DE102017214177B3 - Device for igniting fuel by means of corona discharges - Google Patents
Device for igniting fuel by means of corona discharges Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017214177B3 DE102017214177B3 DE102017214177.8A DE102017214177A DE102017214177B3 DE 102017214177 B3 DE102017214177 B3 DE 102017214177B3 DE 102017214177 A DE102017214177 A DE 102017214177A DE 102017214177 B3 DE102017214177 B3 DE 102017214177B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- ignition
- capacitor
- switch
- center electrode
- voltage
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F02P3/00—Other installations
- F02P3/06—Other installations having capacitive energy storage
- F02P3/08—Layout of circuits
- F02P3/0807—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with electronic switching means
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- F02P3/00—Other installations
- F02P3/06—Other installations having capacitive energy storage
- F02P3/08—Layout of circuits
- F02P3/0853—Layout of circuits for control of the dwell or anti-dwell time
- F02P3/0861—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with semiconductor devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Eine Vorrichtung zum Zünden von Brennstoff mittels Korona-Entladungen in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors, umfassend ein mit einer Primärinduktivität (11) einer Zündspule (2) elektrisch verbundenes Zündsystem (1), wobei eine Sekundärinduktivität (14) der Zündspule (2) über eine Zündleitung (2) mit einer Zündeinheit (4) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsystem (1) als Hochspannungskondensatorzündung ausgebildet ist. A device for igniting fuel by means of corona discharges in a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising an ignition system (1) electrically connected to a primary inductance (11) of an ignition coil (2), wherein a secondary inductance (14) of the ignition coil (2) via an ignition line (2) is electrically connected to an ignition unit (4), characterized in that the ignition system (1) is designed as a high-voltage capacitor ignition.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden von Brennstoff mittels Korona-Entladungen in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors, umfassend ein mit einer Primärinduktivität einer Zündspule elektrisch verbundenes Zündsystem, wobei eine Sekundärinduktivität der Zündspule über eine Zündleitung mit einer Zündeinheit elektrisch verbunden ist, wobei das Zündsystem als Hochspannungskondensatorzündung ausgebildet ist, wobei die Hochspannungskondensatorzündung einen Kondensator aufweist, der über mindestens eine Spannungsquelle aufladbar ist, wobei der Kondensator über einen ersten Schalter mit mindestens einer Spannungsquelle verbunden ist und wobei der Kondensator über einen zweiten Schalter mit der Primärinduktivität der Zündspule verbunden ist.The present invention relates to a device for igniting fuel by means of corona discharges in a combustion chamber of an internal combustion engine comprising an ignition system electrically connected to a primary inductance of an ignition coil, wherein a secondary inductance of the ignition coil is electrically connected via an ignition with an ignition unit, wherein the ignition system High-voltage capacitor igniter is formed, wherein the high-voltage capacitor ignition comprises a capacitor which is chargeable via at least one voltage source, wherein the capacitor is connected via a first switch to at least one voltage source and wherein the capacitor is connected via a second switch to the primary inductance of the ignition coil.
Vorrichtungen zum Zünden von Brennstoff mittels Korona-Entladungen sind bereits aus der Praxis bekannt. Diese stellen eine Alternative zu den gängigen Zündvorrichtungen umfassend eine Zündkerze dar, bei der die Zündung über einen Funken erfolgt, der zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode erzeugt wird.Devices for igniting fuel by means of corona discharges are already known in practice. These represent an alternative to the common ignition devices comprising a spark plug in which the ignition takes place via a spark which is generated between the center electrode and ground electrode.
Das Prinzip der Entzündung von Brennstoff mittels Korona-Entladungen beruht darauf, dass an einer Zündelektrode eine Hochspannung erzeugt wird, um ein elektrisches Wechselfeld hoher Feldstärke abzustrahlen. Durch das elektrische Feld wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch derart angeregt, dass sich ein Plasma bestehend aus Ionen und Radikalen bildet. Sobald die Dichte an geladenen Teilchen einen kritischen Wert überschreitet, bilden sich sichtbare Strahlen aus ionisiertem Gas, die sich in den Brennraum erstrecken und den Brennstoff entzünden. Eine Zündung mittels Korona-Entladungen hat gegenüber einer klassischen Funkenzündung den Vorteil, dass der Verschleiß der Elektroden erheblich reduziert ist und ein äußerst gutes Verbrennungsverhalten erreicht wird.The principle of ignition of fuel by means of corona discharges is based on the fact that a high voltage is generated at an ignition electrode in order to radiate an electric alternating field of high field strength. By the electric field, the fuel-air mixture is excited so that a plasma consisting of ions and radicals is formed. As soon as the charged particle density exceeds a critical value, visible rays of ionized gas are formed which extend into the combustion chamber and ignite the fuel. An ignition by means of corona discharges has the advantage over conventional spark ignition that the wear of the electrodes is considerably reduced and an extremely good combustion behavior is achieved.
Lediglich beispielsweise wird auf die
Aus der
Auch die Dokumente
Die bekannten Korona-Zündsysteme umfassen eine Vielzahl von Bauteile und sind nicht zuletzt aufgrund der notwendigen Frequenzregelung aufwendig in der Konstruktion und in der Funktionsweise.The known corona ignition systems comprise a large number of components and, not least because of the necessary frequency control, are expensive in design and in operation.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln eine zuverlässige Erzeugung von Korona-Entladungen realisierbar ist.The present invention is therefore based on the object, a device of the type mentioned in such a way and further develop that with structurally simple means a reliable generation of corona discharges can be realized.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach ist eine Vorrichtung zum Zünden von Brennstoff mittels Korona-Entladungen in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors, umfassend ein mit einer Primärinduktivität einer Zündspule elektrisch verbundenes Zündsystem, wobei eine Sekundärinduktivität der Zündspule über eine Zündleitung mit einer Zündeinheit elektrisch verbunden ist, wobei das Zündsystem als Hochspannungskondensatorzündung ausgebildet ist, wobei die Hochspannungskondensatorzündung einen Kondensator aufweist, der über mindestens eine Spannungsquelle aufladbar ist, wobei der Kondensator über einen ersten Schalter mit mindestens einer Spannungsquelle verbunden ist und wobei der Kondensator über einen zweiten Schalter mit der Primärinduktivität der Zündspule verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter und der zweite Schalter jeweils über einen Pulsgenerator steuerbar sind.According to the invention the above object is achieved by the features of
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass ein Resonanzbetrieb mit Frequenzregelung nicht zwangsweise notwendig ist. Vielmehr kann in erfindungsgemäßer Weise durch die Anordnung einer Hochspannungskondensatorzündung als Zündsystem eine ausreichend hohe Spannung auf der Sekundärseite der Zündspule erzeugt werden, auch wenn Primär- und Sekundärkreis nicht dieselbe Anregungsfrequenz haben. Somit zeichnet sich die Vorrichtung durch einen überraschen simplen Aufbau sowie eine einfache und daher zuverlässige Funktionsweise aus.In accordance with the invention, it has first been recognized that resonance mode with frequency control is not necessarily necessary. Rather, in the inventive manner by the arrangement of a high voltage capacitor ignition as the ignition system, a sufficiently high voltage can be generated on the secondary side of the ignition coil, even if the primary and secondary circuits do not have the same excitation frequency. Thus, the device is characterized by a surprising simple structure and a simple and therefore reliable operation.
In weiter erfindungsgemäßer Weise weist die Hochspannungskondensatorzündung einen Kondensator auf, der über mindestens eine Spannungsquelle aufladbar ist. Dabei ist der Kondensator über einen ersten Schalter mit der mindestens einen Spannungsquelle verbunden ist. Über einen zweiten Schalter ist der Kondensator in mit der Primärinduktivität bzw. Primärspule der Zündspule verbunden. Durch eine entsprechende Schaltung von erstem und zweitem Schalter kann der Kondensator gezielt von der Spannungsquelle geladen und über die Primärseite der Zündspule entladen werden. Durch die magnetische Kopplung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite wird auf der Sekundärseite eine Hochspannung induziert, die der Zündeinheit zugeleitet wird, so dass ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugbar ist, welches zu den gewünschten Korona-Entladungen führt. In weiter erfindungsgemäßer Weise werden der erste Schalter und der zweite Schalter jeweils über einen Pulsgenerator gesteuert.In a further inventive manner, the high-voltage capacitor ignition on a capacitor which is rechargeable via at least one voltage source. In this case, the capacitor is connected via a first switch to the at least one voltage source. Via a second switch, the capacitor is connected to the primary inductance or primary coil of the ignition coil. By a corresponding circuit of the first and second switches, the capacitor can be selectively loaded from the voltage source and discharged via the primary side of the ignition coil. Due to the magnetic coupling between the primary side and the secondary side, a high voltage is induced on the secondary side, which is supplied to the ignition unit, so that a strong alternating electromagnetic field can be generated, which leads to the desired corona discharges. In a further inventive manner, the first switch and the second switch are each controlled by a pulse generator.
In besonders vorteilhafter Weise umfasst die Zündeinheit eine Zündkerze, insbesondere eine Vorkammerzündkerze. Diese kann in die Brennkammer hineinragen, um die Korona-Entladungen innerhalb der Brennkammer zu erzeugen. Die Zündkerze kann eine Mittelelektrode und mindestens eine Masseelektrode umfassen. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es des Weiteren von Vorteil, wenn die Mittelelektrode und die Masseelektrode derart weit voneinander beabstandet sind, dass ein elektrischen Überschlag im Betrieb der Vorrichtung vermieden wird. Eine solche Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass im Wesentlichen auf bereits bestehende Bauteile zurückgegriffen werden kann, wodurch neben einer zuverlässigen Funktion eine erhebliche Kostenersparnis realisierbar ist. Beispielsweise kann die Mittelelektrode einen Abstand von 1 mm bis 3 mm, insbesondere von 1,5 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise von 2 mm, zur Masseelektrode aufweisen, insbesondere, wenn der Kondensator der Hochspannungskondensatorzündung von einer Spannungsquelle mit 150 V geladen wird.In a particularly advantageous manner, the ignition unit comprises a spark plug, in particular a prechamber spark plug. This may protrude into the combustion chamber to produce the corona discharges within the combustion chamber. The spark plug may include a center electrode and at least one ground electrode. In such an embodiment, it is further advantageous if the center electrode and the ground electrode are spaced so far apart that an electrical flashover during operation of the device is avoided. Such a construction is characterized by the fact that it is possible to make recourse essentially to already existing components, as a result of which, in addition to a reliable function, considerable cost savings can be realized. For example, the center electrode may have a distance of 1 mm to 3 mm, in particular 1.5 mm to 2.5 mm, preferably 2 mm, to the ground electrode, in particular when the capacitor of the high voltage capacitor ignition is charged by a voltage source of 150V.
Um auf möglichst effektive und einfache Weise die Erzeugung von Korona-Entladungen zu ermöglichen, kann die Mittelelektrode derart ausgebildet sein, dass sie ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt. Beispielsweise ist denkbar, dass die Mittelelektrode an ihrem in den Brennraum hineinragenden Ende einen oder mehrere Arme umfasst, die eine gekrümmte Form aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Mittelelektrode bzw. können die Arme an ihrem freien Ende spitz ausgebildet sein.In order to enable the generation of corona discharges in the most effective and simple manner possible, the center electrode can be designed such that it generates an inhomogeneous electric field. For example, it is conceivable that the center electrode comprises at its end projecting into the combustion chamber one or more arms which have a curved shape. Alternatively or additionally, the center electrode or the arms may be pointed at their free end.
In besonders vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Gasmotor, insbesondere um einen Großgasmotor.In a particularly advantageous manner, the internal combustion engine is a gas engine, in particular a large gas engine.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
-
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und -
2 ein Timing-Diagramm der Vorrichtung gemäß1 .
-
1 a block diagram of a device according to the invention, and -
2 a timing diagram of the device according to1 ,
Das Zündsystem
Durch die Entladung des Kondensators
Diese Hochspannung führt in Kombination mit den parasitären Komponenten der als Zündeinheit
Dies führt dazu, dass an der Primärinduktivität
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.With regard to further advantageous embodiments of the device according to the invention, reference is made to avoid repetition to the general part of the specification and to the appended claims.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.Finally, it should be expressly understood that the above-described embodiments of the device according to the invention are only for the purpose of discussion of the claimed teaching, but not limit these to the embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zündsystemignition system
- 22
- Zündspuleignition coil
- 33
- ZündleitungIgnition
- 44
- Zündeinheitignition unit
- 55
- Spannungsquellevoltage source
- 66
- Kondensatorcapacitor
- 77
- erster Schalterfirst switch
- 88th
- zweiter Schaltersecond switch
- 99
- erster Pulsgeneratorfirst pulse generator
- 1010
- zweiter Pulsgeneratorsecond pulse generator
- 1111
- Primärinduktivitätprimary inductance
- 1212
- Primärseiteprimary
- 1313
- Sekundärseitesecondary side
- 1414
- Sekundärinduktivitätsecondary inductance
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017214177.8A DE102017214177B3 (en) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Device for igniting fuel by means of corona discharges |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017214177.8A DE102017214177B3 (en) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Device for igniting fuel by means of corona discharges |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017214177B3 true DE102017214177B3 (en) | 2019-01-31 |
Family
ID=65004425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017214177.8A Active DE102017214177B3 (en) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Device for igniting fuel by means of corona discharges |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017214177B3 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4136659A (en) | 1975-11-07 | 1979-01-30 | Smith Harold J | Capacitor discharge ignition system |
US20120063054A1 (en) | 2010-08-31 | 2012-03-15 | John Antony Burrows | Electrical arrangement of hybrid ignition device |
US20120192624A1 (en) | 2006-05-18 | 2012-08-02 | North-West University | Ignition System |
WO2016067257A1 (en) * | 2014-10-30 | 2016-05-06 | North-West University | Ignition system for an internal combustion engine and a control method thereof |
DE102014116586A1 (en) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Corona ignition system for an internal combustion engine |
-
2017
- 2017-08-15 DE DE102017214177.8A patent/DE102017214177B3/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4136659A (en) | 1975-11-07 | 1979-01-30 | Smith Harold J | Capacitor discharge ignition system |
US20120192624A1 (en) | 2006-05-18 | 2012-08-02 | North-West University | Ignition System |
US20120063054A1 (en) | 2010-08-31 | 2012-03-15 | John Antony Burrows | Electrical arrangement of hybrid ignition device |
WO2016067257A1 (en) * | 2014-10-30 | 2016-05-06 | North-West University | Ignition system for an internal combustion engine and a control method thereof |
DE102014116586A1 (en) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Corona ignition system for an internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19840765C2 (en) | Method and integrated ignition unit for the ignition of an internal combustion engine | |
DE3137239A1 (en) | Plasma ignition device and method for an internal combustion engine | |
DE3137240A1 (en) | PLASMA IGNITION SYSTEM | |
EP2058909B1 (en) | Resonant assembly | |
WO2008034734A1 (en) | Device for storing energy and transforming energy | |
DE102010015344A1 (en) | A method for igniting a fuel-air mixture of a combustion chamber, in particular in an internal combustion engine by generating a corona discharge | |
DE2628509C2 (en) | Capacity discharge ignition system | |
EP4148988A1 (en) | Pulse generator for a hpem pulse | |
WO2017167437A1 (en) | Ignition device for igniting an air-fuel mixture in a combustion chamber | |
DE102010045174B4 (en) | Circuit arrangement for an HF ignition of internal combustion engines | |
EP1979608B1 (en) | Arrangement for detecting a measuring signal on a high voltage side, in particular a signal corresponding to ion current between sparking plug electrodes of an internal combustion engine | |
DE102010024396A1 (en) | Method for igniting fuel-air mixture in cyclically operated internal combustion engine, involves connecting electric voltage to primary winding before each ignition point of combustion engine | |
DE102017214177B3 (en) | Device for igniting fuel by means of corona discharges | |
DE19723784C1 (en) | Circuit for ignition system of IC engine supplying high voltage to spark plug electrodes | |
EP3436686B1 (en) | Ignition device for igniting an air fuel in a combustion chamber | |
DE102005044353B4 (en) | microwave generator | |
DE102013005095A1 (en) | Device for generating microwaves | |
DE102014116586A1 (en) | Corona ignition system for an internal combustion engine | |
DE102008041085A1 (en) | Plasma ignition system for an internal combustion engine | |
DE1751892C3 (en) | Electrical pulse generator | |
DE102012200633A1 (en) | Capacitive ignition system | |
DE102014110432B4 (en) | Method of igniting a fuel-air mixture, ignition system and glow plug | |
DE202013000831U1 (en) | transformer | |
WO2017108389A1 (en) | Ignition device for igniting a fuel-air mixture | |
DE102017109811B3 (en) | Power supply circuit for a corona igniter and corona ignition system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |