EP2058909B1 - Resonatoranordnung - Google Patents

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EP2058909B1
EP2058909B1 EP07021710A EP07021710A EP2058909B1 EP 2058909 B1 EP2058909 B1 EP 2058909B1 EP 07021710 A EP07021710 A EP 07021710A EP 07021710 A EP07021710 A EP 07021710A EP 2058909 B1 EP2058909 B1 EP 2058909B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
inductance
housing
capacitance
resonator assembly
Prior art date
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Revoked
Application number
EP07021710A
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English (en)
French (fr)
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EP2058909A1 (de
Inventor
Volker Heise
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BorgWarner Luxembourg Automotive Systems SA
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
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Publication date
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Application filed by Delphi Technologies Inc filed Critical Delphi Technologies Inc
Priority to PL07021710T priority Critical patent/PL2058909T3/pl
Priority to EP07021710A priority patent/EP2058909B1/de
Priority to AT07021710T priority patent/ATE544209T1/de
Priority to US12/265,966 priority patent/US7963262B2/en
Priority to JP2008285159A priority patent/JP2009115093A/ja
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Publication of EP2058909B1 publication Critical patent/EP2058909B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H01T13/44—Sparking plugs structurally combined with other devices with transformers, e.g. for high-frequency ignition

Definitions

  • the invention relates to a resonator arrangement for generating ignition energy for combustion of gas mixtures, which comprises in known manner as a functional element a generator in a generator section, wherein in a resonant circuit encompassed by a suitable excitation voltage increase is sought, a function of the generator section downstream and with this electromagnetically coupled a resonator section with a further resonant circuit, which comprises at least one inductor and an ignition section.
  • a voltage increase is set during operation, which can reach 100 to 200 times the voltage coupled by the generator in the resonator with continuous energy supply from the generator, while in the upstream section, ie in the generator there achievable voltage increase usually reaches 2-3 times the applied operating voltage.
  • resonance When resonance is increased, it comes at outputs of the resonator, in particular by suitable geometric design of housing or housing elements, to a charge flashover, that is, a plasma formation which is utilized in an internal combustion engine in a manner known per se for igniting an air-fuel mixture.
  • the resonator arrangement acts as an energy store, wherein previously supplied energy is at least temporarily stored in a magnetic field of the resonator and is cyclically converted into electrostatic energy of the resonator arrangement associated capacity.
  • the resonator arrangement comprises a generator and a resonator connected downstream thereof, wherein both the generator and the resonator each comprise a resonant circuit, that is to say a capacitance coupled to an inductance.
  • a disadvantage of the resonator arrangements known in the prior art is, above all, that electromagnetic characteristics are not known in a manner required for optimum generation of plasma in the region of the spark gap.
  • there is no spatial limitation of the magnetic field of the resonator arrangement there so that this is also influenced by material located in the surroundings.
  • the resonator arrangement described in DE '246 there is a Disadvantage also in that is held by the connection of the generator, a point between inductance and capacity of the generator at ground potential, so that in unfavorable manner, the desired resonance frequency is influenced by external magnetic materials, because the magnetic field is not limited in space.
  • a resonator arrangement of the aforementioned type ie a resonator arrangement with generator, inductance and capacitance
  • these elements follow one another sequentially in a common housing along a longitudinal axis of the resonator arrangement so that there is a generator section, an inductance section, a capacitance section and an ignition section result.
  • the housing encloses all the aforementioned sections and has an opening in the region of the ignition section, so that forming plasma can come into contact with the air-fuel mixture.
  • the housing is made of an electrically conductive material or has at least one conductive surface.
  • the electrical series connection of the inductance section and the capacitance section electrically represents an oscillatable dipole, to which the housing acts as a return conductor.
  • An advantage of the invention consists, on the one hand, in the design which can be achieved by the section-like sequence of generator section, inductance section, capacitance section and ignition section, namely a substantially elongated, cylindrical design which allows easy introduction into the engine block of an internal combustion engine, the resulting total longitudinal extension of the Resonator arrangement is also beneficial that the opening in the region of the ignition is in the assembled state of the resonator in a designated section of the combustion chamber of the engine.
  • the fact that all the aforementioned sections are arranged in a common housing results in a shielding of the electromagnetic fields which occur during operation, so that an influencing of surrounding functional units and units is prevented.
  • the functional units of the resonator arrangement are themselves protected against possible influences from outside.
  • the housing is made of a conductive material or has at least one conductive surface.
  • the need for a separate return conductor is eliminated, since the housing acts as a return conductor to the oscillatable dipole, which is formed by the electrical series connection of inductance and capacitance section.
  • the capacitance portion is preferably designed as a metal cylinder forming a portion of the housing, the inner surface of which acts as an electrode and its outer surface as part of the return conductor, so that this portion of the housing performs both the mechanical and electromagnetic protection function, the function of the resonant circuit's capacitance Resonator and finally the function as a return conductor for the resonator as a whole met.
  • a free end of such a metal cylinder then acts as a firing section, so that In the case of resonance plasma forms within this free end, in particular directly in the edge region of the free end.
  • an inductance encompassed by the inductance section is oriented with a plurality of coil windings such that a magnetic field forming inside the inductance during operation of the resonator arrangement is coaxial with the longitudinal axis of the resonator arrangement.
  • the coil turns on an (imaginary) cylinder jacket are all arranged in a same plane.
  • the inductance thus contributes essentially to its longitudinal extent with respect to the construction of the resonator arrangement, wherein a diameter, ie width and depth of a surrounding envelope contour, remain small in comparison with the total longitudinal extent, so that the resonator arrangement as a whole assumes a tubular contour, which facilitate their insertion into the engine block, which are in the mounted state within the engine block sections are additionally protected by this.
  • the generator section includes an electronic circuit effective to energize the inductance and capacitance section, with terminals for their external supply routed through the housing.
  • the electronics are thus protected electromagnetically and mechanically by the housing, so that the function of the electronics in the excitation of the resonant circuits comprised of the resonator circuit of these otherwise disturbing influencing external magnetic fields remains unaffected. If the connections for the external supply of the electronics are led through the housing, an opening of the housing, which is necessary for the external supply of the electronics, is kept to a minimum.
  • the functional sections encompassed by the resonator arrangement can be detachable, in particular via a housing formed in the housing Screw or plug connection to be interconnected.
  • individual or all functional sections are connected to one another by a one-piece housing or, if two functional sections are combined in a one-piece housing, a corresponding housing section.
  • the first alternative with releasably interconnected functional sections has the advantage of a possible manufacturing simplification, wherein in case of failure also individual functional sections can be quickly replaced.
  • the second alternative with a one-piece housing or at least two functional sections comprehensive one-piece housing portion has the advantage that contact points are avoided, so that overall the electromagnetic properties of the overall arrangement can be better determined theoretically, so that theoretically determined values for whole Baur Herbertn such resonator arrangements are applicable, without the need for individual adjustments to specifically installed functional units or resonator arrangements or to reduce them to at least an unavoidable minimum.
  • a possible change in electrical or electromagnetic properties can be prevented during operation, which can arise, for example, when a screw or a plug connection undergoes a relaxation during operation, so that there is an additional ohmic resistance for the return conductor or the effective area the electrode of the capacitance section changes and as far as the resonant properties of the affected resonant circuit change, which may even with minimal changes can cause the resonator is no longer optimally excited, so that the desired voltage increase is absent or less than intended.
  • the housing of the resonator is designed for insertion into an engine block of an internal combustion engine.
  • the outer shape is appropriate tuned to this application, ie the resonator tapered, for example, either continuously or discontinuously to the ignition section.
  • a discontinuous taper in order to achieve easy insertability into the engine block, it is at least provided that the outer surface of the housing remains at least edge-free in the region of such discontinuous transitions, ie a transition from a larger diameter to a smaller diameter takes place through a corresponding chamfer.
  • the housing can on its outer surface guide elements, such as guide webs or the like, which are, for example, only at the ignition portion remote from the area, so that a forced adjustment of the resonator takes place such that connections of the electronics of the generator section are the best possible accessible.
  • guide elements such as guide webs or the like
  • means for fixing the resonator arrangement can be provided in the engine block, for example in the manner of a bayonet closure, wherein such a means is then simultaneously effective for forced adjustment and for fixing in the engine block.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified and generally designated 10 resonator according to the invention.
  • This includes functional sections arranged in a sectioned manner in a common housing 12 along a longitudinal axis, namely a generator section 14, an inductance section 16, a capacitance section 18 and an ignition section 20.
  • the housing 12 encloses all the aforementioned functional sections and has an opening 22 in the region of the ignition section 20.
  • the housing 12 is made of a conductive material or has at least one conductive surface.
  • the generator section 14 comprises, in a manner known per se, an electronics 24 which is shown only schematically and which is used to excite the Inductance portion 16 and the capacitance portion 18 is effective and generates a voltage overshoot in operation.
  • the electronics 24 includes its own resonant circuit which is electromagnetically coupled to the inductance section 16, wherein the resonant circuit of the electronics 24 and the resonant circuit formed from the electrically active components of inductance section 16 and capacitance section 18 are coordinated such that one at resonance in the Generator oscillating circuit voltage increase is coupled into the subsequent resonant circuit and leads there at resonance to an intended voltage increase and ultimately to the generation of a plasma in the region of the ignition section 20.
  • the inductance section 16 comprises an inductance 26 having a plurality of coil turns 28 which are all arranged in the same plane on an (imaginary) cylinder jacket, wherein the inductance 26 is oriented in such a way that an inductor 26 is formed in operation of the resonator arrangement 10 magnetic field is coaxial with the longitudinal axis of the resonator assembly 10.
  • An electrical series connection of the inductance section 16, that is to say the inductance 26 and capacitance section 18 comprised thereof, constitutes an oscillatable dipole, the aforementioned "second" oscillatory circuit, to which the housing 12 acts as a return conductor.
  • the capacitance portion 18 is designed as a a portion of the housing 12 forming metal cylinder, the inner surface of which as an electrode provided for the capacitance portion 18 capacity and whose outer surface is effective as part of the return conductor.
  • a conductor is guided, which extends with its free end into the ignition section 22 and which forms the other electrode of the capacitance in the region of the metal cylinder.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the resonator 10 in a perspective view.
  • the generator section 14 first the generator section 14, then the inductance section 16 and subsequently the capacitance section 18 are shown, which in an ignition section 20 and in an in FIG. 2 invisible opening 22 ends.
  • FIG. 2 shows that the resonator from the generator portion 14 to the ignition portion 20 tapers, so that the resonator assembly in a designated opening 22 of an internal combustion engine (both not shown) is insertable.
  • the resonator 10 may have on the outside of the housing 12 all functional portions 14-20 for adjusting the same in the installed state effective surfaces 30, Abwolfen or the like, which in an interaction with a corresponding mating contour in the bore in the engine torsional security of the resonator 10 and / or effect a forced orientation.
  • a screw connection 31 is shown through which connections for the external supply of the electronics 24 (cf. FIG. 1 ) can be performed.
  • FIG. 3 shows the resonator according to FIG. 1 or FIG. 2 in a partially sectioned view, in which it is visible in the region of the inductance section 16 that the coil windings 28 encompassed by the inductance 26 located there are all arranged in the same plane on an (imaginary) cylinder jacket, wherein in the in FIG. 3 illustrated embodiment, a hollow core 32 is provided which carries the coil turns 28.
  • An insulator 34 which has an outer diameter matched to an inner diameter of the housing 12 in the inductance section 16, adjoins the core 32 and the coil windings 28 surrounding it.
  • Such a positive matching of insulator 28 and inner diameter of the affected housing section 12 may be obtained by fixing the core 32 with the coil windings 28 attached thereto in the housing 12 with a hardening potting medium which acts as an insulator 34.
  • FIG. 3 Finally, in the upper right corner of the illustration, a part of the generator section 14 can be seen, while at the opposite end of the inductance section 16 a part of the capacitance section 18 can still be seen.
  • the housing 12 is only partially in one piece and the transition from a functional element to an adjacent functional element, a corresponding housing portion is connected to the adjacent housing portion.
  • the compound may be soluble or insoluble.
  • a non-releasable connection are welded or soldered into consideration.
  • As releasable connections come screw or plug connections, for example a plug connection according to the principle of action of a bayonet lock, into consideration.
  • a resonator arrangement 10 with a longitudinal axis and in a common housing 12 along the longitudinal axis is arranged in a section-like manner arranged functional sections 14-20, wherein the housing 12 encloses all the aforementioned functional sections 14-20 and in A portion of one of the functional portions, the ignition portion 20, an opening 22, wherein the housing 12 is made of a conductive material or at least has a conductive surface and wherein a series electrical connection of the inductance portion 16 and capacitance portion 18 electrically represents a swingable dipole, to which Housing 12 acts as a return conductor, so that the electromagnetically active elements and functional units encompassed by the resonator 10 are protected from external electromagnetic fields and resulting in the operation of the resonator 10 Electromagnetic fields adjacent to the resonator assembly 10 does not affect positioned aggregates or functional elements.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Resonatoranordnung zur Erzeugung von Zündungsenergie zur Verbrennung von Gasgemischen, die in an sich bekannter Art und Weise als funktionales Element einen Generator in einem Generatorabschnitt umfasst, wobei in einem davon umfassten Schwingkreis durch geeignete Anregung eine Spannungserhöhung angestrebt wird, einen dem Generatorabschnitt funktional nachgeordnetem und mit diesem elektromagnetisch gekoppelt einen Resonatorabschnitt mit einem weiteren Schwingkreis, der dazu zumindest eine Induktivität umfasst und einen Zündabschnitt.
  • Im mit dem Generator gekoppelten Resonator soll sich im Betrieb eine Spannungsüberhöhung einstellen, die bei kontinuierlicher Energiezufuhr vom Generator das 100- bis 200-fache der vom Generator in den Resonator eingekoppelten Spannung erreichen kann, während in dem vorgeschalteten Abschnitt, also im Generator, die dort erreichbare Spannungserhöhung üblicherweise das 2-3-fache der anliegenden Betriebsspannung erreicht. Die Schwingkreise von Generator und Resonator, also die davon umfassten Induktivitäten und Kapazitäten, fungieren dabei als Energiespeicher, wobei zuvor zugeführte Energie zumindest zeitweise in einem magnetischen Feld der jeweiligen Induktivität gespeichert ist und zyklisch in elektrostatische Energie in einer der Induktivität zugeordneten oder mit der Induktivität bauteilspezifisch oder geometriebedingt assoziierten Kapazität umgewandelt wird. Bei Resonanzüberhöhung kommt es an Ausgängen des Resonators, insbesondere durch geeignete geometrische Gestaltung von Gehäuse oder Gehäuseelementen, zu einem Ladungsüberschlag, also einer Plasmabildung, die in einem Verbrennungsmotor in an sich bekannter Art zur Zündung eines Luftkraftstoffgemisches ausgenutzt wird.
  • Derartige Resonatoranordnungen sind an sich bekannt und es wird beispielhaft auf die DE 10 2006 037 246 A1 , die DE 10 2005 037 420 A1 sowie die EP-A-1 662 626 verwiesen. Die Resonatoranordnung fungiert dabei als Energiespeicher, wobei zuvor zugeführte Energie zumindest zeitweise in einem magnetischen Feld der Resonatoranordnung gespeichert ist und zyklisch in elektrostatische Energie einer der Resonatoranordnung zugeordneten Kapazität umgewandelt wird. Die Resonatoranordnung umfasst einen Generator und einen diesem nachgeordneten Resonator, wobei sowohl der Generator als auch der Resonator jeweils einen Schwingkreis, also eine mit einer Induktivität gekoppelte Kapazität, umfasst. Bei Anregung des generatorseitigen Schwingkreises stellt sich bei diesem in an sich bekannter Art und Weise eine Spannungserhöhung ein, die z. B. das Zwei- oder Dreifache der anliegenden Betriebsspannung erreicht. Im mit dem Generator gekoppelten Resonator stellt sich dagegen eine Spannungsüberhöhung ein, die bei kontinuierlicher Energiezufuhr vom Generator durchaus das Einhundert- bis Zweihundertfache der vom Generator in den Resonator eingekoppelten Spannung erreichen kann.
  • Ein Nachteil der im Stand der Technik bekannten Resonatoranordnungen besteht vor allem darin, dass elektromagnetische Kenngrößen nicht in einer für eine optimale Erzeugung von Plasma im Bereich der Funkenstrecke erforderlichen Art und Weise bekannt sind. Z. B. ist bei der Lösung gemäß der vorgenannten DE '420 keine räumliche Begrenzung des magnetischen Feldes der dortigen Resonatoranordnung gegeben, so dass dieses auch durch in der Umgebung befindliches Material beeinflusst ist. Bei der in der DE '246 beschriebenen Resonatoranordnung besteht ein Nachteil auch darin, dass durch die Anschaltung des Generators ein Punkt zwischen Induktivität und Kapazität des Generators auf Massepotential gehalten wird, so dass in ungünstiger Art und Weise die erwünschte Resonanzfrequenz durch externe magnetische Materialien beeinflusst wird, weil das magnetische Feld nicht räumlich begrenzt ist. Darüber hinaus kann sich auch eine Beeinflussung, z. B. eine Erwärmung, von in räumlicher Nähe zu der Resonatoranordnung befindlichen Gegenständen ergeben. Schließlich scheinen bekannte Lösungen auch einen Schutz gegen die sich ergebende Hochspannung zu vernachlässigen oder es wird versucht, einen evtl. Schutz durch externe Mittel, z. B. eine Kappe, eine Hülse oder dergleichen, zu erreichen. In der EP-A-1 662 626 sind nur ein Induktivitäts- und ein Kapazitätsabschnitt durch ein Gehäuse bzw. eine Hülle abgeschirmt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine Resonatoranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der Nachteile wie oben skizziert vermieden oder zumindest hinsichtlich ihrer Auswirkungen reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Resonatoranordnung der eingangs genannten Art, also einer Resonatoranordnung mit Generator, Induktivität und Kapazität vorgesehen, dass diese Elemente in einem gemeinsamen Gehäuse entlang einer Längsachse der Resonatoranordnung sektionsartig aufeinanderfolgen, so dass sich ein Generatorabschnitt, ein Induktivitätsabschnitt, ein Kapazitätsabschnitt und ein Zündabschnitt ergeben. Das Gehäuse umschließt dabei sämtliche vorgenannten Abschnitte und weist im Bereich des Zündabschnitts eine Öffnung auf, so dass sich bildendes Plasma in Kontakt mit dem Luftkraftstoffgemisch kommen kann. Das Gehäuse ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt oder weist zumindest eine leitfähige Oberfläche auf. Die elektrische Serienschaltung von Induktivitätsabschnitt und Kapazitätsabschnitt stellt elektrisch einen schwingfähigen Dipol dar, zu dem das Gehäuse als Rückleiter fungiert.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht zum einen in der durch die sektionsartige Abfolge von Generatorabschnitt, Induktivitätsabschnitt, Kapazitätsabschnitt und Zündabschnitt erreichbaren Bauform, nämlich einer im Wesentlichen langgestreckten, zylindrischen Bauform, die ein leichtes Einführen in den Motorblock eines Verbrennungsmotors erlaubt, wobei die sich ergebende Gesamtlängserstreckung der Resonätoranordnung auch dazu dienlich ist, dass die Öffnung im Bereich des Zündabschnitts sich im montierten Zustand der Resonatoranordnung in einem dafür vorgesehenen Abschnitt des Brennraums des Verbrennungsmotors befindet. Dadurch, dass sämtliche vorgenannte Abschnitte in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, ergibt sich eine Abschirmung der sich im Betrieb einstellenden elektromagnetischen Felder, so dass eine Beeinflussung umgebender Funktionseinheiten und Aggregate verhindert wird. Darüber hinaus sind aber auch die Funktionseinheiten der Resonatoranordnung selbst gegen eventuelle Einflüsse von außen geschützt. Dazu ist das Gehäuse aus einem leitfähigen Material gefertigt oder weist zumindest eine leitfähige Oberfläche auf. Die Notwendigkeit eines separaten Rückleiters entfällt, da das Gehäuse als Rückleiter zu dem schwingfähigen Dipol fungiert, der durch die elektrische Serienschaltung von Induktivitäts- und Kapazitätsabschnitt gebildet wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
  • Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
  • Eine gegenseitige Beeinflussung der elektrisch wirksamen Bauteile von Generatorabschnitt, Induktivitätsabschnitt und Kapazitätsabschnitt lässt sich vermeiden oder zumindest reduzieren, wenn diese Bereiche nacheinander überlappungsfrei entlang der Längsachse angeordnet sind. Dies erleichtert zum einen den mechanischen Aufbau der Resonatoranordnung, z.B. derart, dass jeder Abschnitt segmentweise mit dem oder jedem benachbarten Abschnitt, z.B. durch Verschrauben, Verrasten oder dergleichen, zu der Resonatoranordnung kombinierbar ist. Zum anderen werden unerwünschte gegenseitige Beeinflussungen, z.B. aufgrund von Wechselwirkungen der sich ergebenden elektromagnetischen Felder reduziert, so dass sich das Verhalten der Resonatoranordnung einer idealen Resonatoranordnung mit entsprechenden elektrischen Bauelementen annähert und diese durch eine mathematische Modellierung ausreichend genau erfasst werden kann, was deren optimale Ansteuerung zum Erreichen einerseits der Spannungserhöhung im Generator und andererseits der Spannungsüberhöhung im Resonator ermöglicht.
  • Der Kapazitätsabschnitt ist bevorzugt als ein einen Abschnitt des Gehäuses bildender Metallzylinder ausgeführt, dessen innere Oberfläche als Elektrode und dessen äußere Oberfläche als Teil des Rückleiters wirksam sind, so dass dieser Abschnitt des Gehäuses sowohl die mechanische und elektromagnetische Schutzfunktion, die Funktion als Kapazität des Schwingkreises des Resonators und schließlich auch die Funktion als Rückleiter für die Resonatoranordnung insgesamt erfüllt. Ein freies Ende eines derartigen Metallzylinders fungiert dann als Zündabschnitt, so dass sich im Resonanzfall Plasma innerhalb dieses freien Endes, insbesondere unmittelbar im Randbereich des freien Endes, bildet.
  • Bevorzugt ist eine von dem Induktivitätsabschnitt umfasste Induktivität mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen derart orientiert, dass ein sich im Betrieb der Resonatoranordnung im Innern der Induktivität ausbildendes magnetisches Feld koaxial mit der Längsachse der Resonatoranordnung ist. Dazu sind die Spulenwindungen auf einem (gedachten) Zylindermantel allesamt in einer gleichen Ebene angeordnet. Die Induktivität trägt also im Bezug auf die Bauform der Resonantoranordnung im Wesentlichen zu deren Längserstreckung bei, wobei ein Durchmesser, also Breite und eine Tiefe einer umgebenden Hüllkontur, im Vergleich mit der Gesamtlängserstreckung gering bleiben, so dass die Resonatoranordnung insgesamt eine rohrförmige Kontur annimmt, was deren Einführen in den Motorblock erleichtert, wobei die sich im montierten Zustand innerhalb des Motorblocks befindenden Abschnitte durch diesen zusätzlich geschützt sind. Der Generatorabschnitt umfasst eine zum Anregen des Induktivitäts- und Kapazitätsabschnitts wirksame Elektronik, wobei Anschlüsse zu deren externer Versorgung durch das Gehäuse geführt sind. Auch die Elektronik ist damit durch das Gehäuse elektromagnetisch und mechanisch geschützt, so dass die Funktion der Elektronik bei der Anregung der von der Resonatoranordnung umfassten Schwingkreise von diese ansonsten störend beeinflussenden äußeren Magnetfeldern unbeeinflusst bleibt. Wenn die Anschlüsse zur externen Versorgung der Elektronik durch das Gehäuse geführt sind, bleibt eine zur externen Versorgung der Elektronik notwendige Öffnung des Gehäuses auf ein Minimum beschränkt.
  • Die von der Resonatoranordnung umfassten Funktionsabschnitte, also Generatorabschnitt, Induktivitätsabschnitt und/oder Kapazitätsabschnitt können lösbar, insbesondere über eine im Gehäuse ausgebildete Schraub- oder Steckverbindung, miteinander verbunden sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass einzelne oder sämtliche Funktionsabschnitte durch ein einstückiges Gehäuse oder, wenn zwei Funktionsabschnitte in einem einstückigen Gehäuse kombiniert sind, einen entsprechenden Gehäuseabschnitt miteinander verbunden sein. Die erste Alternative mit lösbar miteinander verbundenen Funktionsabschnitten hat den Vorteil einer eventuellen Fertigungsvereinfachung, wobei im Fehlerfall zudem einzelne Funktionsabschnitte schnell ausgetauscht werden können. Die zweite Alternative mit einem einstückigen Gehäuse oder einem zumindest zwei Funktionsabschnitte umfassenden einstückigen Gehäuseabschnitt hat den Vorteil, dass Kontaktstellen vermieden werden, so dass insgesamt die elektromagnetischen Eigenschaften der Gesamtanordnung besser theoretisch ermittelbar sind, so dass theoretisch ermittelte Werte für ganze Baurreihen derartiger Resonatoranordnungen ansetzbar sind, ohne dass Einzelanpassungen an konkret verbaute Funktionseinheiten oder Resonatoranordnungen notwendig sind oder sich solche zumindest auf ein unvermeidliches Minimum reduzieren. Zudem kann eine eventuelle Änderung elektrischer oder elektromagnetischer Eigenschaften im Betrieb verhindert werden, die sich z.B. dann ergeben kann, wenn eine Schraub-oder eine Steckverbindung im Betrieb eine Lockerung erfährt, so dass sich für den Rückleiter ein zusätzlicher ohmscher Widerstand ergibt oder sich die wirksame Fläche der Elektrode des Kapazitätsabschnitts ändert und insoweit sich die Resonanzeigenschaften des davon betroffenen Schwingkreises ändern, was selbst bei minimalen Änderungen dazu führen kann, dass der Resonator nicht mehr optimal angeregt wird, so dass die angestrebte Spannungsüberhöhung ausbleibt oder geringer ausfällt als vorgesehen.
  • Das Gehäuse der Resonatoranordnung ist zum Einführen in einen Motorblock eines Verbrennungsmotors ausgeführt. Die äußere Form ist entsprechend auf diesen Einsatzfall abgestimmt, d.h. die Resonatoranordnung verjüngt sich z.B. entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich bis hin zum Zündabschnitt. Bei einer diskontinuierlichen Verjüngung ist zum Erreichen einer leichten Einführbarkeit in den Motorblock zumindest vorgesehen, dass die Außenfläche des Gehäuses im Bereich solcher diskontinuierlicher Übergänge zumindest kantenfrei bleibt, d.h. ein Übergang von einem größeren Durchmesser auf einen kleineren Durchmesser erfolgt durch eine entsprechende Anschrägung. Das Gehäuse kann auf seiner Außenfläche Führungselemente, wie z.B. Führungsstege oder dergleichen, aufweisen, die sich z.B. nur an dessen dem Zündabschnitt abgewandten Bereich befinden, so dass eine Zwangsjustierung der Resonatoranordnung derart erfolgt, dass Anschlüsse der Elektronik des Generatorabschnitts bestmöglich zugänglich sind. Zusätzlich können Mittel zur Fixierung der Resonatoranordnung im Motorblock vorgesehen sein, z.B. nach Art eines Bajonettverschlusses, wobei ein derartiges Mittel dann gleichzeitig zur Zwangsjustierung und zur Fixierung im Motorblock wirksam ist.
  • Bevorzugt ist das oder sind die Mittel zur Fixierung im Motorblock integraler Bestandteil des Gehäuses, so dass die Notwendigkeit einer Vorhaltung separater Fixiermittel entfällt und damit nicht nur eine Teilanzahl reduziert ist, sondern auch eine Montierbarkeit optimiert ist.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
    • Darin zeigen
    • FIG 1
    eine Resonatoranordnung,
    FIG2
    eine Ausführungsform der Resonatoranordnung in perspektivischer Ansicht und
    FIG3
    eine Resonantoranordnung in einer teilweise geschnittenen Darstellung.
  • FIG 1 zeigt eine schematisch vereinfachte und insgesamt mit 10 bezeichnete Resonatoranordnung gemäß der Erfindung. Diese umfasst in einem gemeinsamen Gehäuse 12 entlang einer Längsachse sektionsartig angeordnete Funktionsabschnitte, nämlich einen Generatorabschnitt 14, einen Induktivitätsabschnitt 16, einen Kapazitätsabschnitt 18 und einen Zündabschnitt 20. Das Gehäuse 12 umschließt sämtliche vorgenannten Funktionsabschnitte und weist im Bereich des Zündabschnitts 20 eine Öffnung 22 auf. Das Gehäuse 12 ist aus einem leitfähigen Material gefertigt oder weist zumindest eine leitfähige Oberfläche auf.
  • Der Generatorabschnitt 14 umfasst in an sich bekannter Art und Weise eine nur schematisch dargestellte Elektronik 24, die zum Anregen des Induktivitätsabschnitts 16 und des Kapazitätsabschnitts 18 wirksam ist und darin im Betrieb eine Spannungsüberhöhung erzeugt. Dazu umfasst die Elektronik 24 einen eigenen Schwingkreis, der elektromagnetisch mit dem Induktivitätsabschnitt 16 gekoppelt ist, wobei der Schwingkreis der Elektronik 24 und der aus den elektrisch wirksamen Bestandteilen aus Induktivitätsabschnitt 16 und Kapazitätsabschnitt 18 gebildete Schwingkreis derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine bei Resonanz sich im Generatorschwingkreis einstellende Spannungserhöhung in den nachfolgenden Schwingkreis eingekoppelt wird und dort bei Resonanz zu einer beabsichtigten Spannungsüberhöhung und letztlich zur Erzeugung eines Plasmas im Bereich des Zündabschnitts 20 führt.
  • Der Induktivitätsabschnitt 16 umfasst eine Induktivität 26 mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen 28, die auf einem (gedachten) Zylindermantel allesamt in gleicher Ebene angeordnet sind, wobei die Induktivität 26 derart orientiert ist, dass ein sich in Betrieb der Resonatoranordnung 10 im Innern der Induktivität 26 ausbildendes magnetisches Feld koaxial mit der Längsachse der Resonatoranordnung 10 ist. Eine elektrische Serienschaltung von Induktivitätsabschnitt 16, also der davon umfassten Induktivität 26 und Kapazitätsabschnitt 18 stellt einen schwingfähigen Dipol, den vorgenannten "zweiten" Schwingkreis, dar, zu dem das Gehäuse 12 als Rückleiter fungiert.
  • In der schematisch vereinfachten Darstellung in FIG 1 ist ersichtlich, dass der Generatorabschnitt 14, der Induktivitätsabschnitt 16, der Kapazitätsabschnitt 18 und der Zündabschnitt 20 nacheinander überlappungsfrei entlang der Längsachse der Resonatoranordnung 10 angeordnet sind. Der Kapazitätsabschnitt 18 ist dabei als ein einen Abschnitt des Gehäuses 12 bildender Metallzylinder ausgeführt, dessen innere Oberfläche als Elektrode der für den Kapazitätsabschnitt 18 vorgesehenen Kapazität und dessen äußere Oberfläche als Teil des Rückleiters wirksam ist. Im Innern des den Kapazitätsabschnitt 18 bildenden Metallzylinders ist ein Leiter geführt, der mit seinem freien Ende bis in den Zündabschnitt 22 reicht und der im Bereich des Metallzylinders die andere Elektrode der Kapazität bildet.
  • FIG 2 zeigt eine Ausführungsform der Resonantoranordnung 10 in perspektivischer Ansicht. In der Darstellung sind von links nach rechts gesehen zunächst der Generatorabschnitt 14, sodann der Induktivitätsabschnitt 16 und daran anschließend der Kapazitätsabschnitt 18 gezeigt, der in einem Zündabschnitt 20 und in einer in der Darstellung in FIG 2 nicht sichtbaren Öffnung 22 endet.
  • Die Darstellung in FIG 2 zeigt, dass sich die Resonantoranordnung vom Generatorabschnitt 14 bis hin zum Zündabschnitt 20 verjüngt, so dass die Resonatoranordnung in eine dafür vorgesehene Öffnung 22 eines Verbrennungsmotors (beides nicht dargestellt) einführbar ist. Die Resonatoranordnung 10 kann auf der Außenseite des sämtliche Funktionsabschnitte 14-20 umgebenden Gehäuses 12 zur Justierung derselben im eingebauten Zustand wirksame Flächen 30, Abstellungen oder dergleichen aufweisen, die bei einem Zusammenwirken mit einer entsprechenden Gegenkontur in der Bohrung im Verbrennungsmotor eine Verdrehsicherheit der Resonatoranordnung 10 und/oder eine Zwangsorientierung bewirken.
  • Im Bereich des Generatorabschnitts ist eine Verschraubung 31 gezeigt, durch die Anschlüsse zur externen Versorgung der Elektronik 24 (vgl. FIG 1) geführt werden können.
  • FIG 3 zeigt die Resonatoranordnung gemäß FIG 1 oder FIG 2 in einer teilweise geschnittenen Darstellung, in der im Bereich des Induktivitätsabschnittes 16 sichtbar ist, dass die von der dort befindlichen Induktivität 26 umfassten Spulenwindungen 28 auf einem (gedachten) Zylindermantel allesamt in einer gleichen Ebene angeordnet sind, wobei dazu in der in FIG 3 dargestellten Ausführungsform ein hohler Kern 32 vorgesehen ist, der die Spulenwindungen 28 trägt. An den Kern 32 und die diesen umgebenden Spulenwindungen 28 schließt sich ein Isolator 34 an, der einen auf einen Innendurchmesser des Gehäuses 12 im Induktivitätsabschnitt 16 abgestimmten Außendurchmesser hat. Eine solche formschlüssige Abstimmung von Isolator 28 und Innendurchmesser des betroffenen Gehäuseabschnitts 12 kann sich ergeben, indem der Kern 32 mit den daran angebrachten Spulenwindungen 28 im Gehäuse 12 mit einem als Isolator 34 wirksamen, aushärtenden Vergussmedium fixiert wird.
  • In FIG 3 ist schließlich (in der oberen rechten Ecke der Darstellung) ein Teil des Generatorabschnitts 14 erkennbar, während am gegenüberliegenden Ende des Induktivitätsabschnitts 16 noch ein Teil des Kapazitätsabschnitts 18 erkennbar ist. Während für die Resonatoranordnung 10 grundsätzlich ein einstückiges Gehäuse 12 vorgesehen ist, welches Generatorabschnitt 14, Induktivitätsabschnitt 16 und/oder Kapazitätsabschnitt 18 umfasst, ist bei der Darstellung in FIG 3 gezeigt, dass das Gehäuse 12 nur abschnittsweise einstückig ist und beim Übergang von einem Funktionselement zu einem benachbarten Funktionselement ein entsprechender Gehäuseabschnitt mit dem Nachbargehäuseabschnitt verbunden ist. Die Verbindung kann lösbar oder nicht lösbar sein. Als nicht lösbare Verbindung kommen Schweiß- oder Lötverbindungen in Betracht. Als lösbare Verbindungen kommen Schraub- oder Steckverbindungen, z.B. eine Steckverbindung nach dem Wirkprinzip eines Bajonettverschlusses, in Betracht.
  • Zusammenfassend lässt sich die vorliegenden Erfindung damit kurz wie folgt darstellen: Es wird eine Resonatoranordnung 10 mit einer Längsachse und in einem gemeinsamen Gehäuse 12 entlang der Längsachse sektionsartig angeordneten Funktionsabschnitten 14-20 angegeben, wobei das Gehäuse 12 sämtliche vorgenannten Funktionsabschnitte 14-20 umschließt und im Bereich eines der Funktionsabschnitte, des Zündabschnitts 20, eine Öffnung 22 aufweist, wobei das Gehäuse 12 aus einem leitfähigen Material gefertigt ist oder zumindest eine leitfähige Oberfläche aufweist und wobei eine elektrische Serienschaltung von Induktivitätsabschnitt 16 und Kapazitätsabschnitt 18 elektrisch einen schwingfähigen Dipol darstellt, zu dem das Gehäuse 12 als Rückleiter fungiert, so dass die von der Resonatoranordnung 10 umfassten elektromagnetisch wirksamen Elemente und Funktionseinheiten gegen elektromagnetische Felder von außen geschützt sind und sich im Betrieb der Resonatoranordnung 10 ergebende elektromagnetische Felder benachbart zu der Resonatoranordnung 10 positionierte Aggregate oder Funktionselemente nicht beeinträchtigen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Resonatoranordnung
    12
    Gehäuse
    14
    Generatorabschnitt
    16
    Induktivitätsabschnitt
    18
    Kapazitätsabschnitt
    20
    Zündabschnitt
    22
    Öffnung
    24
    Elektronik
    26
    Induktivität
    28
    Spulenwindungen
    30
    Fläche
    31
    Verschraubung
    32
    hohler Kern
    34
    Isolator

Claims (10)

  1. Resonatoranordnung (10) mit einer Längsachse und in einem gemeinsamen Gehäuse (12) entlang der Längsachse sektionsartig angeordnetem Generatorabschnitt (14), induktivitätsabschnitt (16), Kapazitätsabschnitt (18) und Zündabschnitt (20),
    wobei das Gehäuse (12) sämtliche vorgenannten Abschnitte (14, 16, 18, 20) umschließt und im Bereich des Zündabschnitts (20) eine Öffnung (22) aufweist,
    wobei das Gehäuse (12) aus einem leitfähigen Material gefertigt ist oder zumindest eine leitfähige Oberfläche aufweist und
    wobei eine elektrische Serienschaltung von Induktivitätsabschnitt (16) und Kapazitätsabschnitt (18) elektrisch einen schwingfähigen Dipol darstellt, zu dem das Gehäuse (12) als Rückleiter fungiert.
  2. Resonatoranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Generatorabschnitt (14), der Induktivitätsabschnitt (16), der Kapazitätsabschnitt (18) und der Zündabschnitt (20) nacheinander überlappungsfrei entlang der Längsachse angeordnet sind.
  3. Resonatoranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei der Kapazitätsabschnitt (18) als ein einen Abschnitt des Gehäuses (12) bildender Metallzylinder ausgeführt ist, dessen innere Oberfläche als Kapazität und dessen äußere Oberfläche als Teil des Rückleiters wirksam ist.
  4. Resonatoranordnung (10) nach Anspruch 3, wobei ein freies Endes des Metallzylinders als Zündabschnitt (20) fungiert.
  5. Resonatoranordnung (10) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Induktivitätsabschnitt (16) eine Induktivität (26) mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen (28) umfasst, die auf einem Zylindermantel allesamt in einer gleichen Ebene angeordnet sind, wobei die Induktivität derart orientiert ist, dass ein sich im Betrieb der Resonatoranordnung (10) im Innern der Induktivität (26) ausbildendes magnetisches Feld koaxial mit der Längsachse der Resonatoranordnung (10) ist.
  6. Resonatoranordnung (10) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Generatorabschnitt (14) eine zum Anregen des Induktivitäts- und Kapazitätsabschnitts (16, 18) wirksame Elektronik (24) umfasst, wobei Anschlüsse zu deren externer Versorgung durch das Gehäuse (12) geführt sind.
  7. Resonatoranordnung (10) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei Generatorabschnitt (14) und Induktivitätsabschnitt (16), insbesondere Generatorabschnitt (14), Induktivitätsabschnitt (16) und Kapazitätsabschnitt (18) lösbar, insbesondere über eine im Gehäuse (12) ausgebildete Schraub- oder Steckverbindung, miteinander verbunden sind.
  8. Resonatoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Generatorabschnitt (14) und Induktivitätsabschnitt (16), insbesondere Generatorabschnitt (14), Induktivitätsabschnitt (16) und Kapazitätsabschnitt (18) durch einen einstücklgen Gehäuseabschnitt (12) miteinander verbunden sind.
  9. Resonatoranordnung (10) nach Anspruch 7 oder 8; wobei das Gehäuse (12) zum Einführen in einen Motorblock eines Verbrennungsmotors ausgeführt ist und Mittel zur Fixierung im Motorblock umfasst.
  10. Resonatoranordnung (10) nach Anspruch 9, wobei das oder die Mittel zur Fixierung im Motorblock integraler Bestandteil des Gehäuses (12) ist bzw. sind.
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