündkerze erzielt man dadurch, dass in dem zweiten elektrischen Leitungspfad zwischen der zweiten Elektrode der Zündkerze und dem Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle ein Trennelement in Form eines frequenzselektiven Filters, insbesondere in Form eines Bandpassfilters, elektrisch eingeschleift ist.
  • Einen Schutz auch des Trennelementes vor Überspannung erzielt man dadurch, dass das Trennelement zwischen der Schutzschaltung und dem Ausgang der Hochfrequenzspannungsquelle in den zweiten elektrischen Leitungspfad eingeschleift ist.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Trennelement zwischen der Schutzschaltung und der zweiten Elektrode in den zweiten elektrischen Leitungspfad eingeschleift. Dies hat den Vorteil, dass der Bandpass des Trennelementes die Energie außerhalb des Durchlassbereiches dämpft, wodurch die Realisierung der Schutzschaltung einfacher wird.
  • Eine verbesserte Übertragung der Hochspannung von der Hochspannungsquelle zur Zündkerze wird dadurch erzielt, dass in dem ersten elektrischen Leitungspfad zwischen dem Ausgang der Hochspannungsquelle und der ersten Elektrode der Zündkerze eine Schutzschaltung elektrisch eingeschleift ist, welche einen Massebezug für die HF darstellt.
  • Eine klare Trennung der beiden aktiven Elektroden erzielt man dadurch, dass an der ersten Elektrode einzig der Hochspannungsimpuls anliegt und dass an der zweiten Elektrode einzig die Hochfrequenz-Wechselspannung anliegt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
  • 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung und
  • 2 eine schematische Darstellung einer alternativen bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung.
  • Die in 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung 10 weist eine Zündkerze 12, eine Hochspannungsquelle bzw. Hochgleichspannungsquelle 14 und eine Hochfrequenzspannungsquelle 16 auf. Die Zündkerze 12 weist eine erste Elektrode 18 (Hochspannungselektrode) und eine zweite Elektrode 20 (Hochfrequenzelektrode) auf. Die Elektroden 18, 20 ragen in einen nicht dargestellten Brennraum, beispielsweise in einem Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine, in dem ein Kraftstoff-Luftgemisch entzündet werden soll. Die Hochspannungsquelle 14 ist als Zündspule ausgebildet und erzeugt einen Hochspannungsimpuls bzw. Hochgleichspannungsimpuls (DC), welcher an einem Ausgang 22 der Hochspannungsquelle 14 anliegt. Der Ausdruck ”elektrischer Hochgleichspannungsimpuls” bezeichnet hier einen elektrischen Gleichspannungsimpuls mit hoher elektrischer Spannung von einigen kV, wie beispielsweise 3 kV bis 30 kV oder 8 kV bis 12 kV. Der Ausgang 22 der Hochspannungsquelle 14 ist über einen ersten elektrischen Leitungspfad 24 mit der ersten Elektrode 18 derart elektrisch verbunden, dass der Hochspannungsimpuls aus der Hochspannungsquelle 14 der ersten Elektrode 18 der Zündkerze 12 zugeführt wird. Hierbei liegt der elektrische Hochspannungsimpuls einzig an der ersten Elektrode (18) an.
  • Die Hochfrequenzspannungsquelle 16 erzeugt eine Hochfrequenz-Wechselspannung, welche an einem Ausgang 26 der Hochfrequenzspannungsquelle 16 anliegt. Der Ausgang 26 der Hochfrequenzspannungsquelle 16 ist über einen zweiten elektrischen Leitungspfad 28 mit der zweiten Elektrode 20 der Zündkerze 12 elektrisch derart verbunden, dass die Hochfrequenz-Wechselspannung aus der Hochfrequenzspannungsquelle 16 der zweiten Elektrode 20 der Zündkerze 12 zugeführt wird. Die Hochfrequenzspannungsquelle 16 ist weiterhin mit einem elektrischen Massepotential 40 elektrisch verbunden. Hierbei liegt die Hochfrequenz-Wechselspannung einzig an der zweiten Elektrode (20) an.
  • In dem zweiten elektrischen Leitungspfad 28 ist eine Schutzschaltung 30 elektrisch eingeschleift. Diese Schutzschaltung 30 ist derart ausgebildet, dass sie einerseits den Hochspannungsimpuls von der Hochspannungsquelle 14 daran hindert, über den zweiten elektrischen Leitungspfad 28 bis zum Ausgang 26 der Hochfrequenzspannungsquelle 16 durchzuschlagen und andererseits die Hochfrequenz-Wechselspannung aus der Hochfrequenzspannungsquelle 16 in Richtung der zweiten Elektrode 20 der Zündkerze 12 weiterleitet. Auf diese Weise ist die Hochfrequenzspannungsquelle 16 vor Überspannung geschützt.
  • Weiterhin ist in dem zweiten elektrischen Leitungspfad 28 ein Trennelement 32 zwischen der Schutzschaltung 30 und dem Ausgang 26 der Hochfrequenzspannungsquelle 16 elektrisch eingeschleift. Dieses Trennelement 32 ist als ein frequenzselektives Filter, beispielswese als ein Bandpassfilter mit einer konstanten oder variablen Kapazität 34 und einer konstanten oder variablen Induktivität 36, ausgebildet. Dieses Bandpassfilter lässt nur ein vorbestimmtes Frequenzband von der Hochfrequenzspannungsquelle 16 über den zweiten elektrischen Leitungspfad 28 in Richtung der zweiten Elektrode 20 passieren. Mit dem Trennelement 32 kann die eingekoppelte Frequenz der Hochfrequenz-Wechselspannung ständig angepasst werden, so dass ein optimaler Energieeintrag in das gezündete Plasma erzielt wird.
  • Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung ist als Hochfrequenz-Plasma-Zündsystem ausgebildet und beinhaltet in der Zündkerze 12 zwei aktive Elektroden, die Hochspannungselektrode als erste Elektrode 18 und die Hochfrequenzelektrode als zweite Elektrode 20. Eine Masseelektrode, wie bei herkömmlichen Zündsystemen, ist nicht vorhanden. Die Zündspule 14 erzeugt einen Hochspannungsimpuls bzw. Hochgleichspannungsimpuls (DC), der bei Erreichen einer Durchbruchspannung zwischen der Hochspannungselektrode 18 und der Hochfrequenzelektrode 20 der Zündkerze 12 ein initiales Plasma im Raum um die beiden Elektroden 18, 20 brennen lässt (Pfeil 42). Dieses Plasma wird durch anschließendes Zuführen der Hochfrequenz-Wechselspannung von der Hochfrequenzspannungsquelle 16 weiter mit Energie versorgt (Pfeil 44) und dadurch für eine gewisse Zeit aufrecht erhalten, so dass das Plasma länger vorhanden ist, als es alleine durch den Hochspannungsimpuls aus der Hochspannungsquelle 14 der Fall wäre.
  • Ein Plasma beinhaltet unter anderem Elektronen, Ionen, angeregte Teilchen und Neutralteilchen. Die freien Ladungsträger (Elektronen und Ionen) bilden einen leitfähigen Plasmakanal zwischen der Hochspannungselektrode 18 und der Hochfrequenzelektrode 20 der Zündkerze 12. Die durch das Plasma entstandenen freien Ladungsträger werden für den Stromtransport des Hochfrequenzplasmas zwischen der Hochfrequenzelektrode 20 und der Hochspannungselektrode 18 genutzt. Somit kann durch das zusätzliche Anlegen einer Hochfrequenzspannung aus der Hochfrequenzspannungsquelle 16 an der Hochfrequenzelektrode 20 mehr Leistung über einen längeren Zeitraum in das Plasma eingebracht werden. Dadurch werden kontinuierlich Elektronen erzeugt und die freie Elektronendichte im Plasma bleibt länger erhalten, womit eine permanente Erzeugung von reaktiven Spezies (vor allem von atomarem Sauerstoff) einhergeht. Die deutlich erhöhte Menge von atomarem Sauerstoff sorgt für eine effektivere Verbrennung und erlaubt u. a. das sichere Entflammen von mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen im Brennraum bzw. eine erhöhte Motorleistung bei konstantem Kraftstoffverbrauch. Damit die Hochfrequenzspannungsquelle 16 vor dem Hochspannungsimpuls aus der Hochspannungsquelle 14 geschützt ist, ist zwischen der Hochfrequenzelektrode 20 und Hochfrequenzspannungsquelle 16 die Schutzschaltung 30 vorgesehen. Ein großer Vorteil dieses Zündsystems liegt darin, dass das Plasma direkt zwischen den beiden aktiven Elektroden 18, 20 brennt. Eine sichere Übernahme der Hochfrequenzspannungsquelle, um nach dem initialen Funken durch den Hochspannungsimpuls aus der Hochspannungsquelle 14 weiterhin aktiv Energie in das Plasma einzukoppeln, ist gegeben, da der initiale Funken in jedem Fall freie Ladungsträger zwischen den Elektroden generiert.
  • Die Schutzschaltung 30 beinhaltet beispielsweise einen gasgefüllten Überspannungsableiter, welcher isolierend wirkt, solange die Spannung unter einem vorbestimmten Wert von beispielsweise etwa 450 V bleibt. Der gasgefüllte Überspannungsableiter stört wegen seiner geringen Kapazität von nur etwa 2 pF nicht. Wird die Zündspannung des gasgefüllten Überspannungsableiters überschritten, fällt der Widerstand innerhalb von Mikrosekunden auf sehr geringe Werte, wobei Stromspitzen von beispielsweise bis zu 100 kA abgeleitet werden können.
  • Durch die Trennung von Hochspannungs- und Hochfrequenzpotential werden die Anforderungen an die Spannungsfestigkeit des Trennelementes 32 drastisch reduziert. Gleichzeitig wird durch diesen Schritt die Belastung der Hochspannungsquelle 14 in Form der Zündspule erheblich herabgesetzt und die Erzeugung der Hochspannung deutlich vereinfacht. Vor dem Hintergrund immer stärker aufgeladener und kleinvolumiger Otto-Motoren ist die Erzeugung von ausreichend hohen Spannungsimpulsen zur sicheren Entflammung eine immer weiter wachsende Herausforderung. Des Weiteren ergeben sich mehr Freiheitsgrade bei der Wahl der reaktiven Bauelemente des Trennelementes, da auf eine möglichst geringe kapazitive Belastung der Zündspule nicht mehr geachtet werden muss. Die Kapazitäten des Trennelementes können im Gegensatz zu bisherigen Schaltungskonzepten erhöht und die Induktivitäten gesenkt werden, was die Realisierung des Trennelementes vereinfacht.
  • In 2 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 1 die Schutzschaltung 30 zwischen dem Trennelement 32 und dem Ausgang 26 der Hochfrequenzspannungsquelle 16 in den zweiten elektrischen Leitungspfad 28 eingeschleift.
  • Optional weist die Schutzschaltung 30 und/oder das Trennelement 32 zusätzlich eine elektrische Verbindung mit dem Massepotential 40 auf, wie mit gestrichelten Linien in 1 und 2 dargestellt.
  • Optional ist in dem ersten elektrischen Leitungspfad 24 zwischen dem Ausgang 22 der Hochspannungsquelle 14 und der ersten Elektrode 18 eine Schutzschaltung 31 mit elektrischer Verbindung mit dem Massepotential 40 elektrisch eingeschleift. Diese Schutzschaltung 31 ist in den 1 und 2 entsprechend mit gestrichelten Linien angedeutet. Die Schutzschaltung soll einen Massebezug für die HF darstellen und nicht die Hochspannung blockieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004058925 A1 [0002]
    • DE 102008051185 A1 [0003]
    • DE 102013215663 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Zündvorrichtung (10) zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches in einem Brennraum, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Zündkerze (12), die eine erste Elektrode (18) und eine zweite Elektrode (20) aufweist, mit einer Hochspannungsquelle (14) zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsimpulses an einem Ausgang (22) der Hochspannungsquelle und mit einer Hochfrequenzspannungsquelle (16) zum Erzeugen einer elektrischen Hochfrequenz-Wechselspannung an einem Ausgang (26) der Hochfrequenzspannungsquelle (16), wobei der Ausgang (22) der Hochspannungsquelle (14) mit der ersten Elektrode (18) der Zündkerze (12) über einen ersten elektrischen Leitungspfad (24) derart elektrisch verbunden ist, dass der Hochspannungsimpuls an der ersten Elektrode (18) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (26) der Hochfrequenzspannungsquelle (16) mit der zweiten Elektrode (20) über einen zweiten elektrischen Leitungspfad (28) derart elektrisch verbunden ist, dass die Hochfrequenz-Wechselspannung an der zweiten Elektrode (20) anliegt.
  2. Zündvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsquelle (14) als Zündspule ausgebildet ist.
  3. Zündvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten elektrischen Leitungspfad (28) zwischen der zweiten Elektrode (20) der Zündkerze (12) und dem Ausgang (26) der Hochfrequenzspannungsquelle (16) eine Schutzschaltung (30) elektrisch eingeschleift ist, welche ein Durchschlagen des Hochspannungsimpulses von der Hochspannungsquelle (14) zum Ausgang (26) der Hochfrequenzspannungsquelle (16) blockiert.
  4. Zündvorrichtung (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten elektrischen Leitungspfad (28) zwischen der zweiten Elektrode (20) der Zündkerze (12) und dem Ausgang (26) der Hochfrequenzspannungsquelle (16) ein Trennelement (32) in Form eines frequenzselektiven Filters, insbesondere in Form eines Bandpassfilters, elektrisch eingeschleift ist.
  5. Zündvorrichtung (10) nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (32) zwischen der Schutzschaltung (30) und dem Ausgang (26) der Hochfrequenzspannungsquelle (6) in den zweiten elektrischen Leitungspfad (28) eingeschleift ist.
  6. Zündvorrichtung (10) nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (32) zwischen der Schutzschaltung (30) und der zweiten Elektrode (20) in den zweiten elektrischen Leitungspfad (28) eingeschleift ist.
  7. Zündvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten elektrischen Leitungspfad (24) zwischen dem Ausgang (22) der Hochspannungsquelle (14) und der ersten Elektrode (18) der Zündkerze (12) eine Schutzschaltung (31) elektrisch eingeschleift ist, welche einen Massebezug für die HF darstellt.
  8. Zündvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Elektrode (18) einzig der Hochspannungsimpuls anliegt und dass an der zweiten Elektrode (20) einzig die Hochfrequenz-Wechselspannung anliegt.
DE102016003793.8A 2016-03-29 2016-03-29 Zündvorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches in einem Brennraum Withdrawn DE102016003793A1 (de)

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KR1020187028984A KR20180124908A (ko) 2016-03-29 2017-03-23 점화실 내의 공기/연료 혼합물을 점화시키는 점화 장치
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CN201780022449.XA CN109312707B (zh) 2016-03-29 2017-03-23 用于点燃燃烧室中的空气/燃料混合物的点火装置
US16/087,738 US10982641B2 (en) 2016-03-29 2017-03-23 Ignition device for igniting an air/fuel mixture in a combustion chamber
EP17715623.9A EP3436686B1 (de) 2016-03-29 2017-03-23 Zündvorrichtung zum zünden eines luft-kraftstoffgemisches in einem brennraum
TW106110380A TW201734304A (zh) 2016-03-29 2017-03-28 燃燒室中點燃空氣─燃料混合物的點燃裝置

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110500222A (zh) * 2019-09-20 2019-11-26 韦伟平 一种稀薄燃烧发动机的高频谐振点火电路及其工作、控制方法
CN114109692B (zh) * 2021-11-26 2022-09-27 山东大学 一种快脉冲多点放电系统及发动机燃烧控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3145169A1 (de) * 1981-11-13 1983-05-26 Marcel 68390 Sausheim-Battenheim Blanchard "anordnung zur erzielung von hochspannung"
US5777867A (en) * 1995-09-14 1998-07-07 Suitomo Electric Industries, Ltd. Electric discharge method and apparatus
DE19723784C1 (de) * 1997-06-06 1998-08-20 Daimler Benz Ag Schaltungsanordnung für die Zündung einer Brennkraftmaschine
DE102004058925A1 (de) 2004-12-07 2006-06-08 Siemens Ag Hochfrequenz-Plasmazündvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für direkt einspritzende Otto-Motoren
DE102008051185A1 (de) 2008-02-14 2009-11-12 Stanislav Tkadlec Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasma mit Hilfe HF-Feldes und Gleichspannungsimpulses
DE102013215663A1 (de) 2013-03-18 2014-09-18 Mitsubishi Electric Corporation Zündapparatur
DE112014002666T5 (de) * 2013-06-04 2016-03-17 Mitsubishi Electric Corporation Zündvorrichtung eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1335797A (en) * 1920-04-06 of toledo
JPS5328568B1 (de) * 1971-03-06 1978-08-15
JPS5152653Y2 (de) * 1971-09-02 1976-12-16
US3934566A (en) * 1974-08-12 1976-01-27 Ward Michael A V Combustion in an internal combustion engine
US4297983A (en) * 1978-12-11 1981-11-03 Ward Michael A V Spherical reentrant chamber
US4369756A (en) * 1980-01-11 1983-01-25 Nissan Motor Co., Ltd. Plasma jet ignition system for internal combustion engine
JP2008082286A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Toyota Central R&D Labs Inc 内燃機関及びその点火装置
JP5152653B2 (ja) * 2008-05-20 2013-02-27 株式会社エーイーティー 火花放電点火方式とマイクロ波プラズマ点火方式を併用する点火装置
JP5413186B2 (ja) * 2009-12-25 2014-02-12 株式会社デンソー 高周波プラズマ点火装置
KR101441834B1 (ko) * 2010-09-07 2014-09-18 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 점화 시스템 및 점화 플러그
US9709019B2 (en) * 2011-01-18 2017-07-18 Imagineering, Inc. Plasma generation device and internal combustion engine
WO2012124671A2 (ja) * 2011-03-14 2012-09-20 イマジニアリング株式会社 内燃機関
JP5954812B2 (ja) * 2011-10-31 2016-07-20 ダイハツ工業株式会社 火花点火式内燃機関の制御装置
JP5469229B1 (ja) * 2012-10-26 2014-04-16 三菱電機株式会社 高周波放電用点火コイル装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3145169A1 (de) * 1981-11-13 1983-05-26 Marcel 68390 Sausheim-Battenheim Blanchard "anordnung zur erzielung von hochspannung"
US5777867A (en) * 1995-09-14 1998-07-07 Suitomo Electric Industries, Ltd. Electric discharge method and apparatus
DE19723784C1 (de) * 1997-06-06 1998-08-20 Daimler Benz Ag Schaltungsanordnung für die Zündung einer Brennkraftmaschine
DE102004058925A1 (de) 2004-12-07 2006-06-08 Siemens Ag Hochfrequenz-Plasmazündvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für direkt einspritzende Otto-Motoren
DE102008051185A1 (de) 2008-02-14 2009-11-12 Stanislav Tkadlec Verfahren-Zündung durch Erzeugung des Entladungsplasma mit Hilfe HF-Feldes und Gleichspannungsimpulses
DE102013215663A1 (de) 2013-03-18 2014-09-18 Mitsubishi Electric Corporation Zündapparatur
DE112014002666T5 (de) * 2013-06-04 2016-03-17 Mitsubishi Electric Corporation Zündvorrichtung eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors

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