KR20070026336A - 엔진의 연소 챔버 내의 연료의 연소를 점화하기 위한프로세스, 연계된 장치 및 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소 챔버(5) 내로 극초단파 방사선을 도입함으로써, 엔진(2)의 연소 챔버(5) 내의 연소를 점화하기 위해 사용되는 방법에 관한 것으로, 상기 극초단파 방사선은 연소 챔버(5) 외부의 극초단파 소스에서 생성된다. 도입된 극초단파 방사선은 연소 챔버(5) 내에 분포된 연료에 의해 흡수된다. 흡수로부터 상승하는 연료 내의 에너지의 공급은 연소를 챔버(5) 내의 큰 체적, 바람직하게는 전체 연소 챔버(5)에 균질한 방식으로 분포시키며, 실질적으로 동시에 점화된다. 또한, 본 발명은 연계된 점화 장치(1) 및 연계된 엔진(2)에 관한 것이다.
연소 챔버, 극초단파, 방사선, 엔진, 점화 장치

Description

엔진의 연소 챔버 내의 연료의 연소를 점화하기 위한 프로세스, 연계된 장치 및 엔진 {METHOD FOR IGNITING COMBUSTION OF FUEL IN A COMBUSTION CHAMBER OF AN ENGINE, ASSOCIATED DEVICE AND ENGINE}
본 발명은 엔진의 연소 챔버 또는 연소 공간 내의 연료의 연소를 점화하기 위한 프로세스, 연계된 점화 장치 및 연계된 엔진에 관한 것이다.
점화 프로세스가 내연 기관의 효율에 현저한 영향을 미치며, 특히, 주어진 엔진 출력에서 연료 소비 및 오염물 배출의 결정에 크게 기여하기 때문에, 과거에 점화 프로세스를 최적화하기 위해 방대한 노력이 이루어져 왔다. 현용의 가장 일반적인 점화 장치는 공연 혼합물을 점화시키는 스파크 플러그를 사용한다. 이들 스파크 플러그는 하나 이상의 전극을 가질 수 있다. 이들 전극 각각은 점화 스파크를 생성하며, 이 점화 스파크는 전극의 인근의 공연 혼합물을 점화시킨다. 따라서, 연소는 일차적으로 스파크 플러그의 전극 주변의 매우 작은 개시 면적에서 시작한다. 후속하여, 연소는 명백히 제한된 속도로 전파하게 된다.
DE 195 27 873 A1 및 US 5,136,944는 점화를 위해 필요한 전력 소비를 감소시키기 위해, 글로(glow) 부분의 촉매 표면 코팅을 갖는 글로 플러그를 개시한다. 단점은 한편으로는 필요한 촉매 재료로 인해 제조 비용이 증가되며, 다른 한편으로 는 연소 프로세스가 단지 불충분하게 최적화된다는 것이다. US 4,774,914 및 US 6,595,194는 특히 큰 점화 스파크를 생성하도록 설계되어 있는 점화 장치를 개시한다.
US 4,113,315는 2-챔버 점화 프로세스를 개시하며, 여기서는 제 1의 작은 점화 공간 내에서 점화 소스에 의해 공연 혼합물이 점화되고, 그후, 보다 큰 제 2 공간, 즉, 실제 실린더 내에서 발생하는 불꽃 전파에 의해 공연 혼합물이 점화된다. US 4,499,872는 이온수 및 연료의 혼합물이 자기장 및 점화 로드를 사용하여 점화되는 2-챔버 점화 프로세스의 개발을 개시한다. 2-챔버 점화 프로세스에서는 이들이 고도의 구조를 필요로 하며, 따라서, 고도의 제조 비용을 필요로 하는 것이 일반적이다.
US 5,673,554 및 US 5,689,949는 공연 혼합물을 점화시키는 플라즈마를 연소 공간 내에 생성하기 위해 극초단파 에너지가 사용되는 점화 프로세스를 개시한다. 플라즈마의 형성은 공진 모드의 형성에 관한 좁은 경계 조건들을 고수하는 것에 크게 의존하며, 이는 특히, 상하로 이동하는 엔진 피스톤에 관하여, 현저한 구성 노력을 초래한다. 또한, 극초단파 전송기는 엔진의 피스톤 운동의 경로를 제한한다. 또한, 대응 내용은 US 5,845,480에도 적용된다.
US 5,983,871은 플라즈마를 생성하기 위한 극초단파 및 레이저 에너지의 주입의 조합을 개시한다. 이 방식에서, 점화 장치 및 점화 프로세스와, 관련된 엔진의 복잡성이 또한 증가된다. 대응 내용은 분무화된 공연 혼합물의 자기 이온화 및 극초단파 플라즈마에 의한 점화의 조합을 개시하는 US 6,581,581에 적용된다.
공지된 프로세스에서는 이들이 복잡하고, 따라서, 값비싼, 고도의 정비를 필요로 하는 구조를 필요로 하며, 또한, 단지 제한된 서비스 수명을 갖는다는 것이 공통적이다. 연소 프로세스의 효율, 및, 따라서, 연소 프로세스에 의해 구동되는 엔진의 효율도 제한된다. 부가적으로, 오염물의 방출이 적절히 감소되지 않는다. 특히, 연료 소비의 감소 목적을 위해 이루어지는 공연 혼합물의 희박화에 의해, 보다 낮은 연소 온도가 달성되며, 이는 보다 적은 전력을 수반한다. 또한, 보다 낮은 연소 온도는 증가된 오염물 방출을 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하는 엔진의 연소 공간 내의 연료의 연소의 점화를 위한 프로세스, 관련 점화 장치 및 관련 엔진을 가용하게 하는 것이다. 특히, 점화는 본 발명에 청구된 바와 같이, 연소 특성이 최적화되도록, 특히, 주어진 출력에서, 연료 소비가 감소되고, 오염물 방출이 감소되도록 이루어진다.
상기 목적은 청구항 1에 규정된 프로세스 및 하위 청구항에 규정된 장치 및 엔진에 의해 달성된다. 본 발명을 구현하기 위한 특수 데이터는 종속 청구항에 규정되어 있다.
본 발명은 특히, 연소 공간 외부의 극초단파 소스에서 생성된 극초단파 방사선을 연소 공간 내로 주입하는 것에 의한 엔진의 연소 공간 내의 연료의 연소의 점화 프로세스에 관한 것으로, 주입된 극초단파 방사선은 연소 공간 내에 분배된 연료에 의해 흡수되고, 흡수로 인해 발생하는 연료로의 에너지 전달로 인해, 연소는 바람직하게는 연소 공간 내의 큰 체적에 걸쳐 균일하게 분포되며, 특히, 동시에 점화되게 되고, 바람직하게는, 전체 연소 공간 내에 균일하게 분포되며, 특히, 동시에 점화된다.
일반적으로, 연소 공간 내에는 연료와 산소 소스의 혼합물, 예로서, 공연 혼합물이 존재한다. 실린더 내의 피스톤을 이동시킴으로써, 또한, 종종 연공 혼합물이 점화 프로세스 동안 압축된다. 극초단파 방사선의 주입은 가능한 균질한 에너지 밀도 분포가 연소 공간 내에 형성되도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위해, 극초단파 윈도우가 비교적 넓은 면적을 가지거나, 작은 면적의 극초단파 윈도우가 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 실질적인 원통형 연소 공간 내로의 극초단파 방사선의 도입 지점에, 확산 수단, 예로서, 등방성 방향 특성으로 연소 공간 내로의 극초단파의 방사를 유발하는 적절한 평탄한, 뾰족한, 선형의 또는 격자형의 구조를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 선택적으로, 확산기의 구성에 의해, 연소 공간 내의 규정 가능한 에너지 밀도 분포가 달성될 수 있다.
극초단파의 파장은 0.1cm과 45cm 사이, 특히, 1cm과 15cm 사이, 통상적으로는, 3cm과 10cm 사이인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 양호한 실시예에서, 극초단파는 펄스형으로 주입되며, 이를 위해, 하나 이상의 극초단파 펄스가 사용될 수 있다. 극초단파 펄스의 전력은 각각의 용례에 의존하며, 예로서, 1kW와 70kW 사이일 수 있다. 펄스 길이는 예로서, 1nsec와 2msec 사이일 수 있으며, 다수의 극초단파 펄스를 위한 펄스 거리는 통상적으로 100nsec와 2msec 사이이다.
공급된 극초단파 에너지는 직접적으로, 전체 공연 혼합물의 동시적이고 균일한 점화를 위해 사용된다. 펄스 간격 동안의 연소 공간의 체적의 변화는 피스톤 이동 속도에 관하여 비교적 짧은 펄스 기간으로 인해, 무시 가능하게 작을 수 있다. 극초단파 펄스의 전력은 충분한 점화 에너지가 연소 공간 내로 주입되도록 매우 충분하게 선택되어야만 한다.
공급된 극초단파 에너지는 점화점까지 공연 혼합물 내에 존재하는 연료 액적을 가열하며, 따라서, 혼합물을 점화시킨다. 종래 기술과는 대조적으로, 본 발명에서는 플라즈마의 생성이 피해진다.
공지된 점화 시스템과는 대조적으로, 본 발명에서는 점화가 연소 공간의 단일의 주어진 장소에서 이루어지지 않으며, 따라서, 점화 이후, 비교적 느리게 전파할 필요가 없고, 전체 공연 혼합물이 거의 동시에, 전체 연소 공간 내에서 균일하게 점화되어 바람직하다.
공지된 점화 프로세스에서, 내연 기관 내의 공연 혼합물의 연소 프로세스는 두 개의 위상으로 진행한다: 첫 번째로, 비교적 느린, 소위, 층상 위상, 층상 불꽃 속도는 엔진 연소 프로세스의 속도를 현저히 제한하며, 따라서, 효율을 제한한다. 특히, 희박화된 혼합물 조성을 갖는 현대 내연 기관의 통상적인 층상 불꽃 속도는 대략 10cm/sec이다. 층상 위상에는 소위 난류 연소 위상이 이어진다. 가능한 높은 효율의 견지에서, 제 2 난류 연소 위상은 항상 가능한 신속하게 도달되어야 한다. 또한, 이는 이전과 같이, 제 1 위상이 제 2 위상에 도달하도록 진행되어야만 하는 종래 기술로부터의 소정의 노력의 초점이다.
대조적으로, 본 발명에 따라서, 제 1, 저속 층상 연소 위상이 완전히 생략되며, 점화는 직접적으로 제 2, 고속 난류 연소 위상을 초래한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 청구된 바와 같은 프로세스를 실행하기 위한 점화 장치에도 관련한다. 전력 공급 소스는 극초단파 펄스를 위해 필요한 에너지를 가용하게 하는 펄스형 고압 전력 팩인 것이 바람직하다. 극초단파 소스는 예로서, 마그네트론, 클라이스트론, 자이로트론, 트레블링 웨이브 튜브(TWT) 등일 수 있다. 가능한 극초단파 연결부는 가능한 작은 전력 손실 및 반사를 유지하기 위해, 그 치수에 관하여, 극초단파 소스의 파장에 적응되어야만 한다. 필요시, 극초단파 라인이 유연하게 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 양호한 실시예에서, 극초단파 소스와 극초단파 윈도우 사이에, 결합 수단이 존재하며, 결합 수단은 한편으로는 극초단파 소스에 의해 극초단파 윈도우로 전송되는 극초단파를 전송하지만, 다른 한편으로는, 연소 공간에 의해 반사되는 극초단파를 다시 극초단파 소스로 전송하지는 않는다. 특히, 이 결합 수단은 세 개의 포트를 가질 수 있으며, 특히, 그 제 1 포트에 연결된 극초단파 소스, 그 제 2 포트에 연결된 극초단파 윈도우 및 그 제 3 포트에 연결된 바람직하게는 패시브 극초단파 소비기(consumer)를 갖는 서큘레이터(circulator)를 가질 수 있다. 서큘레이터는 극초단파 소스로부터 연소 공간으로 극초단파 에너지를 중계하는 기능을 가지며, 동시에, 연소 공간에 의해 다시 방사되는 극초단파 에너지를 연소 공간에 의해 반사된 극초단파 에너지를 흡수하는 패시브 극초단파 소비기로 전향시키는 기능을 갖는다. 이 방식으로, 극초단파 소스는 반사된 극초단파 방사선에 대해 보호된다. 서큘레이터는 역방향으로 방사된 극초단파 에너지를 감소시키는 기능을 향상시키기 위해 가스 충전된 방전기를 포함할 수 있다.
극초단파 윈도우는 실질적으로 극초단파 에너지에 대해 투명하며, 특히, 높은 극초단파 전력이 또한 그를 통해 전송될 수 있고, 다른 한편으로는, 이는 연소 공간을 외부에 대해 밀봉한다. 극초단파 윈도우의 한가지 가능한 실시예는 세라믹 디스크, 사파이어 글래스 디스크 또는 다른 적절한 재료의 디스크로 구성된다. 극초단파 윈도우는 또한, 바람직하게는 표면 상에, 예로서, 금속성 구조의 적용에 의해, 예로서, 2차원 또는 심지어 3차원 구조를 가지며, 이에 의해, 연소 공간 내로의 극초단파 에너지의 규정 가능한 방출 특성이 보증된다.
또한, 본 발명은 본 발명에 청구된 바와 같은 점화 프로세스에 따라 동작하는 점화 장치를 구비한 엔진에 관한 것이다. 한가지 특수한 버전은 오토(Otto) 엔진, 방켈(Wankel) 엔진, SIDI(불꽃 점화 직접 분사) 엔진 또는 연소 공간 내의 공연 혼합물이 연소되는 디젤 엔진이다.
본 발명은 동시적이고, 전체 연소 공간에서, 균일한 점화 및 공연 혼합물의 연소에 의해, 제 1 층상 연소 위상이 형성되지 않고, 제 2 고속 난류 연소 위상이 연소시 직접적으로 시작되는, 본 발명에 청구된 바와 같은 엔진 내의 공연 혼합물의 최적의 연소를 도출한다. 이를 위해, 연소 전반에 걸쳐, 작은 공간, 난류 점화 및 서로 독립적으로 전파하는 연소 영역이 매우 많은 수로 거의 동시에 생성된다. 따라서, 전체 연소 공간 내의 공연 혼합물은 거의 동시에 점화되고, 그후, 연소된다.
다수의 극초단파 펄스를 사용함으로써, 공연 혼합물 내에 존재하는 연료 액적이 연소 온도가 도달될 때까지 점진적으로 가열된다. 이 방식으로, 온도의 점진적 증가가 보다 균일하고, 따라서, 궁극적으로, 실질적으로 동시적이며 균일한 연소 공간 내의 전체 혼합물의 점화를 초래하기 때문에, 기본적으로, 연소 공간 내의 원하지 않는 상이한 온도의 영역이 피해진다. 또한, 기본적으로, 유사하게, 반복된 펄스에 의해, 원하지 않는 플라즈마 생성이 방지된다.
다수의 예시적 실시예를 도면을 참조로 상세히 설명하는 하기의 상세한 설명 및 종속 청구항으로부터 본 발명의 다른 장점, 특징 및 세부사항을 명백히 알 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 청구항 및 명세서에 언급된 특징은 각각 그들 자체로 독립적으로 또는 임의의 조합으로, 본 발명에 임계적일 수 있다.
도 1은 본 발명에 청구된 바와 같은 점화 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2 내지 도 4는 공연 혼합물 내의 연료의 양의 감소(희박화)의 함수로서 엔진의 출력을 보여주는 도면.
도 5는 희박화의 함수로서 엔진의 CO 함량을 보여주는 도면.
도 1은 역시 단지 개략적으로 도시되어 있는 엔진(2)을 위한, 본 발명에 청구된 바와 같은 점화 장치(1)의 구조를 개략적으로 도시하고 있으며, 단지 실린더(3) 및 그 내부에서 상하로 이동하는 피스톤(4)만이 도시되어 있다. 피스톤(4) 및 실린더(3)는 연소 공간(5)에 접경하며, 연소 공간 내에는, 이상적으로, 균일하게 분포된 공연 혼합물이 존재한다. 도 1에서, 피스톤(4)은 대략 상사점에 있다.
점화 장치(1)는 무엇보다도 극초단파 소스(7)를 구동하는 에너지를 갖는 펄스형 고압 전력 팩(6)을 포함한다. 바람직하게는 가요성 극초단파 라인(8)의 제 1 부재는 서큘레이터(10)의 제 1 연결 플랜지(9)에 플랜지식으로 연결된다. 제 1 연결 플랜지(9)에 대향한 측부상에서, 서큘레이터(10)는 제 2 연결 플랜지(11)를 가지며, 이는 제 2 극초단파 라인(12)에 플랜지식으로 연결되며, 제 2 극초단파 라인(12)은 마찬가지로, 유연한 것이 바람직하며, 극초단파 윈도우(13)에 이어진다.
극초단파 윈도우(13)는 연소 공간(5) 내의 에너지 밀도 분포가 가능한 균일하도록 연소 공간(5) 내로 극초단파가 방사되도록 실린더(3)의 재킷 표면상에 고정된다. 일 양호한 실시예에서, 극초단파 윈도우(13)는 연소 공간(5)이 외부로부터 밀봉되도록 실린더(3) 내에 삽입된 세라믹 디스크로 구성된다. 극초단파 윈도우(!3)는 연소 공간(5)에 대면한 측부상에 연소 공간(5) 내로의 극초단파의 확산 입사 방사 특성이 보증되게 하는 구조체(14)를 가질 수 있다.
제 1 연결 플랜지(9)에 의해 공급되는 극초단파 에너지는 실질적으로 댐핑되지 않은, 화살표(15)로 표시된 에너지 흐름에 따라 서큘레이터(10)에 의해 제 2 연결 플랜지(11)를 경유하여 극초단파 윈도우(13)에 공급되며, 따라서, 연소 공간(5) 내로 주입된다. 연소 공간(5) 내에서 발생하는 반사는 제 2 극초단파 라인(12)을 경유한, 제 2 연결 플랜지(11)로의 극초단파 에너지의 재방사를 초래할 수 있다. 이 경우의 서큘레이터(10)는 화살표(16)에 따른 극초단파 에너지의 전향, 구체적으로는 제 1 연결 플랜지(9)로 돌아가지 않고, 제 3 극초단파 라인(18)이 연결되어 있는 제 3 연결 플랜지(17)를 경유하는 것을 보증하며, 제 3 극초단파 라인은 반사된 에너지 흐름을 패시브 극초단파 소비기(19)로 안내한다. 서큘레이터(10)의 연결 플랜지(9, 11, 17)는 도한, 도 1의 도면과는 대조적으로, 120°의 각도 거리로 대칭적으로 배열될 수 있다.
본 발명에 청구된 점화 프로세스는 내연 기관상에서 본 발명에 청구된 바와 같은 점화 장치로 테스트되었다. 이는 4개 실린더와 1300cm3의 체적을 갖는 4 행정 오토 엔진이었다. 엔진 출력은 63hp/46.6kW였다. 종래의 점화 시스템을 사용한 동작시, 연료 소비는 대략 100km 당 6.5리터 였다.
이 시리즈 제조 엔진에서, 스파크 플러그가 제거되고, 그 위치에 밀봉부 및 극초단파 윈도우로서 세라믹 디스크가 사용되었다. 점화 장치(1)의 구조는 도 1의 것에 대응한다. 내연 기관은 기계적으로, 발전기에 연결되었고, 그래서, 엔진 출력을 결정할 수 있었다. 수열량계(water calorimeter) 내에 배치된 오옴 소비기가 발전기에 연결되었다.
도 2 내지 도 4는 3개의 서로 다른 동작 범위, 구체적으로는, 전부하(도 2), 반부하(도 3) 및 1/3 부하(도 4)에서 공연 혼합물의 연료의 양의 감소(희박화)의 함수로서 엔진 출력을 도시한다. 학습 인자는 연료 부분이 감소되는 분율로서 규정되었으며, 도 2 내지 도 4에서는 1/1 내지 1/4.5로 수행되었다. 여기서, 본 발명에 청구된 바와 같은 점화 장치를 사용한 동작시, 전부하하에서 그 혼합물의 연료 부분은 전력을 감소시키지 않고, 3의 인자만큼 희박화될 수 있으며, 1/3 부하에서는 이 인자가 심지어 3.5이다.
도 5는 공연 혼합물의 연료 농도의 함수로서 본 발명에 청구된 바와 같은 엔진의 배기 가스 내의 일산화탄소(CO) 함량의 감소를 도시한다. 심지어 1의 인자에서, 0.05 체적%의 CO 농도는 이 값이 약 0.20 체적%인 종래의 점화 장치를 사용한 표준 엔진에서 보다 명백히 작다. 3의 인자에 의한 학습을 위해, CO 함량은 보다 더, 0.02 체적%까지 감소될 수 있다. 이는 10의 인자만큼의 CO 방출의 감소를 의미한다. 대략적으로 동일한 출력에 대하여, 본 발명에 청구된 바와 같은 점화 프로세스를 사용한 연소는 100km 당 단지 2.3리터의 가솔린이었으며, 따라서, 종래의 점화 프로세스를 사용한 소비의 약 1/3이다.

Claims (14)

  1. 연소 공간 외부의 극초단파 소스(7)에서 생성된 극초단파 방사선을 연소 공간(5) 내로 주입함으로써, 엔진(2)의 연소 공간(5) 내의 연료의 연소를 점화하는 프로세스로서, 주입된 극초단파 방사선은 연소 공간(5)에 분포된 연료에 의해 흡수되고, 흡수로 인해 발생하는 연료 내로의 에너지 전달로 인해 연소는 반드시 동시에 점화되며, 연소 공간(5)의 큰 체적에 걸쳐, 바람직하게는, 전체 연소 공간(5)에 균일하게 분포되는 점화 프로세스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 극초단파 방사선은 단기간 및 높은 에너지를 갖는 하나 이상의 극초단파 펄스 형태로 주입되는 점화 프로세스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 극초단파 펄스의 수 및/또는 그의 전력 및/또는 그의 펄스 기간 및/또는 그의 순간은 엔진(2)의 동작 상태 및 엔진(2)상의 전력 수요에 따라 제어되는 점화 프로세스.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 바람직하게는 1kW와 70kW 사이의 전력, 1ns와 2ms 사이의 펄스 기간, 및 100ns와 2ms 사이의 펄스 간격을 갖는, 바람직하게는 1 내지 10 극초단파 펄스, 특히, 1 내지 5 극초단파 펄스가 사용되는 점화 프로세스.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 점화 프로세스를 위해, 바람직하게는 상이한 전력 및/또는 펄스 기간을 갖는 다수의 극초단파 펄스가 주입되고, 에너지의 점진적 전달에 의해 점화 온도까지의 연소 공간 내에 분포된 연료의 온도 증가의 레벨링을 보증하는 점화 프로세스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연소 공간(5) 내의 플라즈마의 형성은 상기 극초단파 방사선의 주입 시간 간격, 그의 전력, 및 선택적으로 펄스 기간 및 펄스 간격의 선택에 의해 방지되는 점화 프로세스.
  7. 엔진(2)의 연소 공간(5) 내에서 연소를 점화시키기 위한 장치(1)로서,
    연소 공간(5) 외부에 배치된 극초단파 소스(7) 및 상기 극초단파 소스(7)에 연결된 극초단파 윈도우(13)를 구비하고, 극초단파 방사선이 극초단파 윈도우(13)에 의해 연소 공간(5) 내로 주입될 수 있으며, 그 결과 주입된 극초단파 방사선은 연소 공간(5) 내에 분포된 연료에 의해 흡수될 수 있고, 흡수로 인해 발생하는 연로로 에너지를 전달함으로써, 연소는 반드시 동시에 점화될 수 있고, 상기 연소 공간(5) 내의 큰 체적에 걸쳐 분포될 수 있고, 바람직하게는 전체 연소 공간(5)에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있는 점화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 극초단파 소스(7)는, 상기 극초단파 소스(7)에 의해 극초단파 펄스로 변환될 수 있는 전기 펄스를 전달하는, 전력 공급 소스(6)에 의해 공급되는 점화 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 극초단파 소스(7)와 극초단파 윈도우(13) 사이에, 바람직하게는 극초단파 라인(8, 12)의 중도부의 위에는 결합 수단(10)이 제공되며, 상기 결합 수단은 극초단파 소스(7)로부터 극초단파 윈도우(13)로 전송된 극초단파를 전송하나, 상기 연소 공간(5)에 의해 반사된 극초단파를 극초단파 소스(7) 내로 복귀시키지는 않는 점화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 결합 수단(10)은 3개 포트를 가지며, 특히 상기 결합 수단은 제 1 포트에 연결된 극초단파 소스(7), 제 2 포트에 연결된 극초단파 윈도우(13) 및 제 3 포트에 연결된 바람직하게는 패시브 극초단파 소비기(19)를 구비하는 서큘레이터인 점화 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극초단파 윈도우(13)는 세라믹 재료를 갖거나 또는 완전히 세라믹 재료로 구성되는 점화 장치.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극초단파 소스(7)는 바람직하게는 가요성 극초단파 라인(8, 12)에 의해 극초단파 윈도우(13)에 연결되는 점화 장치.
  13. 엔진(2)의 연소 공간(5) 내에서 연료의 연소를 점화시키기 위해, 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 점화 장치(1)를 구비하는 엔진.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 엔진은 오토 엔진, 방켈(Wankel) 엔진, SIDI(불꽃 점화 직접 분사) 엔진 또는 디젤 엔진이며, 공연 혼합물(fuel-air mixture)은 상기 연소 공간(5) 내에서 점화되는 엔진.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2006348506B2 (en) 2006-09-20 2013-02-21 Imagineering, Inc. Ignition device, internal combustion engine, ignition plug, plasma apparatus, exhaust gas decomposition apparatus, ozone generation/sterilization/disinfection apparatus, and deodorization apparatus
US7647907B2 (en) 2006-12-07 2010-01-19 Contour Hardening, Inc. Induction driven ignition system
US8424501B2 (en) 2006-12-07 2013-04-23 Contour Hardening, Inc. Induction driven ignition system
US7533643B2 (en) * 2006-12-07 2009-05-19 Contour Hardening, Inc. Induction driven ignition system
AT505766B1 (de) * 2007-12-19 2009-04-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg Vorrichtung zum einkoppeln von laserlicht in einen brennraum einer brennkraftmaschine
US8276570B2 (en) 2009-03-17 2012-10-02 Raytheon Company Method and apparatus for improved internal combustion of fuel/oxidizer mixtures by nanostructure injection and electromagnetic pulse ignition
DE102009054177B4 (de) 2009-11-21 2020-12-10 Mwi Micro Wave Ignition Ag Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
CN101806242A (zh) * 2010-04-16 2010-08-18 孟金来 燃煤粉内燃机及可调控发电量的发电机
JP5866684B2 (ja) * 2010-06-02 2016-02-17 イマジニアリング株式会社 内燃機関の制御装置
CN102080619B (zh) * 2010-12-03 2012-05-23 清华大学 一种基于微波等离子体的发动机点火装置
CN102121447B (zh) * 2011-01-21 2013-04-03 电子科技大学 一种微波等离子体汽车发动机点火器
CN102278252A (zh) * 2011-05-13 2011-12-14 清华大学 一种基于电磁波谐振频率的发动机点火方法
US20130104861A1 (en) * 2011-10-27 2013-05-02 Southwest Research Institute Enhanced Combustion for Compression Ignition Engine Using Electromagnetic Energy Coupling
DE102012107411B4 (de) * 2012-08-13 2014-04-30 Borgwarner Beru Systems Gmbh Verfahren zum Steuern einer Korona-Zündeinrichtung
CN102933016A (zh) * 2012-11-28 2013-02-13 吉林大学 车载燃料的等离子体微波功率合成系统
EP3064765A1 (de) 2015-03-03 2016-09-07 MWI Micro Wave Ignition AG Verbrennungsmotor
EP3064766A1 (de) * 2015-03-03 2016-09-07 MWI Micro Wave Ignition AG Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Mikrowellenenergie in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors
EP3064764B1 (de) * 2015-03-03 2020-09-02 MWI Micro Wave Ignition AG Mikrowellenzündkerze zum Einkoppeln von Mikrowellenenergie
EP3064767A1 (de) 2015-03-03 2016-09-07 MWI Micro Wave Ignition AG Verfahren und zum Einbringen von Mikrowellenenergie in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor
EP3101268B1 (de) 2015-06-01 2018-01-31 MWI Micro Wave Ignition AG Mikrowellenpulszündgenerator für eine verbrennungskraftmaschine
ES2861475T3 (es) * 2015-06-23 2021-10-06 Mwi Micro Wave Ignition Ag Motor de combustión interna de pistón rotativo
CN106762331B (zh) * 2016-12-16 2019-03-05 华中科技大学 一种微波辅助火花塞点火方法及其集成装置
CN108204316A (zh) * 2016-12-19 2018-06-26 李仕清 一种燃烧室壳体热循环装置
CN109209729A (zh) * 2018-09-18 2019-01-15 深圳市奥谱太赫兹技术研究院 一种可应用于发动机燃烧室的微波点火系统及方法
CN111828225B (zh) * 2020-06-24 2021-12-07 联合汽车电子有限公司 内驱点火系统的控制方法和控制电路
CN113915001A (zh) * 2020-07-09 2022-01-11 姚志勇 发动机微波激发火焰提高效率的方法
DE102022000797A1 (de) 2021-03-10 2022-09-15 Mathias Herrmann Zündkonzept und Verbrennungskonzept für Triebwerke und Raketen; möglichst effektive, bzw. gerichtete Anregung und Zündung mittels angepasster elektromagnetischer Strahlung bzw. elektromagnetischer Wellen (z. B. Radiowellen, Mikrowellen, Magnetwellen) und katalytischer Absorber zur Erhöhung des energetischen Wirkungsgrades und Schubes
DE102021001830A1 (de) 2021-04-09 2022-10-13 Mathias Herrmann Verfahrenskonzept für Verbrennungskraftmaschinen (z.B. Otto- / Dieselmotoren), Turbinen und Brennräumen zur Steigerung und Regulierung elektromagnetischer Zündung (z.b. mittels Mikrowellen) Mit dem Ziel einer möglichst gerichteten und effektiven Verbrennung. - Konzept für "katalytische Raumzündung"

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2563952A (en) * 1947-12-03 1951-08-14 Philco Corp Ignition interference suppression
US2617841A (en) 1949-01-03 1952-11-11 Rca Corp Internal-combustion engine ignition
US3880568A (en) * 1973-12-21 1975-04-29 Southwest Res Inst Combustion method and apparatus for generating repetitive explosions
US3934566A (en) * 1974-08-12 1976-01-27 Ward Michael A V Combustion in an internal combustion engine
US4138980A (en) * 1974-08-12 1979-02-13 Ward Michael A V System for improving combustion in an internal combustion engine
JPS557972A (en) 1978-07-03 1980-01-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Internal combustor
US4297983A (en) * 1978-12-11 1981-11-03 Ward Michael A V Spherical reentrant chamber
US4314530A (en) * 1980-02-25 1982-02-09 Giacchetti Anacleto D Amplified radiation igniter system and method for igniting fuel in an internal combustion engine
JPS57113968A (en) * 1981-01-07 1982-07-15 Hitachi Ltd Microwave plasma ignition type engine
US4499872A (en) * 1983-01-10 1985-02-19 Combustion Electromagnetics, Inc. Ultra lean burn carburetted adiabatic engine
JPS59215967A (ja) * 1983-05-24 1984-12-05 Toyota Motor Corp エンジンの始動補助装置
US4774914A (en) * 1985-09-24 1988-10-04 Combustion Electromagnetics, Inc. Electromagnetic ignition--an ignition system producing a large size and intense capacitive and inductive spark with an intense electromagnetic field feeding the spark
JP2747476B2 (ja) * 1989-06-26 1998-05-06 正士 神藤 マイクロ波コロナ放電式内燃機関点火装置
US5136994A (en) * 1991-04-15 1992-08-11 Southwest Research Institute Internal combustion engine
US5532462A (en) 1994-04-29 1996-07-02 Communications & Power Industries Method of and apparatus for heating a reaction vessel with microwave energy
US5673554A (en) * 1995-06-05 1997-10-07 Simmonds Precision Engine Systems, Inc. Ignition methods and apparatus using microwave energy
US5689949A (en) * 1995-06-05 1997-11-25 Simmonds Precision Engine Systems, Inc. Ignition methods and apparatus using microwave energy
DE19527873C2 (de) * 1995-07-29 2001-09-13 Eberspaecher J Gmbh & Co Einrichtung zum Erzeugen und Zünden eines Brennstoffdampf-Luft-Gemisches
US5845480A (en) * 1996-03-13 1998-12-08 Unison Industries Limited Partnership Ignition methods and apparatus using microwave and laser energy
SE506598C2 (sv) * 1996-05-20 1998-01-19 Ericsson Telefon Ab L M Cirkulator
GB9620318D0 (en) * 1996-09-30 1996-11-13 Bebich Matthew New ignition system and related engine components
DE19644514A1 (de) * 1996-10-25 1998-04-30 Pinkalla Reiner Zündanlage für Brennstoffmotoren
DE19747701C2 (de) * 1997-10-29 1999-12-23 Volkswagen Ag Plasmastrahl-Zündung für Verbrennungskraftmaschinen
US5983871A (en) * 1997-11-10 1999-11-16 Gordon; Eugene Ignition system for an internal combustion engine
DE19802745C2 (de) * 1998-01-26 1999-11-25 Karlsruhe Forschzent Mikrowellentechnische Zünd- und Verbrennungsunterstützungs-Einrichtung für einen Kraftstoffmotor
DE19914941C1 (de) 1999-04-01 2000-05-25 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur mikrowellengestützten Gemischverbrennung im Brennraum einer Brennkraftmaschine
US6595194B1 (en) * 2000-05-26 2003-07-22 Hitachi, Ltd. Ignition system for internal combustion engine
FR2814633B1 (fr) * 2000-09-22 2002-12-06 Clarq Internat Dispositif de production d'un plasma, procede d'ionisation, utilisations du procede et realisations mettant en oeuvre le dispositif selon l'invention
DE10061673A1 (de) * 2000-12-12 2002-06-13 Volkswagen Ag Element und Vorrichtung zur Energieeinkopplung in einen mit einem bestimmten Medium gefüllten Raum
WO2003042533A1 (de) * 2001-11-16 2003-05-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zündsystem und verfahren für eine brennkraftmaschine mit mikrowellen-quellen

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US7770551B2 (en) 2010-08-10
DE10356916B3 (de) 2005-06-23

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