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DE102005037256A1 - Ignition unit for an air-fuel mixture for motor vehicles uses a high frequency electrical energy source and coaxial waveguide to produce a microwave plasma in the mixture and has an additional energy source - Google Patents

Ignition unit for an air-fuel mixture for motor vehicles uses a high frequency electrical energy source and coaxial waveguide to produce a microwave plasma in the mixture and has an additional energy source Download PDF

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DE102005037256A1
DE102005037256A1 DE102005037256A DE102005037256A DE102005037256A1 DE 102005037256 A1 DE102005037256 A1 DE 102005037256A1 DE 102005037256 A DE102005037256 A DE 102005037256A DE 102005037256 A DE102005037256 A DE 102005037256A DE 102005037256 A1 DE102005037256 A1 DE 102005037256A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coaxial waveguide
auxiliary
waveguide structure
energy source
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102005037256A
Other languages
German (de)
Inventor
Bernhard Sprenger
Jürgen Seidel
Thomas Grau
Klaus Linkenheil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102005037256A priority Critical patent/DE102005037256A1/en
Publication of DE102005037256A1 publication Critical patent/DE102005037256A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • F02P9/007—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression by supplementary electrical discharge in the pre-ionised electrode interspace of the sparking plug, e.g. plasma jet ignition
    • 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

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Abstract

An ignition unit for an air/fuel mixture comprises a coaxial waveguide (23,24) coupled to a high frequency electrical energy source (25) to give a microwave plasma at the end through a high voltage. One end of the guide is a spark rod formed so that a free-standing plasma can be produced in the air/fuel mixture by a ring voltage through a field structure extending into the combustion chamber. A pre-discharge region is formed in the region of the plasma by an additional energy source (26,27).

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, insbesondere für eine Hochfrequenzzündung in einem Verbrennungsmotor, gemäß der Gattung des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for igniting an air-fuel mixture, in particular for one High-frequency ignition in an internal combustion engine, according to the genus of claim 1.

Die Zündung eines solchen Luft-Kraftstoff-Gemisches mit Hilfe einer sogenannten Zündkerze stellt einen üblichen Bestandteil von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge dar. Beispielsweise können solche Zündkerzen induktiv mittels einer Zündspule mit einer genügend hohen elektrischen Spannung versorgt werden, so dass sich ein Zündfunke am Ende der Zündkerze im Brennraum des Verbrennungsmotors herausbildet um die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches einzuleiten.The ignition such an air-fuel mixture using a so-called spark plug represents a usual Component of internal combustion engines for motor vehicles. For example, such spark inductively by means of an ignition coil with enough high electrical voltage are supplied, so that a spark at the end of the spark plug in the combustion chamber of the internal combustion engine forms around the combustion to initiate the air-fuel mixture.

Es ist beispielsweise aus der DE 198 52 652 A1 eine weiterentwickelte Zündvorrichtung bekannt, bei der die Zündung eines solchen Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges unter Verwendung eines koaxialen Leitungsresonators vorgenommen wird. Hierbei wird die Zündspule durch eine genügend starke Mikrowellenquelle, z.B. eine Kombination aus einem Hochfrequenzgenerator und einem Verstärker, ersetzt. Mit einem geometrisch optimierten koaxialen Leitungsresonator stellt sich dann die für die Zündung erforderliche Feldstärke am offenen Ende des kerzenähnlichen Leitungsresonators ein und es erfolgt eine Entladung an einer Elektrode.It is for example from the DE 198 52 652 A1 an advanced ignition device is known in which the ignition of such an air-fuel mixture in an internal combustion engine of a motor vehicle is carried out using a coaxial line resonator. In this case, the ignition coil is replaced by a sufficiently strong microwave source, for example a combination of a high-frequency generator and an amplifier. With a geometrically optimized coaxial line resonator then sets the required field for the ignition field strength at the open end of the candle-like line resonator and there is a discharge to an electrode.

Der Ort des Zündens des durch die Mikrowellenquelle erregten Plasmas wird bei den zuvor beschriebenen Leitungsresonatoren durch den Punkt der höchsten Feldstärke bestimmt. In der DE 102 39 412 A1 ist ebenfalls ein solche Zündvorrichtung beschrieben, bei der durch konstruktive Maßnahmen erreicht werden kann, dass dieser Punkt in der Regel der oberste Punkt als absolute Spitze der Kerzenspitze ist. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass unter ungünstigsten Bedingungen, wie Verschmutzungen, Korrosion oder bei bestimmten Druck- und Medienzusammensetzung im Brennraum diese Bedingung eventuell nicht eingehalten werden kann.The location of the ignition of the plasma excited by the microwave source is determined by the point of highest field strength in the previously described line resonators. In the DE 102 39 412 A1 is also such an ignition device described in which can be achieved by constructive measures that this point is usually the uppermost point as the tip of the candle tip absolute. It should be noted, however, that under unfavorable conditions, such as soiling, corrosion or certain pressure and media composition in the combustion chamber, this condition may not be met.

Insgesamt ist bei einer solchen Hochfrequenz- oder Mikrowellenzündkerze somit zu beachten, dass die zum Zünden notwendige Feldstärke und somit der Leistungsbedarf einer solchen Zündkerze in großem Maße von den physikalischen Eigenschaften der Oberfläche der Zündkerzenspitze abhängig ist. Diese Eigenschaften können sich, wie zuvor erwähnt, insbesondere durch die Degradierung der Zündkerzenspitze schon nach kurzer Zeit ändern und führen damit dann zu einer dauerhaften Erhöhung des Leistungsbedarfs der Zündkerze.All in all is in such a high-frequency or Mikrowellenzündkerze Thus to be noted that the field strength necessary for ignition and Thus, the power requirement of such a spark plug to a large extent from the physical properties of the surface of the spark plug tip is dependent. These properties can itself, as mentioned before, especially by the degradation of the spark plug tip after a short time Change time and to lead then to a permanent increase in the power requirement of Spark plug.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mittels einer hochfrequenten elektrischen Energiequelle, wobei eine koaxiale Wellenleiterstruktur vorhanden ist, in die die hochfrequente elektrische Energie einkoppelbar ist und dadurch am Ende der Wellenleiter struktur durch ein hohes Spannungspotential ein Mikrowellenplasma erzeugbar ist.The The invention relates to a device for igniting an air-fuel mixture by means a high frequency electrical energy source, wherein a coaxial Waveguide structure is present, in which the high-frequency electrical Energy is coupled and thereby at the end of the waveguide structure by a high voltage potential a microwave plasma can be generated.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das eine Ende der koaxialen Wellenleiterstruktur als Zündstift so ausgebildet, dass bei einem anstehenden Spannungspotential durch eine in den Brennraum hineinragende Feldstruktur ein freistehendes Plasma im Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugbar ist. Die eingangs erwähnten Nachteile des Standes der Technik hinsichtlich der veränderlichen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche der Zündkerzenspitze können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise dadurch überwunden werden, dass im Bereich des herauszubildenden Plasmas mittels einer Hilfsenergiequelle eine Vorentladungsstrecke gebildet werden kann.at the device according to the invention is the one end of the coaxial waveguide structure as a firing pin designed so that at a pending voltage potential through a projecting into the combustion chamber field structure a freestanding plasma can be generated in the air-fuel mixture. The disadvantages mentioned in the introduction of the prior art regarding the variable physical properties the surface the spark plug tip can with the device according to the invention be overcome in an advantageous manner thereby that in the region of the plasma to be formed by means of an auxiliary power source a pre-discharge gap can be formed.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Vorentladungsstrecke, die für sich gesehen aus der Hochspannungstechnik als sogenannte Vorfunkenstrecken bekannt ist, wird mindestens eine zusätzliche Elektrode als Hilfselektrode in geringem Abstand zur Gegenelektrode angebracht, wobei die elektrische Ankopplung einer entsprechenden Gleichspannung im Kilovolt-Bereich vorzugsweise über einen hochohmigen Widerstand vorgenommen wird.at the training of the invention a pre-discharge line, taken in isolation from the high-voltage technology is known as so-called Vorfunkenstrecken is at least one additional Electrode as auxiliary electrode at a short distance to the counter electrode attached, wherein the electrical coupling of a corresponding DC voltage in the kilovolt range preferably over a high-impedance resistor is made.

Durch einen geringen Abstand der Hilfselektrode zur Gegenelektrode ist ein sicheres Zünden dieser Vorfunkenstrecke gewährleistet, wobei gleichzeitig aufgrund der hochohmigen Ankopplung nur ein geringer Strom, in der Regel im μA-Bereich, über diese Vorentladungsstrecke fließt. Die an der Vorfunkenstrecke entstehenden Elektronen und Ionen wirken sich positiv auf das Zündverhalten der Hauptstrecke der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches aus, was sich insbesondere durch die Verringerung der statistischen Streuung der Durchbruchsspannung nachweisen lässt.By a small distance of the auxiliary electrode to the counter electrode a sure ignition of this Guaranteed spark gap, At the same time due to the high-impedance coupling only a small Current, usually in the μA range, over this Pre-discharge path flows. The electrons and ions produced at the forward spark gap act positively to the ignition behavior the main line of the device according to the invention for igniting a Air-fuel mixture, resulting in particular by the reduction the statistical variation of the breakdown voltage.

Da, wie eingangs erwähnt, die zum Zünden des Plasmas notwendige Feldstärke und somit der Leistungsbedarf der beschriebenen Mikrowellenzündkerze in großem Maß von den physikalischen Eigenschaften der Zündkerzen-Spitzenoberfläche abhängig ist, führt die sogenannte Degradierung der Kerzenspitze oft schon nach kurzem Betrieb zu einer dauerhaften Erhöhung des Leistungsbedarfs dieser Art von Zündkerze.As mentioned above, the field strength necessary for igniting the plasma and thus the power requirement of the microwave spark plug described to a large extent by the physical properties of the spark plug tip surface dependent, the so-called degradation of the candle tip often leads after a short operation to a permanent increase in the power consumption of this type of spark plug.

Ausschlaggebend für das Zünden des Plasmas bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Verfügbarkeit einer ausreichenden Menge freier Ladungsträger in unmittelbarer Umgebung der Spitzenoberfläche des Zündstiftes bzw. der Zündkerze. Werden nun durch Sekundäreffekte, wie durch die erfindungsgemäße Vorentladungsstrecke, zusätzliche Ladungsträger aus der Oberfläche der Kerzenspitze gelöst, so bildet sich leichter eine Ladungsträgerlawine und somit ein Plasma aus, welches die Startenergie für die Luft-Kraftstoff-Gemischzündung bereitstellt.decisive for the Ignite the plasma in the device according to the invention is the availability a sufficient amount of free charge carriers in the immediate vicinity the top surface the firing pin or the spark plug. Become now through secondary effects, as by the pre-discharge path according to the invention, additional charge carriers the surface the candle tip solved, This way, it is easier to form a carrier avalanche and thus a plasma out, which is the starting energy for provides the air-fuel mixture ignition.

Somit bietet die Erfindung in vorteilhafter Weise eine Möglichkeit, den zum Zünden notwendigen Leistungsbedarf trotz Degradierung der Spitze der Zündkerze nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung dauerhaft auf relativ niedrigem Niveau zu halten.Consequently the invention advantageously offers a possibility the ignition necessary power requirement despite degradation of the tip of the spark plug according to the device according to the invention permanently at a relatively low level.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Hilfsenergiequelle zur Erzeugung des zuvor beschriebenen Sekundäreffekts durch zwei mit einer Hilfsspannung beaufschlagte Hilfselektroden gebildet, die jeweils von der koaxialen Wellenleiterstruktur isoliert an den Zündstift herangeführt sind.According to one first embodiment is the auxiliary power source for generating the previously described secondary effect by two auxiliary electrodes charged with an auxiliary voltage each isolated from the coaxial waveguide structure to the firing pin brought are.

Ein zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsenergiequelle ist durch zwei mit einer Hilfsspannung beaufschlagte Hilfselektroden auf andere Weise gebildet. Hierbei ist die eine Hilfselektrode von der koaxialen Wellenleiterstruktur isoliert an den Zündstift herangeführt und der andere Pol der Hilfsspannung ist über den Außenleiter an den Innenleiter der koaxialen Wellenleiterstruktur geführt.One second embodiment the auxiliary power source according to the invention is by two acted upon by an auxiliary voltage auxiliary electrodes formed in a different way. Here, the one auxiliary electrode of the coaxial waveguide structure isolated from the firing pin brought and the other pole of the auxiliary voltage is via the outer conductor to the inner conductor guided the coaxial waveguide structure.

Alternativ kann hierbei auch in vorteilhafter Weise die Hilfsenergiequelle durch zwei mit einer Hilfsspannung beaufschlagte Hilfselektroden derart gebildet sein, dass eine Hilfselektrode von der koaxialen Wellenleiterstruktur isoliert in die Nähe des Außenleiters der koaxialen Wellenleiterstruktur herangeführt ist und der andere Pol der Hilfsspannung an den Außenleiter der koaxialen Wellenleiterstruktur geführt ist.alternative this can also advantageously the auxiliary power source by two auxiliary electrodes charged with an auxiliary voltage be formed such that an auxiliary electrode from the coaxial Waveguide structure insulated in the vicinity of the outer conductor of the coaxial waveguide structure brought is and the other pole of the auxiliary voltage to the outer conductor the coaxial waveguide structure is guided.

Um eine hochohmige Ankopplung der Hilfsenergie zu gewährleisten ist auf einfache Weise in der Zuleitung für die isoliert herangeführte Hilfselektrode ein hochohmiger Widerstand angeordnet.Around To ensure a high-impedance coupling of the auxiliary power is in a simple manner in the supply line for the isolated approached auxiliary electrode arranged high-impedance resistor.

Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist die Hilfsenergiequelle durch eine Hilfselektrode gebildet ist, deren Zuleitung über einen hochohmigen Widerstand vom Außenleiter der koaxialen Wellenleiterstruktur an den Zündstift herangeführt ist. Hierbei kann also in vorteilhafter Weise die Vorentladungsstrecke durch die Mikrowellenenergie der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart betrieben werden, dass durch die konstruktive Auslegung der koaxialen Wellenleiterstruktur ein kleiner Teil der Mikrowellenenergie für die eigentliche Zündstrecke ausgekoppelt und für den Betrieb der Vorentladungsstrecke verwendet wird.at a fourth embodiment the invention is the auxiliary power source through an auxiliary electrode is formed, the supply line over a high-impedance resistor from the outer conductor of the coaxial waveguide structure to the firing pin brought is. In this case, therefore, advantageously, the pre-discharge path operated by the microwave energy of the device according to the invention so be that through the structural design of the coaxial waveguide structure a small part of the microwave energy for the actual ignition path decoupled and for the operation of the pre-discharge path is used.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine prinzipielle Ansicht einer Vorrichtung zum hochfrequenten Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Verbren nungsmotor mit einer koaxialen Wellenleiterstruktur als Resonator, 1 a schematic view of an apparatus for high-frequency ignition of an air-fuel mixture in a combus tion engine with a coaxial waveguide structure as a resonator,

2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorentladungsstrecke, 2 a schematic representation of a Vorentladungsstrecke invention,

3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei separaten Zuleitungen für Hilfselektroden für die Vorentladungsstrecke, 3 A first embodiment of the invention with two separate leads for auxiliary electrodes for the pre-discharge path,

4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer separaten und einer über die koaxiale Wellenleiterstruktur geführten Zuleitung für die Hilfselektroden der Vorentladungsstrecke, 4 A second embodiment of the invention with a separate and a guided over the coaxial waveguide structure supply line for the auxiliary electrodes of the pre-discharge gap,

5 ein drittes gegenüber der 4 abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer separaten und einer über die koaxiale Wellenleiterstruktur geführten Zuleitung für die Hilfselektroden der Vorentladungsstrecke und 5 a third opposite the 4 modified embodiment of the invention with a separate and a guided over the coaxial waveguide structure supply line for the auxiliary electrodes of the pre-discharge path and

6 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer ausgekoppelten Hilfsenergiequelle für die Vorentladungsstrecke. 6 A fourth embodiment of the invention with a decoupled auxiliary power source for the Vorentladungsstrecke.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist eine Prinzipansicht einer an sich bekannten Vorrichtung zum hochfrequenten Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Verbrennungsmotor gezeigt, die Bestandteile einer sogenannten Hochfrequenzzündkerze 1 aufweist. Es sind hier im einzelnen ein HF-Generator 2 und ein eventuell auch verzichtbarer Verstärker 3 vorhanden, die als Mikrowellenquelle die hochfrequenten Schwingungen erzeugen. Schematisch ist hier eine induktive Einkopplung 4 der hochfrequenten Schwingungen in eine als λeff/4-Resonator 5 aufgebaute koaxiale Wellenleiterstruktur als wesentlicher Bestandteil der Hochfrequenzzündkerze 1 gezeigt.In 1 is a schematic view of a known device for high-frequency ignition of an air-fuel mixture shown in an internal combustion engine, the components of a so-called high-frequency spark plug 1 having. There are here in detail an RF generator 2 and possibly a dispensable amplifier 3 present, which generate the high-frequency vibrations as a microwave source. Schematically here is an inductive coupling 4 the high-frequency oscillations in a λ eff / 4 resonator 5 constructed coaxial waveguide structure as an integral part of the high-frequency spark plug 1 shown.

Der koaxiale Leitungsresonator 5 besteht aus einem Außenleiter 6 und einem Innenleiter 7, wobei das eine sogenannte offene oder heiße Ende 8 des Resonators 5 mit einem gegenüber dem Außenleiter 6 isolierten Zündstift 12, die Zündung bewirkt. Für die hochfrequenten Schwingungen stellt das andere sogenannte kalte brennraumferne Ende 9 des Resonators 5 einen Kurzschluss dar. Das Dielektrikum 10 zwischen dem Außenleiter 6 und dem Innenleiter 7 besteht im wesentlichen aus Luft oder aus einem geeigneten nichtleitenden Material. Lediglich zur Abdichtung des offenen Endes 8 des Resonators 5 zum Brennraum ist eine Dichtung 11 vorhanden. Die Dichtung 11 besteht auch aus einem nichtleitendem Material, das den Temperaturen im Brennraum standhält, z.B. Keramik. Dabei bestimmen die dielektrischen Eigenschaften des Füllmaterials 10 bzw. der Abdichtung 11 mit die Abmessungen des Resonators 5.The coaxial line resonator 5 consists of an outer conductor 6 and an inner conductor 7 , Where in the case of a so-called open or hot end 8th of the resonator 5 with one opposite the outer conductor 6 isolated firing pin 12 that causes ignition. For the high-frequency oscillations, the other is the so-called cold end away from the combustion chamber 9 of the resonator 5 a short circuit. The dielectric 10 between the outer conductor 6 and the inner conductor 7 consists essentially of air or a suitable non-conductive material. Only for sealing the open end 8th of the resonator 5 to the combustion chamber is a seal 11 available. The seal 11 It also consists of a non-conductive material that withstands the temperatures in the combustion chamber, eg ceramics. In this case, determine the dielectric properties of the filler 10 or the seal 11 with the dimensions of the resonator 5 ,

Bei dieser Hochfrequenzzündkerze 1 wird das Prinzip der Feldüberhöhung in einem koaxialen Resonator 5 der Länge (2n + 1)*λeff/4 mit n > 0 genutzt. Das durch eine genügend starke Mikrowellenquelle als Generator 2 und eventuell dem Verstärker 3 erzeugte hochfrequente Signal wird durch die Einkopplung 4, z.B. induktiv, kapazitiv, aus beiden gemischt oder durch eine Aperturkopplung, in den Resonator 5 eingespeist. Durch die Ausbildung eines Spannungsknotens am Kurzschluss 9 und eines Spannungsbauchs am einen offenen Ende 8 ergibt sich hier am Zündstift 12 eine Feldüberhöhung, die zu dem in der Beschreibungseinleitung erwähnten freistehenden Plasma führt.In this high frequency spark plug 1 becomes the principle of field enhancement in a coaxial resonator 5 of length (2n + 1) * λ eff / 4 with n> 0. That by a strong enough microwave source as a generator 2 and possibly the amplifier 3 generated high-frequency signal is through the coupling 4 , eg inductive, capacitive, mixed from both or by an aperture coupling, in the resonator 5 fed. By forming a voltage node at the short circuit 9 and a voltage at one end open 8th arises here at the firing pin 12 a field exaggeration, which leads to the mentioned in the introduction to the description free-standing plasma.

Aus 2 ist in einem schematischen Schaubild allgemein gezeigt, wie bei einer Entladungsstrecke zwischen Elektroden 20 und 21 die Bildung beispielsweise eines Zündfunkens durch eine Vorentladungs- oder Vorfun kenstrecke begünstigt werden kann. Hier wird von der Zuleitung zu einer Elektrode 20 über einen in der Regel hochohmigen Widerstand Rv eine Hilfsenergie in den Bereich der anderen Elektrode 21 geführt.Out 2 is generally shown in a schematic diagram, as in a discharge gap between electrodes 20 and 21 the formation of, for example, a spark by a pre-discharge or Vorfun kenstrecke can be favored. Here, from the supply line to an electrode 20 an auxiliary energy in the region of the other electrode via a generally high-resistance resistor R v 21 guided.

Zwischen dem Ende der Zuleitung für die Hilfsenergie nach der 2 und der anderen Elektrode 21 entsteht eine Hilfsspannung und durch eine Ionisation in einem Bereich 22 eine Vorentladungs- oder Vorfunkenstrecke. Die dadurch entstehenden freien Ladungsträger im Bereich 22 werden dann zur Zündungen der Hauptentladungsstrecke zwischen Elektroden 20 und 21 herangezogen und begünstigen die Entstehung dieser Hauptfunkenstrecke.Between the end of the supply line for the auxiliary power after the 2 and the other electrode 21 creates an auxiliary voltage and by ionization in one area 22 a pre-discharge or pre-spark gap. The resulting free charge carriers in the area 22 then ignite the main discharge gap between electrodes 20 and 21 used and favor the emergence of this main spark gap.

In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anwendung der zuvor beschriebenen Vorentladungs- oder Vorfunkenstrecke gezeigt, die hier und in den folgenden 4 bis 6 durch den Bereich 22 gekennzeichnet ist.In 3 A first embodiment of the inventive application of the previously described pre-discharge or pre-spark gap is shown here and in the following 4 to 6 through the area 22 is marked.

Die koaxiale Wellenleiterstruktur nach der 3 mit einem Außenleiter 23 und einem Innenleiter 24 einer Mikrowellenzündkerze entspricht im prinzipiellen Aufbau der anhand der 1 erläuterten Vorrichtung. Die Einkopplung 25 der HF-Energie wird hier in einer der dort beschriebenen Art und Weisen vorgenommen. Die Hilfsenergie zur Ausbildung einer Vorentladungs- oder Vorfunkenstrecke im Bereich 22 wird in den 3, 4 und 5 mittels einer Hilfsspannung Uh herangeführt.The coaxial waveguide structure according to the 3 with an outer conductor 23 and an inner conductor 24 a microwave spark plug corresponds in the basic structure of the basis of the 1 explained device. The coupling 25 The RF energy is made here in one of the ways described there. The auxiliary energy to form a Vorentladungs- or Vorfunkenstrecke in the area 22 will be in the 3 . 4 and 5 brought by means of an auxiliary voltage U h .

Das erste Ausführungsbeispiel nach der 3 zeigt, dass hier zwei von der Wellenleiterstruktur 23, 24 isolierte Zuleitungen 26 und 27 in den Bereich 22 zur Ausbildung der Vorentladungs- oder Vorfunkenstrecke geführt sind. Im zweiten Ausführungsbeispiel nach der 4 ist nur die Zuleitung 26 in den Bereich 22 zur Ausbildung der Vorentladungs- oder Vorfunkenstrecke geführt; die Zuleitung für die andere Hilfselektrode ist über den Außenleiter 23 der Wellenleiterstruktur derart geführt, dass der andere Pol der Hilfsspan nung über den Außenleiter an den Innenleiter 24 der koaxialen Wellenleiterstruktur geführt ist.The first embodiment of the 3 shows that here are two of the waveguide structure 23 . 24 insulated supply lines 26 and 27 in the area 22 led to the formation of Vorentladungs- or Vorfunkenstrecke. In the second embodiment of the 4 is only the supply line 26 in the area 22 led to the formation of the pre-discharge or Vorfunkenstrecke; the supply line for the other auxiliary electrode is via the outer conductor 23 guided the waveguide structure such that the other pole of the auxiliary clamping voltage via the outer conductor to the inner conductor 24 the coaxial waveguide structure is guided.

Aus der 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem in Abwandlung zur 3 der Bereich 22 zur Ionisation und damit zur Bildung Vorentladungs- oder Vorfunkenstrecke durch eine entsprechende Heranführung der Zuleitung 26 im Bereich des Außenleiters 23 vorgenommen wird.From the 5 shows a third embodiment, in which, in a modification to 3 the area 22 for the ionization and thus for the formation of a pre-discharge or pre-spark gap by means of an appropriate lead-in of the supply line 26 in the area of the outer conductor 23 is made.

Beim vierten Ausführungsbeispiel nach der 6 ist die Hilfsenergiequelle durch eine Hilfselektrode gebildet, die aus der Wellenleiterstruktur 23, 24 über den Widerstand Rv ausgekoppelt ist. Hierbei ist somit eine Zuleitung 28 für die Hilfselektrode im Bereich 22 vorhanden, die über den hochohmigen Widerstand Rv vom Außenleiter 23 der koaxialen Wellenleiterstruktur an den Zündstift, bzw. an das Ende der Innenelektrode 24 herangeführt ist. Es wird somit ein kleiner Teil der Mikrowellenenergie für die eigentliche Zündstrecke ausgekoppelt und für den Betrieb der Vorentladungsstrecke verwendet.In the fourth embodiment of the 6 the auxiliary power source is formed by an auxiliary electrode consisting of the waveguide structure 23 . 24 is decoupled via the resistor R v . Here is thus a supply line 28 for the auxiliary electrode in the area 22 present, via the high-resistance resistor R v from the outer conductor 23 the coaxial waveguide structure to the firing pin, or to the end of the inner electrode 24 is introduced. Thus, a small part of the microwave energy is decoupled for the actual ignition path and used for the operation of the pre-discharge path.

Gewerbliche Anwendbarkeitcommercial applicability

Die Erfindung ist zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mittels einer hochfrequenten elektrischen Energiequelle im Brennraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug anwendbar.The Invention is for ignition an air-fuel mixture by means of a high-frequency electrical Energy source in the combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine for a Motor vehicle applicable.

Claims (7)

Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mittels einer hochfrequenten elektrischen Energiequelle, mit – einer koaxialen Wellenleiterstruktur (5; 23, 24), in die die hochfrequente elektrische Energie einkoppelbar ist, wobei an diesem Ende (8) durch ein hohes Spannungspotential ein Mikrowellenplasma erzeugbar ist und wobei – das eine Ende (8) der koaxialen Wellenleiterstruktur (5; 23, 24) als Zündstift (12) so ausgebildet ist, dass bei einem anstehenden Spannungspotential durch eine in den Brennraum hineinragende Feldstruktur ein freistehendes Plasma im Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugbar ist, und – im Bereich des herauszubildenden Plasmas mittels einer Hilfsenergiequelle eine Vorentladungsstrecke gebildet ist.Device for igniting an air-fuel mixture by means of a high-frequency electrical energy source, having - a coaxial waveguide structure ( 5 ; 23 . 24 ), into which the high-frequency electrical energy can be coupled, whereby at this end ( 8th ) by a high Voltage potential a microwave plasma can be generated and whereby - the one end ( 8th ) of the coaxial waveguide structure ( 5 ; 23 . 24 ) as firing pin ( 12 ) is formed so that at a pending voltage potential by a projecting into the combustion chamber field structure a free-standing plasma in the air-fuel mixture can be generated, and - in the region of the plasma to be formed by means of an auxiliary power source, a pre-discharge path is formed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hilfsenergiequelle durch zwei mit einer Hilfsspannung (Uh) beaufschlagte Hilfselektroden (26, 27) gebildet ist, die jeweils von der koaxialen Wellenleiterstruktur (23, 24) isoliert in einen Bereich (22) am Zündstift herangeführt sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that - the auxiliary power source by two with an auxiliary voltage (U h ) acted upon auxiliary electrodes ( 26 . 27 ) formed respectively by the coaxial waveguide structure ( 23 . 24 ) isolated in an area ( 22 ) are brought to the firing pin. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hilfsenergiequelle durch zwei mit einer Hilfsspannung (Uh) beaufschlagte Hilfselektroden (26, 27) gebildet ist, bei der eine Hilfselektrode (26) von der koaxialen Wellenleiterstruktur (23, 24) isoliert an den Zündstift herangeführt ist und die andere Elektrode durch den Innenleiter (24) der koaxialen Wellenleiterstruktur (23, 24) gebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that - the auxiliary power source by two with an auxiliary voltage (U h ) acted upon auxiliary electrodes ( 26 . 27 ) is formed, in which an auxiliary electrode ( 26 ) from the coaxial waveguide structure ( 23 . 24 ) is brought isolated to the firing pin and the other electrode through the inner conductor ( 24 ) of the coaxial waveguide structure ( 23 . 24 ) is formed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hilfsenergiequelle durch zwei mit einer Hilfsspannung (Uh) beaufschlagte Hilfselektroden (26, 27) gebildet ist, bei der eine Hilfselektrode (26) von der koaxialen Wellenleiterstruktur (23, 24) isoliert in die Nähe des Außenleiters (23) der koaxialen Wellenleiterstruktur (23, 24) herangeführt ist und die andere Elektrode durch den Außenleiter (23) der koaxialen Wellenleiterstruktur gebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that - the auxiliary power source by two with an auxiliary voltage (U h ) acted upon auxiliary electrodes ( 26 . 27 ) is formed, in which an auxiliary electrode ( 26 ) from the coaxial waveguide structure ( 23 . 24 ) isolated in the vicinity of the outer conductor ( 23 ) of the coaxial waveguide structure ( 23 . 24 ) and the other electrode through the outer conductor ( 23 ) of the coaxial waveguide structure is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – in einer Zuleitung (26) für die isoliert herangeführte Hilfselektrode ein hochohmiger Widerstand (Rv) angeordnet ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that - in a supply line ( 26 ) For the isolated zoom driven auxiliary electrode has a high-impedance resistor (R v) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hilfsenergiequelle durch eine Hilfselektrode gebildet ist, deren Zuleitung (28) über einen hochohmigen Widerstand (Rv) vom Außenleiter (23) der koaxialen Wellenleiterstruktur (23, 24) an den Zündstift herangeführt ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that - the auxiliary power source is formed by an auxiliary electrode whose supply line ( 28 ) via a high-resistance resistor (R v ) from the outer conductor ( 23 ) of the coaxial waveguide structure ( 23 . 24 ) is brought to the firing pin. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mittels einer hochfrequenten elektrischen Energiequelle durch ein am Zündstift ausgebildetes freistehendes Plasma mit einem Ende in den jeweiligen Brennraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors hineinragt.Device according to one of the preceding claims, characterized marked that - the Device for igniting an air-fuel mixture by means of a high-frequency electrical Energy source by a at the firing pin formed freestanding plasma with one end in the respective Burner chamber of a cylinder of an internal combustion engine protrudes.
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