DE19638787A1

DE19638787A1 - Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19638787A1
Application number: DE1996138787
Authority: DE
Inventors: Dirk Prof Ing Peier
Original assignee: BREMICKER AUTO ELEKTRIK
Current assignee: BREMICKER AUTO ELEKTRIK
Priority date: 1996-09-21
Filing date: 1996-09-21
Publication date: 1998-04-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Otto-Motore, bestehend aus einer Energiequelle und einem im Brennraum der Maschine angeordneten Zündmittel, mittels dessen ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Ge misch im Brennraum gezündet wird.

Im Stand der Technik sind Zündsysteme in Benzin verbrennungsmotoren bekannt, die auf hochspannungsinduzierten Zündfunken beruhen, die dem Benzin-Luft-Gemisch die zur Explosion benötigte Initialenergie zuführen.

Im Stand der Technik sind auch Hochleistungsmotore bekannt, die für hohe Drehzahlen ausgelegt sind und beispielsweise mit Vierventiltechnik oder Fünfventiltechnik ausgestatteter Zylinderköpfe aufweisen. Auch bei solchen Motoren werden Zündkerzen benutzt, wobei die jeweils sich aufbauende Flammfront in dem zündfähigen Gemisch von der Zündkerze ausgeht. Die Entflammung ist nur unter Überwindung eines relativ langen Flammfrontweges möglich, wobei bei hohen Drehzahlen insbesondere bei der Mehrventiltechnik es erwünscht wäre, die Flammfrontwege zu verkürzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, andere Energiequellen als Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen zu benutzen, die bei geringem Verschleiß der Zündmittel (Elektroden) eine sichere und raschere Zündung des Benzin-Luft-Gemisches ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß als Energiequelle eine Hochfrequenzenergiequelle eingesetzt ist, mittels derer hochfrequente
Energiewellen, insbesondere elektromagnetische Wellen, in den Brennraum eingekoppelt wird und daß der Brennraum ,der von metallischen Teilen umschlossen ist (Zylinderkopf Kolben und Zylinder), den Hohlraumresonator für die hochfrequenten Wellen, insbesondere Mikrowellen, bildet.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß die Hochfrequenzenergiequelle ein Mikrowellengenerator ist.

Aus der EP 0 048 981 A2 ist ein Diagnosesystem bekannt, bei dem Mikrowellen zur Diagnose des Zündvorganges genutzt werden.

Aus der DE 35 04 737 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beseitigen von Ruß oder dergleichen aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Verbrennung mittels einer Mikrowellen-Quelle erfolgt, die an ein Zwischenstück der Abgasleitung angekoppelt ist und dort ein elektromagnetisches Feld erregt.

Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht es demgegenüber, in einer Verbrennungskraftmaschine eine Zündung zu erzeugen, in dem hochfrequente Energiewellen in den Brennraum eingekoppelt werden, um die Zündung des Benzin-Luft-Gemisches zu erreichen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich, die Flammfrontbildung durch entsprechende Auslegung der Energieeinkopplung, z. B. in das Zentrum des Brennraumes zu verlegen, so daß der Zünd- und Explosionsvorgang schnell und vollständig ablaufen kann, wie dies bei hohen Drehzahlen und insbesondere auch bei der Mehrventiltechnik erforderlich ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen bezeichnet.

Durch eine optimierte Anordnung des Koppelstrukturbereiches an der Elektrode wird die Resonatoreigenschaft des Verbrennungsraumes genutzt, um durch geringe Energieeinkopplung hohe Feldstärken zu erreichen. Hierdurch wird ein Plasma erzeugt, um damit die Zündung an einer im Brennraum für optimal befundenen Stellen zu initiieren.

Je nach Koppelstruktur, Energie und Frequenz kann der oder die Zündorte variiert werden. Die Elektrodenform bzw. die Form der Koppelstrukturbereiche kann so gewählt werden, daß eine optimale Abstimmung auf den Brennraum erfolgt und es zu einer Plasmabildung, also einer Energiedichteüberhöhung kommen kann. Dabei ist vorteilhaft, daß ein Elektrodenverschleiß praktisch auszuschließen ist und trotz geringer Energieeinkopplung eine sichere Zündung auch durch Funken an mehreren Orten erreichbar ist.

Gemäß der Erfindung wird durch den metallischen Zylinderkopf, die Zylinderwandung und den Kolbenboden ein Hohlraumresonator gebildet, der es ermöglicht, die Zündenergie mit Hilfe eines Mikrowellengenerators zur Verfügung zu stellen. Durch entsprechende Optimierung der Koppelstrukturen bzw. Koppelstrukturbereiche kann eine große Homogenität und auch ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden, als dies bei nur punktuell induzierten Zündfunkensystemen der Fall ist.

Ein schematisiertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, ebenso wie Koppelstrukturbereiche.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisiertes Zündsystem gemäß der Erfindung;

Fig. 2a bis 2l Koppelstrukturbereiche unter schiedlicher Ausbildung.

In der Zeichnungsfigur 1 ist eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Otto-Motore erläutert. Es ist dabei ein Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine gezeigt, der durch einen Zylinderkopf 2, einen Kolben 3 und die Wandung des Zylinders 4 umschlossen ist. Im Zylinderkopf 2 ist mittig oberhalb des Kolbens 3 ein Zündmittel 5 angeordnet, welches mit einer Energiequelle 6 in Verbindung steht. Die Energiequelle 6 ist dabei eine Hochfrequenzenergiequelle in Form eines Mikrowellengenerators. Das Zündmittel 5 weist eine stiftartige Elektrode 7 auf, die in einen Koppelstrukturbereich 8 im Brennraum 1 übergeht. Von der Elektrode 7 bzw. dem Koppelstrukturbereich 8 werden die von der Hochfrequenzenergiequelle 6 erzeugten Wellen in den Brennraum 1 abgestrahlt. Die Elektrode 7 und Koppelbereich 8 bilden dabei praktisch eine Antenne zur Abstrahlung der Wellen.

Der Brennraum, der von metallischen Teilen umschlossen ist, bildet den Hohlraumresonator für die hochfrequenten Wellen. Der Koppelstrukturbereich 8 der Elektrode kann in unterschiedlicher Form ausgebildet sein, wobei das Ziel der Ausbildung eine zündgeeignete Feldverteilung ist. Gegebenenfalls kann eine Vielzahl ausgeprägter Feldspitzen erzeugbar sein, so daß mehrere Zündbereiche entstehen. Durch die entsprechende Wahl der Koppelstruktur 8 kommt es zu einer Plasmabildung im Brennraum, also zu einer Energiedichteüberhöhung, wodurch eine Zündung des zündfähigen Gemisches im Brennraum 1 initiiert wird.

Unterschiedliche Formen von Koppelstrukturen 8 sind in Zeichnungsfigur 2 gezeigt. Dabei bestehen die Koppelstrukturen 8 im wesentlichen aus flächigen oder stegartigen Elementen, gegebenenfalls mit Spitzen.

Durch die Erfindung wird ein verschleißarmes Zündsystem geschaffen, welches bei geringem Energiebedarf eine sichere Zündung eines zündfähigen Gemisches in Brennkraftmaschinen ermöglicht.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

1. Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Otto-Motore, bestehend aus einer Energiequelle und einem im Brennraum der Maschine angeordneten Zündmittel, mittel dessen ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle (6) eine Hochfrequenzenergiequelle eingesetzt ist, mittels derer hochfrequenter Energiewellen, insbesondere elektromagnetische Wellen, in den Brennraum (1) eingekoppelt wird und daß der Brennraum (1), der von metallischen Teilen umschlossen ist (Zylinderkopf (2), Kolben (3) und Zylinder (4)), den Hohlraumresonator für die hochfrequenten Wellen, insbesondere Mikrowellen, bildet.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzenergiequelle (6) ein Mikrowellengenerator ist.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündmittel eine Elektrode (7) ist, von der die von der Hochfrequenzenergiequelle erzeugten Welle in den Brennraum (1) abgestrahlt werden.

4. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (7) endseitig einen sich quer zur stiftförmigen Elektrode erstreckenden flächigen, stegförmigen oder räumlichen Koppelstrukturbereich (8) aufweist, der im Brennraum (1) angeordnet ist.

5. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (7), insbesondere der Koppelstrukturbereich (8), so ausgebildet ist, daß eine Feldverteilung mit mindestens einer oder vorzugsweise mehreren Starkfeldzonen der Mikrowellen im Brennraumvolumen gebildet wird.

6. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzenergiequelle (6) von dem Motor derart gesteuert ist, daß lediglich während der Kompression des zündfähigen Gemisches eine Einspeisung von Energie zur Elektrode (7) erfolgt.

7. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung mittels der Hochfrequenzenergiequelle (6) in Abhängigkeit von der Kolbenstellung des Kolbens (3) der Brennkraftmaschine bei konstanter Energieaufgabe der Hochfrequenzenergiequelle (6) erfolgt.