DE19813993C1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit wenigstens einer von einem Zylinder und einem Kolben gebildeten Brennkammer, wobei ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und anschließend der Arbeitstakt des Verbrennungsmotors durch Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchge­ führt wird und wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch von einer Zündanlage bei einem Ottomotor oder durch Verdichtung bei einem Dieselmotor gezündet wird. Die Erfin­ dung betrifft weiterhin eine Zündanlage eines Verbrennungsmotors, verschiedene Einrichtungen im Zusammenhang mit der Zündanlage sowie einen Verbrennungsmo­ tor und ein Kraftfahrzeug mit einer Zündanlage der vorgenannten Art, jeweils zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Verfahren zum Betreiben von Verbrennungsmotoren der vorgenannten Art sind be­ reits seit langem bekannt. Bekannte Diesel- und Ottomotoren haben jeweils den Nachteil, daß sie einen relativ geringen Wirkungsgrad haben. Gerade in der heutigen Zeit werden an die Motoren erhöhte Anforderungen hinsichtlich des Kraftstoffver­ brauchs gestellt. Allerdings soll nicht nur der Kraftstoffverbrauch der Motoren mög­ lichst ohne merkliche Absenkung der Leistung reduziert werden, es sollen auch we­ niger Schadstoffe, wie CO, NO_x, C_nH_m und andere Toxine, in den Abgasen in die Atmosphäre abgegeben werden.

Aus der GB 1 536 675 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungs­ motors bekannt, bei dem während des Arbeitstaktes ein elektrisches Feld in der Brennkammer erzeugt wird, um eine verbesserte Verbrennung des Kraftstoffes zu er­ zielen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Ver­ brennungsmotors sowie einen entsprechenden Verbrennungsmotor und dazugehöri­ ge Anlagen und Einrichtungen zur Verfügung zu stellen, wobei bei möglichst glei­ cher Leistung ein weiter verringerter Kraftstoffverbrauch erzielt und die Schadstoff­ emission in den Abgasen weiter verringert wird.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß zumindest nach Zündung des Kraftstoff-Luft- Gemisches während des Arbeitstaktes und insbesondere während der gesamten Dauer des Arbeitstaktes eine Serie elektrischer Felder einer solchen Feldstärke in der Brennkammer erzeugt werden, daß sich Gasentladungen in der Brennkammer erge­ ben, und daß die elektrischen Felder bei einem Ottomotor von der Zündanlage oder einer weiteren Zündanlage oder bei einem Dieselmotor von einer Zündanlage durch Erzeugung von Zündimpulsen erzeugt werden. Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, daß das nach der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches die Serie elektri­ scher Felder, die periodisch durch eine Impulsserie erzeugt werden können, in der Brennkammer das zu verbrennende Gemisch bzw. die Moleküle des Gemisches derart anregen, daß sich eine bessere Verbrennung und damit ein höherer Wirkungsgrad er­ gibt. Die Einwirkung der elektrischen Felder auf die in der Brennkammer befindlichen Gase wird auch von der Stellung des Kolbens, also von der Größe der Brennkammer bestimmt. Je nach Vergrößerung der Brennkammer verringert sich die Einwirkung der elektrischen Felder auf die Gase. Durch die beim Arbeitstakt entstehenden Wirbel in der Brennkammer zirkuliert aber ein Großteil der Gase in der Brennkammer, so daß ein Großteil des Gases auch in die unmittelbare Nähe der Elektrode kommt, wo das jewei­ lige elektrische Feld der Impulsserie die größte Feldstärke hat. Durch die bessere Ver­ brennung wird der Energieinhalt des zugeführten Kraftstoffes besser ausgenutzt, was neben einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs gleichzeitig zu einer Verringerung der Abgase bei gleicher Leistung des Motors führt. Gegebenenfalls kann durch die Erfindung sogar auf den Einsatz von Katalysatoren verzichtet werden. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren kann bei allen Typen von Verbrennungsmotoren angewen­ det werden, die mit Benzin, Kraftstoffgemischen und anderen nicht herkömmlichen Treibstoffen (Gas, Ethanol und andere Gemische, die sich langsam als Benzin ver­ flüchtigen) betrieben werden. Dank der hohen Entzündungs- und Ausbreitungsge­ schwindigkeit kann die Erfindung auch bei hochtourigen Motoren Anwendung fin­ den.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Impulsserie der einzelnen ionisierenden elek­ trischen Felder nicht nur während des Arbeitstaktes, sondern auch während des Ein­ strömens und/oder während der Kompression des Kraftstoff-Luft-Gemisches und/­ oder während des Ausströmens der Abgase wirkt. Hierdurch kann sowohl die Ver­ brennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches verbessert als auch die Abgase verringert werden.

Von besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang im übrigen, daß in der Brennkammer elektrische Felder mit einer solchen Feldstärke erzeugt werden, daß sich eine Gasentladung ergibt, der Brennkammerinhalt also elektrisch leitend wird. Die Gasentladung im Anschluß an die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches führt zur Entstehung von freien Radikalen (OH, O, O₂ und Ozon) in den Verbrennungs­ produkten und plasma-chemischen Reaktionen, die nicht nur die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches unterstützen, sondern auch zur Verbrennung von CO und C_nH_m führen, was wiederum eine Entgiftung und Entrußung der Abgase nach sich zieht. Durch die Erfindung ergibt sich damit ein hoher Wirkungsgrad bei der Ver­ brennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei gleichzeitiger Entgiftung der Abgase. Bei Versuchen, die durchgeführt worden sind, ergaben sich Kraftstoffeinsparungen bis zu 42% mit erheblich verbesserten Abgaswerten.

Zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches weist jeder Ottomotor üblicherweise eine Zündanlage auf. Von besonderem Vorteil ist es im Zusammenhang mit der vorlie­ genden Erfindung weiterhin, wenn die Zündanlage, die ohnehin zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches dient, gleichzeitig zur Erzeugung der elektrischen Felder dadurch genutzt wird, daß nach dem Zünden des Gemisches weitere Zündimpulse von der Zündanlage erzeugt werden, die nach der Zündung des Gemisches zu der oder den Gasentladungen in der Brennkammer führen.

Bei einer alternativen Ausgestaltung im Zusammenhang mit einem Ottomotor ist vor­ gesehen, daß neben der "klassischen" Zündanlage, die ausschließlich zur Zündung des Gemisches dient, eine weitere Zündanlage vorgesehen ist, die zur Erzeugung der elektrischen Felder während des Arbeitstaktes im Anschluß an die Zündung dient. Die letztgenannte Ausgestaltung hat den Vorteil, daß das "klassische" Zündsystem zum Zünden des Gemisches durch die "Nachzündung" der weiteren Zündanlage nicht gestört oder beeinträchtigt wird. Im übrigen kann auch bei einem möglichen Ausfall der weiteren Zündanlage der Verbrennungsmotor grundsätzlich weiter be­ trieben werden.

Die Erfindung ist aber nicht nur für einen Ottomotor geeignet, sondern auch für einen Dieselmotor. In diesem Fall ist dem Dieselmotor eine erfindungsgemäße Zündanlage zugeordnet, die nach der durch Verdichtung hervorgerufenen Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches die elektrischen Felder erzeugt. Der erfindungsgemäße Dieselmotor ist also durch eine - für Dieselmotoren atypische - Zündanlage gekenn­ zeichnet, die jedoch nicht zur Zündung des Gemisches, sondern lediglich zur Unter­ stützung der "Nachverbrennung" dient.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse im Hinblick auf verringerten Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß werden erzielt, wenn die Zündspannung während des Ar­ beitstaktes größer 20 kV, insbesondere größer 30 kV ist. Wird bei einem Ottomotor nur eine einzige Zündanlage verwendet, sollte diese Zündspannung nicht nur wäh­ rend des Arbeitstaktes, sondern auch zum Zünden des Gemisches verwendet werden.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden insbesondere dann erzielt, wenn die (weitere) Zündanlage zum Zünden und/oder während des Arbeitstaktes Zündimpulse mit einer sehr hohen Frequenz, vorzugsweise im Bereich von 10 kHz bis 1,5 GHz und insbesondere zwischen 30 und 100 kHz erzeugt, wobei das Verhältnis zwischen Im­ pulsdauer und Pausen beliebig sein kann. Durch die hohe Frequenz ergeben sich eine Vielzahl aufeinander folgender elektrischer Felder mit dadurch hervorgerufenen Gas­ entladungen in der Brennkammer während des Arbeitstaktes. Im übrigen ist die hohe Frequenz aber auch deshalb vorteilhaft, um auch bei hohen Drehzahlen des Motors, wo die Anzahl der Impulse bei einer Umdrehung erheblich geringer ist als im Leerlauf, eine ausreichende Impulsserie zur Aufrechterhaltung bzw. Gewährleistung einer Viel­ zahl elektrischer Felder in der Brennkammer zur Verfügung zu stellen.

Wie zuvor ausgeführt worden ist, besteht das wesentliche der vorliegenden Erfin­ dung darin, daß zumindest über einen Teil und insbesondere während der gesamten Dauer des Arbeitstaktes eine Vielzahl elektrischer Felder in der Brennkammer erzeugt werden. Um dies zu gewährleisten, sind die einzelnen Bauteile bzw. Einrichtungen der dem Verbrennungsmotor zugeordneten erfindungsgemäßen Zündanlage dement­ sprechend ausgebildet und angepaßt.

Bei einem Schaltgerät für eine erfindungsgemäße Zündanlage ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß diese eine Impulserzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Impul­ sen und eine mit der Impulserzeugungseinrichtung gekoppelte Steuereinrichtung zur Verbindung mit wenigstens einer Zündeinrichtung aufweist. Die Steuereinrichtung, die wenigstens einen Mikrochip aufweist, ist derart ausgebildet, daß während eines Zeitintervalls innerhalb des Arbeitstaktes und insbesondere während der gesamten Dauer des Arbeitstaktes von der Impulserzeugungseinrichtung erzeugte Impulse an die Zündeinrichtung weitergegeben werden. Dies erfolgt dann, wenn die Steuerein­ richtung ein entsprechendes Steuersignal, das zum Arbeitstakt des Verbrennungsmo­ tors korrespondiert, von einer Unterbrechereinrichtung erhält. Die Impulserzeu­ gungseinrichtung, bei der es sich vorzugsweise um einen Impulsgenerator zur Erzeu­ gung rechtwinkliger Impulse handelt, ist dabei zur Erzeugung von Impulsen mit einer Frequenz zwischen 10 und 150 kHz ausgebildet.

Zur Zündanlage gehört auch die zuvor erwähnte Unterbrechereinrichtung, die vor­ liegend mit wenigstens einer drehbaren Kontaktscheibe, wenigstens einer Licht­ schranke und wenigstens einer Ausnehmung in der Kontaktscheibe versehen ist. Die Unterbrechereinrichtung dient zur Erzeugung von Steuersignalen korrespondierend zum Arbeitstakt, wobei die Steuersignale an die Steuereinrichtung weitergegeben werden.

Wesentlich ist nun im Zusammenhang mit der Unterbrechereinrichtung, daß die Größe der Aussparung bzw. deren Länge in der Kontaktscheibe vorzugsweise der Dauer des Arbeitstaktes angepaßt ist, jedenfalls aber eine solche Größe aufweist, daß sie zumindest einem vorgegebenen Zeitintervall innerhalb des Arbeitstaktes im Anschluß an die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches entspricht.

Im übrigen kann die Unterbrechereinrichtung natürlich auch in anderer Weise als zu­ vor beschrieben realisiert sein, beispielsweise induktiv oder durch Hall-Effekt. Ent­ scheidend ist, daß eine entsprechende Steuerung vorhanden ist, welche die Zeitver­ schiebung der einzelnen Steuerimpulse regelt.

Die Ausgestaltung der Kontaktscheibe der Unterbrechereinrichtung kann derart sein, daß eine Mehrzahl von Aussparungen bei nur einer Lichtschranke vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Aussparungen der Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmo­ tors entspricht. Es kann aber auch nur eine einzige Aussparung und eine Mehrzahl von Lichtschranken vorgesehen sein, wobei deren Anzahl dann ebenfalls der Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors entspricht.

Zur erfindungsgemäßen Zündanlage gehört weiterhin auch wenigstens eine Zünd­ einrichtung mit einer Zündspule. Um hohe Zündspannungswerte der Zündeinrich­ tung zu erreichen, ist erfindungsgemäß der Zündspule sekundärseitig ein Hochspan­ nungsmultiplikator mit wenigstens einer Kaskadenschaltung zur Spannungserhö­ hung zugeordnet. Grundsätzlich ist es natürlich möglich, die sekundärseitige Wick­ lungszahl zu erhöhen. Die Verwendung des Hochspannungsmultiplikators hat jedoch den Vorteil, daß weniger Kupferdraht als Leiter in der Sekundärwicklung benötigt wird. Außerdem erhöht sich hierdurch die Steigerungsgeschwindigkeit des Magnet­ flusses, wodurch sich auch die Schnelligkeit des Anstieges der Zündspannung er­ höht. Im übrigen können herkömmliche Isolierungsmaterialien für geringere statische Durchschlagsspannungen verwendet werden. Weiterhin ist es günstig, daß die Zünd­ spule einen geschlossenen Hochfrequenz-Eisenmagnetkern in Form eines Toroids hat. Durch eine solche Lösung wird eine Senkung des Energieverbrauchs ermöglicht. Gute Ergebnisse haben sich im übrigen ergeben, wenn die Zündspule sekundärseitig zwischen 5 und 10 kV, insbesondere etwa 8 kV liefert, und der Multiplikator diese Spannung zumindest verdoppelt, vorzugsweise vervierfacht.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zündverteilereinrichtung für eine Zündanlage eines Verbrennungsmotors, mit einem Verteilerfinger und mit einer Mehrzahl von zur Kontaktierung mit dem Verteilerfinger vorgesehenen Gegenkontakten.

Beim Stand der Technik ist es so, daß es sich bei dem Verteilerfinger um einen einfa­ chen langgestreckten Kontaktstift handelt, der während des Motorbetriebes kurzzei­ tig mit den jeweiligen Gegenkontakten kontaktiert und dabei die über die Zündspule erzeugte Zündspannung an die betreffenden Zündkerzen weitergibt. Die Ausbildung des bekannten Verteilerfingers ist derart, daß die Kontaktierung mit den Gegenkon­ takten nur für einen kurzen Moment erfolgt, um eine sichere Zündung des in der Brennkammer befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches zu gewährleisten.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist nun am Verteilerfinger ein zumindest auch in Umfangsrichtung ausgerichtetes Kontaktelement vorgesehen, wobei die Länge des Kontaktelementes in Umfangsrichtung geringer ist als der Abstand be­ nachbarter Gegenkontakte. Vorzugsweise ist die Länge des in Umfangsrichtung aus­ gerichteten Kontaktelements am Verteilerfinger geringfügig kleiner als der Abstand zwischen zwei benachbarten Gegenkontakten. Hierdurch ist sichergestellt, daß einer­ seits über die gesamte Länge des Arbeitstaktes die Zündspannung an die jeweilige Zündkerze weitergegeben wird und daß sich andererseits kein Kurzschluß zwischen benachbarten Gegenkontakten ergibt.

Zu der erfindungsgemäßen Zündanlage gehört auch wenigstens eine Zündkerze pro Zylinder. Die derzeit bekannten Zündkerzen sind üblicherweise derart ausgebildet, daß sie ein in den Zylinder einschraubbares Gehäuse aus elektrischem leitendem Ma­ terial, wenigstens eine Masseelektrode und eine Mittelelektrode aufweisen. Die Mas­ seelektrode erstreckt sich bei den bekannten Zündkerzen vom unteren Rand des Ge­ häuses auf die Mittelelektrode zu. Der kürzeste Abstand der Masseelektrode zur Mit­ telelektrode ist in der Regel nicht größer als 1 mm.

Obwohl die erfindungsgemäße Zündanlage grundsätzlich auch mit bekannten Zünd­ kerzen betrieben werden kann, bietet es sich zur Erzielung von elektrischen Feldern hoher Feldstärke innerhalb des Brennraumes besonders an, wenn das Gehäuse die Masseelektrode bildet und am unteren Rand des Gehäuses keine weitere in Richtung auf die Mittelelektrode weisende Masseelektrode vorgesehen ist. Eine derartige Zündkerze, die besonders zur Erzeugung der in Rede stehenden elektrischen Felder geeignet ist, kann bei entsprechend hoher Zündspannung ohne weiteres auch zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer dienen.

Damit sich das jeweilige elektrische Feld in alle Richtungen hin gut ausbilden kann, ist der untere Rand des Gehäuses der Zündkerze als umlaufende ebene Ringfläche ausgebildet, während die Mittelelektrode vorzugsweise an ihrem äußeren freien Ende einen kugelförmigen oder halbkugelförmigen Kopf mit einem Durchmesser von 2 bis 8 mm aufweist. Über den Durchmesser des Kugelkopfes läßt sich die Größe des Ringspalts und damit des Abstandes von der Mittelelektrode zum Gehäuse als Mas­ seelektrode einstellen. Bei Versuchen, die durchgeführt worden sind, ist festgestellt worden, daß der kürzeste Abstand der Mittelelektrode zum Gehäuse 4 bis 6 mm be­ tragen kann, um bei entsprechend hoher Spannung und Frequenz noch mit Sicher­ heit einen zur Zündung ausreichenden Zündfunken gewährleisten zu können.

Bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der Zeichnung erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zündanlage,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Zündanlage,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Unter­ brechereinrichtung,

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Unterbrechereinrichtung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Zünd­ verteilereinrichtung,

Fig. 6 eine Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Zündkerze,

Fig. 7 eine Darstellung von Zündintervallen von aufeinanderfolgenden Ar­ beitstakten mehrerer Zylinder bei Verwendung einer Zündeinrichtung,

Fig. 8 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung bei Verwendung von vier Zündeinrichtungen,

Fig. 9 eine Darstellung von Zündimpulsen während eines Arbeitstaktes bei ei­ nem Zylinder,

Fig. 10 eine Darstellung des Spannungsverlaufs während eines Arbeitstaktes bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündanlage,

Fig. 11 eine Ansicht einer Brennkammer mit einem angelegten elektrischen Feld,

Fig. 12 Darstellungen verschiedener Ottomotortypen und

Fig. 13 Darstellungen verschiedener Dieselmotortypen.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündanlage 1 dargestellt. Die Zündanlage 1 weist ein Schaltgerät 2 mit einer Impulserzeugungseinrichtung 3 und einer Steuereinrichtung 4, eine Unterbrechereinrichtung 5, eine Zündeinrichtung 6 und eine Zündverteilereinrichtung 7 auf.

Bei der Impulserzeugungseinrichtung 3 handelt es sich vorliegend um einen impuls­ gebenden Generator rechtwinkliger Impulse mit einer Frequenz von 30 bis 100 kHz, so daß die Dauer eines Impulses 0,01 bis 0,03 ms beträgt. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel weist die Impulserzeugungseinrichtung 3 vier Mikrochips 8, 9, 10, 11 und einen Kondensator 12 auf. Die Impulserzeugungseinrichtung 3 ist mit der Steuereinrichtung 4 verbunden. Die Steuereinrichtung 4 selbst weist wenigstens einen, vorliegend aber drei Mikrochips 13, 14, 15 auf.

Die Unterbrechereinrichtung 5 ist mit wenigstens einer Lichtschranke 16 und einer drehbaren Kontaktscheibe 17 versehen. Zwei Ausführungsformen von Kontakt­ scheiben 17 sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Aus­ führungsform weist die Kontaktscheibe 17 vier gleichmäßig über den Umfang ver­ teilte Ausnehmungen 18 auf. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist nur eine Aus­ nehmung 18 vorgesehen. Die Länge der Ausnehmung 18 entspricht der Dauer des Arbeitstaktes, wobei es sich versteht, daß die Drehzahl der Kontaktscheibe der Dreh­ zahl des Verbrennungsmotors entspricht. Zwischen den Ausnehmungen 18 befindet sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 jeweils ein Vorsprung 19, durch den der Kontakt der Lichtschranke 16 unterbrochen wird. Während der Kontakt der Licht­ schranke 16 geschlossen ist, wird ein Steuersignal an die mit der Unterbrechereinrich­ tung 5 gekoppelte Steuereinrichtung 4 weitergegeben.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4, bei der nur eine Ausnehmung 18 vorgesehen ist, sind mehrere Lichtschranken 16 vorgesehen, wobei benachbarte Lichtschranken 16 jeweils im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Bei der Anordnung der Lichtschranken 16 ist jeweils darauf zu achten, daß die einzelnen Sensoren derart zueinander angeordnet sind, daß ein asynchrones Einsetzen der Zündung in den Zy­ lindern ausgeschlossen wird.

Im übrigen versteht es sich, daß die Lichtschranke 16 gegen äußere Einflüsse isoliert sein muß, um die Funktion nicht zu beeinträchtigen. Für jeden Motortyp werden Form und Größe der Kontaktscheibe durch die Bauform und die konstruktiven Be­ sonderheiten des Motors und des Zündverteilers individuell bestimmt.

Mit der Steuereinrichtung 4 verbunden ist die Zündeinrichtung 6, bei der es sich vor­ liegend um eine Transistorzündeinrichtung handelt. Die Zündeinrichtung 6 weist eine Zündspule 19 mit einer Primärwicklung 20 und einer Sekundärwicklung 21 auf. Die Zündspule 19 weist vorliegend einen Hochfrequenz-Eisenmagnetkern auf, der die Form eines Toroids hat. Mit der Sekundärwicklung 21 der Zündspule 19 ist ein Hoch­ spannungsmultiplikator 22 verbunden, der vorliegend zwei Kaskadenschaltungen zur Spannungserhöhung der sekundärseitigen Zündspannung um den Faktor 4 auf­ weist.

Mit dem Hochspannungsmultiplikator 22 ist wiederum die Zündverteilungseinrich­ tung 7 verbunden. Die Zündverteilereinrichtung 7, die in vergrößerter Darstellung in Fig. 5 dargestellt ist, weist einen sich drehenden stiftförmigen Verteilerfinger 23 auf, der zur Kontaktierung mit einer Mehrzahl von Gegenkontakten 24, die wiederum mit nicht dargestellten Zündkerzen verbunden sind, vorgesehen ist. Die Gegenkontakte 24 befinden sich in einem im einzelnen nicht dargestellten Verteilergehäuse. Obwohl der Verteilerfinger 23 bei der dargestellten Ausführungsform drehbar ausgebildet ist, ist es grundsätzlich auch möglich, den Verteilerfinger fest und die Gegenkontakte demgegenüber drehbar auszubilden.

Wesentlich ist nun, daß am Verteilerfinger 23 ein zumindest auch in Umfangsrichtung U ausgerichtetes Kontaktelement 25 vorgesehen ist, das einteilig mit dem Verteiler­ finger 23 ausgebildet ist, wobei die Länge des Kontaktelementes 25 in Umfangsrich­ tung U geringer ist als der Abstand benachbarter Gegenkontakte 24, so daß sich zwi­ schen benachbarten Gegenkontakten 24 kein Kurzschluß ergeben kann.

Bei sich drehenden Gegenkontakten und feststehendem Verteilerfinger sind die Ge­ genkontakte in Umfangsrichtung langgestreckt ausgebildet und nur über einen kur­ zen Abstand voneinander beabstandet, der geringfügig größer ist als die Dicke des stiftförmigen Verteilerfingers 23.

Die in Fig. 2 dargestellte Zündanlage 1 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestell­ ten dahingehend, daß nicht eine, sondern eine Mehrzahl, vorliegend vier Unterbre­ chereinrichtungen 5 der zuvor beschriebenen Art vorgesehen ind. Jede der Unter­ brechereinrichtungen 5, die von ihrem Aufbau her der zuvor beschriebenen entspre­ chen, ist einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet. Des weiteren ist mit der Steuereinrichtung 4 nicht eine, sondern vier Zündeinrichtungen 6 verbunden, wobei jede Zündeinrichtung 6 unmittelbar mit einer Zündkerze verbunden ist. Die Zündverteilung erfolgt hierbei elektronisch über die Steuereinrichtung 4.

In Fig. 6 ist der untere Teil einer erfindungsgemäßen Zündkerze 26 in Querschnitts­ ansicht dargestellt. Die Zündkerze 26 weist ein Gehäuse 27 aus elektrisch leitendem Material auf, das in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors einschraubbar ist. Wei­ terhin weist die Zündkerze 26 eine Mittelelektrode 28 auf, die innerhalb des Gehäu­ ses 27 angeordnet und über einen Isolator 29 gegenüber dem Gehäuse 27 isoliert ist. Die Mittelelektrode 28 steht am unteren Ende der Zündkerze 26 über den unteren Rand 30 des Gehäuses 27 über. Der nicht dargestellte obere Teil des Zündkerze 26 entspricht dem Aufbau von bekannten Zündkerzen.

Wesentlich ist nun, daß am unteren Rand 30 des Gehäuses 27 keine in Richtung auf die Mittelelektrode 28 weisende besondere Masseelektrode vorgesehen ist. Als Mas­ seelektrode fungiert das Gehäuse 27 selbst, dessen unterer Rand 30 als umlaufend ebene Ringfläche ausgebildet ist. An ihrem freien Ende weist die Mittelelektrode 28 einen kugelartigen Kopf 31 auf, der einen Durchmesser 2 und 8 mm haben kann. Grundsätzlich kann der Kopf 31 auch die Form einer Ellipse, einer Halbkugel oder Halbellipse haben, wobei der gerundete Bereich dann nach außen zeigt.

Die Zündung mit der erfindungsgemäßen Zündanlage 1 läuft nun derart ab, daß der Steuereinrichtung 4 die Impulse der Impulserzeugungseinrichtung 3 zugeführt wer­ den. Bei Schließung des Kontaktes der Lichtschranke 16 der Unterbrechereinrich­ tung 5 gelangt die Impulsserie über die Steuereinrichtung 4. Dort wird die Spannung des Bordnetzes, in der Regel 12 V, auf 8 kV in der Sekundärwicklung 21 transfor­ miert, gleichgerichtet und im Multiplikator vervierfacht. Von dort wird die Spannung entweder über die Zündverteilereinrichtung 7 (Fig. 1) oder direkt (Fig. 2) auf die ein­ zelnen Zündkerzen übertragen.

In Fig. 7 ist die Zündfolge der Zündeinrichtung 6 der Zündanlage 1 gemäß Fig. 1 dar­ gestellt. Erkennbar ist, daß die einzelnen Zündintervalle bei den aufeinanderfolgen­ den Arbeitstakten mehrerer Zylinder nur über eine kurze Zeitdauer der voneinander getrennt sind, wenn nämlich der Verteilerfinger von einem Gegenkontakt auf den an­ deren wechselt. Grundsätzlich ist es auch möglich, daß die Dauer der kurzen Zündin­ tervalle vergleichsweise kurz ist, die Zündintervalle also nur aus kurzen "Peaks" be­ stehen und die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Peaks größer sind als die jeweilige Dauer eines Peaks.

In Fig. 8 ist die Zündverteilung der Zündanlage 1 gemäß Fig. 2 dargestellt. Erkennbar ist, daß die einzelnen Zündeinrichtungen 6 zeitlich versetzt unmittelbar nacheinander zünden, wobei jede einzelne Zündeinrichtung 6 aber nur bei jedem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors zündet.

In Fig. 9 ist dargestellt, daß in jedem Zündintervall bzw. jedem Arbeitstakt eine Viel­ zahl von Zündimpulsen erzeugt werden.

In Fig. 10 ist eine andere nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform der Zün­ dung durch eine Zündanlage dargestellt. Hierbei ist es so, daß zur eigentlichen Zün­ dung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zunächst ein Zündimpuls ausreichender Zünd­ spannung erzeugt wird. Anschließend werden keine periodischen Zündimpulse er­ zeugt, sondern eine bestimmte vorgegebene Spannung.

In Fig. 11 ist schematisch eine Brennkammer 32 während eines Arbeitstaktes darge­ stellt, in der ein elektrisches Feld ausgehend von der Mittelelektrode 28 der Zündker­ ze 26 dargestellt ist.

In Fig. 12 sind nun verschiedene Formen von Brennkammern 32 von Ottomotoren dargestellt. Bei allen Ausführungsformen wird die Brennkammer 32 von dem Zylin­ der 33 mit zugehörigem Zylinderkopf 34 und dem Kolben 35 gebildet. Bei allen dar­ gestellten Ausführungsformen befindet sich der Kolben 35 im oberen Totpunkt. In Fig. 12a ist eine Ausführungsform mit stehenden Ventilen 36 dargestellt (hierbei han­ delt es sich um eine veraltete Bauform, die üblicherweise nur bei Kleinmotoren noch verwendet wird), während in Fig. 12b eine Keilform als oberes Ende der Brennkam­ mer 32 gewählt ist. In Fig. 12c ist das obere Ende der Brennkammer 32 wannenför­ mig, während es bei der in Fig. 12d dargestellten Ausführungsform halbkugelförmig ist.

In Fig. 13 sind verschiedenen Formen von Brennkammern 32 bei Dieselmotoren dar­ gestellt. Bei allen Ausführungsformen ist eine Einspritzdüse 37 vorgesehen. Die Aus­ führungsform gemäß Fig. 13a weist eine Wirbelkammer 38 auf, in die der Kraftstoff eingespritzt wird. In der Wirbelkammer 38 befindet sich weiterhin eine Glühkerze 39. Bei der Wirbelkammer 38 handelt es sich um eine Nebenbrenn- bzw. Vorkammer. In der runden Wirbelkammer entsteht wegen der exzentrischen Anordnung des Verbin­ dungskanals ein starker Wirbel, wenn die Luft vom aufwärtsgehenden Kolben in die Wirbelkammer geschoben wird. In diesen Wirbel hinein erfolgt die Einspritzung. Da­ durch wird schon eine gute Gemischbildung erreicht. Die Gemischbildung setzt sich fort, wenn das brennende Gemisch durch den Schußkanal 40 in die Brennkammer 32 strömt.

In Fig. 13b ist ein Dieselmotor mit Vorkammer 41 dargestellt, in der sich ebenfalls eine Glühkerze 39 befindet. Schließlich zeigen die Fig. 13c und 13d weitere Ausführungs­ formen von Dieselmotoren mit Direkteinspritzung. Kennzeichnend für alle Ausfüh­ rungsformen ist, daß die Zündkerze 26 in die Brennkammer 32 hineinragt.

Claims (19)

1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit wenigstens einer von ei­ nem Zylinder (33, 34) und einem Kolben (35) gebildeten Brennkammer (32), wobei ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und anschließend der Arbeitstakt des Verbren­ nungsmotors durch Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchgeführt wird und wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch von einer Zündanlage (1) bei einem Ottomo­ tor oder durch Verdichtung bei einem Dieselmotor gezündet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest nach Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches während des Arbeitstaktes und insbesondere während der gesamten Dauer des Arbeitstaktes eine Serie elektrischer Felder einer solchen Feldstärke in der Brennkammer (32) erzeugt werden, daß sich Gasentladungen in der Brennkammer (32) ergeben, und daß die elektrischen Felder bei einem Ottomotor von der Zündanlage (1) oder einer weiteren Zündanlage oder bei einem Dieselmotor von einer Zündanlage durch Erzeugung von Zündimpulsen erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Einströ­ mens und/oder während der Kompressionen des Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder während des Ausströmens der Abgase eine Serie elektrischer Felder erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspan­ nung zum Zünden und/oder während des Arbeitstaktes größer 20 kV, vorzugsweise größer 30 kV ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündanlage (1) oder die weitere Zündanlage (1) zum Zünden und/oder während des Arbeitstaktes Zündimpulse mit einer Frequenz größer 1 kHz, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 150 kHz erzeugt.

5. Schaltgerät (2) für eine Zündanlage (1) eines Verbrennungsmotors zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbrennungsmo­ tor wenigstens eine von einem Zylinder (33, 34) und einem Kolben (35) gebildete Brennkammer (32) aufweist, wobei ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und an­ schließend der Arbeitstakt des Verbrennungsmotors durch Verbrennung des Kraft­ stoff-Luft-Gemisches durchgeführt wird, mit einer Impulserzeugungseinrichtung (3) zur Erzeugung von Impulsen und einer mit der Impulserzeugungseinrichtung (3) ge­ koppelten Steuereinrichtung (4) zur Verbindung mit wenigstens einer Zündeinrich­ tung (6), wobei die Steuereinrichtung (4) derart ausgebildet ist, daß während eines Zeitintervalls innerhalb des Arbeitstaktes, insbesondere während der gesamten Dauer des Arbeitstaktes, von der Impulserzeugungseinrichtung (3) erzeugte Impulse an die Zündeinrichtung (6) weitergegeben werden.

6. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeu­ gungseinrichtung zur Erzeugung von Impulsen mit einer Frequenz von größer 1 kHz, vorzugsweise zwischen 10 und 150 kHz ausgebildet ist.

7. Unterbrechereinrichtung (5) für eine Zündanlage (1) eines Verbrennungsmotors, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Verbindung mit einer Steuereinrichtung (4), wobei der Verbrennungsmotor wenigstens eine von einem Zylinder (33, 34) und einem Kolben (35) gebildete Brennkammer (32) aufweist und wobei ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und anschließend der Arbeitstakt des Verbrennungsmotors durch Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchge­ führt wird, mit wenigstens einer Lichtschranke (16), wenigstens einer drehbaren Kon­ taktscheibe (17) und wenigstens einer Ausnehmung (18) in der Kontaktscheibe (17), dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Aussparung (18) an die Dauer des Ar­ beitstaktes angepaßt ist.

8. Unterbrechereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ zahl der Aussparungen (18) in der Kontaktscheibe (17) bei einer Lichtschranke (16) bzw. die Anzahl der Lichtschranken (16) bei einer Aussparung (18) in der Kontakt­ scheibe (17) jeweils der Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors entspricht.

9. Zündeinrichtung (6) für eine Zündanlage (1) eines Verbrennungsmotors, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Zündspule (19), dadurch gekennzeichnet, daß der Zündspule (19) sekundärseitig ein Hochspan­ nungsmultiplikator (22) mit wenigstens einer Kaskadenschaltung zur Spannungser­ höhung zugeordnet ist.

10. Zündeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule (19) einen geschlossenen Hochfrequenz-Eisenmagnetkern in Form eines Toroids hat.

11. Zündeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule (19) sekundärseitig zwischen 5 bis 10 kV liefert und daß der Hochspan­ nungsmultiplikator (22) diese Spannung zumindest verdoppelt, vorzugsweise ver­ vierfacht.

12. Zündverteilereinrichtung (7) für eine Zündanlage (1) eines Verbrennungsmotors, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Vertei­ lerfinger (23) und mit einer Mehrzahl von zur Kontaktierung mit dem Verteilerfinger (23) vorgesehenen Gegenkontakten (24), dadurch gekennzeichnet, daß am Vertei­ lerfinger (23) ein zumindest auch in Umfangsrichtung ausgerichtetes Kontaktelement (25) vorgesehen ist und daß die Länge des Kontaktelementes (25) in Umfangsrich­ tung (U) geringer ist als der Abstand benachbarter Gegenkontakte (24).

13. Zündverteilereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerfinger (23) und das Kontaktelement (25) einteilig ausgebildet sind.

14. Zündkerze (26) für eine Zündanlage (1) eines Verbrennungsmotors, zur Durch­ führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem in einen Zylin­ der (33, 34) einschraubbaren Gehäuse (27) aus elektrisch leitendem Material, mit einer Masseelektrode und mit einer Mittelelektrode (28), wobei die Mittelelektrode (28) am unteren Ende der Zündkerze (26) über den unteren Rand (30) des Gehäuses (27) übersteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) die Masseelektrode bildet und am unteren Rand (30) des Gehäuses (27) keine weitere in Richtung auf die Mit­ telelektrode (28) weisende Masseelektrode vorgesehen ist.

15. Zündkerze nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand (30) des Gehäuses (27) als umlaufend ebene Ringfläche ausgebildet ist.

16. Zündkerze (26) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit­ telelektrode (28) an ihrem äußeren freien Ende einen kugel- oder halbkugelartigen Kopf (31), vorzugsweise mit einem Durchmesser von 2 bis 8 mm aufweist.

17. Zündanlage (1) mit einem Schaltgerät (2) und/oder wenigstens einer Unterbre­ chereinrichtung (5) und/oder wenigstens einer Zündverteilereinrichtung (7) und/oder wenigstens einer Zündverteilereinrichtung (6) jeweils nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche.

18. Verbrennungsmotor mit einer Zündanlage (1) nach Anspruch 17 und/oder wenig­ stens einer Zündkerze nach Anspruch 14.

19. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 18.