WO1999037911A1 - Mikrowellentechnische zünd- und verbrennungsunterstützungs-einrichtung für einen kraftstoffmotor - Google Patents

Mikrowellentechnische zünd- und verbrennungsunterstützungs-einrichtung für einen kraftstoffmotor Download PDF

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Guido Link
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/16—Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
    • H01J23/18—Resonators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • F02P23/045—Other physical ignition means, e.g. using laser rays using electromagnetic microwaves

Definitions

  • the invention relates to a microwave-technical ignition and combustion support device for a fuel engine with at least one combustion chamber for igniting a fuel element introduced into the respective combustion chamber and for supporting the combustion thereof. It consists of a pulsable microwave source, from which microwaves lead to the combustion chambers of the engine for the given frequency, so that the microwave via openings m in the fixed combustion chamber wall at the intended ignition time m the combustion chamber acting as a resonator chamber and again to support the combustion m couples the decaying combustion phase.
  • the purpose of this ignition technology and supported combustion is the effective combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber.
  • a combined ignition technology consisting of conventional ignition ignition with microwave-excited combustion, to a certain extent a hybrid ignition of the fuel mixture with combustion support, is described in the article "Microwave Sti ulated Combustion" by MAV Ward in Journal of Microwave Power 15 (3), 1980 on the pages 193-202.
  • Microwave energy is injected into a cylindrical combustion bomb, which includes various propane-air mixtures at 1 atm each. The respective mixture is ignited by the conventional ignition spark and a plasma ignition.
  • the TM 0 i 0 mode with a magnetron at 2.45 GHz m power ranges around 100 W.
  • the use of microwave energy allows a considerable expansion of the lean limit of the fuel mixture and doubles the flame speed close to the lean limit of the plasma-blasted fuel mixture.
  • EG Groff and MK Krage have also examined flame development under the influence of microwaves in order to examine the air-fuel mixtures that have flowed in via a burner into a cavity resonator.
  • a flame is placed on the axis of the resonator.
  • Microwaves with a frequency of approximately 2.4 GHz are coupled into the resonator, which resonate in the low TM 0 ⁇ o mode. This results in electrical field intensities that were above 10 5 V / m.
  • the burning rate increases with the electric field intensity. This is attributed to the microwave heating, which causes a higher flame temperature (see Combustion And Flame 56.293-306 (1984)).
  • the object on which the invention is based From the knowledge that the flame speed at low combustion temperature can be increased under the influence of microwaves, the object on which the invention is based. This is to develop a ignition and combustion support device by means of microwave technology, with which it is possible to safely ignite an air-fuel mixture in the combustion chamber of a fuel engine with a microwave coupled into it and to optimally combustion with it support.
  • the fuel is a conventional hydrocarbon compound, as is usually used in self-igniting and externally ignited engines.
  • the problem is solved by a microwave-technical ignition and supporting combustion device according to claim 1.
  • the main components are the microwave source, the microwave conductors matched to the operating frequency, from the source to the respective combustion chamber formed from the cylinder and piston end as a resonator. It is essential to generate a nes mode mixture by at least one coupling opening, which is present in the fixed combustion chamber walls.
  • the mode mixture should consist of at least two modes, one of which is advantageously a centrally concentrated low-order mode and the other a high-order mode which is equally distributed around the piston axis and is close to the combustion chamber wall (so-called Whispe ⁇ ng gallery mode).
  • an overall homogeneity of the electrical field strength distribution is achieved for the ignition, which is both radial to the piston axis and also extends parallel to the piston axis.
  • the power of the coupling microwave is so high that the field strength increases of the Whispering Gallery mode and the basic mode are safely above the Zundfeidstarke for a fuel mixture of 100 kV / m.
  • the high-frequency property of the combustion chamber filling is also very significant, namely by increasing the resonator quality, so that the mode mixture excited in the ignition phase cannot be excited directly. Rather, the stimulating microwave of the same frequency only excites the equally distributed high-order mode (Whispenng-Gallery mode) near the wall of the combustion chamber. This has the exact advantage that incompletely burned fuel or combustion residues burn off completely by the action of microwaves, as a result of which the combustion chamber walls are kept free of adhering soot condensates.
  • the frequency of the microwave to be coupled in must be adapted from type to type of such a fuel engine.
  • the coupling opening of the microwave is preferably located in the cylinder head at points where the desired mode can be excited (claim 6). Since conditioned climatic conditions are generally not intended for motor operation, a technically mature, robust and therefore economically inexpensive microwave source such as a magnetron is used, but this does not mean the use of other microwave sources in tube or semiconductor technology, insofar as they are obvious due to special boundary conditions excludes.
  • the coupling openings for the microwave are in any case m the fixed wall parts, ie in the cylinder head or the cylinder wall of the combustion chamber (claim 5).
  • the coupling for the ignition interval is advantageously carried out at the best possible excitability of the desired mode.
  • the time interval for the decoupling for combustion support is such that the combustion (plasma) which occurs automatically after the ignition of its decaying phase due to the recoupling microwave pulse, which now only stimulates the high-order modes due to the changed high-frequency properties in the combustion chamber.
  • the advantage of such a microwave ignition and combustion-supporting device lies in the optimal utilization of a lean air-fuel mixture introduced into the combustion chamber of the fuel engine.
  • FIG. 1 mode formation in the combustion chamber filled with non-ignited fuel
  • This high-order mode is particularly advantageous, since it represents, to a certain extent, an ignition source consisting of ignition source columns near the combustion chamber wall, with which the remaining fuel and combustion residues in the wall area are completely burned. Due to the low-order mode that no longer develops in this phase, the power of the microwave pulse is now completely distributed to the high-order mode.
  • the field strength in the areas of the ignition source lies considerably above the intensity of the field from the ignition range and is therefore shown by a deep red. There are excellent conditions there for the remaining combustion. 8th
  • a further optimization of the combustion consists in a modified combustion chamber design.
  • the hexagonal combustion chamber shown schematically in FIG. 3 is such.
  • the advantage over the cylindrical geometry is that there is no field focusing (caustic structures) and elevations, which make the field and ignition distribution inhomogeneous, and thus there is even illumination of the combustion chamber in the center and on the edge even with high-mode excitation.
  • the least problematic is when the regular hexagonal cross section of the combustion chamber is described as the circular cylindrical cross section of the piston displacement.
  • the cross section of the combustion chamber can also be smaller, even inscribed on the piston cross section, but this would not be done for safety reasons. In terms of microwave technology, the properties would be qualitatively the same.

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Abstract

Das in den jeweiligen Brennraum eines Kraftstoffmotors eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch einen zum Zündzeitpunkt einsetzenden Mikrowellenpuls vorgegebener Frequenz und einstellbare r Dauer gezündet. Dabei wirkt der Brennraum mikrowellentechnisch als Resonator, in dem die einkoppelnde Mikrowelle eine für den Zündvorgang wirksame Mode oder ein wirksames Modengemisch erregt. Nach der zunächst selbständig ablaufenden Verbrennung, unterstützt ein dem Zündpuls nachfolgender Mikrowellenpuls gleicher Frequenz und ebenfalls einstellbarer Dauer durch die Anregung zumindest einer Mode hoher oder höherer Ordnung die restliche Verbrennung noch nicht vollständig verbrannter Produkte oder noch vorhandener Kraftstoffreste. Fette sowie magere Luft-Kraftstoff-Gemische sind mit dieser mikrowellentechnischen Zünd- und Verbrennungsunterstützungs-Einrichtung einwandfrei entzündbar und werden vollständig verbrannt.

Description

Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs-Ein- richtung für einen Kraftstoffmotor
Die Erfindung betrifft eine mikrowellentechnische Zund- und Ver- brennungsunterstutzungs-Emrichtung für einen Kraftstoffmotor mit mindestens einem Brennraum zur Zündung eines m den jeweiligen Brennraum eingebrachten Kraftstoffge ischs und zur unterstutzenden Verbrennung desselben. Sie besteht aus einer pulsbaren Mikrowellenquelle, von der für die abgebene Frequenz Mikro- wellenleiter zu den Brennraumen des Motors fuhren, so daß die Mikrowelle ber Offnungen m der feststehenden Brennraumbewan- dung zum vorgesehenen Zundzeitpunkt m den als Resonatorraum wirkender Brennraum und erneut zur Unterstützung der Verbrennung m der abklingenden Verbrennungsphase einkoppelt.
Zweck dieser Zundungstechnik und unterstutzten Verbrennung ist die effektive Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum.
Experimente mit dem Ziel, mikrowellenunterstutzte Verbrennung magerer Kohlenwasserstoff-Kraftstoff-Luft-Gemische m Kraftstoffmotoren einzusetzen, wurden andererseits durchgeführt. Untersuchungen über die Geschwindigkeit der Flammausbreitung und die Verstärkung dieser bei Mager-Gemischen waren die zentrale Anliegen.
Eine kombinierte Zundtechnik, bestehend aus der konventionellen Zundfunkenzundung mit mikrowellenangeregter Verbrennung, gewissermaßen eine Hybridzundung des Kraftstoffgemisch mit Verbren- nungsunterstutzung, wird m dem Aufsatz "Microwave Sti ulated Combustion" von M. A. V. Ward in Journal of Microwave Power 15(3), 1980 auf den Seiten 193 - 202 beschrieben. Mikrowelle- nenergie wird m eine zylindrische Verbrennungsbombe eingekoppelt, m der verschiedene Propan-Luft-Gemische bei jeweils 1 atm eingeschlossen sind. Das jeweilige Gemisch w rd durch den konventionellen Zündfunken und eine Plasmastrahlzundung gezündet. Im Brennraum wird die TM0 i 0-Mode mit einem Magnetron bei 2.45 GHz m Leistungsbereichen um die 100 W angeregt. Der Einsatz der Mikrowellenenergie erlaubt eine beträchtliche Ausdehnung der Magergrenze des Kraftstoffgemisch und bewirkt eine Verdopplung der Flammgeschwindigkeit nahe der Magergrenze der plasmastrahl- gezundeten Kraftstoffmischung.
Die Flammentwicklung unter Mikrowelleneinfluß haben E. G. Groff und M. K. Krage ebenfalls untersucht, um die über einen Brenner m einen Hohlraumresonator eingeströmten Luft-Kraftstsoff-Gemi- sche zu untersuchen. Hierzu wird eine Flamme auf der Achse des Resonators aufgestellt. In den Resonator werden Mikrowellen der Frequenz von etwa 2.4 GHz eingekoppelt, die in der niedrigen TM0 ι o-Mode resonieren. Daraus resultieren elektrische Feldmtensita- ten, die über 105 V/m lagen. Für Mager- Luft-Gemische wird beobachtet, daß die Brenngeschwindigkeit mit der elektrischen Feld- mtensitat zunimmt. Dies wird auf die Mikrowellen-Heizung zurückgeführt, die eine höhere Flammtemperatur bewirkt (siehe Combustion And Flame 56.293 - 306 (1984)).
Aus der Erkenntnis, daß die Flammgeschwindigkeit bei niedriger Verbrennungstemperatur unter Mikrowelleneinfluß erhöht werden kann, stellte sich die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt. Diese ist, eine Zund- und Verbrennungsunterstutzungs-Em- richtung mittels Mikrowellentechnik zu entwickeln, mit der es möglich ist, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum eines Kraftstoffmotors sicher mit einer darin eingekoppelten Mikro- welle zu zünden und die Verbrennung mit ihr optimal zu unterstutzen. Bei dem Kraftstoff handelt es sich um herkömmliche Kohlenwasserstoff-Verbindungen, wie sie bei selbstzundenden und fremdgezundeten Motoren üblicherweise verwendet werden.
Die Aufgabe wird durch eine mikrowellentechnische Zund- und unterstutzende Verbrennungs-Einrichtung gemäß Anspruch 1 gelost. Die Hauptkomponenten sind dabei die Mikrowellenquelle, die auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Mikrowellenleiter von der Quelle bis zum jeweiligen, aus Zylinder und Kolbenstirn gebildeten Brennraum als Resonator. Wesentlich ist die Erzeugung ei- nes Modengemischs durch mindestens eine Emkoppeloffnung, die in den feststehenden Brennraumwanden vorhanden ist. Das Modengemisch soll für die Zündung aus mindestens zwei Moden bestehen, wovon vorteilhafter Weise die eine eine zentral konzentrierte Mode niederer Ordnung und die andere eine um die Kolbenachse gleichverteilte, nahe der Brennraumwand gelegene Mode hoher Ordnung ist (sog. Whispeπng-Gallery-Mode) . Im Brennraum wird für die Zündung eine Gesamthomogenitat der elektrischen Feldstarke- verteilung erreicht, die sich sowohl radial zur Kolbenachse ausbildet und auch parallel zur Kolbenachse ausdehnt. Die Leistung αer einkoppelnden Mikrowelle ist dabei so hoch, daß sich die Feldstarkeuberhohungen des Whispering Gallery Modes und des Grundmodes sicher über der Zundfeidstarke für ein Kraftstoffgemisch von 100 kV/m befinden.
Durch den zumindest unmittelbar nach der Zündung selbständigen Abbrand des Luft-Kraftstoff-Gemisches ändert sich u. a. auch die hochfrequenztechnische Eigenschaft der Brennraumfullung ganz wesentlich, und zwar durch eine Erhöhung der Resonatorgute, so daß sich das m der Zundphase angeregte Modengemisch nicht unmittelbar anregen laßt. Vielmehr wird mit der anregenden Mikrowelle gleicher Frequenz lediglich noch die gleichverteilte Mode hoher Ordnung (Whispenng-Gallery-Mode) nahe der Brennraumwand angeregt. Diese hat genau den Vorteil, daß dort unvollständig verbrannter Kraftstoff oder Verbrennungsreste vollständig durch die Mikrowelleneinwirkung abbrennen, wodurch die Brennraumwande von anhaftenden Rußkondensaten freigehalten werden.
Da zur Ausbildung solcher f r die Zündung und zur Unterstützung der restlichen Verbrennung nützlicher Modengemische bzw. Moden die Brennraumgeometrie maßgebend ist, muß die einzukoppelnde Mikrowelle m ihrer Frequenz von Typ zu Typ eines solchen Kraft- stoffmotors angepaßt werden. Vorzugsweise befindet sich die Emkoppeloffnung der Mikrowelle im Zylinderkopf an Stellen, wo der gewünschte Mode angeregt werden kann (Anspruch 6) . Da konditionierte Klimabedmgungen im allgemeinen für einen Motorbetrieb nicht vorgesehen sind, wird eine technisch ausgereifte, robuste und daher wirtschaftlich auch gunstige Mikrowellenquelle wie ein Magnetron verwendet, was aber den Einsatz anderer Mikrowellenquellen in Rohren- oder Halbleitertechnik, sofern sie sich wegen spezieller Randbedingungen nahelegen, nicht ausschließt.
Verbrennungsmotoren haben beim gegenwartigen Stand der Technik einen zylindrischen Verbrennungs- und Hubraum (Anspruch 2) , wobei der zylindrische Durchmesser für die Festlegung der Ein- kopplungsfrequenz einflußreich ist.
Um die Gesamthomogenitat des angeregten Modengemisch oder der angeregten Mode zu erhohen, wird ein polygonaler Brennraumquerschnitt aufgrund der vorteilhaften Homogenitatsausbildung darin nahegelegt (siehe DE 196 33 245 Hochmodiger Mikrowellenresonator) , insbesondere der hexagonale (Anspruch 3 und 4).
Die Emkoppeloffnungen für die Mikrowelle befinden sich auf jeden Fall m den feststehenden Wandteilen, also im Zylinderkopf oder der Zylinderwand des Brennraums (Anspruch 5) .
Die Emkopplung für das Zund tervall erfolgt vorteilhafter Weise an Stellen der bestmöglichen Anregbarkeit der gewünschten Mode. Das Zeitintervall für die Emkopplung zur Verbrennungsun- terstutzung liegt so, daß die nach der Zündung selbständig ablaufende Verbrennung (Plasma) ihrer abklingenden Phase durch den nochmal einkoppelnden Mikrowellenpuls, der jetzt aufgrund der geänderten Hochfrequenzeigenschaften im Brennraum nur noch die Moden hoher Ordnung anregt.
Der Vorteil einer solchen mikrowellentechnischen Zund- und die Verbrennung unterstutzenden Einrichtung liegt in der optimalen Ausnutzung eines in die Brennraume des Kraftstoffmotors eingeleiteten mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs . Durch die Ausbildung eines zur Kolbenachse rotationssymmetrischen Modengemischs mit saulenartiger Ausdehnung parallel zur Kolbenachse mit mindestens einer Grundmode niedriger Ordnung und einer Mode hoher oder höherer Ordnung (Whispermg-Gallery-Mode) wird für die Zündung eine optimale Vorraussetzung durch viele gleichzeitig vorhandene Zundquellen m Form von Feldstarke-Uberhohungsbereiche, die wesentliche über der Zundfeidstarke liegen, angeregt. Da die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs eine Eigendynamik entwickelt, die im ausgeprägten Flammzustand (Plasma) nicht mehr maßgebend von einer weiteren Mikrowellenemkopplung beeinflußt werden kann, wird die Verbrennung nach dem Zundpuls und der primären Flamm- und Verbrennungsphase sich selbst überlassen. Lediglich beim Abklingen der Verbrennung wird erneut ein die Restverbrennung unterstutzender Mikrowellenpuls eingekoppelt. Insbesondere wird Wandablagerungen durch unvollständige Verbrennung vorgebeugt. Jede Verbrennung lauft durch die Einsatzsteuerung und die zeitliche Pulsbreitensteuerung der beiden Mikrowellenpulse im Zund- bzw. Verbrennungstakt vollständig und damit optimal ab. Dadurch sind erheblich magerere Luft-Kraftstoff-Gemische zu zünden kein Problem mehr.
Aus dieser physikalisch vorteilhaften Zundart und Unterstützung der Verbrennung ergebnen sich Folge weitere Vorteile technischer Natur und umweltfreundlicher sowie wirtschaftlicher Art:
- Erhöhung der Flammgeschwindigkeit und damit bessere Durchbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs .
- Verbesserung des Wirkungsgrads von Kraftstoffmotoren.
- Reduktion von Schadstoffemissionen bei niederen Verbrennungstemperaturen.
- Einsparung von Kraftstoff.
- Erhöhung der Lebensdauer des Kraftstoffmotors.
- Bei fremdgezundeten Kraftstoffmotoren wie Ottomotoren, genügen konventionelle Benzinmotoren, da Magergemische zuverlässig gezündet werden. Kolbengetriebene Flugzeugmotoren, die wegen der dünnen Luft in großer Hohe bisher fette Kraftstoffgemische benotigen sind durch solche Benzinmotoren ersetzbar. - bei Dieselmotoren erfolgt die Selbstzundung bei niedrigerer Verdichtung.
- Teure Katalysatoreinrichtungen sind wegen fehlender Schadstoffemission überflüssig.
Die Erfindung wird für den Einsatz m einer geläufigen Mo- torklasse anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Modenausbildung im mit ungezundeten Treibstoff gefüllten Brennraum,
Figur 2 Modenausbildung im Brennraum bei weitgehend verbranntem
Treibstoff,
Figur 3 hexagonale Brennraumgeometrie.
Die den Brennraum zur Anregung der Mode niedrigster Ordnung, TM0 ι o, einzukoppelnde Mikrowelle wurde für die vorliegende Geometrie des Brennraums, im wesentlichen der zylindrische Brennraumdurchmesser, bei 2.8 GHz ermittel. Dieser Mode ist zentral und liegt mit seinem Maximum auf der Kolbenachse. Zwar ist er denkbar für eine Zündung des Kraftstoff-Gemischs, hat aber nur den Achsbereich als Zundquelle. Zum Rand h , dem dem Quadrat einbeschrieben Kreis m der Darstellung von Figur 1 nimmt das Feld monoton auf Werte ab, die keine Bedeutung mehr für eine Zündung bzw, Verbrennungsunterstutzung haben.
Die Untersuchung der Emkopplung höherer Frequenzen m den Brennraum ergab für die Mikrowelle mit der Frequenz 20 GHz eine optimale Modenanregung für einerseits die Zündung und andrerseits die nachfolgende Verbrennungsunterstutzung. (Noch höhere Frequenzen erregen instabile, nahezu beliebige jedoch unbrauchbare Modengemische.) Beim gerade noch nicht gezündeten Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet sich im Brennraum die Mode niedriger Ordnung, nämlich TM0 2 o, und die Wispermg-Gallery-Mode TMι2 ι o aus (Figur 1) . Hiermit sind ideale Bedingungen für eine simultane Zündung des Luft-Kraftstoffs im Brennraum gegeben, einerseits im zentralen Bereich nahe der Kolbenachse und andrerseits nahe der Zylinderwand durch viele um die Achse gleichverteilte Zund- quellen. Dabei dehnt sich das Modengemisch saulenartig über die Brennraumhohe aus. Die Gesamtfeldhomogenitat dieses Modengemischs ist zudem hoher als bei der TM0 ι n-Mode . In Figur 1 zeigen die gelben und Richtung rot gehenden Bereiche die Gebiete an, in denen die Feldstarke sicher über der Zundfeidstarke für das Luft-Kraftstoff-Gemisch liegen.
Nachdem die Zündung erfolgte, lauft die Verbrennung zunächst un- bee flußbar selbständig mit der ihr vorübergehend dominierenden Eigendynamik ab, so daß sich aufgrund der Plasmaausbildung auch nicht wirksam eine Mikrowelle einkoppeln laßt. Damit einher geht eine starke Erhöhung der Resonatorgute . Durch Temperaturunterschiede insbesondere nahe der Wand kondensieren Kraftstoff- und Verbrennungsruckstande. Letztere insbesondere schlagen sich auf den Brennraumwanden nieder und bauen Verschmutzungen auf. Im abklingenden Verbrennungsprozeß ist eine erneute Mikrowellen- emkopplung möglich, allerdings wird aufgrund der jetzt bestehenden Mikrowelleneigenschaften im Brennraum nur noch die Whispermg-Gallery-Mode der Ordnung TMi2 ι o angeregt (Figur 2) . Dafür aber teilt sich die gesamte Energie des Modengemischs f r die Zündung jetzt m dem alleinigen Mode hoher Ordnung gleich- verteilt auf. Gerade dieser Mode hoher Ordnung ist von Vorteil, da er gewissermaßen einen um die Kolbenachse gleichverteilten Zundquellenπng aus Zundquellensaulen nahe der Brennraumwand darstellt, mit dem restlicher Kraftstoff und Verbrennungsruck- stande im Wandbereich vollständig verbrannt werden. Durch die in dieser Phase sich nicht mehr ausbildende Mode niedriger Ordnung verteilt sich die Leistung des Mikrowellenpulses jetzt völlig auf die Mode hoher Ordnung. Die Feldstarke m den Zundquel- lenbereichen liegt erheblich über der Zundfeidstarke aus dem Zundmtervall und zeigt sich daher durch ein tiefes Rot. Für die restliche Verbrennung herrschen dort ausgezeichnete Voraussetzungen. 8
Eine weitere Optimierung der Verbrennung besteht in einer geänderten Brennraumgestaltung Eine solche ist der in Figur 3 schematisch dargestellte, hexagonale Verbrennungsraum. Der Vorteil gegenüber der zylindrischen Geometrie besteht darin, daß keine Feldfokussierung (kaustische Strukturen) und Überhöhungen, die die Feld- und Zündverteilung inhomogen gestalten, auftreten und somit eine gleichmäßige Ausleuchtung des Brennraums im Zentrum sowie am Rande auch bei hochmodiger Erregung besteht. Technisch am wenigsten problematisch ist, wenn der regelmäßige hexagonale Querschnitt des Brennraums dem nach wie vor kreiszylindrischen Querschnitt des Kolbenhubraums umschrieben wird. Natürlich kann der Brennraumquerschnitt auch kleiner, dem Kolbenquerschnitt gar einbeschrieben sein, das würde jedoch aus Sicherheitsüberlegungen heraus nicht durchgeführt werden. Mikrowellentechnisch wären die Eigenschaften qualitativ gleich.

Claims

yPatentansprüche :
1. Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs- Emπchtung für einen Kraftstoffmotor mit mindestens einem Brennraum zur Zündung eines in den jeweiligen Brennraum eingebrachten Kraftstoffgemischs und zur unterstutzenden Verbrennung desselben, bestehend aus einer pulsbaren Mikrowellenquelle von der mindestens eine an das System angepaßte Mikrowellenleitung (Hohlleiter, Koaxialkabel, Mikrostreifen- leitung) zum jeweiligen durch Zylinder und Kolben gebildeten Brennraum (Resonatorraum) des Motorblocks fuhrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzundung durch den zum Zundzeitpunkt den Brennraum einzukoppelnden Mikrowellenpuls erfolgt, die Brennraumgestaltung eine bevorzugte Frequenz der über mindestens eine Emkoppeloffnung einzukoppelnden Mikrowelle festlegt, die darin für die Zündung und Verbrennung eine jeweils bevorzugten Mode oder ein jeweils bevorzugtes Modengemisch anregt, der zur Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches m den Brennraum eingekoppelte Mikrowellenpuls mindestens zwei Moden anregt, die eine elektrische Feldverteilung aufweisen, die einer Gleichverteilung am Wert der Zundfeldstarke im gesamten Brennraum am nächsten kommt und sich durch zentral konzentrierte Moden niederer Ordnung mit Moden hoher Ordnung (Whispermg-Gallery-Moden) erganzen, womit sich eine Ge- samthomogemtat der Feldverteilung im Brennraum vom Zentrum zur Berandung sowie m axialer Ausdehnung ergibt, der zur Unterstützung der restlichen Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches m den Brennraum eingekoppelte Mikrowellenpuls nur noch einen am Brennraumrandbereich um die Kolbenachse gleichverteilte Mode hoher Ordnung (Whispermg Gal- lery Mode) anregt, wodurch Kondensatablagerungen an der Brennraumwand durch unvollständig verbrannte Kraftstoffreste vorgebeugt wird, der Einsatzzeitpunkt und die Breite des jeweiligen Mikrowel¬ lenpulses für die Zündung und für die Verbrennung steuerbar ist .
2. Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs- Emrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum im Querschnitt zylindrisch ist.
3. Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs- Emrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum im Querschnitt regelmäßig polygonal, mindestens jedoch quadratisch ist.
4. Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs- Emrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum hexagonal ist.
5. Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs- E πchtung nach den Ansprüchen 1 und 4 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Emkoppeloffnungen für die Mikrowelle im Zy- lmderkopfbereich vorzugsweise im Bereich bestmöglicher Anregung einer gewünschten Mode liegt.
6. Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs- Emrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenquelle eine rohrentechnische Baukomponente wie ein Magnetron ist.
7. Mikrowellentechnische Zund- und Verbrennungsunterstutzungs- Emrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenquelle eine Halbleiterbaukomponente ist.
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