DE2535960A1

DE2535960A1 - Brennkraftmaschinen-zuendanlage

Info

Publication number: DE2535960A1
Application number: DE19752535960
Authority: DE
Inventors: Michael A V Ward
Original assignee: WARD MICHAEL AV
Current assignee: WARD MICHAEL AV
Priority date: 1974-08-12
Filing date: 1975-08-12
Publication date: 1976-02-26
Also published as: SE7508978L; US3934566A; GB1515148A; IT1041553B; JPS5177719A; FR2282042B1; FR2282042A1; CA1048594A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R. B E ETZ sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z jr.

65-24.6o8P(24.609H)

8 München 22, steinsdorfstr. 10 Tel. (089)22 7201/227244/29 5910

Telegr. Allpatent München Telex 522048

12. August 197,2

Michael A. V. Ward, Lexington (Mass.) V. St. A.

Brennkraftmaschinen-Zündanlage

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit erhöhtem Wirkungsgrad und/oder geringerer Abgasemission.

Die Erkenntnisse über Luftverschmutzung und über die Abnahme der Erdöllagerstätten hat sich in Rechtsvorschriften niedergeschlagen, aufgrund derer nicht mehr auf leistungsstarke, hochverdichtende Maschinen, sondern kleine, niederverdichtende angestrebt werden. Da das Maß an Luftverschmutzung durch ein Kraftfahrzeug in Teilen pro Meile bzw. Kilometer gemessen wird, ■ kann eine kleinere, niederverdichtende, ein

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mageres bzw. ärmeres Gemisch verbrennende Maschine (d.h. höheres Luft-Kraftstoff-Verhältnis) den Verschmutzungserfordernissen leichter genügen.

Einerseits ist es bekannt, daß der CO-Pegel (Kohlenmonoxid), der von einer Brennkraftmaschine erzeugt wird, mit zunehmendem Luft-Kraftstoff-Gemisch abnimmt und sogar unter das "chemisch ideale" Verhältnis von 14,7 absinkt, und daß die Abnahme bis zu einer "Magergrenze¹¹ reicht, d. i. die Grenze, bei der die Flammengeschwindigkeit auf Null abfällt und bei der das Luft-Kraftstoff-Gemisch üblicherweise nicht zündet. Die Erzeugung von NO (Stickoxiden) ist andererseits stark abhängig von dem Zeitpunkt, zu dem der Funken gezündet wird (was in Winkel-Graden vor dem oberen Totpunkt (OT) angegeben wird). Die Erzeugung von NO in Teilen pro Meile springt von etwa 1000 auf 3000 Teile, wenn der Zünd-Zeitpunkt über einen 20 °-Bereich vorverlegt wird. Um Kohlenmonoxide, Stickoxide und auch Kohlenwasserstoffe zu vermindern, muß die Brennkraftmaschine deshalb mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, das am mageren Ende der Skala liegt, und muß das Gemisch so nahe wie möglich am OT gezündet werden. Bei der Erfüllung dieser Bedingungen treten im wesentlichen zwei Schwierigkeiten auf: 1. Wenn die Mischung magerer gemacht wird, ist es zunehmend schwieriger, sie mit dem Zündfunken zu zünden, da der Zündfunke eine konstante äußere Energiequelle mit ca. 0,1 J-Energie-Funken bildet, und 2. folgt aus der sich daraus ergebenden Abnahme der Flammengeschwindigkeit wegen des Zünd-Zeitpunkts nahe dem OT eine Spätzündung des Gemisches und dadurch sowohl verminderter Wirkungsgrad als auch zunehmende Abgabe von unverbrannten Kohlenwasserstoffen durch den Auspuff (andererseits ist es bekannt, daß es

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sowohl zur Erhöhung des Maschinen-Wirkungsgrads als auch zur Verminderung der Abgasemission sehr erwünscht ist, ein mageres Gemisch in einer Brennkraftmaschine zu zünden und die Verbrennung aufrechtzuerhalten) ·

Dazu wtrde bereits die sogenannte CVCC-Maschine entwickelt, die eine Vorzündkammer und einen besonderen Vergaser verwendet. Dabei ist jedoch nachteilig eine mechanische Änderung der Zylinder und der Brennkraftmaschine notwendig.

Es ist bekannt (vgl. US-PS 2 457 973 vom 4. 1. 1949; Ionisierungs-Verfahren und -Vorrichtung ), wie die Ionisierung eines Gasgemisches in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine erreicht werden kann, nämlich durch Verwenden einer Radiumzelle zusammen mit einer herkömmlichen Zündkerze nahe an den Zündelektroden und einer Hilfselektrode. Es kann jedoch einfach gefolgert werden, daß eine solche Vorrichtung zwar das Zündpotential in der Nähe der Elektrode verringern kann und möglicherweise die Lebensdauer der Zündkerze erhöht, jedoch die Flammengeschwindigkeit nicht erhöht, weshalb Flammen, die sich in Luft-Kraftstoff-Gemischen unter der Magergrenze ausbreiten, gelöscht werden.

Eine andere Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Raumladung oder Ionisierung in der Brennkammer in Hubkolben- oder Turbinen-Brennkraftmaschinen (vgl. US-PS 2 766 582 vom 16. 10. 1956; Erzeuger elektrischer Raumladung in Brennkraftmaschinen) zeigt die Erzeugung einer elektrischen Raumladung in zündfähigen Kraftstoff- und Luft-Gemischen durch elektrisches Laden eines dielektrischen Flüssig-

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kraftstoffs vor dem Einspritzen durch eine Vergaserdüse oder eine Sprühdüse in die eigentliche Brennkammer. Der elektrisch geladene Kraftstoff wird anschließend im Raum der Brennkammer verdampft oder verdunstet. Ein besonderer Nachteil ist dabei die Erzeugung von Raumladungen im Kraftstoff vor seiner Einspritzung in den Zylinder. Das führt zu einem komplexen Ladungserzeugungs-Vorgang und einem komplexen Kraftstoff-Förder- und -Einspritz-Vorgang in die Brennkammer, um die Ladungen zu halten, die im Kraftstoff erzeugt wurden. Um LadungsVerluste zu vermeiden, sind zusätzliche Isolationseinrichtungen notwendig.

Eine andere Möglichkeit zum Zünden bei einer Brennkraftmaschine ist eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen, die UHF-Spannungen zur Zündung verwenden (vgl. US-PS 2617841 vom 11. 11. 1952, Sp. 1, Z. 3 bis 4). Eine Brennkraftmaschine wird also dadurch gezündet, daß Hochfrequenzenergie erzeugt wird, diese Energie an einen Resonator oder Resonanzkreis angelegt wird und der Resonator auf die Frequenz dieser Energie abgestimmt wird, zeitabhängig mit der bewegbaren Wand der Erzeugung eines Zündfunkens zum Überschlagen eines Zündspalts in der Schaltung bei Resonanz des Resonators (vgl. Sp. 2, Z. 43 bis 50, und Sp. 3, Z. l). Die Hauptnachteile sind dabei folgende: 1. Da der Anfangsüberschlag des Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt werden soll, muß eine Hochleistungs-Hochfrequenz-Quelle zum Auslösen der Zündung im Zylinder verwendet werden, weshalb aus praktischen Gründen eine Impuls-Energiespitzen-Zündung notwendig ist, um mit der benötigten Energie umgehen zu können, weshalb die Flammengeschwindigkeit oder das Vermeiden eines Fl ammenlöschens nicht notwendigerweise verbessert wird, infolge der kurzen Dauer der Hochfrequenzenergie zur Zündung; 2. Energie ist mit einem abgestimmten Resonator gekoppelt, in

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dem sich die Resonanz ändert, weshalb genaue und komplizierte Zeitsteuereinrichtungen notwendig sind; 3. umfangreiche Änderungen des Zylinders und der Brennkraftmaschine sind notwendig; und 4. da die Zündung bei abnehmendem Zylindervolumen auftritt und nicht bei zunehmendem, werden viele Resonator-Resonanzfrequenzen durchlaufen, bevor die gewünschte erreicht ist, weshalb beträchtliche Anstrengungen unternommen werden müssen, um sicherzustellen, daß die Zündung nicht bei diesen anderen, durchlaufenden Resonanz-Moden erfolgt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zündanlage vorzusehen, die den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine erhöht und deren Abgasemission vermindert, die in bestehende Brennkraftmaschinen mit nur geringfügigen Maschinenänderungen einbaubar ist, die billig und leicht herzustellen und einzubauen ist und im Betrieb geringen Energieverbrauch besitzt, wobei verbesserte Verbrennung und erhöhte Flammengeschwindigkeit in der Brennkammer erreichbar und eine verbesserte Zündanlagen-Halterung erreichbar sein soll.

Die Aufgabe wird bei einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Brennkammer, mit einer Mischeinrichtung für ein brennbares Gemisch in der Brennkammer, und mit einer Zündeinrichtung zum Zünden des Gemisches, erfindungsgemäß gelöst durch eine Energiequelle elektromagnetischer Energie einer Betriebsfrequenz f in der Größenordnung der Plasmafrequenz f einer Teilchenart s geladener Teilchen im Ge-

ps

misch, wobei gilt:

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mit η = Dichte der Teilchenart s im Gemisch,

m = Masse der Teilchenart s im Gemisch,

e - Elektronen- oder Elementar ladung,

= Dielektrizitätskonstante des Vakuums, und ο

eine Leitereinrichtung zum Leiten der Energie von der Energiequelle zur Brennkammer für mindestens ca. 1 ms nach dem Zünden des Gemisches, um die Energie in geladene Teilchen der Teilchenart s im Gemisch während dessen Verbrennung einzukoppeln.

Vorzugsweise besteht die Teilchenart s aus Elektronen.

Dabei ist es vorteilhaft, daß die Energiequelle der Brennkammer im wesentlichen ununterbrochen zugeführte Dauerstrich(CW)-Energie erzeugt.

Dabei bringt es Vorteile, wenn die Betriebsfrequenz f ein ge-

wichteter Mittelwert der Plasmafrequenz f der Teilchenart s in der

ps

Anfangs-Flammenfront des brennbaren Gemisches und der Plasmafrequenz f der Teilchenart s in der voll ausgebildeten Flammenfront ps

des brennbaren Gemisches ist und/oder wenn die Betriebsfrequenz f ein gewichteter Mittelwert der Plasmafrequenz f der Elektronen in der Flammenfront des brennbaren Gemisches und der Elektronen-Neutralteilchen-Kollisionsfrequenz in der Flammenfront des brennbaren Gemisches ist.

Gemäß einer besonderen Weiterbildung enthält die Zündanlage eine Energiequelle elektromagnetischer Hochfrequenzenergie, wobei Hoch-

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frequenzenergie eine Energie ist mit einer Frequenz zwischen ca.

r -ίο

10 Hz und ca. 10 Hz, einen Generator zur Erzeugung bzw. eine Quelle von im wesentlichen Gleichspannung (d. h. eine Spannung mit einer Frequenz -<S:10 Hz), und eine Leiter einrichtung zum Leitender Hochfrequenzenergie und der Gleichspannung zur Brennkammer, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zur Verbrennung vor-aufzubereiten, das Gemisch zu zünden und die Verbrennungsreaktionen zu steigern.

Gemäß einer anderen Weitergestaltung ist es vorteilhaft, daß bei einer Brennkraftmaschine mit η Brennkammern, mit η = ganzzahlig >-0, zur Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, die Zündeinrichtung aufweist: je eine Zündkerze für jede Brennkammer zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches in jeder Brennkammer, und eine Quelle von im wesentlichen Gleichspannung; und die Energiequelle und die Leitereinrichtung zum Erzeugen und Leiten von Energie bei der Betriebsfrequenz f aufweisen: einen Hochfrequenz-Generator zum Erzeugen elektromagnetischer Energie einer Frequenz zwischen

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ca. 10 Hz und ca. 10 Hz, ein Hochfrequenz-Koppelglied, das mit dem Hochfrequenz-Generator elektrisch verbunden ist, zum Einkoppeln der Hochfrequenzenergie in das verbrennende Luft-Kraftstoff-Gemisch-Plasma in jeder Brennkammer, und einen Verteiler, der mit der Gleichspannungs-Quelle, dem Hochfrequenz-Generator, den Zündkerzen und dem Hochfrequenz-Koppelglied verbunden ist zum gesteuerten Verteilen der Gleichspannung und der Hochfrequenzenergie auf die Zündkerzen bzw. die Hochfrequenz-Koppelglieder in bestimmter zeitlicher Reihenfolge.

Der (Zünd)-Verteiler kann verschieden ausgebildet sein. Gemäß

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einem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, daß der Verteiler enthält: einen Gleichspannungsverteiler mit η elektrischen Zusatz-Leitern zur aufeinanderfolgenden Verbindung mit dem Verteilerfinger, eine angeschlossene Steuereinheit zur Aufnahme von Zeitsteuersignalen als Eingangssignale von jedem der Zusatz-Leiter, und ein Verteilglied zum Verteilen der Hochfrequenzenergie auf den zugehörigen Abschnitt des Hochfrequenz-Koppelglieds zu deren Übertragung auf die zugehörige Brennkammer abhängig von den von den Zusatz-Leitern zugeführten Eingangssignalen ·

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, daß der Verteiler enthält: eine Koaxial-Übertragungsleitung mit El-Abschnitt, die ein Einlaß- und ein Auslaßende aufweist, und die drehbar ist um die Achse des El-Abschnitts mit dem Einlaßende und mit Anschluß zum einerseits Empfang sowohl der Gleichspannung als auch der Hochfrequenzenergie von entlang der Drehachse vorgesehenen Verbindungen und zum andererseits aufeinanderfolgenden Verteilen der Gleichspannung und der Hochfrequenzenergie entlang des Drehwegs des Auslaßendes auf die Leitereinrichtung, und einen Drehantrieb zum Drehen des El-Abschnitts zeitabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine.

Vorteilhaft wird also gemäß der Erfindung vorgesehen ein innen in η Räume abgeteiltes Gehäuse (zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine mit η Brennkammern) und ein Rotor oder Verteilerfinger, der in dem Gehäuse angeordnet ist und einen Abschnitt aufweist, der aufeinanderfolgend bei seiner Drehung durch jeden der Räume streicht, zeitabhängig mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine, und der elektrisch mit einer Gleichspannungs-Quelle verbunden ist. Jeder Raum des Ge-

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häuses enthält dabei eine Hochfrequenz-Energiequelle, einen Koaxialleiter zum Leiten sowohl der Gleichspannung als auch der Hochfrequenzenergie zu einer Brennkammer der Brennkraftmaschine, eine Leitereinrichtung zum Koppeln der Hochfrequenz-Energiequelle an den Koaxialleiter, die Gleichspannungs-Sperrglieder enthält, einen Verbindungspunkt, der den Verteilerfinger elektrisch mit dem Innenleiter des Koaxialleiters verbindet, ein Betätigungsglied zum Betätigen oder Erregen der Hochfrequenz-Energiequelle bei einer bestimmten Ausrichtung des Verteilerfingers gegenüber dem Gehäuse, und Hochfrequenzenergie-Filter in der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Hochfrequenz-Energiequelle und dem Verteilerfinger.

Gemäß der Erfindung wird also der Betrieb einer Brennkraftmaschine dadurch erreicht, daß wiederholt schrittweise für jede Brennkammer der Brennkammer ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, dessen Kraftstoffanteil einen Kraftstoff mit dauerndem oder bleibendem elektrischen Dipolmoment mit Resonanzen im Hochfrequenzbereich enthält, das Gemisch verdichtet wird, dem Gemisch Hochfrequenzenergie bei Frequenzen eingekoppelt wird, die mindestens eine der Resonanzen enthält, das verdichtete Gemisch gezündet wird, und die Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer ausgestoßen werden. Vorzugsweise enthält der Kraftstoffanteil Methanol und wird das Einkoppeln während aller genannten Schritte fortgesetzt.

Die Erfindung gestattet also eine Erhöhung des Wirkungsgrades und

eine Verringerung der Abgasemission von Brennkraftmaschinen, bei der im wesentlichen Hochfrequenzenergie (d. h. 10 bis 10 Hz) erzeugt wird und einem verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisch-Plasm a einge-

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koppelt bzw. zugeführt wird, vorzugsweise bei einer Plasmafrequenz, um sowohl die Vorbrenneinstellung des Gemisches als auch die Brennreaktionen zu verbessern.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 7 schematisch verschiedene Zündkerzenarten zur Verwendung bei der Erfindung, um sowohl einen Zündfunken zu erzeugen als auch Hochfrequenzenergie in das Luft-Kraftstoff-Gemisch einzukoppeln,

Fig. 8 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine,

Fig. 9 ausführlich den Verteiler 25 gemäß Fig. 8,

Fig. 10 ausführlich und schematisch die Steuereinheit 21 gemäß Fig. 8,

Fig. 11 A schematisch und vergrößert ein Ausführungsbeispiel des Verteilers zur Zuführung sowohl der Hochfrequenzenergie als auch der Gleichspannungsenergie gemäß der Erfindung,

Fig. 11 B den Schnitt 11B-11B gemäß Fig. HA,

Fig. 12 vergrößert einen kapazitiv geladenen Abschnitt einer gemäß der Erfindung als Hochfrequenz-Filter verwendeten Übertragungsleitung ,

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Fig. 13 teilweise schematisch und vergrößert eine Zündkerze, um Hochfrequenzenergie direkt der Zündkerze zuzuführen anstelle des Gleichspannungskabels der Brennkraftmaschine,

Fig. 14 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Einkoppeln der Hochfrequenzenergie in einen Zylinder der Brennkraftmaschine, das einen Eintritt oder Durchlaß getrennt von dem für die Z ündkerze aufweist,

Fig. 15 teilweise schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Vorspannungsanlegeglieder (z.B. ein Gleichspannungssperrglied) oder Koaxialschalter nicht mehr notwendig sind,

Fig. 16 teilweise schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das keine Vorspannungsani egeglieder oder Koaxialschalter benötigt und das die Hochfrequenzquelle kompakt enthält,

Fig. 17 teilweise schematisch ein Sonden-Kapselglied gemäß der Erfindung ,

Fig. 18 im Teilschnitt und Aufsicht ein Festkörper-Hochfrequenz-Steuer- und -Hochfrequenzenergie-Verteilerglied gemäß der Erfindung,

Fig. 19 schematisch ein Magnetron-Hochfrequenzenergie-Erzeuger zur Verwendung bei der Erfindung, mit einem direkt mit dem Magnetron gekoppelten Koaxialkabel,

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2 S 3 5 3 GO

Fig. 20 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, durch das kein Zündverteiler mehr notwendig ist.

Gemäß der Erfindung wird elektromagnetische Hochfrequenzenergie (oft RF-Energie bezeichnet) zwischen ca. 10 und ca. 10 Hz, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 Watt Dauer strich (CW )-Lei-

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stungspegel (d. h. von 10 bis 10 Watt), in den Maschinenzylinder einer üblichen Brennkraftmaschine entweder durch die Zündkerze selbst oder nahe der Zündkerzenspitze eingekoppelt, und ein derartiger Betrieb benötigt keinerlei mechanische Änderungen der Brennkraftmaschine außer geringen Änderungen im Aufbau des (Zünd)-Verteilers und der daran angeschlossenen Verbindungsleitungen.

Die Energie wird vorzugsweise durch Magnetrons oder Mikrowellen-Festkörper-Generatoren im Mikrowellenbereich des Spektrums erzeugt, obwohl auch andere Hochleistungs-Hochfrequenz-Quellen, wie Wanderoder Laufwellenröhren oder Einrichtungen mit gekreuzten Feldern oder Leistungs-Klystrons, verwendbar sind. Im niederen Frequenzbereich (l bis 500 MHz) kann der übliche Röhrenoszillator verwendet werden. Auf diese wird nicht näher eingegangen, da das Hauptaugenmerk auf dem Mikrowellenbereich des Hochfrequenzspektrums liegt, jedoch können selbstverständliche Niederfrequenz-Einrichtungen die Hohlraum-Einrichtungen (z.B. Magnetrons) oder die Festkörper-Generatoren ersetzen, wenn ein Niederfrequenzbetrieb vorzuziehen ist, und das Ersetzen erfolgt ohne Änderung des Schaltungsaufbaues, außer in solchen Fällen, in denen die spezifische Form oder Größe der Mikrowellen-Quelle ein wesentliches Teil oder Element eines Schaltungsaufbaues bildet. Selbstverständlich ist außerdem auch der Betrieb von mindestens zwei

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verschiedenen Einrichtungai bei verschiedenen Frequenzen (z.B. 30 MHz und 3 GHz) und möglicherweise unter verschiedenen Betriebsbedingungen (Impuls- oder Dauerstrich(CW)-Betrieb) zum weiteren verbesserten Verbrennen unter bestimmten Umständen gemäß der Erfindung möglich.

Die Mikrowellen-Energiequelle kann mit dem mechanischen Bewegungsablauf der Verteilerfinger-Welle zusammenwirken und kann die Zeitsteuer-Information von dort erhalten. Die Mikrowellenenergie wird ihrerseits in jede Brennkammer für ein Zeitintervall eingekoppelt, das den Zeitpunkt enthält, zu dem diese Brennkammer gezündet wird, oder für ein Zeitintervall vor, nach oder vor und nach dem Zünd-Zeitpunkt, zu dem die Brennkammer durch den Funken an der Zündkerzenspitze gezündet wird. Die Anwesenheit der Mikrowellenenergie am oder nahe der Zündkerzenspitze ändert die zum Zünden erforderliche Spannung. Es kann sogar möglich sein, den Zündfunken ganz zu vermeiden durch Verwenden von Mikrowellen-Quellen im Impulsmodus, und durch Ausführen der Zündkerzenspitze in einer solchen Weise, daß sie sowohl Mikrowellenenergie wirksam dem Luft-Kraftstoff-Gemischplasma als Ganzes zuführt, als auch hohe elektrische Felder in einem eng beschränkten Bereich der Zündkerzenspitze erzeugt. Bei einem solchen Betrieb sind jedoch der (Zünd-)Verteiler oder dergleichen Einrichtungen, wie ein Oberwellen-Ausgleicher, eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle, wesentlich als Zeitsteuereinrichtungen zum Ansteuern oder Auslösen ("Triggern") des Mikrowellen-Generators im sowohl Hochleistungs-Impulsmodus als auch Dauer Strichmodus im Augenblick, in dem der Funken auftritt. Die Erfindung befaßt sich im wesentlichen mit dem Einkoppeln von Dauerstrich-(CW)-Mikrowellenenergie in ein verbrennendes Gemisch-Plasma. Zum besseren Verständnis der Wirkungen, die die Erfindung in einem brennbaren bzw.

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verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisch-Plasma hervorruft, wird im folgenden kurz auf die gegenseitige Beeinflussung von Hochfrequenzfeldern und Plasmateilchen eingegangen.

Wenn ein Gleichpotential zwischen zwei Elektroden anliegt, wirken elektrische Kräfte sowohl zum Dissoziieren, Anregen und Ionisieren der Atome und Moleküle eines Gases zwischen den Elektronen, als auch zum Beschleunigen jedes vorhandenen geladenen Teilchens. Das Gas durchläuft mit zunehmender Spannung verschiedene Anregungszustände, insbesondere Townsend-Entladung, Corona, Normal-Glimmen und Lichtbogen. Das Auftreten dieser Zustände wird unter der Bezeichnung "Durchschlag" zusammengefaßt. Folglich wird gesagt, daß elektrische Felder Durchschläge des Gases hervorrufen und sie aufrechterhalten durch Beschleunigen von Ionen und Elektronen, die mit Atomen und Molekülen zum Dissoziieren, Anregen und ionisieren des Gases zusammenwirken. Das Durchschiag-Feld E, als Funktion des Druckes (Paschen-Kurve) besitzt ein Minimum, das schwach abhängig ist von verschiedenen Parametern, einschließlich der Frequenz. Aber für die hier herrschenden Umstände (Druck ρ >■ 100 Torr) nimmt E im wesentlichen linear mit dem Druck zu, d. h. es gilt ungefähr

E_fa (V/cm) = 30 · ρ (Torr),

was ein E von ca. 22,5 kV /mm (ca. 20 kV/35 mil) bei einem Druck von 10 bis 15 Atmosphären ergibt. Gemäß der Erfindung wird jedoch die Mikrowellenenergie sowohl zum Verbessern des Überschlags als auch zum Erhöhen der Geschwindigkeit der mit dem sich ergebenden Überschlag zusammenhängenden Erscheinung verwendet, insbesondere

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der Ausbreitung der Flammenfront. Deswegen wird im folgenden auf den Vorteil von Hochfrequenz gegenüber elektrischer Gleich-Energie kurz eingegangen (wobei der Begriff "Gleich-" niedrige Frequenzen f enthält, die die Bedingung f <$ 10 Hz erfüllen).

GC ClC

Wenn die Frequenz des elektrischen Feldes erhöht wird, tritt anfangs keine unerwartete Änderung der Eigenschaften der Entladung ein. Es wird jedoch eine kritische Frequenz f . erreicht, bei der die Ionen keine Zeit mehr haben, um zur Kathode zu driften und dort verlorenzugehen, sondern in dem Spalt kontinuierlich oszillieren und dabei Dissoziation, Anregung und Ionisation hervorrufen. Diese Art des Durchschlags wird "beweglichkeitsgesteuert" bezeichnet. Nach einem weiteren Erhöhen der Frequenz wird eine Frequenz f erreicht, bei der die Elektronen nicht mehr an der Wand verlorengehen. Diese Art des Durchschlags wird "diffusionsgesteuert" bezeichnet und gemäß der Erfindung zum Steuern der Elektron-Feld-Wirkung verwendet, obwohl die mittlere freie Weglänge der Elektronen infolge von Zusammenstößen mit Neutralteilchen weiter verringert wird. Bekanntlich beträgt nun die Konzentration von Ionen und Elektronen in verbrennenden Gemischen bei Atmosphärendruck etwa 10 geladenen Teilchen/cm^ (vgl. G. Wortberg; 1965; 10. Int. Symp. Combust.; S. 651) und ändert sich mit der Zusammensetzung des Kraftstoffs. Weiter ist der Molenbruch von Ionen praktisch druckunabhängig (vgl. J. Lawton und F. J. Weinberg; 1969; Electrical Aspects of Combustion; S. 215). Die mit diesen Ladungsdichten zusammenhängenden Elektronen- und Ionen-Plasma-Frequenzen liegen im Mikrowellen- bzw. VHF-Frequenzbereich, die Elektronen-Neutralteilchen-Kollisionsfrequenz liegt im Mikrowellenbereich. Die Plasmafrequenz f einer geladenen Teilchenart s ist definiert zu

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2 η e

f = ——
ps 2 //

mit ns, ms = Teilchenart-Dichte bzw. -Masse, e = Elektronen- oder Elementarladung, £. = Dielektrizitätskonstante des Vakuums. Zusätzlich nehmen die Plasma- und die !Collisions- oder Stoß-Frequenz nahe der Flammenfront mit schwacher Neigung ab. Wenn der Funken einmal den Anfangs-Überschlag hervorruft, dringt die Mikrowellenenergie in das Elektronendichte-Profil ein, wobei die Eindringtiefe von der Betriebsfrequenz, der Plasmafrequenz und der Kollisionsfrequenz abhängt. Beim Eindringei der Welle werden die Elektronen beschleunigt und stoßen ihrerseits mit den Neutralteilchen zusammen, und das verbrennende Gemisch-Plasma gibt eine große Nieder-Q. (large, low Q), mit der Mikrowellenenergie aufgeladen ist, wobei Q eines Systems definierbar ist als:

2 Ti f (im Zeitdurchschnitt im System gespeicherte Energie) Energieverlust pro Sekunde im System

mit f = Frequenz der Mikrowellen. Wenn nämlich eine elektrisch kurze zylindrische Sonde (z.B. die Sonde 10 gemäß Fig. 5) zum Einkoppeln der Mikrowellenenergie in das Plasma verwendet wird, "sieht" sie eine bzw. liegt an einer Eingangsimpedanz Z. ,

z. 4

in j f²

² ι ■ ^Ven ¹

mit f , ν = Elektron-Pias ma- bzw. Kollisionsfrequenz, j = - 1. Auf diese Weise wird Mikrowellenenergie in das verbrennende oder brenn bare Gemisch-Plasma eingekoppelt und trägt zur Aufrechterhaltung der

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Verbrennung eines mageren Gemisches bei und erhöht die Flammengeschwindigkeit. Es ist eine Anfangs-Flammenfront darstellbar, die üblicherweise verlöschen oder abkühlen würde, jedoch durch die Mikrowellenenergie gehalten wird, die in das Plasma eindringt, das mit der Flammenfront zusammenhängt und daran fest angebunden ist, und die die Elektronen beschleunigt, die ihrerseits mit den verbrennbaren Molekülen kollidieren und Anregung (sowohl elektronische als mechanische) und Dissoziierung hervorrufen, woraus sich weitere exothermische Verbrennungsreaktionen ergeben. Die beste "Wirkung wird erreicht, wenn Hochfrequenzleistung nahe der Frequenz, die etwa der Elektronen-Plasma-Spitzenfrequenz entspricht, in das Plasma an der Flammenfront eingekoppelt wird. Dieser Spitzenwert ändert sich zwischen dem, der dem verbrennenden Anfangsgemisch und dem, der der voll entwickelten Flammenfront entspricht. Durch so Wählen der Betriebsfrequenz, daß sie der Elektronen-Plasma-Frequenz zwischen diesen beiden Extremwerten entspricht, jedoch näher dem niederfrequenteren Anfangsplasma ist, kann voraussichtlich die günstigste Steigerung der Verbrennung erreicht werden. Im Durchschnitt entspricht diese Frequenz einem Wert grob in der Mitte des Elektron-Plasma-Frequenzprofils, wo die Flammensteigerung erwünscht ist. Schließlich kann der Verbrennungsvorgang gesteigert werden, wenn Vibrations-Rotations- oder andere Resonanzen der Erdölmoleküle direkt durch die Mikrowellenenergie angeregt werden können, durch Betreiben der Mikrowellenquelle bei den Molekularresonanzen entsprechenden Frequenzen. Die meisten Erdölmoleküle sind nicht polarisiert und zeigen keine Mikrowellen-Resonanzen. Alternativ- oder Ausweichkraftstoffe, wie Methanol, besitzen aber ein ständiges elektrisches Dipolmoment und zeigen viele Resonanzen im Mikrowellenbereich. Darüber hinaus ist Methanol ein wesentlich billigerer Kraftstoff als Benzin (Gasoline)

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und verhält sich in Form eines Benzin-Methanol-Gemisches wie das teurere reine Benzin. Auf diese Weise kann durch Anregen eines Benzin-Methanol-Gemisches mit Mikrowellenenergie der Überschlag des Kraftstoff-Gemisches gesteigert werden und können seine Verbrennungseigenschaften verbessert werden.

Wie bereits ausgeführt, verbessert das Vorhandensein von Mikrowellenenergie am oder nahe der Zündkerzenspitze die Eigenschaften des (Zund-)Funkens. Wenn die Komponente der Mikrowellenenergie an der Zündkerzenspitze als "Nicht-Resonanz-Komponente" und die im Hauptvolumen des Zylinders als "Resonanz-Komponente" bezeichnet wird, so hängt die Resonanz-Komponente vom Kopplungswirkungsgrad der Schleife oder Sonde in das verbrennende Gemisch-Plasma ab.

Der Funken wird erzeugt oder ausgelöst, wenn der Kontakt oder Unterbrecher offen zeigt und eine Spannung in der Größenordnung von 10 kV wird über den Zünd(kerzen)-Spalt gelegt. Dies wird als kapazitive Komponente des Funkens bezeichnet; sie ist sehr kurzzeitig und verantwortlich für den Durchschlag des Gemisches und löst Verbrennung in einem gut verteilten Gemisch mit einem zündfähigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus. Der kapazitiven Komponente folgt eine induktive Komponente, die während etwa 20 der Kurbelwellen-Drehung andauert und die gekennzeichnet ist durch eine verringerte Spannung von etwa 1 kV und durch das Auftreten eines Stroms, durch den der üblicherweise sichtbare Funken entsteht. Diese induktive Komponente enthält den größten Energieanteil des Funkens und ist wichtig bei der Zündung eines feuchten kalten Gemisches oder eines mageren Gemisches.

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Es wird nun angenommen, daß die Nicht-Resonanz-Komponente der Mikrowellenenergie große, inhomogene, zeitlich Variante Feldgradienten an der Zündkerzenspitze erzeugt, die eine Korona-Entladung bewirkt, die durch strahlenartige Ionisation an der Zündkerzenspitze gekennzeichnet ist. Diese Strahlen verringern die Durchschlag-(oder Überschlag-)Spannung, was mit der kapazitiven Komponente des Funkens zusammenhängt, und der sich ergebende Abfall der zum Auslösen der Verbrennung erforderlichen Spitzenspannung erleichtert die Entwicklung und Herstellung von Schaltungsanordnungen, die notwendig sind, um die hohe Sekundärspannung von der Hochfrequenz-Quelle zu isolieren oder zu trennen. Durch geeignete Wahl der Zündspaltgröße und -form, der Betriebsart der Mikrowellen-Quelle und der Frequenz kann darüber hinaus der Energiegehalt und die Energiedichte der induktiven Komponente erhöht werden, was einen wirkungsvolleren und saubereren Betrieb durch verbesserte Verbrennung feuchter kalter Gemische und - was noch wichtiger ist durch verbesserte Verbrennung magerer Gemische ergibt, da der wirkungsvollste Betrieb von Brennkraftmaschinen bekanntlich bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ca. 17 auftritt. Wenn Leistungs-Mikrowellen-Quellen im gemäßigten Leistungsimpuls-Modul verwendet werden (jedoch mit großen Impulsbreiten), können darüber hinaus die Hochleistungs-Hochspannungs-Felder über wenige Grade der Kurbelwellendrehung gehalten werden, im Vergleich zur sehr kurzlebigen Hochspannungs-Kapazitiv-Komponente des Gleichspannungs-Funkens, weshalb die Durchschlag-Felder für eine beträchtlich längere Zeit aufrechterhalten werden können. Dieser Faktor wird noch weiter vervielfacht, da eine wesentlich größere Gesamtfunkenenergie mit der Mikrowel len-Quelle zuführbar ist, z. B. 1 J/Funken, statt von nur 0,1 J/Funken.

In den Fig .1-7 sind mehrere verschiedene Zündkerzenspitzen

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dargestellt, die gemäß der Erfindung sowohl zur Erzeugung des Zündfunkens als auch zum Einführen der Mikrowellenenergie in jede Brennkammer verwendbar sind. Im allgemeinen werden zwei Hauptverfahren zum Einkoppeln von Hochfrequenzenergie in das Plasma im Zylinder verwendet, nämlich Schleifen-Kopplung und Sonden-, Antennen- bzw. Stift-Kopplung. Die Fig. 1-4 zeigen mehrere Schleifen-Kopplungen, während die Fig. 5-7 mehrere Sonden-Kopplungen zeigen. In Fig. 1 ist ein Maschinen-Zylinderkopf 1 dargestellt mit einer üblichen Zündkerzenöffnung mit Gewinde zur Aufnahme des Außengehäuses oder Mantels 2 der Zündkerze. Der Innen- oder Mittelleiter 3 ist vom Mantel 2 durch einen Raum getrennt, der zum Teil mit einem Isolierstoff 4, wie Keramik, gefüllt ist. Der Schleifenteil oder die Schleife 5 ist eine Fortsetzung des Außenleiters oder Mantels 2 und bildet einen Luftspalt zwischen der Spitze 7 des Innenleiters 3 und der Spitze 6 der Schleife 5. Der Spalt zwischen den Spitzen 6 und 7 zeigt die großen elektrischen Feldgradienten, die durch die Gleichspannung und Mikrowellenenergie erzeugt werden, die das Luft-Kraftstoff-Gemisch zünden, und die Schleife 5 koppelt die Mikrowellenenergie in das verbrennende Gemisch-Plasma zur Steigerung der Verbrennung.

Die Fig. 2 und 3 sind ähnlich der Fig. 1 und weisen ähnliche Bauteile auf, nämlich den Gewinde-Mantel 2 a, 2b der Zündkerze, den Innenleiter 3a, 3b, den Isolierstoff 4a, 4b. Es bestehen jedoch Unterschiede in der Form zwischen den Spitzen 6 und 7 gemäß Fig. 1, den Spitzen 7a, 8 gemäß Fig. 2 und den Spitzen 6 a und 7b gemäß Fig. 3. Gemäß Fig. 2 ist die Spitze 8 der Schleife 5a punktförmig oder spitz zulaufend, während gemäß Fig. 3 die Spitze 7b des Innenleiters 3b punktförmig ist. Diese Anordnung ist verwendbar für geringere Zünd-

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Gleichspannungen durch Vorsehen einer größeren Ladungskonzentration an den punktförmigen Spitzen, wodurch eine Korona-Entladung bei niedrigerer Spannung induziert wird.

Die Fig. 4 ist ähnlich den Fig. 1 bis 3 und weist entsprechende Bauteile 2c, 3c, 4c auf, jedoch ist der Zündspalt am unteren Ende der Schleife 5c, da die Anordnung des Zündspalts entlang der Schleife unwesentlich ist. Selbstverständlich kann der Querschnitt des Innen- und des Außenleiters rund sein, wie bei üblichen, erhältlichen Zündkerzen oder auch von jeder beliebigen anderen geeigneten Form.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen Zündkerzen mit Stift- oder Sondenkopplung, bei denen der Innen- oder Mittelleiter 3d, 3e bzw. 3f der Fig. 5, 6 bzw. 7 jeweils von ihrem Außenleiter 2d, 2e bzw. 2f getrennt ist durch einen teilweise mit einem Isolierstoff 4d, 4e bzw. 4f ge- · füllten Raum. Die Fig. 5 bis 7 sind im wesentlichen gleich, jedoch mit der Ausnahme, daß in Fig. 6 die Spitze 12 des Außenleiters 2e punktförmig oder spitz zulaufend ist, während in Fig. 7 die punktförmige Spitze 13 mit dem Mittelleiter 3f einstückig verbunden ist. Der Sondenteil 10, 10 a, 10 b der Zündkerze gemäß den Fig. 5, 6 bzw. 7 koppelt Mikrowellenenergie in das Gemisch-Plasma, während der Funken im Spalt zwischen der Spitze 11, 12 bzw. 11a der Fig. 5, 6 bzw. 7 und dem Mittelleiter 3b, 3e bzw. 3f auftritt. Gemäß den Fig. 2, 3, 6 und 7 wird die Gleichspannungs-Zündung unterstützt durch die Hochfrequenz, die an den punktförmigen Spitzen konzentriert wird; sie kann auch mit Impuls-Mikrowellenenergie verwendet werden, um Hochleistungs-Mikrowellenenergie sowohl zum Zünden des Gemisches als auch zum Aufrechterhalten bestehender Verbrennung und zum Erhöhen der Flammengeschwin-

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digkeit vorzusehen. In allen Fällen wird die beste Form und Größe der Koppelschleife bzw. Koppelsonde bestimmt durch Faktoren wie Frequenz der Mikrowellenenergie, benötigter Einkopplungsgrad der Energie in das Plasma und benötigte Feldstärke an der Zündkerzenspitze (d.h. das Verhältnis der Resonanz- zur Nicht-Resonanz-Komponente der Mikrowellenenergie). Diese Faktoren sind leicht mittels üblicher elektrischer Meßtechnik bestimmbar.

Die Zündkerzen gemäß den Fig. 1 bis 7 können in funkengezündete Brennkraftmaschinen eingebaut werden einschließlich solcher, die weniger üblich sind, wie Rotationsmaschine, "Rotary V-Maschine, CVCC-Maschine und andere. Im Fall der CVCC-Maschine, bzw. des CVCC-Motors, der zwei Zündkerzen pro Zylinder besitzt, ist es vorzuziehen, die Hochfrequenzenergie über die Zündkerze zuzuführen, die der Vorbrennkammer zugeordnet ist, da sie das primär zündbare reichere Gemisch enthält. Im Fall von Dieselmaschinen oder -r-motoren kann die Mikrowellenenergie über eine Glühkerze zugeführt werden, die die Form einer Schleife wie gemäß Fig. 4 aufweist, jedoch ohne den Zündspalt 14. In diesem Fall ist die Zeitsteuerung der Mikrowellen-Quelle mit der Injektions- oder Einspritzzeit des Kraftstoffs in den Zylinder verknüpft.

In Fig. 8 ist ein Hochfrequenz-Leistungs-Oszillator oder -generator 17 dargestellt, der von üblicher Bauart sein kann (z.B. von G & E. Bradley Ltd., Oszillatortypen 420 bis 439; Engelmann Microwave Co., Typen der CC-12,-24-Serie, und andere, die im Zusammenhang verwendbar sind mit z.B. der Festkörper-Hochleistungs-Verstärkerreihe PA oder CA der Mikrowave Power Devices Ine.). Viele billige Mikrowellen-Quellen einschließlich solcher von Festkörper-Bauart in der Grö-

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ßenordnung von 100 Watt Dauerstrich(CW)-Leistung sind im Handel erhältlich und werden entwickelt. Üblicherweise benötigt ein Festkörper-Leistungs-Oszillator eine Betriebs-Gleichspannung von 12 bis 45 V, die durch eine Batterie 15 beim Anlassen oder Einschalten zugeführt wird. Ein Fahrzeug-Stromgenerator 16, der mit der Batterie 15 verbunden und an einen Steuerkasten oder eine Steuereinheit 21 angeschlossen ist, führt die Gleichspannung zu, wenn die Maschine bzw. der Motor läuft. Ein fernbetätigtes oder ferngesteuertes einpoliges Vierfachwechsler(lP4T)-Koaxialrelais-Schaltglied 24 ist über ein Koaxialkabel 18 an den Mikrowellen-Generator gekoppelt (wobei für eine n-Zylindermaschine ein einpoliger n-fachwechsler (IPnT) oder in Kaskade mehrere Schaltglieder verwendet werden). Wenn mehr als eine Hochfrequenz-Quelle verwendet wird, ist die Anzahl der verwendeten jedem Schalter zugeordneten Zuführleitungen verringert. Selbstverständlich werden keine Schaltglieder benötigt, wenn eine Hochfrequenz-Quelle pro Zylinder verwendet wird, wie das weiter unten näher erläutert wird. Weiter ist für Einkammermaschinen, wie die Einzylinder-Drehkolbenmaschine (System Wankel), kein Schaltglied erforderlich. Die Steuereinheit 21 ist mit dem Mikrowellen-Generator 17 verbunden zum Steuern des Zeitablaufs zum Zuführen der Mikrowellenenergie zu den verschiedenen Zylinder. Die Steuereinheit 21 wird anhand Fig. 10 ausführlich erläutert. Ein (Zünd-)Verteiler 25, der anhand Fig. 9 näher erläutert wird, gibt den Zeitablauf vor zum Einführen der elektrischen Gleichspannungsenergie in jeden Zylinder. Koaxialkabel 18 a verbinden elektrisch das fernbetätigte Koaxial-Schaltglied 24 mit Zündkerzen 22.1, 22.2, 22.3 und 22.4, die von einer der in den Fig. 1-7 erläuterten Bauart sein können. Sie werden verwendet, um die Mikrowellenenergie vom Mikrowellen-Generator 17 über das Koaxial-Schaltglied 24 jedem Zylinder zuzuführen.

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Hochgleichspannungs-Koppel- oder Sperrblöcke oder -glieder 20.1 bis 20.4 sind in den Koaxialleitungen bzw. -kabel 18 a zwischen dem Koaxial-Schaltglied 24 und den Zündkerzen 22.1 - 22.4 vorgesehen, um sicherzustellen, daß keine Hochspannung den Mikrowellen-Leistungs-Generator erreichen kann, aber daß die Mikrowellenenergie sich mit geringer Reflexion ausbreiten kann. Der Verteiler 25, der die Hochgleichspannung auf jeden Zylinder verteilt, ist über Koaxialleitungen oder -kabel 18a mit den Zündkerzen 22.1 - 22.4 verbunden. Hochfrequenz-Leistungs-Filter 19.1 - 19.4 sind in den Koaxialkabeln 18a zwischen dem Verteiler 25 und den Zündkerzen 22.1 - 22.4 vorgesehen, um sicherzustellen, daß keine Hochfrequenzleistung den Verteiler 25 und die Umgebung erreichen kann und sind ausgelegt ohne Durchschlag oder Überschlag auszuhalten.

Anhand der Fig. 8 und 9 wird ein vollständiges Arbeitsspiel beim Zünden eines Zylinders (in dessem Fall der mit der dritten Zündkerze 2.3 versehene - nicht dargestellte - Zylinder). Wenn der Verteilerrotor oder -finger 25.1 sich nach rechts dreht, betätigt ein erster Einsteller oder ein erstes Stellglied 25.3 das Schaltglied 26.3 und betreibt sowohl den Leistungs-Oszillator oder Mikrowellen-Generator 17 als auch das Koaxial-Schaltglied 24 durch die (später näher erläuterte) Steuereinheit 21, um Mikrowellenleistung zur Zündkerze 22.3 zuführen, die in einer Öffnung im dritten Zylinder angeordnet ist. Das Tiefpaß-Filter 19.3 verhindert, daß Hochfrequenzenergie zum Verteiler gelangen kann. Nach einer genau vorgegebenen Drehung um θ des Verteilerfingers 25.1 öffnet ein (nicht dargestelltes) Verteilglied. Der Hochgleichspannungs-Anschluß 25.2 der Sekundärwicklung der Zündspule (nicht dargestellt) ist zu einem Anschluß 23.3 so ausgerichtet, daß die

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Hochgleichspannung der Zündkerze 22.3 zugeführt wird. Ein Koppeloder Sperrkondensator bzw. ein Koppel- oder Sperrglied 20.3 schützt den Oszillator oder Generator 17 vor der Hochgleichspannung. Nach einer weiteren Drehung um θ des Verteilerfingers 25.1 schaltet ein zweites Stellglied 25.4 das Schaltglied 26.3 und den Generator 17 ab, und das Zünden der mit dem dritten Zylinder verbundenen Zündkerze 22.3 ist beendet. Die Stellglieder 25.3, 25.4 und die Schaltglieder 26.1 bis 26.4 können von beliebiger Art sein, wie z. B. magnetische Reedschalter, optisch betätigte Schaltglieder usw.

Anhand der Fig. 8, 9 und der Fig. 10 wird eine ausführliche Erläuterung der Steuereinheit 21 sowie deren Betriebs gegeben. Wenn das erste Stellglied 25.3 das Schaltglied 26.3 betätigt (das ein magnetischer Reedschalter mit Arbeitskontakt sein kann), wird eine Spannung proporti onal zu R /(R +R), mit R , R , R = Widerstands werte von

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Widerständen R , R , R , an ein Schaltglied 21.1 angelegt (dasein Thyratron-Schaltglied, ein Kytron, ein steuerbarer Halbleiter (SCR) oder ein anderes Hochleistungs-Hochgeschwindigkeits-Schaltglied sein kann, wie z.B. ein gleichspannungsgesteuertes Festkörperrelais der Firma Hamlin, Typ 700, das 25 A und mehrere kW in 1 ms schalten kann). Wenn das Schaltglied 21.1 schließt, wird Gleich-Leistung dem Leistungs-Generator 17 zugeführt, um ihn zu betätigen. Im wesentlichen gleichzeitig wird eine Spannung proportional zu R /(R +R₀) an den Anschluß 24.3 des Hochgeschwindigkeits-Koaxial-Schaltglieds 24 angelegt und wird sein Ausgang mit dem Eingangs-Koaxial-Anschluß 24.5 verbunden, so daß Mikrowellenleistung durch das Schaltglied 24 zur entsprechenden Zündkerze 22.3 (Fig. 8) geleitet oder übertragen wird. Wenn das Schaltglied 26.3 entregt oder abgeschaltet wird, wird die

Spannung vom Schaltglied 21.1 und vom Koaxial-Schaltglied 24 entfernt.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 10 erfordert die Verwendung ferngesteuerter Koaxial-Schaltglieder, die hochspannungsfest sind. Einfachere Schaltungsanordnungen, die geringere Spannungen benötigen und einfacheren Aufbau erfordern, werden im folgenden betrachtet, können jedoch verschiedene Ausmaße an mechanischen Änderungen der Maschine erfordern.

Das erste Ausführungsbeispiel ist ein besonders entwickelter Verteiler, durch den ein schnelles Hochleistungs-Koaxial-Schaltglied unnötig wird. Die Fig. HA und HB zeigen einen geänderten Verteiler 52, der die Hochfrequenzenergie zu jeder Zündkerze in der gleichen Weise überträgt wie die Hochgleichspannung .

Sowohl die Hochgleichspannung als auch die Mikrowellenleistung werden entlang des Koaxialkabels 52.1 zum besonders entwickelten Finger 53 übertragen, der dem El-Abschnitt einer Übertragungsleitung ähnlich ist. Der Rotor oder Finger 53 ist mit der Rotor- oder Fingerwelle 44 verbunden und dreht sich mit ihr. Die Gleichspannung und die Hochfrequenzleistung werden zur (nicht dargestellten) Zündkerze bzw. Zündkerzenspitze übertragen, die eine von denen anhand der Fig. 1-7 erläuterten sein kann, wenn das Finger-Ende 55 mit einem der Leiter 54.1 - 54.4 ausgerichtet ist. Das Zeitintervall, während dem die Hochfrequenzenergie zur Verfügung gestellt wird (z. B. dem Leiter 54.4 gemäß Fig. HA) wird gesteuert durch Verbinden der Fingerwelle 44 mit dem Finger 53 mittels eines sich exzentrisch drehenden mechanischen Verbinders 53.1, so daß das Finger-Ende 55 für wenige Grade der Fingerdrehung gegenüber dem

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Ende des Koaxialkabels 54.4 ortsfest oder stationär bzw. sich diesem gegenüber relativ langsam bewegend sein kann. Es kann auch ein herkömmliches oder eine Abwandlung eines herkömmlichen handdrehbaren Koaxial-Schaltglieds mit dem Verteiler 25 verwendet werden und konzentrisch mit der Fingerwelle 44 verbunden sein, um die Mikrowellenenergie hintereinander jedem Zylinder gleichzeitig mit dem Gleichspannung sf unk en zuzuführen.

In Fig. 12 ist eine Einrichtung zum Erreichen von Gleichspannungs-Isolation oder -Trennung der Hochfrequenz-Quelle 17 und Hochfrequenz-Isolation oder -Trennung des Verteilers 25 dargestellt. Diese Einrichtung kann für jedes Tiefpaß-Filter 19.1 - 19.4 und jedes Hochgleichspannungs-Sperrglied 20.1 - 20.4 gemäß Fig. 8 verwendet werden, während der Verteiler 52 gemäß Fig. 11 für den Verteiler 25 gemäß Fig. 8 eingesetzt werden kann. Mikrowellenenergie wird über eine Schleife 27 a schleifengekoppelt (oder durch Ersetzen der Schleife 27 a durch eine (nicht dargestellte) Sonde sondengekoppelt) zu einer (nicht dargestellten) Zündkerze und stellt dadurch die Isolation der Mikrowellen-Quelle 17 an der heißen oder spannungsführenden Seite 28.1 der vom Verteiler 52 kommenden Hochgleichspannung sicher. Auf der Verteilerseite der Hochfrequenz-Gleichspannungs-Verbindung ist ein Filter 28.2 vorgesehen, um zu verhindern, daß Hochfrequenzenergie den Verteiler 52 und die Umgebung erreichen kann. Die Einrichtung gemäß Fig. 12, nämlich ein kapazitiv geladener Abschnitt einer Übertragungsleitung (Übertragungsleitung 28.2) wird als Hochfrequenz-Filter verwendet. Ein solcher periodischer Aufbau zeigt eine Bandpaß-Bandsperr-Kennlinie und ist bestimmt zum Betrieb in der Mitte eines Sperrbereichs und daher zum Ausfiltern der Mikrowellenenergie, die zum Verteiler wandert.

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In Fig. 13 ist eine Zündkerze 29 wiedergegeben, die die Hochfrequenz-Filterwirkung und die Gleichspannungs-Drosselung (choke) der vorgenannten Einrichtung mit der Zündkerze kombiniert, die Gleichspannung und Hochfrequenzenergie dem Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder zuführt. Diese Zündkerze 29 enthält ein Hochfrequenz-Filter 29.2 als Teil ihres Aufbaues. Dieses Hochfrequenz-Filter 29.2 kann eines von vielen erhältlichen sein (z. B. das Hochfrequenzfilter 28.2 gemäß Fig. 12) und verhindert, daß Mikrowellenenergie den Verteiler 52 und die Umgebung erreichen kann. Zusätzlich kann durch Einstellen des Abstands zwischen der Koppelschleife 27 b und der Zündkerzenspitze 14 a das Koppeln der Mikrowellenenergie an die Zündkerzenspitze 14 a gesteuert werden. Anstelle der Schleife 27b kann auch, wie bereits erläutert, eine Sondenkopplungs-Anordnung verwendet werden. Wenn eine direkte Verbindung zur "heißen" Seite des Innenleiters 3 g hergestellt wird, muß selbstverständlich ein Gleichspannungs-Sperrkondensator zwischen dem Kabel bzw. der Leitung 29.1 und der (in Fig. 13 nicht gezeigten) Mikrowellen-Quelle 17 angeordnet sein. Innen-Gleichspannungs-Sperr- oder -Koppel-Koaxialverbinder sind im Handel erhältlich, verwenden Kapazitäten in Reihe mit dem Mittelleiter, zeigen niedrigen Welligkeitsfaktor (VSWR) im Mikrowellen-Frequenzbereich, da die Reaktanz umgekehrt proportional der Frequenz ist, und sind bei einer Höchstspannung von etwa 1 kV betreibbar. Durch Verwenden insbesonderer hochdurchschlagsfester Dielektrika (wie z.B. unter der Warenbezeichnung Teflon (PTFE) oder Mica erhältlichen Dielektrika) und durch geringfügige Änderungen des Aufbaues kann der Gleichspannungs-Sperr- oder -Koppel-Koaxialverbinder zum Betrieb bei höherer Spannung ausgeführt werden.

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Die Fig. 14 zeigt eine weitere, davon verschiedene Möglichkeit zum Einführen der Mikrowellenenergie in die Brennkammer, d. h. das Einkoppeln der Hochfrequenzenergie durch eine Öffnung neben der Zündkerzen-Öffnung statt über die Zündkerze selbst. Da durch eine solche Anordnung Hochfrequenzenergie nicht direkt an der Zündkerzenspitze zur Verfügung steht, können vorteilhaft Gleichspannungs-Sperrglieder weggelassen werden. Es ist lediglich, wie bereits erwähnt, sowohl ein Koaxial-Schaltglied notwendig, als auch eine Zeitsteuer-Einrichtung, wie sie beispielsweise in Fig. 11 für Maschinen dargestellt ist, die Verteiler verwenden. Für Dieselmaschinen, die keine Glühkerzen verwenden, ist es wesentlich, die Hochfrequenzenergie in der in Fig. 14 dargestellten Weise einzuführen.

In Fig. 14 sind zwei Gewindeöffnungen oder Bohrungen am Oberende des Zylinderkopfes 1 a einer funkengezündeten Maschine vorgesehen. Die eine Öffnung nimmt eine übliche Zündkerze 100 zur Gleichspannungs-Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches auf. Diese herkömmliche Zündkerze 100 weist übliche Bauteile auf, wie einen Außenmantel 2h, einen Innenleiter 3 h und einen Isolierstoff 4 h. Die andere öffnung nimmt einen Hochfrequenz-Schleifenkopplungs-Stecker 30 auf zum Koppeln der Hochfrequenzenergie in das brennbare bzw. verbrennende Gemisch-Plasma. Der Hochfrequenz-Schleifenkopplungs-Stecker 30 besteht aus einem teilweise mit Gewinde versehenen Außen-Leitmantel oder -leiter 18 d einen Innenleiter 18 ab, der vom Außenleiter 18 d durch einen Isolierstoff 18 abc getrennt ist. Eine Schleife 18x' aus leitendem Werkstoff verbindet den Außenleiter 18 d und den Innenleiter 18 ab und dient zum Einkoppeln der Hochfrequenz-Mikrowellenenergie in das verbrennende Plasma im Zylinder. Selbstverständlich kann auch ein Sondenkoppler anstelle der Schleife 18χ' verwendet werden.

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Eine weitere Vereinfachung kann durch Anwenden der kleinen Abmessungen von Mikrowellen-Festkörper-Einrichtungen erreicht werden, wobei Ausführungsformen verwendbar sind, die die Notwendigkeit von Gleichspannungs-Sperrgliedern (39, Fig. 17) oder Koaxial-Schaltgliedern (24, Fig. 8) vermeiden.

In Fig. 15 ist ein solcher Aufbau wiedergegeben. Ein kleines Metallstück 31 ist am Zylinderkopf 1 b anstelle der Zündkerze befestigt, während die Zündkerze 101 selbst, wie dargestellt, an dem Metallstück 31 angebracht ist. Ein Festkörper-Mikrowellen-Generator 32 ist im Metallstück 31 enthalten und kann an einem Kühlkörper und an Kühlrippen (nicht dargestellt) befestigt sein, um seine Temperatur innerhalb der Nennwerte zu halten. Der Festkörper-Mikrowellen-Generator 32 erhält seine Zeitsteuerung und seine Energie über Zuleitungen 34, die mit dem Verteiler oder einer anderen Zeitsteuer-Einrichtung verbunden sind. Die Mikrowellenenergie wird in einen Hohlraum im Metallstück 31 durch eine Schleife 102 bzw. eine entsprechende Sonde eingekoppelt. Die Zündkerze 101 und der Maschinen-Zylinder sind ebenfalls mit dem Hohlraum 35 verbunden. Ein in Strichlinien dargestellter Kraftstoffeinspritzer 33 kann wahlweise am Metallstück 31 vorgesehen sein. Ein Hochfrequenz-Filter 36 ist oberhalb der Zündkerze 101 vorgesehen, damit keine Hochfrequenzenergie durch die Zündkerze 101 gekoppelt und durch das mit der Zündkerze 101 verbundene (nicht dargestellte) Koaxialkabel übertragen werden kann. Die Ausrichtung der Zündkerze 101 und des Festkörper-Mikrowellen-Generators 32 gegenüber dem Hohlraum 35, die hier in senkrechter bzw. waagerechter Lage angeordnet sind, ist beliebig. Die Anordnung gemäß Fig. 15 ist vorteilhaft kompakt und ordnet die durch die Kombination aus dem

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Festkörper-Mikrowellen-Generator 32 und der Koppeleinrichtung, nämlich der Koppelschleife 102, eingeführte Hochfrequenzenergie nahe der Spitze der Zündkerze 101 an.

Eine andere Einrichtung, die die geringe Größe des Festkörper-Mikrowellen-Generators verwendet, ist in Fig. 16 dargestellt. Diese Einrichtung 37 ist ähnlich der gemäß Fig. 17, weist jedoch keine Gewindeöffnung für die Zündkerze 101 auf, da sie selbst eine besondere Weiterbildung einer Zündkerze ist. Sie stellt die Gleichspannungsfunken-Verbindung an der Seite 38 über den Mittelleiter 3 j her. Es wird wieder ein Hochfrequenz-Filter 36 a benötigt, damit Hochfrequenzenergie nicht zum Verteiler und in die Umgebung wandern kann. Der Festkörper-Mikrowellen-Generator 32 a ist am Oberende der Einrichtung vorgesehen und ist bestimmt zum wirksamen Einkoppeln von Hochfrequenzenergie in die Kerzen- bzw. Stecker-Übertragungsleitung 2j/3j zur Kerzenspitze 14d über Hochfrequenz-Koppelschleifen 105 bzw. 106. Wieder können ein Kühlkörper und Kühlrippen mit dem Festkörper-Mikrowellen-Generator 32a verwendet werden. Die in Fig. 16 dargestellten Koppelschleifen 105 und 106 sind lediglich ein Beispiel der Möglichkeiten zum Einkoppeln der Hochfrequenzenergie in die Koaxial-Übertragungsleitung, die durch den Mittelleiter 3 j und den Leitwänden oder Außenleitern 2 j gebildet ist, wobei auch eine Sondenkopplung verwendet werden kann. Ein Beispiel für eine derartige Einrichtung ist in Fig. 17 dargestellt. Auch hier ist wieder die Ausrichtung bzw. Anordnung des Festkörper-Mikrowellen-Generators 32 a und des Kabels 38 beliebig.

Weiter kann der in Fig. 16 bis zum Ende des Zylinderkopfs 1 c reichende Isolierstoff an jeder beliebigen Stelle entlang der Einrichtung 37 enden, um so einen Lufthohlraum ähnlich dem Hohlraum 35 gemäß

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Fig. 15 zu bilden. Fig. 17 zeigt eine Sondenkopplung zwischen dem Festkörper-Mikrowellen-Generator 32b und dem Mittelleiter 3k. Bei den hohen Mikrowellen-Frequenzen ist die durch den Spalt 39 erzeugte Serien- oder Reihen-Reaktanz gering . Die Hochfrequenzenergie wird dann über die Übertragungsleitung 2k - 3k übertragen und steht an der (nicht dargestellten) Kerzen- bzw. Steckerspitze (wie z. B. 14b, Fig. 16) zur Verfügung. Der Festkörper-Mikrowellen-Generator 32b ist dabei ein Mikrowellen-Leistungs-Oszillator, und über einen Leiter 38d wird die Hochgleichspannung zugeführt.

Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit, die die geringen Abmessungen des Festkörper-Mikrowellen-Generators verwendet, ist in Fig. 18 dargestellt, die wieder eine Zündanlage zur Verwendung bei einer Vierzylindermaschine zeigt. Ein Zylinderbehälter oder -gehäuse 40 ist eine Weiterbildung eines Verteilers und wirkt zusätzlich zu seinen üblichen Funktionen als Quelle und als Steuerung der Mikrowellenenergie. Der Behälter 40 ist in vier Quadraten geteilt, deren jeder einen Festkörper-Mikrowellen-Generator 32c enthält, der, wie dargestellt, mit dem zugehörigen Zündkerzen-Kabel 18b verbunden ist. Der Festkörper-Mikrowellen-Generator 32 c ist als über ein Gleichspannungs-Koppel oder Sperrglied 41 sondengekoppelt dargestellt, es kann jedoch auch eine Schleifenkopplung zum Koaxialkabel 18b vorgesehen werden. Der Verteilerfinger 25.1a wirkt in gleicher Weise wie anhand Fig. 11 erläutert. Das Hochfrequenz-Filter 28.2a ist ähnlich dem anhand Fig. 12 erläuterten. Der Festkörper-Mikrowellen-Generator 32 c erhält seine Zeitsteuer-Information oder -Anweisung über das Schaltglied 26.3a und den Finger 25.1a, die dabei wie in Fig. 9 erläutert wirken. Der Festkörper-Mikrowellen-Generator 32c erhält seine Energie (Leistung) von einer

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Anordnung aus Batterie und (Wechselstrom-)Generator (15, 16 gemäß Fig. 8) über Zuleitungen 34c.

Neben dem Festkörper-Mikrowellen-Generator 32 c kann auch eine Magnetron-Hochfrequenz-Quelle so betrieben werden, daß vorteilhaft ihre Abmessungen und ihre Zylinderform verwendet wird. Wie der Verteiler ist das Magnetron zylindrisch und weist Drehsymmetrie auf und kann sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Verteiler und der Fingerwelle verbunden oder verknüpft werden.

In Fig. 19 ist eine Möglichkeit zum direkten Koppeln des Hochspannungs-Kabels 18c an einen Magnetron-Hohlraum 43.4 eines Magnetrons 43 dargestellt. Das ermöglicht sowohl ein sehr wirkungsvolles Einkoppeln der Mikrowellenenergie in das Kabel 18 als auch das Vermeiden eines sonst notwendigen Gleichspannungs-Sperrglieds zum Schützen der Hochfrequenz-Quelle, die hier das Magnetron 43 ist. Eine solche Koppelanordnung kann immer verwendet werden, wenn ein Magnetron als Mikrowellen-Quelle verwendet wird. Ein Hochfrequenz-Filter 36b ist vorgesehen, damit keine Hochfrequenzenergie den Verteiler und die Umgebung erreichen kann. Das Kabel 18 c führt sowohl die Gleichspannung als auch die Hochfrequenzenergie zu einer (nicht dargestellten) Zündkerze bzw. Zündkerzenspitze, wie z. B. in Fig. bis 7 dargestellt.

Wie ausgeführt, kann die Mikrowellen-Quelle (und die (Zünd-)Spule) ihre Zeitsteuerinformation oder Anweisung von jedem Teil erhalten, das mechanisch und synchron mit der (nicht dargestellten) Kurbelwelle verbunden ist, z.B. die Nockenwelle, der Oberwellen-Ausgleicher usw.

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Eine Möglichkeit, die dieses Prinzip verwendet und einen Verteiler unnötig macht, ist in Fig. 20 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt jeder Zylinder seine eigene, besondere oder Sonder-Spule 56, obwohl durch Einführen von Schaltgliedern für Hochgleichspannung und Hochfrequenz, wie die Schaltglieder 24 gemäß Fig. 8 und 10, die Spulenzahl verringert werden kann. Jede Sekundärwicklung 56.1/56.2 der Spule ist direkt mit seiner (nicht dargestellten) zugehörigen Zündkerze (bzw. Zündkerzen, wenn ein Schaltglied verwendet wird) und der Zündkerzenspitze, wie z. B. gemäß den Fig. 1-7 verbunden, und die Mikrowellen-Quelle 17 a ist an die Spulen-Zündkerzen-Übertragungsleitung 18d angeschlossen. Ein Gleichspannungs-Sperrglied 39 a ist notwendig, wenn das Kabel 18 d nicht direkt an den Mikrowellen-Oszillator oder die Mikrowellen-Quelle 17a über eine Anordnung wie gemäß Fig. 19 angeschlossen ist. Da die Spule selbst eine große induktive Reaktanz X_T bei Mikrowellenfrequenzen besitzt (nämlich im Bereich 56.2, in dem die Außenabschirmung der Übertragungsleitung entfernt ist), kann deshalb auf ein Hochfrequenz-Filter 36c, obwohl es dargestellt ist, verzichtet werden. Sowohl die Spule 56 als auch die Hochfrequenz-Quelle 17a ist mit der (nicht dargestellten) Zeitsteuer-Einrichtung verbunden .

Die Schaltglieder"und die Zeitsteuer-Einrichtungen, die der Hohlfrequenz-Quelle zugeordnet sind, können beseitigt werden, wenn die Hochfrequenz-Quelle an alle Zündkerzen über einen Spannungsteiler angeschlossen ist, und wenn die Zündanlage so ausgebildet ist, daß geringe Leistungsübertragung auf die nicht zündenden Zylinder erfolgt. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Hochfrequenz-Quelle kontinuierlich betrieben wird, und daß die Betriebsfrequenz, der Leistungs-

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pegel und die Kopplungsart so gewählt wird, daß die Hochfrequenz-Quelle eine nahezu vollkommen reaktive Last außer an dem Zylinder "sieht", der durch den Gleichspannungsfunken gezündet wurde. Dieser Zylinder bildet eine große ohm sehe Last, da er das verbrennende Gemisch-Plasma enthält, und Hochfrequenz-Leistung (-Energie) wird eingekoppelt zum Vergrößern und Beschleunigen der Verbrennung. Eine derartige Anordnung ist insbesondere zweckmäßig bei Maschinen mit vielen Zylindern, z. B. V 8- oder V 12-Maschinen oder für andere Mehrzündkerzen-Maschinen wie die "Rotary V-Maschine.

Schließlich sei noch bemerkt, daß Mikrowellen-Quellen mit Wellenleiter-Ausgängen an eine Koaxialleitung angeschlossen oder gekoppelt werden müssen, weshalb Wellenleiter-Koaxial-Zwischenstücke oder Adapter benötigt werden, und daß derartige Zwischenstücke automatisch die notwendige Gleichspannungs-Trennung der Mikrowellen-Quelle hervorrufen.

Claims

2 b 3 5 9 6 O Patentansprüche

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Brennkammer, mit einer Mischeinrichtung für ein brennbares Gemisch in der Brennkammer, und mit einer Zündeinrichtung zum Zünden des Gemisches,

gekennzeichnet durch

st eine Energiequelle (17, 17a, 32, 32a - C, 43) elektromagnetischer Energie einer Betriebsfrequenz f in der Größenordnung der Plasmafrequenz f einer Teilchenart s geladener Teilchen im Gemisch, wobei gilt:

f
ps

mit η = Dichte der Teilchenart s im Gemisch,

m = Masse der Seilchenart s im Gemisch,

e = Elektronen- oder Elementar ladung,

C = Dielektrizitätskonstante des Vakuums, und ο

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenart s aus Elektronen besteht.

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3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Leiten der Energie in die Brennkammer auch vor der Verbrennung.

4. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle der Brennkammer im wesentlichen ununterbrochen zugeführte Dauerstrich(CW)-Energie erzeugt.

5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Zündeinrichtung in einer Maschine angeordnet ist,

daß die Zündeinrichtung eine Quelle von im wesentlichen Gleichspannung enthält, die mit einer Zündkerze (22.1 - 4, 29, 100, 101) verbunden ist, die ein Leiter-Paar (2a - k, 18d; 30 a - k, 18 ab) aufweist, und

daß die Leitereinrichtung zum Koppeln der Energie in die Zündkerzen-Leiter ausgebildet ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzen-Leiter in die Brennkammer vorspringen und die vorspringenden Teile eine im wesentlichen glatt gekrümmte Schleife (5 a - c? 27 a - b, 102, 105, 106) mit einem Spalt (14) bilden.

7. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zündkerzen-Leiter im wesentlichen koaxial einen Innenleiter und einen Außenleiter aufweisen,

6 U H ο Ο Π / ι\ύ 0 9

2b359R0

daß der Außenleiter in einem nach Innen weisenden Ring-Rand endet, der im wesentlichen einer Wand der Brennkammer benachbart ist,

daß der Innenleiter über den Ring-Rand vorspringt, wodurch der Spalt zwischen dem Ring-Rand und dem Innenleiter einen Zündspalt für die Gleichspannung bildet, und

daß der vorspringende Teil des Innenleiters eine Antenne oder Sonde (10, 10 a, 106) zum Einkoppeln der Hochfrequenzenergie in das verbrennende Gemisch bildet (Fig. 5-7).

8. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Betriebsfrequenz f ein gewichteter Mittelwert der Plasmafrequenz f der Teilchen s in der Anfangs-Flammenfront des brennbaren Gemisches und der Plasmafrequenz f der Teilchenart

ps

s in der voll ausgebildeten Flammenfront des brennbaren Gemisches ist.

9. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Betriebsfrequenz f ein gewichteter Mittelwert der Plasmafrequenz f der Elektronen in der Flammenfront des brenn-

ps

baren Gemisches und der Elektronen-Neutralteilchen-Kollisonsfrequenz in der Flammenfront des brennbaren Gemisches ist.

10. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Zündeinrichtung (lOl) zum Zünden des Gemisches einen Zündspalt bildet, an den im wesentlichen Gleichspannung zum Zünden des

6Ü98Ü9/Ü4Ö9

Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer anlegbar ist, und

daß die Leitereinrichtung eine Koppeleinrichtung (102) enthält zum Koppeln der Energie bei der Betriebsfrequenz f in das verbrennende Luft-Kraftstoff-Gemisch-Plasma.

11. Zündanlage nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Vorzündkammer (Hohlraum 35), in die der Zündspalt und die Koppeleinrichtung vorspringen und die mit der Brennkammer verbunden ist.

12» Zündanlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Kraftstoffeinspritzer (33) für die Vorzündkammer (35) (Fig. 15).

13. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit η Brennkammern, mit η = ganzzahlig >0 zur Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches

die Zündeinrichtung aufweist:

je eine Zündkerze für jede Brennkammer zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches in jeder Brennkammer, und

eine Quelle von im wesentlichen Gleichspannung; und

die Energiequelle und die Leitereinrichtung zum Erzeugen und Leiten von Energie bei der Betriebsfrequenz f aufweisen:

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einen Hochfrequenz-Generator zum Erzeugen elektromagnetischer Energie einer Frequenz zwischen ca. 10 Hz und ca. 10 Hz,

ein Hochfrequenz-Koppelglied, das mit dem Hochfrequenz-Generator elektrisch verbunden ist, zum Einkoppeln der Hochfrequenzenergie in das verbrennende Luft-Kraftstoff-Gemisch-Plasma in jeder Brennkammer , und

einen Verteiler (25, 52), der mit der Gleichspannungs-Quelle, dem Hochfrequenz-Generator, den Zündkerzen und dem Hochfrequenz-Koppelglied verbunden ist zum gesteuerten Verteilen der Gleichspannung und der Hochfrequenzenergie auf die Zündkerzen bzw. die Hochfrequenz-Koppelglieder in bestimmter zeitlicher Reihenfolge.

14. Zündanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler enthält;

einen Gleichspannungsverteiler mit η elektrischen Zusatz-Leitern zur aufeinanderfolgenden Verbindung mit dem Verteilerfinger (25.1, 25.1 a. 53),

eine angeschlossene Steuereinheit (21) zur Aufnahme von Zeitsteuei signalen als Eingangssignale von jedem der Zusatz-Leiter, und

ein Verteilglied zum Verteilen der Hochfrequenzenergie auf den zugehörigen Abschnitt des Hochfrequenz-Koppelglieds zu deren Übertragung auf die zugehörige Brennkammer abhängig von den von den Zusatz-Leitern zugeführten Eingangssignalen (Fig. 9, 10).

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15. Zündanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler enthält:

eine Koaxial-Übertragungsleitung (55) mit El-Abschnitt, die ein Einlaß- und ein Auslaßende aufweist, und die drehbar ist um die Achse des El-Abschnitts mit dem Einlaßende, und mit Anschluß zum einerseits Empfang sowohl der Gleichspannung als auch der Hochfrequenzenergie von entlang der Drehachse vorgesehenen Verbindungen (52.1) und zum andererseits aufeinanderfolgenden Verteilen der Gleichspannung und der Hochfrequenzenergie entlang des Drehwegs des Auslaßendes auf die Leitereinrichtung (54.1 - 4), und

einen Drehantrieb (44) zum Drehen des El-Abschnitts zeitabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine (Fig. HA, 11 B).

16. Zündanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb zum Drehen des El-Abschnitts ein Glied (53.1) für langsames Drehen des El-Abschnitts enthält, so daß das Auslaßende im wesentlichen neben einer entlang des Drehwegs des Auslaßendes angeordneten Leitereinrichtung (54.1 - 4) ist, um die Übertragung der Gleichspannung und der Hochfrequenzenergie von dem El-Abschnitt zur Leitereinrichtung (54.1 - 4) zu steigern.

17. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge- :eic
beträgt.

6 I"¹

kennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz f ca. 10 Hz bis ca. 10 ~ W?

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