EP4160001A1

EP4160001A1 - Microwave pre-chamber ignition for a combustion engine

Info

Publication number: EP4160001A1
Application number: EP21199939.6A
Authority: EP
Inventors: Raphael Kramer; Heiko Lenz; Jörg Müller; Volker Gallatz; Armin Gallatz
Original assignee: Mwi Micro Wave Ignition AG
Current assignee: Mwi Micro Wave Ignition AG
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-04-05
Also published as: WO2023052082A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenzündvorrichtung (1) zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors und einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Brennkammer.The invention relates to a microwave ignition device (1) for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a method for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine and an internal combustion engine having at least one combustion chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenzündvorrichtung zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors und einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Brennkammer.The invention relates to a microwave ignition device for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a method for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine and an internal combustion engine having at least one combustion chamber.

Zündvorrichtungen und Zündverfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids oder Fluidgemischs in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors, die eine Vorkammer vorsehen, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich in diversen Ausgestaltungsvarianten bekannt. Eine Vorkammer ist dabei im Prinzip eine an eine eigentliche Brennkammer eines Verbrennungsmotors angrenzende, von der eigentlichen Brennkammer abgetrennte, kleine Brennkammer. Das von einer Vorkammer berandete Volumen, das Innere der Vorkammer bzw. der innere Hohlraum der Vorkammer, ist insbesondere zur Aufnahme eines zündfähigen Fluids vorgesehen und ausgebildet und typischerweise deutlich kleiner als das Volumen der eigentlichen Brennkammer. Zwischen einer Vorkammer und der eigentlichen Brennkammer besteht etwa in Form wenigstens einer Bohrung oder eines Kanals durch die äußere Wandung der Vorkammer in das Innere der Vorkammer eine Verbindung zum Austausch von Fluid mit der Brennkammer, insbesondere so, dass zündfähiges Fluid aus der Brennkammer in die Vorkammer gelangen kann. Bei passiven Zündvorrichtungen gelangt so ein kleiner Teil von bereits in einer Brennkammer befindliches zündfähiges Fluid im Zuge eines Kompressionsvorgangs in der Brennkammer durch die zumindest eine Bohrung, getrieben durch die Erhöhung des Drucks in der Brennkammer durch die zumindest eine Bohrung aus der Brennkammer in die Vorkammer. Bei alternativen aktiven Ausführungen von Zündvorrichtungen und entsprechenden Zündverfahren ist vorgesehen, dass (zusätzlich) zündfähiges Fluid direkt in die Vorkammer eingebracht bzw. in der Vorkammer vorgesehen wird. Die zumindest eine Bohrung dient des Weiteren dem Austritt von heißen flüchtigen Verbrennungsprodukten aus dem Inneren der Vorkammer in die Brennkammer nach der Zündung von zündfähigem Fluid in der Vorkammer.Ignition devices and ignition methods for igniting an ignitable fluid or fluid mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine, which provide an antechamber, are basically known from the prior art in various design variants. In principle, a prechamber is a small combustion chamber that adjoins an actual combustion chamber of an internal combustion engine and is separated from the actual combustion chamber. The volume bounded by an antechamber, the interior of the antechamber or the inner cavity of the antechamber, is provided and designed in particular to accommodate an ignitable fluid and is typically significantly smaller than the volume of the actual combustion chamber. Between an antechamber and the actual combustion chamber there is a connection in the form of at least one bore or channel through the outer wall of the antechamber into the interior of the antechamber for the exchange of fluid with the combustion chamber, in particular such that ignitable fluid from the combustion chamber into the antechamber. In the case of passive ignition devices, a small part of the ignitable fluid already in a combustion chamber passes through the at least one bore in the course of a compression process in the combustion chamber, driven by the increase in pressure in the combustion chamber through the at least one bore from the combustion chamber into the antechamber. In alternative active designs of ignition devices and corresponding ignition methods, provision is made for (additionally) ignitable fluid to be introduced directly into the antechamber or provided in the antechamber. The at least one hole is also used for hot, volatile combustion products to escape from the interior of the antechamber into the combustion chamber after ignition of ignitable fluid in the antechamber.

Bei Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors umfassend ein Zündsystem mit einer Vorkammer wird zunächst ein zündfähiges Fluid in dem inneren Hohlraum der Vorkammer gezündet. Die Zündung erfolgt dabei typischerweise mit einer konventionellen Zündkerze, wie sie auch bei der direkten Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Die Zündung und anschließende Verbrennung eines Fluids in dem inneren Hohlraum der Vorkammer führt zu der Ausbreitung von Fackelstrahlen, Flammenstrahlen, "Jets' oder dergleichen heißer flüchtiger Verbrennungsprodukte durch die wenigstens eine Bohrung aus dem inneren Hohlraum der Vorkammer in die Brennkammer hinein. Dadurch wird dann in der Brennkammer befindliches zündfähiges Fluid ebenfalls entzündet. Die Zündung des zündfähigen Fluids in der Brennkammer erfolgt, insbesondere bei Ausbreitung mehrere Fackelstrahlen (beim Vorliegen von mehreren Bohrungen in der Vorkammerwandung zu diesem Zweck) aus dem inneren Hohlraum der Vorkammer in die Brennkammer in verschiedene räumliche Bereiche des Inneren der Brennkammer im Gegensatz zur Zündung mittels Zündfunke einer konventionellen Zündkerze oder dergleichen nicht nur an dem Ort des Zündfunkens, sondern räumlich verteilt an vielen Stellen in der Brennkammer quasi simultan.When an ignitable fluid is ignited in a combustion chamber of an internal combustion engine comprising an ignition system with an antechamber, an ignitable fluid is first ignited in the inner cavity of the antechamber. In this case, the ignition typically takes place with a conventional spark plug, as is also used for the direct ignition of an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine. The ignition and subsequent combustion of a fluid in the inner cavity of the antechamber results in the propagation of flare jets, jets of flame, "jets" or the like of hot volatile combustion products through the at least one bore from the inner cavity of the antechamber into the combustion chamber. This then causes in The ignitable fluid in the combustion chamber is also ignited. The ignition of the ignitable fluid in the combustion chamber takes place, in particular when several flare jets spread (if there are several holes in the pre-chamber wall for this purpose) from the inner cavity of the pre-chamber into the combustion chamber in different spatial areas of the Inside the combustion chamber, in contrast to ignition by means of an ignition spark from a conventional spark plug or the like, not only at the location of the ignition spark, but spatially distributed at many points in the combustion chamber, quasi simultaneously.

Die Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors mittels einer Vorkammer kann insbesondere das Zündverhalten und den Verbrennungsablauf (u. a. Entflammung, Ausbreitung der Flammfront) von mageren Luft-Treibstoff-Gemischen als entsprechender zündfähiger Fluide bzw. Fluidgemische deutlich verbessern. Der Luftüberschuss magerer Luft-Treibstoff-Gemische führt zu ungünstigen Zündbedingungen und damit zu unzureichender Entflammung des Luft-Treibstoff-Gemisches bei herkömmlicher Zündung mit einem lokalen Zündfunken. Aus der abnehmenden Flammengeschwindigkeit resultiert eine längere Brenndauer und infolgedessen unzureichender Durchbrand, d. h., die Verbrennung ist gegebenenfalls unvollständig bzw. kommt vorzeitig zum Erliegen. Durch die Zündung magerer Luft-Treibstoff-Gemische mittels eines Zündsystems umfassend eine Vorkammer kann das Zünd- und Entflammverhalten derartiger magerer zündfähiger Fluide deutlich verbessert werden, wodurch der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Zündsystem unter Verbrennung magerer Fluide verbessert und der Schadstoffausstoß, insbesondere auch CO-Emissionen, verringert werden.The ignition of an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine by means of a pre-chamber can in particular the ignition behavior and the Significantly improve the combustion process (including ignition, propagation of the flame front) of lean air-fuel mixtures as corresponding ignitable fluids or fluid mixtures. The excess air of lean air-fuel mixtures leads to unfavorable ignition conditions and thus to insufficient ignition of the air-fuel mixture with conventional ignition with a local ignition spark. The decreasing flame speed results in longer burning times and consequently insufficient burn-through, ie combustion may be incomplete or come to a premature standstill. By igniting lean air-fuel mixtures by means of an ignition system comprising a prechamber, the ignition and ignition behavior of such lean ignitable fluids can be significantly improved, which improves the efficiency of an internal combustion engine with such an ignition system that burns lean fluids and reduces pollutant emissions, in particular CO -Emissions to be reduced.

Aus dem Stand der Technik bekannten Zündvorrichtungen und Zündverfahren zur Zündung eines Fluids oder Fluidgemischs in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors, die passive und oder aktive Vorkammerzündvorrichtungen vorsehen, umfassen konventionelle Zündkerzen zum Zünden des zündfähigen Fluids im Inneren der Vorkammer. Dabei wird die Zündung typischerweise durch einen Zündfunken im Bereich des Vorkammerbodens hervorgerufen. Dabei bezeichnet der Vorkammerboden dasjenige Ende des Inneren bzw. inneren Hohlraums einer Vorkammer, welches dem anderen Ende, in dessen Umgebung die wenigstens eine Bohrung zum Austausch von Fluid mit und zum Übertritt von heißen flüchtigen Verbrennungsprodukten aus dem inneren Hohlraum der Vorkammer in eine zugeordnete Brennkammer vorgesehen ist, gegenüber liegt. Die Zündung erfolgt also an einer Stelle im Inneren der Vorkammer, die von der wenigstens einen Bohrung im Vergleich zu den allermeisten anderen Stellen im Inneren weiter entfernt ist. Besonders bei niedrigen Lastpunkten oder bei Leerlaufdrehzahl versagt diese Art der Zündung häufig, denn im Vorkammerboden sammeln sich Verbrennungsprodukte (Restgas oder dergleichen) an, was einer sicheren Zündung entgegenwirkt. Abhilfe könnte etwa eine Spülung der Vorkammer zur Entfernung der Verbrennungsprodukte aus der Vorkammer schaffen, allerdings würde eine solche Lösung die Komplexität einer Vorkammerzündvorrichtung wie auch eines entsprechenden Vorkammerzündverfahrens für einen Verbrennungsmotor erheblich erhöhen. Ein weiterer Nachteil bei den aus dem Stand der Technik bekannten Zündvorrichtungen und Zündverfahren, die Vorkammern vorsehen, ist die kurze Standzeit der Zündkerzen in den Vorkammern. Die Zündkerzen werden nur ungenügend gekühlt und sind deshalb regelmäßig und auch über längere Zeiträume hohen Temperaturen ausgesetzt. Die hohen Temperaturen reduzieren die Lebensdauer und sorgen für eine kurze Standzeit der bekannten Zündvorrichtungen.Ignition devices and ignition methods known from the prior art for igniting a fluid or fluid mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine, which provide passive and/or active prechamber ignition devices, include conventional spark plugs for igniting the ignitable fluid inside the prechamber. The ignition is typically caused by an ignition spark in the area of the antechamber floor. The antechamber floor designates that end of the interior or inner cavity of an antechamber which is provided at the other end, in its vicinity, at least one borehole for exchanging fluid with and for transferring hot volatile combustion products from the inner cavity of the antechamber into an associated combustion chamber is opposite. The ignition therefore takes place at a point in the interior of the antechamber which is further away from the at least one bore than most other points in the interior. This type of ignition often fails, especially at low load points or at idle speed, because combustion products (residual gas or the like) accumulate in the pre-chamber floor, which counteracts reliable ignition. A remedy could be flushing the antechamber to remove the combustion products create from the prechamber, however, such a solution would significantly increase the complexity of a prechamber ignition device as well as a corresponding prechamber ignition method for an internal combustion engine. Another disadvantage of the ignition devices and ignition methods known from the prior art, which provide prechambers, is the short service life of the spark plugs in the prechambers. The spark plugs are only insufficiently cooled and are therefore exposed to high temperatures regularly and over long periods of time. The high temperatures reduce the service life and ensure that the known ignition devices have a short service life.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung und ein Zündverfahren für einen Verbrennungsmotor vorzuschlagen, welche(s) eine gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen eine deutlich erhöhte Zuverlässigkeit und Standfestigkeit aufweist und für alle möglichen Betriebszustände eines Verbrennungsmotors eine sichere und zuverlässige Zündung des zum Betrieb des Verbrennungsmotors vorgesehenen zündfähigen Fluids ermöglicht.The invention is therefore based on the object of proposing an ignition device and an ignition method for an internal combustion engine which has a significantly increased reliability and durability compared to the solutions known from the prior art and which is safe and reliable for all possible operating states of an internal combustion engine Allows ignition of the ignitable fluid provided for the operation of the internal combustion engine.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Mikrowellenzündvorrichtung zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 6 und einem Verfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.The object is achieved according to the invention by a microwave ignition device for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine according to claim 1, an internal combustion engine according to claim 6 and a method for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine according to claim 7. Further advantageous configurations of the invention can be found in the respective dependent claims.

Demnach umfasst eine erfindungsgemäße Mikrowellenzündvorrichtung wenigstens einen Hohlkörper mit einer Vorzugslängsachse und zwei entlang der Vorzugslängsachse beabstandet gegenüberliegende Enden, wobei der Hohlkörper zumindest einen Hohlraum umfasst,

wobei der Hohlraum zumindest teilweise als eine Vorkammer zur Aufnahme eines zündfähigen Fluids in einem Inneren der Vorkammer ausgebildet ist,
wobei die Vorkammer sich unmittelbar an das erste Ende des Hohlkörpers anschließt und eine die Vorkammer/den Hohlraum berandende äußere Wandung des Hohlkörpers in einer Umgebung des ersten Endes wenigstens eine sich vollständig von einer Innenseite zu einer Außenseite durch die Wandung erstreckende Bohrung aufweist, die einen Austausch von Fluid zwischen der Vorkammer und einem Außenraum ermöglicht und zusätzlich zum Austritt von heißen flüchtigen Verbrennungsprodukten aus der Vorkammer in einen Außenraum ausgebildet ist,
wobei der Hohlraum zumindest teilweise als Hohlraumresonator für Mikrowellenstrahlung ausgebildet ist, in den vom zweiten Ende des Hohlkörpers her von extern Mikrowellenstrahlung einkoppelbar ist und der Hohlraumresonator wenigstens teilweise mit der Vorkammer zusammenfällt,
und wobei in einer Umgebung des ersten Endes innenseitig umlaufend um eine äußere Wandung des Hohlraumresonators/des Hohlraums wenigstens zwei Mittel zu lokalen Feldüberhöhung angeordnet oder ausgebildet sind.

Accordingly, a microwave ignition device according to the invention comprises at least one hollow body with a preferred longitudinal axis and two opposite ends spaced apart along the preferred longitudinal axis, the hollow body comprising at least one cavity,

wherein the cavity is at least partially designed as an antechamber for receiving an ignitable fluid in an interior of the antechamber,
wherein the antechamber is directly connected to the first end of the hollow body and an outer wall of the antechamber/cavity bordering the Hollow body in a vicinity of the first end has at least one hole extending completely from an inside to an outside through the wall, which allows an exchange of fluid between the antechamber and an exterior space and in addition to the escape of hot volatile combustion products from the antechamber into an exterior space is trained,
wherein the cavity is at least partially designed as a cavity resonator for microwave radiation, into which external microwave radiation can be coupled from the second end of the hollow body and the cavity resonator at least partially coincides with the antechamber,
and wherein at least two means for local field enhancement are arranged or formed in a vicinity of the first end, running around an outer wall of the cavity resonator/cavity on the inside.

Der Hohlkörper kann dabei ein- oder mehrteilig bzw. segmentiert - wenn die einzelnen Teile bzw. Segmente, aus denen der Hohlkörper ausgebildet wird, alle entlang der Vorzugslängsachse sukzessive aneinander anschließen - ausgebildet werden. Die Vorzugslängsachse, entlang derer sich der Hohlkörper zwischen seinen beiden längsseitigen Enden entlang erstreckt, kann eine Symmetrieachse für einzelne Segmente, d. h., für einzelne Teilabschnitte des Hohlkörpers entlang der Vorzugslängsachse, oder auch für den ganzen Hohlkörper sein, was jedoch keinesfalls zwingend ist. Eine Symmetrie bezüglich der Vorzugslängsachse kann sich zudem auch lediglich auf einzelne Aspekte der Ausbildung des Hohlkörpers beschränken, so kann die äußere Gestaltung (etwa der äußere umlaufende Mantel oder dergleichen) des Hohlkörpers in einem Segment etwa symmetrisch ausgebildet sein, der in diesem Segment im Inneren des Hohlkörpers angeordnete Hohlraum oder Teilhohlraum kann von der Symmetrie der äußeren Gestaltung in diesem Segment jedoch abweichen oder umgekehrt. Beispielsweise kann die äußere Gestaltung eines Segments des Hohlkörpers zylinderförmig bzw. rotationssymmetrisch sein, der innere Hohlraum oder Teilhohlraum in diesem Segment jedoch länglich-quaderförmig, wobei zusätzlich eine Vorzugslängsachse des Hohlraums oder Teilhohlraums (sofern eine solche definierbar ist) nicht mit der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers zusammenfallen muss. Die Vorzugslängsachse des Hohlraums oder Teilhohlraums kann etwa beabstandet parallel zu der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers verlaufen oder auch mit dieser einen Winkel einschließen.The hollow body can be formed in one or more parts or in segments--if the individual parts or segments from which the hollow body is formed all successively adjoin one another along the preferred longitudinal axis. The preferred longitudinal axis along which the hollow body extends between its two longitudinal ends can be an axis of symmetry for individual segments, i.e. for individual sections of the hollow body along the preferred longitudinal axis, or also for the entire hollow body, but this is by no means mandatory. Symmetry with respect to the preferred longitudinal axis can also be limited to just individual aspects of the design of the hollow body, so the outer design (e.g. the outer circumferential jacket or the like) of the hollow body can be designed approximately symmetrically in a segment that is in this segment inside the Hollow body arranged cavity or partial cavity can deviate from the symmetry of the outer design in this segment or vice versa. For example, the outer design of a segment of the hollow body can be cylindrical or rotationally symmetrical, but the inner cavity or partial cavity in this segment has an elongated cuboid shape, with a preferred longitudinal axis of the cavity or partial cavity (if one can be defined) not coinciding with the preferred longitudinal axis of the hollow body must. The preferred longitudinal axis of the cavity or partial cavity can run parallel to the preferred longitudinal axis of the hollow body at a distance or also enclose an angle with it.

Bereits aus der Bezeichnung als Hohlkörper ist unmittelbar evident, dass besagter Hohlkörper wenigstens einen inneren Hohlraum aufweist. Der Hohlkörper kann auch mehrere Hohlräume aufweisen. Wenn bei Vorliegen mehrerer Hohlräume im Inneren des Hohlkörpers einige der Hohlräume oder alle Hohlräume, gegebenenfalls mittelbar über wenigstens einen weiteren der Hohlräume, miteinander in Verbindung stehen, kann es zweckmäßig sein, dies als einen zusammenhängenden Hohlraum mit verschieden Teilhohlräumen oder Hohlraumsegmenten (wenn die betreffenden Hohlräume entlang der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers sukzessive anschließen) anzusehen. Neben einem oder mehreren Hohlräumen, Teilhohlräumen oder Hohlraumsegmenten weist der Hohlkörper einen Mantel oder dergleichen als eine äußere Berandung des Hohlkörpers gegenüber einem Außenraum, anderen (Hohl-)Räumen, andern Körpern, Gegenständen, Vorrichtungen, Apparaturen usw. auf. Wenn der Hohlkörper aus mehreren Teilen und/oder Segmenten gebildet wird, dann ist der Mantel wenigstens entsprechend geteilt und/oder segmentiert.From the designation as a hollow body, it is immediately evident that said hollow body has at least one inner cavity. The hollow body can also have several cavities. If, when there are several cavities inside the hollow body, some of the cavities or all of the cavities are connected to one another, possibly indirectly via at least one other of the cavities, it can be expedient to design this as a coherent cavity with different partial cavities or cavity segments (if the cavities in question successively connect along the preferred longitudinal axis of the hollow body). In addition to one or more cavities, partial cavities or cavity segments, the hollow body has a jacket or the like as an outer boundary of the hollow body in relation to an exterior, other (cavity) spaces, other bodies, objects, devices, apparatuses, etc. If the hollow body is formed from a number of parts and/or segments, then the casing is divided and/or segmented at least accordingly.

Der Hohlkörper ist vorzugsweise aus einem wenigstens hitze- und druckbeständigen sowie gut elektrisch leitfähigem, günstigerweise metallischen, Werkstoff ausgebildet. Bei einer mehrteiligen Ausführung des Hohlkörpers können verschiedene Teile und/oder Segmente des Hohlkörpers aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet sein. Innere Wände, innenseitige Mantelflächen oder dergleichen als unmittelbare Berandung des Hohlraums, der Hohlräume und/oder der Teilhohlräume des Hohlkörpers können zumindest teilweise mit die elektrische Leitfähigkeit (noch weiter) verbessernden Beschichtungen versehen sein.The hollow body is preferably made of a material that is at least heat and pressure resistant and has good electrical conductivity, advantageously a metallic material. In a multi-part design of the hollow body, different parts and/or segments of the hollow body can be made of different materials. Inner walls, inner lateral surfaces or the like as the immediate boundary of the cavity, the cavities and/or the partial cavities of the hollow body can be at least partially provided with coatings that (even further) improve the electrical conductivity.

An dem ersten Ende des Hohlkörpers und zugleich dem ersten Ende der Vorkammer des Hohlkörpers ist dieser, also das Innere der Vorkammer, vorzugsweise derart ausgebildet, dass aus einer Brennkammer durch die zumindest eine Bohrung bei einem Kompressionsvorgang die Brennkammer betreffend möglichst strömungsgünstig Fluid aus der Brennkammer in die Vorkammer gelangen kann. Zugleich ist die Vorkammer an dem ersten Ende besonders bevorzugt auch derart ausgebildet, heiße flüchtige Verbrennungsprodukte beim Übergang aus der Vorkammer durch die zumindest eine Bohrung heraus noch weiter beschleunigt werden), um eine möglichst weite Ausbreitung der heiße flüchtigen Verbrennungsprodukte in Form von Fackelstrahlen, (Flammen-)'Jets' oder dergleichen erreichen. Sofern mehrere Bohrungen in der die Vorkammer am ersten Ende berandenden Wandung des Hohlkörpers vorgesehen sind, so sind diese vorzugsweise derart angeordnet und ausgerichtet, dass sich durch jede der Bohrungen heiße flüchtige Verbrennungsprodukte in Form von Fackelstrahlen in voneinander verschiedene räumliche Bereiche einer Brennkammer ausbreiten können, um in der Brennkammer befindliches zündfähiges Fluid mittels der Fackelstrahlen an möglichst vielen Stellen im Inneren der Brennkammern quasi simultan zünden zu können.At the first end of the hollow body and at the same time the first end of the antechamber of the hollow body, this, i.e. the interior of the antechamber, is preferably designed in such a way that fluid from the combustion chamber can flow out of a combustion chamber through the at least one bore hole in a compression process in the most streamlined manner possible can reach the antechamber. Simultaneously the antechamber at the first end is particularly preferably also designed in such a way that hot, volatile combustion products are accelerated even further during the transition from the antechamber through the at least one bore) in order to spread the hot, volatile combustion products as far as possible in the form of flare jets (flame ) reach 'Jets' or the like. If several bores are provided in the wall of the hollow body bordering the antechamber at the first end, these are preferably arranged and aligned in such a way that hot, volatile combustion products can spread through each of the bores in the form of flare jets into different spatial areas of a combustion chamber in order to to be able to ignite the ignitable fluid in the combustion chamber quasi-simultaneously by means of the torch jets at as many points as possible inside the combustion chamber.

Die Vorkammer ist dabei zumindest teilweise als Hohlraumresonator für Mikrowellenstrahlung ausgebildet. Das wesentliche Kennzeichen der Vorkammer ist, dass diese zur Aufnahme von zündfähigem Fluid, welches in der Vorkammer auch gezündet wird bzw. werden kann und zumindest teilweise innerhalb der Vorkammer verbrennt, vorgesehen und ausgebildet ist. Das wesentliche Kennzeichen des Hohlraumresonators ist hingegen, dass in den Hohlraumresonator Mikrowellenstrahlung einkoppelbar ist und bei Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in dem Hohlraumresonator sich eine stehende elektromagnetische Welle in dem Hohlraumresonator ausbildet. Die wesentlichen Kennzeichen von Vorkammer und Hohlraumresonator sowie die daraus resultierende Ausbildung von Vorkammer und Hohlraumresonator sind zumindest teilweise (bereichsweise, segmentweise) oder auch vollständig miteinander kombinierbar. Die Vorkammer kann den Hohlraumresonator also etwa vollständig einschließen bzw. beinhalten und sich damit beispielsweise insbesondere entlang der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers in axialer Richtung beidseitig über den Hohlraumresonator hinaus erstrecken. Der Hohlraumresonator kann etwa auch mit der Vorkammer zusammenfallen, sodass Vorkammer und Hohlraumresonator nicht eindeutig voneinander zu unterscheiden sind, d. h., das Innere (also der jeweilige innere Hohlraum) von Vorkammer und Hohlraumresonator grundsätzlich das gleiche Raumvolumenelement im Hohlkörper einnehmen. Ebenso kann der Hohlraumresonator sich insbesondere entlang der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers zum zweiten Ende des Hohlkörpers hin über die Vorkammer hinaus erstrecken. In diesem Fall muss eine Begrenzung, Wandung, Berandung oder dergleichen der Vorkammer zum zweiten Ende des Hohlkörpers hin demnach einerseits eine undurchdringliche Barriere insbesondere für in der Vorkammer aufgenommenes oder aufnehmbares zündfähiges Fluid darstellen, darf aber zugleich die Mikrowellenstrahlung nicht blockieren, da ansonsten der Hohlraumresonator seine vorgesehene Funktion nicht erfüllen kann.The antechamber is at least partially designed as a cavity resonator for microwave radiation. The essential characteristic of the antechamber is that it is provided and designed to hold ignitable fluid, which is or can also be ignited in the antechamber and at least partially burns within the antechamber. The essential characteristic of the cavity resonator, on the other hand, is that microwave radiation can be coupled into the cavity resonator and when microwave radiation is coupled into the cavity resonator, a standing electromagnetic wave is formed in the cavity resonator. The essential characteristics of the antechamber and the cavity resonator and the resulting formation of the antechamber and the cavity resonator can be combined with one another at least partially (regionally, segmentally) or completely. The antechamber can thus approximately completely enclose or contain the cavity resonator and thus extend, for example, in particular along the preferred longitudinal axis of the hollow body in the axial direction on both sides beyond the cavity resonator. The cavity resonator can also coincide with the antechamber, so that the antechamber and cavity resonator cannot be clearly distinguished from one another, ie the interior (i.e. the respective inner cavity) of the antechamber and cavity resonator is basically the same spatial volume element in the hollow body take in. Likewise, the cavity resonator can extend in particular along the preferred longitudinal axis of the hollow body to the second end of the hollow body beyond the antechamber. In this case, a boundary, wall, edging or the like of the antechamber towards the second end of the hollow body must therefore on the one hand represent an impenetrable barrier, in particular for ignitable fluid that is or can be accommodated in the antechamber, but at the same time must not block the microwave radiation, otherwise the cavity resonator will fail intended function cannot be fulfilled.

In einer Umgebung des ersten Endes des Hohlkörpers sind innenseitig umlaufend um eine äußere Wandung des Hohlraumresonators wenigstes zwei Mittel zur lokalen Feldüberhöhung angeordnet oder ausgebildet. Vorzugsweise sind drei oder mehr Mittel zur lokalen Feldüberhöhung vorgesehen. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung beeinflussen die Verteilung des elektrischen Feldes in dem Hohlraumresonator, wenn in den Hohlraumresonator Mikrowellenstrahlung eingekoppelt wird und sich in dem Hohlraumresonator eine stehende elektromagnetische Welle ausbildet. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung stehen dazu vorzugsweise von der äußeren umlaufenden Wandung des Hohlraumresonators ein Stück weit in das Innere/den inneren Hohlraum des Hohlraumresonator hinein, etwa im Wesentlichen in Richtung eines Zentrums des Querschnitts des Hohlraumresonators an der jeweiligen Position, an der das jeweilige Mittel zur lokalen Feldüberhöhung bezogen auf die Vorzugslängsrichtung des Hohlkörpers angeordnet oder ausgebildet ist und/oder etwa vornehmlich in radialer Richtung. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung bewirken gemäß dem Spitzeneffekt besondere hohe elektrische Feldstärken insbesondere in der Umgebung eines jeweiligen freien Endes eines jeden Mittel zur lokalen Feldüberhöhung. Dazu ist es wesentlich, dass die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung dort angeordnet oder ausgebildet werden bzw. sind, wo in dem Hohlraumresonator in Abhängigkeit von den Charakteristika (insbesondere Wellenlänge) der vorgesehenen Mikrowellenstrahlung bei der durch Einkopplung von Mikrowellenstrahlung sich in dem Hohlraumresonator ausbildenden stehenden elektromagnetische Welle besonders hohe elektrische Feldstärken vorliegen. Dabei ist zu beachten, dass die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung die Feldverteilung in dem Hohlraumresonator gegenüber einem identischen Hohlraumresonator ohne solche Mittel zur lokalen Feldüberhöhung gegebenenfalls verändern. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung können die Grundform einer mehr oder weniger ausgeprägten, von der innenseitig umlaufenden Wandung des Hohlraumresonators in das Innere des Hohlraumresonators hereinragenden Spitze aufweisen. Eine solche Ausgestaltung ist jedoch keinesfalls notwendig oder gar zwingend.In a vicinity of the first end of the hollow body, at least two means for local field enhancement are arranged or formed on the inside surrounding an outer wall of the cavity resonator. Three or more means for local field enhancement are preferably provided. The means for local field enhancement influence the distribution of the electric field in the cavity resonator when microwave radiation is coupled into the cavity resonator and a standing electromagnetic wave forms in the cavity resonator. For this purpose, the means for local field enhancement preferably protrude from the outer peripheral wall of the cavity resonator a little way into the interior/inner cavity of the cavity resonator, approximately essentially in the direction of a center of the cross section of the cavity resonator at the respective position at which the respective means is arranged or formed for the local field increase in relation to the preferred longitudinal direction of the hollow body and/or primarily in the radial direction. According to the peak effect, the means for local field increase bring about particularly high electric field strengths, particularly in the vicinity of a respective free end of each means for local field increase. For this purpose, it is essential that the means for local field enhancement are or are arranged or formed where in the cavity resonator depending on the characteristics (in particular wavelength) of the microwave radiation provided in the case of the microwave radiation being coupled into the cavity resonator particularly high electric field strengths are present. It should be noted that the means for local field increase the field distribution in the If necessary change the cavity resonator compared to an identical cavity resonator without such means for local field enhancement. The means for local field enhancement can have the basic form of a more or less pronounced tip protruding into the interior of the cavity resonator from the inner peripheral wall of the cavity resonator. However, such a configuration is by no means necessary or even mandatory.

Aufgrund des Vorsehens der Mittel zur lokalen Feldüberhöhung in einer Umgebung des ersten Endes des Hohlkörpers sind die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung in einem Bereich bzw. Segment des Hohlraumresonators angeordnet, der mit der Vorkammer zusammenfällt (oder umgekehrt). Ist in der Vorkammer zündfähiges Fluid aufgenommen und wird Mikrowellenstrahlung in den Hohlraumresonator eingekoppelt, was wiederum zu einer Ausbildung einer stehenden elektromagnetischen Welle im Hohlraumresonator führt, bilden sich wenigstens zwischen den Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung durch das zündfähige Fluid ein oder mehrere Überschläge bzw. Lichtbögen aus, die das zündfähige Fluid in der Vorkammer zünden. Wie genau sich die Überschläge bzw. Lichtbögen ausbilden, hängt dabei von vielen Faktoren ab, unter anderem der Detailausbildung der Mittel zur lokalen Feldüberhöhung, ihrer Anzahl und ihrer Anordnung/Verteilung umlaufend um den Hohlraumresonator herum ab. Eine asymmetrische bzw. ungleichmäßige Anordnung/Verteilung der Mittel zur lokalen Feldüberhöhung innenseitig umlaufend um die äußere Wandung des Hohlraumresonators herum ermöglicht die Nutzung eines breitbandigeren Frequenzbereichs von Mikrowellenstrahlung. Alternativ können zu diesem Zweck die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung verschieden ausgebildet werden, etwa in dem diese unterschiedlich weit in den Hohlraumresonator hinein ragen. Aufgrund der Anordnung der Mittel zu lokalen Feldüberhöhung in einer Umgebung (nahe) des ersten Endes des Hohlkörpers und damit zugleich des ersten Endes der Vorkammer, wo auch die wenigstens eine Bohrung vorgesehen ist, ist sichergestellt, dass sich stets genügend (frisches) zündfähiges Fluid im Bereich der Mittel zur lokalen Feldüberhöhung befindet und eine Zündung des Fluids in der Vorkammern ebenso wie eine sich unmittelbar anschließende Zündung von zündfähigem Fluid in einer dem erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystem zugeordneten Brennkammer eines Verbrennungsmotors sicher und zuverlässig erfolgen kann. Dies gilt insbesondere auch bei längerer zusammenhängender Betriebsdauer der Mikrowellenzündvorrichtung bzw. des Motors mit einer solchen Mikrowellenzündvorrichtung.Due to the provision of the means for local field increase in a vicinity of the first end of the hollow body, the means for local field increase are arranged in a region or segment of the cavity resonator that coincides with the antechamber (or vice versa). If ignitable fluid is contained in the antechamber and microwave radiation is coupled into the cavity resonator, which in turn leads to the formation of a standing electromagnetic wave in the cavity resonator, one or more flashovers or arcs form at least between the means for local field enhancement by the ignitable fluid, which ignite the ignitable fluid in the antechamber. Exactly how the flashovers or arcs form depends on many factors, including the detailed design of the means for local field enhancement, their number and their arrangement/distribution around the cavity resonator. An asymmetrical or non-uniform arrangement/distribution of the means for local field enhancement running around the inside of the outer wall of the cavity resonator enables the use of a broader frequency range of microwave radiation. Alternatively, the means for local field enhancement can be designed differently for this purpose, for example by protruding to different extents into the cavity resonator. Due to the arrangement of the means for local field enhancement in an area surrounding (near) the first end of the hollow body and thus at the same time the first end of the antechamber, where the at least one bore is also provided, it is ensured that there is always sufficient (fresh) ignitable fluid in the Area of the means for local field enhancement is located and an ignition of the fluid in the antechambers as well as an immediately subsequent ignition of ignitable fluid in one of the microwave ignition system according to the invention Combustion chamber of an internal combustion engine can be done safely and reliably. This also applies in particular in the case of a longer continuous operating time of the microwave ignition device or of the motor with such a microwave ignition device.

Ein erstes Ende des Hohlraumresonators kann mit dem ersten Ende der Vorkammer und damit zugleich dem ersten Ende des Hohlkörpers zusammenfallen. Das erste Ende des Hohlraumresonators kann jedoch auch mit einem gewissen axialen Abstand von dem ersten Ende von Vorkammer/Hohlkörper als Ganzes im Inneren der Vorkammer angeordnet sein. Allerdings ist dies nicht so zu verstehen, dass sich an dieser Stelle quer durch die Vorkammer eine Wand oder dergleichen erstreckt, welche einerseits zwar als Reflektor für Mikrowellenstrahlung dienen würde, andererseits aber auch die Vorkammer in zwei separate Kammern teilen würde, was eher unzweckmäßig wäre. Im Bereich des ersten Endes kann die Vorkammer aus strömungstechnischen Gründen (Optimierung der Einströmung von zündfähigem Fluid aus einer zugeordneten Brennkammer in die Vorkammer) wie auch aus thermodynamischen Gründen (Optimierung der Ausbreitung heißer flüchtiger Verbrennungsprodukte aus der Vorkammer heraus in die Brennkammern hinein) etwa wie eine Düse mit sich zum ersten Ende hin verjüngendem Querschnitt ausgebildet sein. Dieser Querschnitt kann je nach Wellenlänge der vorgesehenen Mikrowellenstrahlung zu klein werden, als das sich die Mikrowellenstrahlung noch weiter zum ersten Ende der Vorkammer hin ausbreiten könnte (vgl. Grenzfrequenz) und stellt damit eine Art von virtueller (reflektierender) Wand und ein entsprechendes virtuelles erstes Ende des Hohlraumresonators dar.A first end of the cavity resonator can coincide with the first end of the antechamber and thus at the same time with the first end of the hollow body. However, the first end of the cavity resonator can also be arranged at a certain axial distance from the first end of the antechamber/hollow body as a whole inside the antechamber. However, this should not be understood to mean that a wall or the like extends across the antechamber at this point, which on the one hand would serve as a reflector for microwave radiation, but on the other hand would also divide the antechamber into two separate chambers, which would be rather inexpedient. In the area of the first end, the antechamber can be designed like a Nozzle can be designed with a cross section that tapers towards the first end. Depending on the wavelength of the intended microwave radiation, this cross-section can become too small for the microwave radiation to propagate further to the first end of the antechamber (cf. cut-off frequency) and thus represents a kind of virtual (reflecting) wall and a corresponding virtual first end of the cavity resonator.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems ist die Vorkammer vom Rest des Hohlraums und/oder von allen weiteren (Teil-)Hohlräumen des Hohlkörpers durch eine zumindest teilweise mikrowellentransparente Barriere räumlich abgetrennt. Die mikrowellentransparente Barriere schließt die Vorkammer in Richtung des zweiten Endes des Hohlkörpers ab und verhindert insbesondere, dass zündfähiges Fluid und heiße flüchtige Verbrennungsprodukte aus der Vorkammer heraus in Richtung des zweiten Endes des Hohlkörpers strömen und in weitere Teile, Bereiche der Segmente des Hohlraums, die nicht Teil der Vorkammer sind, und/oder in weitere (Teil-)Hohlräume des Hohlkörpers vordringen. Da die Vorkammer stets zumindest teilweise mit dem Hohlraumresonator zusammenfällt, ist essentiell, dass die Barriere die vorgesehene Mikrowellenstrahlung nicht weiter behindert, also transparent für die vorgesehene Mikrowellenstrahlung ist, da ansonsten der Hohlraumresonator seine Funktion nicht erfüllen kann. Die mikrowellentransparente Barriere ist zudem vorzugsweise beständig gegenüber starken plötzlichen Temperatur- und Druckänderungen und weiteren Belastungen, die in unmittelbarer Nähe eines Brennraums zur Verbrennung zündfähiger Fluide zu erwarten sind. Die Barriere ist präferiert aus einem für die vorgesehene Mikrowellenstrahlung transparenten keramischen Material ausgebildet.According to a preferred embodiment variant of a microwave ignition system according to the invention, the antechamber is spatially separated from the rest of the cavity and/or from all other (partial) cavities of the hollow body by an at least partially microwave-transparent barrier. The microwave-transparent barrier closes off the antechamber in the direction of the second end of the hollow body and, in particular, prevents ignitable fluid and hot, volatile combustion products from flowing out of the antechamber in the direction of the second end of the hollow body and into other parts, areas of the segments of the cavity, which are not part of the antechamber and/or penetrate into other (partial) cavities of the hollow body. Since the antechamber always at least partially coincides with the cavity resonator, it is essential that the barrier does not further impede the microwave radiation provided, ie is transparent to the microwave radiation provided, since otherwise the cavity resonator cannot fulfill its function. In addition, the microwave-transparent barrier is preferably resistant to severe, sudden temperature and pressure changes and other loads that are to be expected in the immediate vicinity of a combustion chamber for the combustion of ignitable fluids. The barrier is preferably made of a ceramic material that is transparent to the intended microwave radiation.

Bei einer begünstigten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems erfolgt die Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in den Hohlraumresonator exzentrisch und/oder asymmetrisch. Dies bricht die Symmetrie des Hohlraumresonators und führt dazu, dass viele Resonanzmoden im Hohlraumresonator koppeln. Hierdurch wird auch die Problematik hinsichtlich von Mikrowellenstrahlung, die in eine Mikrowellenzuführung zum Hohlraumresonator, aus der Mikrowellenstrahlung in den Hohlraumresonator eingekoppelt wird bzw. einkoppelbar ist, und gegebenenfalls auch noch weiter zu einer Mikrowellenquelle zurückläuft bzw. zurück reflektiert wird, erheblich vermindert.In a preferred embodiment variant of a microwave ignition system according to the invention, microwave radiation is coupled into the cavity resonator eccentrically and/or asymmetrically. This breaks the symmetry of the cavity and causes many resonant modes to couple in the cavity. This also considerably reduces the problem with regard to microwave radiation which is or can be coupled into a microwave feed to the cavity resonator, from which microwave radiation can be coupled into the cavity resonator, and possibly also runs further back to a microwave source or is reflected back.

Nach einer präferierten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems ist vorgesehen, dass ein weiterer Teil des Hohlraums und/oder ein weiterer Hohlraum des Hohlkörpers sich zwischen dem zweiten Ende des Hohlkörpers und dem Hohlraumresonator erstreckt, als Mikrowellenhohlleiter ausgebildet ist, in den am zweiten Ende Mikrowellenstrahlung einkoppelbar ist. Bei dieser Ausgestaltungsvariante umfasst die Mikrowellenzündquelle also neben Vorkammer und Hohlraumresonator auch noch ein Stück Mikrowellenhohleiter zur Führung von Mikrowellenstrahlung von dem zweiten Ende des Hohlkörpers zum Hohlraumresonator, genauer: zum zweiten Ende des Hohlraumresonators. In diesem Fall ist das zweite Ende des Hohlraumresonators und das zweite Ende des Hohlkörpers in axialer Richtung beabstandet voneinander. Dagegen können bei alternativen Ausgestaltungen, insbesondere solchen ohne den zusätzlichen Hohlraum/Mikrowellenhohlleiter, die zweiten Enden von Hohlraumresonator und Hohlkörper zusammenfallen, gegebenenfalls zusätzlich auch noch mit dem zweiten Ende der Vorkammer.According to a preferred embodiment variant of a microwave ignition system according to the invention, it is provided that a further part of the cavity and/or a further cavity of the hollow body extends between the second end of the hollow body and the cavity resonator and is designed as a microwave waveguide into which microwave radiation can be coupled at the second end. In this embodiment variant, the microwave ignition source includes not only the antechamber and cavity resonator but also a piece of microwave waveguide for guiding microwave radiation from the second end of the hollow body to the cavity resonator, more precisely: to the second end of the cavity resonator. In this case, the second end of the cavity resonator and the second end of the hollow body are spaced apart from one another in the axial direction. On the other hand, in alternative configurations, in particular those without the additional cavity/microwave waveguide, the second ends of the cavity resonator and the hollow body coincide, optionally also with the second end of the antechamber.

Entsprechend einer favorisierten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems weist die zumindest eine Bohrung einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 1,3 mm auf. Die Angabe bezieht sich auf eine Bohrung mit einem kreisförmigen Querschnitt und entsprechender Querschnittsfläche. Bei Bohrungen mit abweichender (nicht kreisförmiger) Querschnittsform ist eine entsprechende äquivalente (identisch große) Kreisfläche heranzuziehen. Derartige besondere kleine Bohrungen sind zur Verbesserung des Zündverhaltens einer erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung in Kombination mit einem Verbrennungsmotor, bei dem die Verwendung von hoch aufgeladenen zündfähigen Fluiden vorgesehen ist, vorteilhaft. Als Beispiel für hoch aufgeladene zündfähige Fluide bzw. Fluidgemische seien Wasserstoff-Luft-(Gas-)Gemische genannt. Bei hoch aufgeladenen Verbrennungsmotoren beträgt der Druck in der Brennkammer bis über 150 bar. Der hohe Druck ist mit einer hohen Verdichtung des zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines hoch aufgeladenen Verbrennungsmotors im Zuge eines Verdichtungsvorgangs in der Brennkammer mit einem nahtlosen Übergang zur (anschließenden) Zündung des zündfähigen Gemisches verknüpft. Die hohe Verdichtung hat typischerweise eine deutlich höhere Durchschlagsfestigkeit des zündfähigen Fluids zur Folge. Bei der Verwendung von konventionellen Zündkerzen zur Zündung etwa hemmt dies die Ausbildung von Zündfunken zwischen den Elektroden der Zündkerzen. Hoch aufgeladene Verbrennungsmotoren mit aus dem Stand der Technik bekannten Zündvorrichtungen leiden daher unter Wirkungsgradverlusten und ungenügender Laufruhe aufgrund von häufigen Zündaussetzern.According to a preferred embodiment variant of a microwave ignition system according to the invention, the at least one bore has a diameter of between 0.2 mm and 1.3 mm. The specification refers to a hole with a circular cross-section and corresponding cross-sectional area. In the case of bores with a different (non-circular) cross-section, a corresponding equivalent (identical-sized) circular area should be used. Such particularly small bores are advantageous for improving the ignition behavior of a microwave ignition device according to the invention in combination with an internal combustion engine in which the use of highly charged ignitable fluids is provided. Hydrogen-air (gas) mixtures are mentioned as an example of highly charged ignitable fluids or fluid mixtures. In supercharged internal combustion engines, the pressure in the combustion chamber is over 150 bar. The high pressure is associated with a high compression of the ignitable fluid in a combustion chamber of a supercharged internal combustion engine in the course of a compression process in the combustion chamber with a seamless transition to (subsequent) ignition of the ignitable mixture. The high compression typically results in a significantly higher dielectric strength of the ignitable fluid. When using conventional spark plugs for ignition, for example, this inhibits the formation of ignition sparks between the electrodes of the spark plugs. Highly supercharged internal combustion engines with ignition devices known from the prior art therefore suffer from efficiency losses and insufficient running smoothness due to frequent misfires.

Durch den geringen Querschnitt der Bohrung wird bei einem Verdichtungsvorgang zündfähiges Fluid in einer der erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung zugeordneten Brennkammer eines Verbrennungsmotors betreffend der Druckanstieg in der Vorkammer gegenüber der Brennkammer verzögert. Der maximale Druck in der Vorkammer bzw. in dem in der Vorkammer aufgenommenen Anteil an zündfähigem Fluid im Vergleich zur zugeordneten Brennkammer unmittelbar vor der Zündung kann dadurch um deutlich mehr als eine Größenordnung geringer ausfallen. Dementsprechend ist auch die Durchschlagsfestigkeit des in der Vorkammer aufgenommen Anteils an zündfähigem Fluid gegenüber dem in der zugeordneten Brennkammer aufgenommenen (Haupt-)Teil des zündfähigen Fluids erheblich geringer. Damit können mittels einer erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung auch hoch aufgeladenen Verbrennungsmotoren sicher und zuverlässig gezündet werden.Due to the small cross-section of the bore, ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine associated with the microwave ignition device according to the invention is delayed during a compression process with regard to the pressure increase in the antechamber compared to the combustion chamber. The maximum pressure in the antechamber or in the proportion of ignitable substance contained in the antechamber Fluid compared to the associated combustion chamber immediately prior to ignition can thus turn out to be significantly more than an order of magnitude smaller. Accordingly, the dielectric strength of the portion of ignitable fluid contained in the antechamber is also considerably lower than that of the (main) portion of the ignitable fluid contained in the associated combustion chamber. This means that even highly charged internal combustion engines can be safely and reliably ignited by means of a microwave ignition device according to the invention.

Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Brennkammer weist ein Mikrowellenzündsystem entsprechend einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems oder eine beliebige Kombination dieser Ausgestaltungen auf. Vorzugsweise ist dabei jeder Brennkammer eines derartigen Verbrennungsmotors wenigstens ein erfindungsgemäßes Mikrowellenzündsystem zugeordnet.An internal combustion engine according to the invention with at least one combustion chamber has a microwave ignition system corresponding to one of the configurations of a microwave ignition system according to the invention described above or any combination of these configurations. At least one microwave ignition system according to the invention is preferably assigned to each combustion chamber of such an internal combustion engine.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors umfasst zumindest die folgenden Schritte:

a. Vorsehen eines Hohlraums,
- wobei ein erster räumlicher Bereich des Hohlraums zumindest teilweise zur Aufnahme eines zündfähigen Fluids und ein weiterer, zweiter räumlicher Bereich des Hohlraums derart ausgebildet ist, dass sich bei Einbringung von Mikrowellenstrahlung eine stehende elektromagnetische Welle in dem zweiten Bereich ausbildet,
- wobei der zweite Bereich zumindest teilweise mit dem ersten Bereich zusammenfällt,
- wobei zumindest eine Verbindung zwischen dem ersten Bereich und der Brennkammer einen Austausch von Fluid zwischen dem ersten Bereich und der Brennkammer sowie den Übertritt von heißen flüchtigen Verbrennungsprodukten aus dem ersten Bereich in die Brennkammer ermöglicht,
- wobei in einer nahen Umgebung des Endes der Verbindung in den ersten Bereich innenseitig umlaufend um den zweiten Bereich zumindest zwei Mittel zu lokalen Feldüberhöhung an Stellen vorgesehen sind, an denen bei Vorliegen einer stehenden elektromagnetischen Welle im zweiten Bereich besonders hohe elektrische Feldstärken zu erwarten sind;
b. Einbringen von zündfähigem Fluid aus der Brennkammer in den ersten Bereich durch die Verbindung im Zuge eines Verdichtungsvorgangs die Brennkammer betreffend;
c. Einbringen von Mikrowellenstrahlung in den zweiten Bereich, wobei an den zumindest zwei Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung bedingt durch den Spitzeneffekt sich wenigstens zwischen den Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung ein oder mehrere elektrische Überschläge durch das zündfähige Fluid ausbilden, die das zündfähige Fluid im Inneren des ersten Bereits zünden und in Folge dessen sich durch die Verbindung ein Flammenstrahl in die Brennkammer ausbreitet und das in der Brennkammer befindliche zündfähige Fluid entzündet.

A method according to the invention for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine comprises at least the following steps:

a. providing a cavity,
- wherein a first spatial region of the cavity is designed at least partially to accommodate an ignitable fluid and a further, second spatial region of the cavity is designed in such a way that a standing electromagnetic wave is formed in the second region when microwave radiation is introduced,
- wherein the second area at least partially coincides with the first area,
- wherein at least one connection between the first area and the combustion chamber enables an exchange of fluid between the first area and the combustion chamber and the transfer of hot volatile combustion products from the first area into the combustion chamber,
- being in a close vicinity of the end of the connection in the first At least two means for local field enhancement are provided on the inside surrounding the second area at points at which particularly high electric field strengths are to be expected when a standing electromagnetic wave is present in the second area;
b. introducing ignitable fluid from the combustion chamber into the first region through the connection in the course of a compression process involving the combustion chamber;
c. Introducing microwave radiation into the second area, with the spike effect causing one or more electrical flashovers to form at least between the means for local field increase due to the ignitable fluid at the at least two means for local field increase, which flashovers ignite the ignitable fluid inside the first field and as a result of which a jet of flame propagates through the connection into the combustion chamber and ignites the ignitable fluid in the combustion chamber.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors ist eine sichere und zuverlässige Zündung insbesondere auch bei niedrigen Last- und Drehzahlbereichen möglich. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Zündung eines zündfähigen Fluids in dem ersten räumlichen Bereich des Hohlraums in unmittelbarer Nähe zu der zumindest einen Verbindung mit der zugeordneten Brennkammer eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Somit ist an der oder den Stellen bzw. in dem Bereich, in dem die Zündung von zündfähigem Fluid in dem ersten räumlichen Bereich erfolgt, zum Zeitpunkt einer Zündung jeweils ausreichend zündfähiges Fluid vorhanden.Using the method according to the invention for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine, safe and reliable ignition is possible, in particular even in the case of low load and speed ranges. This is achieved in particular in that the ignition of an ignitable fluid is provided in the first spatial region of the cavity in the immediate vicinity of the at least one connection with the associated combustion chamber of an internal combustion engine. Thus, sufficient ignitable fluid is present at the point or points or in the area in which the ignition of ignitable fluid takes place in the first spatial area at the time of ignition.

Bei einer privilegierten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors weist die zumindest eine Verbindung einen so hinreichend kleinen Querschnitt auf, dass bei einem Verdichtungsvorgang die Brennkammer betreffend der Druckanstieg in dem ersten Bereich des Hohlraums gegenüber dem Druckanstieg in der Brennkammer zeitverzögert erfolgt und der maximale Druck unmittelbar vor der Zündung eines Fluids in dem ersten Bereich nicht mehr als ein Zehntel, vorzugsweise nicht mehr als ein Zwanzigstel, des Drucks in der Brennkammer beträgt. Der geringe Querschnitt der Verbindung hemmt also die Strömung von zündfähigem Fluid aus der Brennkammer in den ersten Bereich des Hohlraums im Zuge des Verdichtungsvorgangs die Brennkammer betreffend so weit, dass bis zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der Zündung von dem in dem ersten Bereich befindlichen zündfähigem Fluid ausreichend zündfähiges Fluid für eine sichere Zündung aus der Brennkammer in den ersten Bereich gelangt ist, der Druck und in dem ersten Bereich und damit in dem dort befindliche Fluid sowie dessen Verdichtung jedoch noch erheblich geringer als in der Brennkammer und dem dort befindlichen (Haupt-)Teil des zündfähigen Fluids ist.In a privileged embodiment variant of a method according to the invention for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine, the at least one connection has such a sufficiently small cross section that during a compression process the pressure increase in the combustion chamber in the first region of the cavity compared to the pressure increase in the combustion chamber takes place with a time delay and the maximum pressure immediately before the ignition of a fluid in the first region is no more than one tenth, preferably no more than one twentieth, of the pressure in the combustion chamber. The small cross-section of the connection thus inhibits the flow of ignitable fluid from the combustion chamber into the first area of the cavity in the course of the compression process affecting the combustion chamber to such an extent that up to a point in time immediately before the ignition of the ignitable fluid located in the first area ignitable fluid has reached the first area for safe ignition from the combustion chamber, the pressure and in the first area and thus in the fluid located there and its compression is still considerably lower than in the combustion chamber and the (main) part located there of the ignitable fluid.

Bei zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der Zündung im Zuge eines Verdichtungsvorgangs in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors hoch verdichteten und (dementsprechend) unter hohem Druck von über 150 bar stehenden zündfähigen Fluiden kommt es bei aus dem Stand der Technik bekannten Zündverfahren regelmäßig zu Problemen hinsichtlich einer zuverlässigen respektive sicheren Zündung des zündfähigen Fluids. Dies begründet sich durch die bei hoher Verdichtung ebenfalls erhöhte Durchschlagsfestigkeit eines zündfähigen Fluids, was etwa bei der Verwendung von konventionellen Zündkerzen zur Zündung eines hochverdichteten Fluids die Ausbildung von Zündfunken zwischen den Elektrode der Zündkerzen hemmt. Dies betrifft insbesondere Wasserstoff-Luft-(Gas-)Gemische als zündfähige Fluide bzw. Fluidgemische. Bei Verwendung aus dem Stand der Technik bekannter Zündverfahren leiden hoch aufgeladene Verbrennungsmotoren unter Wirkungsgradverlusten und ungenügender Laufruhe aufgrund von regelmäßigen Zündaussetzern.In the case of ignitable fluids that are highly compressed and (correspondingly) under high pressure of over 150 bar at a point in time immediately before ignition in the course of a compression process in a combustion chamber of an internal combustion engine, there are regularly problems with ignition methods known from the prior art with regard to reliable or safe ignition of the ignitable fluid. This is due to the dielectric strength of an ignitable fluid, which is also increased at high compression, which inhibits the formation of ignition sparks between the electrodes of the spark plugs, for example when using conventional spark plugs to ignite a highly compressed fluid. This relates in particular to hydrogen-air (gas) mixtures as ignitable fluids or fluid mixtures. When using ignition methods known from the prior art, highly charged internal combustion engines suffer from efficiency losses and insufficient running smoothness due to regular ignition failures.

Durch eine bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors vorgesehene zeitliche Verzögerung des Druckanstiegs in dem ersten Bereich des Hohlraums gegenüber der Brennkammer im Zuge eines Verdichtungsvorgangs die Brennkammer betreffend kann der Druck in dem ersten Bereich des Hohlraums zum Zeitpunkt der maximalen Verdichtung in der Brennkammer unmittelbar vor der Zündung deutlich geringer als der Druck in der Brennkammer ausfallen. So kann etwa bei einem Druck in der Brennkammer von 100 bar bei maximaler Verdichtung der Druck in dem ersten Bereich des Hohlraums auf weniger als 10 bar begrenzt werden. Der in dem ersten Bereich des Hohlraums befindliche Teil des zündfähigen Fluids weist bei deutlich geringerer Verdichtung und einem deutlich geringerem Druck gegenüber dem in der Brennkammer befindlichen (Haupt-)Teil des zündfähigen Fluids auch eine erheblich geringere Durchschlagsfestigkeit auf. Dadurch können mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors hoch verdichtete zündfähige Fluide wie Wasserstoff-Luft-Gemische noch zuverlässiger und sicherer gezündet werden.With a method according to the invention for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine, a time delay in the pressure increase in the first area of the cavity compared to the combustion chamber in the course of a compression process affecting the combustion chamber allows the pressure in the first area of the cavity at the time of maximum compression in the combustion chamber immediately before ignition can be significantly lower than the pressure in the combustion chamber. For example, with a pressure in the combustion chamber of 100 bar at maximum compression, the pressure in the first region of the cavity can be limited to less than 10 bar. The part of the ignitable fluid located in the first region of the cavity also has a significantly lower dielectric strength with significantly lower compression and a significantly lower pressure compared to the (main) part of the ignitable fluid located in the combustion chamber. As a result, with a method according to the invention for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine, highly compressed ignitable fluids such as hydrogen-air mixtures can be ignited even more reliably and safely.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Zur Ausführung der Erfindung müssen nicht alle Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 verwirklicht sein. Auch können einzelne Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 durch andere offenbarte Merkmale oder Merkmalskombinationen ersetzt werden.The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own. Not all features of the independent claims 1 and 7 have to be realized in order to carry out the invention. Individual features of independent claims 1 and 7 can also be replaced by other disclosed features or combinations of features.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung in einer ersten Längsschnittansicht;
Fig. 2: die erfindungsgemäße Mikrowellenzündvorrichtung gemäß Figur 1 in einer zweiten Längsschnittansicht;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung in einer ersten Längsschnittansicht;
Fig. 4: die erfindungsgemäße Mikrowellenzündvorrichtung gemäß Figur 3 in einer zweiten Längsschnittansicht;
Fig. 5: eine dritte Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung in einer Längsschnittansicht;
Fig. 6: eine Ansicht in das Innere in Richtung des ersten Endes (links) und eine zugehörige Längsschnittansicht (rechts) eines Segments des Hohlkörpers einer erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung im Bereich des ersten Endes basierend auf der Ausgestaltungsvariante gemäß Figuren 1 und 2 mit einer Ausgestaltungsvariante die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung betreffend;
Fig. 7: eine Ansicht entsprechend Figur 6 mit einer alternativen Ausgestaltung die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung betreffend;
Fig. 8: eine Ansicht entsprechend den Figuren 6 und 7 mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung betreffend;
Fig. 9: eine Ansicht entsprechend den Figuren 6 bis 8 mit einer zusätzlichen alternativen Ausgestaltung die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung betreffend;
Fig. 10: eine Ansicht entsprechend den Figuren 6 bis 9 mit noch einer weiteren alternativen Ausgestaltung die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung betreffend; und
Fig. 11: eine Ansicht entsprechend den Figur 6 bis 10 mit noch einer zusätzlichen alternativen Ausgestaltung die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung betreffend.

Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawings, in which identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols. show:

1: a schematic representation of a first embodiment variant of a microwave ignition device according to the invention in a first longitudinal sectional view;
2: the microwave ignition device according to the invention figure 1 in a second longitudinal sectional view;
3: a schematic representation of a second embodiment variant of a microwave ignition device according to the invention in a first longitudinal sectional view;
4: the microwave ignition device according to the invention figure 3 in a second longitudinal sectional view;
figure 5: a third embodiment variant of a microwave ignition device according to the invention in a longitudinal sectional view;
6: a view of the interior in the direction of the first end (left) and an associated longitudinal sectional view (right) of a segment of the hollow body of a microwave ignition device according to the invention in the area of the first end based on the embodiment variant according to Figures 1 and 2 with an embodiment variant relating to the means for local field enhancement ;
7: a view accordingly figure 6 with an alternative embodiment relating to the means for local field enhancement;
8: a view according to the figures 6 and 7 with a further alternative embodiment relating to the means for local field enhancement;
9: a view according to the Figures 6 to 8 with an additional alternative embodiment relating to the means for local field enhancement;
10: a view according to the Figures 6 to 9 with yet another alternative embodiment relating to the means for local field enhancement; and
11: a view according to the Figure 6 to 10 with yet another alternative embodiment relating to the means for local field enhancement.

In Figur 1 ist eine Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Mikrowellenzündvorrichtung 1 schematisch in einer ersten Längsschnittansicht dargestellt. Figur 2 zeigt die Mikrowellenzündvorrichtung 1 aus Figur 1 in einer weiteren Längsschnittansicht, wobei die Schnittebene dieser Längsschnittansicht orthogonal zu der Schnittebene der Längsschnittansicht aus Figur 1 ist. Die Mikrowellenzündvorrichtung 1 umfasst als grundlegendes Element einen länglichen Hohlkörper 2, der sich zwischen einem ersten oder vorderen Ende 3 und einem zweiten oder hinteren Ende 4 entlang einer in den Figuren nicht explizit markierten Vorzugslängsachse erstreckt. Die alternative Bezeichnung des ersten Endes 3 des Hohlkörpers 2 als vorderes Ende und des zweiten Endes 4 als hinteres Ende erfolgt ohne Beschränkung der Allgemeinheit. Die äußere Grundgestalt, also des Mantels bzw. der äußeren Mantelfläche(n), des Hohlkörpers 2 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Vorzugslängsachse. Die äußere Grundgestalt ermöglicht den Einsatz der Mikrowellenzündvorrichtung 1 als unmittelbarer Ersatz für bekannte Zündvorrichtungen sowohl ohne Vorkammer, etwa konventionelle Zündkerzen, als auch mit Vorkammer ohne größere Änderungen an bestehenden Auslegungen von Verbrennungsmotoren. Der Hohlkörper 2 weist zwei verschiedene Hohlräume 5 und 6 auf, die sich jeweils durch unterschiedliche Bereiche des Hohlkörpers 2 entlang der Vorzugslängsachse erstrecken und an einer Stelle entlang der Vorzugslängsachse aufeinander treffen und direkt in Verbindung miteinander stehen. Daher könnte man die Hohlräume 5 und 6 auch als zwei Teilhohlräume eines einzelnen zusammenhängenden Hohlraums des Hohlkörpers auffassen.In figure 1 an embodiment variant of a microwave ignition device 1 according to the invention is shown schematically in a first longitudinal sectional view. figure 2 shows the microwave ignition device 1 from FIG figure 1 in a further longitudinal sectional view, wherein the sectional plane of this longitudinal sectional view is orthogonal to the sectional plane of the longitudinal sectional view figure 1 is. The basic element of the microwave ignition device 1 is an elongate hollow body 2 that extends between a first or front end 3 and a second or rear end 4 along a preferred longitudinal axis that is not explicitly marked in the figures. The alternative designation of the first end 3 of the hollow body 2 as the front end and the second end 4 as the rear end occurs without restricting generality. The outer basic shape, ie the jacket or the outer jacket surface(s), of the hollow body 2 is essentially rotationally symmetrical to the preferred longitudinal axis. The basic external shape enables the use of the microwave ignition device 1 as a direct replacement for known ignition devices both without a pre-chamber, such as conventional spark plugs, and with a pre-chamber without major changes to existing designs of internal combustion engines. The hollow body 2 has two different cavities 5 and 6, which each extend through different areas of the hollow body 2 along the preferred longitudinal axis and meet at one point along the preferred longitudinal axis and are directly connected to each other. Therefore, one could consider the cavities 5 and 6 as two partial cavities of a single contiguous cavity of the hollow body.

Der erste Hohlraum 5 des Hohlkörpers 2 ist von rotationssymmetrischer Grundgestalt mit der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers 2 als Symmetrieachse. Der erste Hohlraum 5 ist sowohl teilweise als Vorkammer 9 als auch teilweise als Hohlraumresonator 8 ausgebildet, wobei Vorkammer 9 und Hohlraumresonator 8 zusätzlich auch noch teilweise zusammenfallen. Die Vorkammer 9 erstreckt sich dabei von dem ersten oder vorderen Ende 3 des Hohlkörpers 2, was damit zugleich das erste oder vordere Ende der Vorkammer 9 ist, bis zu einem Druckfenster 10. Das Druckfenster 10 ist in den ersten Hohlraum 5 eingepasst und stellt eine räumliche Barriere zwischen der Vorkammer 9 und einem weiteren, in Richtung des zweiten Endes des Hohlkörpers 2 auf die Vorkammer 9 folgenden weiteren Teilbereichs des ersten Hohlraums 5, der Zwischenhohlraum 11, und dem sich daran dann anschließenden zweiten Hohlraum 6 dar. Die Vorkammer 9 ist zur Aufnahme von zündfähigem Fluid in ihrem Inneren vorgesehen und ausgebildet. Im vorderen Bereich der Vorkammer 2 in der Umgebung des ersten Endes 3 von Vorkammer 9 bzw. Hohlkörper 2 sind in der Wandung der Vorkammer 9 bzw. des Hohlkörpers 2 etliche Bohrungen 12 ausgebildet, wobei in den Figuren 1 und 2 und ebenso in allen weiteren Figuren der Übersichtlichkeit halber nur einige der Bohrungen 12 explizit referenziert sind. Die Bohrungen 12 ermöglichen einen Übertritt respektive eine Einströmung von zündfähigem Fluid aus einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors, der das Mikrowellenzündsystem 1 zugeordnet oder zuordenbar ist, in die Vorkammer 9. Zudem ermöglichen die Bohrungen 12 den Austritt heißer flüchtiger Verbrennungsprodukte aus der Vorkammer 9 in die zugeordnete Brennkammer hinein, nach dem in der Vorkammer aufgenommenes zündfähiges Fluid in der Vorkammer gezündet wurde. Der vordere Teil der Vorkammer 9, der bezüglich der gesamten Längserstreckung der Vorkammer 9 etwa einen Viertel davon einnimmt, ist gegenüber dem Rest der Vorkammer 9 sich zum ersten oder vorderen Ende 3 hin verjüngend ausgebildet. Dies dient im vergleichbare mit einer Düse strömungstechnischen Verbesserungen beim Übertritt heißer flüchtiger Verbrennungsprodukte aus der Vorkammer 9 durch die ebenfalls in den vorderen Bereich der Vorkammer 9 anordneten Bohrungen 12 in eine zugeordnete Brennkammer eines Verbrennungsmotors.The first cavity 5 of the hollow body 2 has a rotationally symmetrical basic shape with the preferred longitudinal axis of the hollow body 2 as the axis of symmetry. The first cavity 5 is designed both partially as an antechamber 9 and partially as a cavity resonator 8, with the antechamber 9 and cavity resonator 8 also partially coinciding. The antechamber 9 extends from the first or front end 3 of the hollow body 2, which is also the first or front end of the antechamber 9, to a pressure window 10. The pressure window 10 is fitted into the first cavity 5 and represents a spatial Barrier between the antechamber 9 and a further partial region of the first cavity 5, the intermediate cavity 11, following the antechamber 9 in the direction of the second end of the hollow body 2, and then adjoining it second cavity 6. The antechamber 9 is provided and designed to accommodate ignitable fluid in its interior. In the front area of the antechamber 2 in the vicinity of the first end 3 of the antechamber 9 or the hollow body 2, a number of bores 12 are formed in the wall of the antechamber 9 or the hollow body 2, with the Figures 1 and 2 and likewise in all other figures, for the sake of clarity, only some of the bores 12 are explicitly referenced. The bores 12 allow ignitable fluid to pass or flow in from a combustion chamber of an internal combustion engine, to which the microwave ignition system 1 is assigned or can be assigned, into the antechamber 9. In addition, the bores 12 allow hot, volatile combustion products to escape from the antechamber 9 into the associated combustion chamber into it after the ignitable fluid contained in the antechamber was ignited in the antechamber. The front part of the antechamber 9, which occupies about a quarter of the entire length of the antechamber 9, is designed to taper towards the first or front end 3 compared to the rest of the antechamber 9. Comparable to a nozzle, this serves to improve the flow of hot, volatile combustion products from the antechamber 9 through the bores 12 also arranged in the front area of the antechamber 9 into an associated combustion chamber of an internal combustion engine.

Anders als die Vorkammer 9 umfasst der Hohlraumresonator 8 von dem ersten Hohlraum 5 des Hohlkörpers 2 auch noch das Druckfenster 10 und den Zwischenhohlraum 11. Der Hohlraumresonator 8 dient der Ausbildung einer stehenden elektromagnetischen Welle in seinem Inneren. Dazu ist in den Hohlraumresonator 8 Mikrowellenstrahlung einkoppelbar, wobei zunächst eine Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in den Hohlkörper 2 an dessen zweiten oder hinteren Ende 4 in den als Mikrowellenhohlleiter 7 ausgebildeten zweiten Hohlraum 6 des Hohlkörpers 2 erfolgt. Da das Druckfenster 10 zwar eine räumliche Barriere bzw. Wand insbesondere etwa für in der Vorkammer aufgenommenes zündfähiges Fluid und ebenso für heiße flüchtige Verbrennungsprodukte darstellt und somit das zweite oder hintere Ende der Vorkammer 9 bildet, aber zugleich mitten im Hohlraumresonator 8 angeordnet ist, darf das Druckfenster 10 die vorgesehene Mikrowellenstrahlung höchstens geringfügig behindern. Das Druckfester 10 ist daher aus einem mikrowellentransparenten keramischen Material ausgebildet, das zusätzlich auch noch den Bedingungen in unmittelbarer Nähe einer Verbrennung eines zündfähigen Fluids wie etwa starke, plötzliche Druck- und Temperaturschwankungen sowie hohe Spitzendrücke und Spitzentemperaturen dauerhaft standhält.Unlike the antechamber 9, the cavity resonator 8 also includes the pressure window 10 and the intermediate cavity 11 from the first cavity 5 of the hollow body 2. The cavity resonator 8 serves to form a standing electromagnetic wave in its interior. For this purpose, microwave radiation can be coupled into the cavity resonator 8 , with microwave radiation first being coupled into the hollow body 2 at its second or rear end 4 into the second cavity 6 of the hollow body 2 embodied as a microwave waveguide 7 . Since the pressure window 10 represents a spatial barrier or wall, in particular for ignitable fluid contained in the antechamber and also for hot, volatile combustion products and thus forms the second or rear end of the antechamber 9, it is at the same time arranged in the middle of the cavity resonator 8 Pressure window 10 the intended microwave radiation impede only slightly. The pressure window 10 is therefore made of a microwave-transparent ceramic material that also permanently withstands the conditions in the immediate vicinity of combustion of an ignitable fluid, such as strong, sudden pressure and temperature fluctuations and high peak pressures and peak temperatures.

Das Mikrowellenzündsystem 1 in der Ausgestaltungsvariante entsprechend den Figuren 1 und 2 ist beispielhaft für Mikrowellenstrahlung aus dem K_a-Band (Frequenzbereich von 26,5 GHz bis 40 GHz) ausgelegt. Der Mikrowellenhohlleiter 7 ist dabei ein WR34-Rechteckhohlleiter. Der Mikrowellenhohlleiter 7 erstreckt sich von dem zweiten oder hinteren Ende 4 des Hohlkörpers 2, was zugleich das zweite oder hintere Ende des Mikrowellenhohlleiters 7 ist, bis zu dem ersten Hohlraum 5, wo der Mikrowellenhohlleiter 7 mit seinem ersten oder vorderen Ende an dessen zweiten oder hinteren Ende in den Hohlraumresonator 8 und zugleich in den ersten Hohlraum 5 des Hohlkörpers 5 mündet. Die Mündung des Mikrowellenhohlleiters 7 in den Hohlraumresonator 8 ist etwas exzentrisch zu der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers 2, die wiederum zugleich die Vorzugslängsachse oder (Rotations-)Symmetrieachse des Hohlraumresonators 8 ist. Am zweiten oder hinteren Ende 4 fällt das Zentrum des Rechteckquerschnitts des Mikrowellenhohlleiters 7 mit der Vorzugslängsachse zusammen, am ersten oder vorderen Ende an der Mündung in den Hohlraumresonator 8 weist das Zentrum des Rechteckquerschnitts des Mikrowellenhohlleiters 7 einen Abstand zu der Vorzugslängsachse auf. In der Darstellung in Figur 1 mit Einblick in die schmale Seite des Mikrowellenhohlleiters 7 liegt das erste Ende des Mikrowellenhohlleiters 7 an der Mündung in den Hohlraumresonator 8 etwas tiefer als am zweiten oder hinteren Ende 4. Wird dem Mikrowellenhohlleiter 7 eine eigene Vorzugslängsachse zuordnet, schließen die Vorzugslängsachse des Hohlkörpers 2 und die Vorzugslängsachse des Mikrowellenhohlleiters 7 einen kleinen spitzen Winkel ein und schneiden sich in einem Punkt am zweiten oder hinteren Ende des Mikrowellenhohlleiters 7 bzw. des Hohlkörpers 2. Die exzentrische und damit von der Symmetrie des Hohlraumresonators 8 abweichende Einmündung des Mikrowellenhohlleiters 7 in den Hohlraumresonator 8 ermöglicht die Kopplung vieler Resonanzmoden von Mikrowellenstrahlung in dem Hohlraumresonator 8 und vermindert zugleich das Problem aus dem Hohlraumresonator 8 zurück in den Mikrowellenhohlleiter 7 reflektierter Mikrowellenstrahlung deutlich.The microwave ignition system 1 in the configuration variant according to FIGS. 1 and 2 is designed, for example, for microwave radiation from the K _a band (frequency range from 26.5 GHz to 40 GHz). The microwave waveguide 7 is a WR34 rectangular waveguide. The microwave waveguide 7 extends from the second or rear end 4 of the hollow body 2, which is also the second or rear end of the microwave waveguide 7, to the first cavity 5, where the microwave waveguide 7 is connected with its first or front end to its second or rear End in the cavity resonator 8 and at the same time in the first cavity 5 of the hollow body 5 opens. The mouth of the microwave waveguide 7 in the cavity resonator 8 is somewhat eccentric to the preferred longitudinal axis of the hollow body 2, which in turn is the preferred longitudinal axis or (rotational) symmetry axis of the cavity resonator 8 at the same time. At the second or rear end 4, the center of the rectangular cross section of the microwave waveguide 7 coincides with the preferred longitudinal axis, at the first or front end at the opening into the cavity resonator 8 the center of the rectangular cross section of the microwave waveguide 7 is at a distance from the preferred longitudinal axis. In the representation in figure 1 With a view into the narrow side of the microwave waveguide 7, the first end of the microwave waveguide 7 is slightly lower at the mouth in the cavity resonator 8 than at the second or rear end 4. If the microwave waveguide 7 is assigned its own preferred longitudinal axis, the preferred longitudinal axis of the hollow body 2 and the Preferred longitudinal axis of the microwave waveguide 7 a small acute angle and intersect at a point on the second or rear end of the microwave waveguide 7 or the hollow body 2. The eccentric and thus deviating from the symmetry of the cavity resonator 8 confluence of the microwave waveguide 7 in the cavity resonator 8 allows Coupling of many resonant modes of microwave radiation in the Cavity resonator 8 and at the same time significantly reduces the problem of microwave radiation reflected from the cavity resonator 8 back into the microwave waveguide 7 .

Nahe an dem ersten oder vorderen Ende des Hohlraumresonators 8 und damit in einer Umgebung des ersten oder vorderen Endes 3 von Vorkammer 9 bzw. Hohlkörper 2 sind innenseitig umlaufend um die äußere Wandung des Hohlraumresonators 8, die zugleich die äußere Wandung der Vorkammer 9 sowie des Hohlraums 5 ist, Mittel zur lokalen Felderhöhung 13 ausgebildet. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 ragen in das Innere, also den inneren Hohlraum, des Hohlraumresonators 8 hinein. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 beeinflussen die Verteilung des elektrischen Feldes in dem Hohlraumresonator 8, wenn in den Hohlraumresonator 8 Mikrowellenstrahlung eingebracht bzw. eingekoppelt wird und sich in dem Hohlraumresonator 8 eine stehende elektromagnetische Welle ausbildet. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 bewirken gemäß dem Spitzeneffekt besondere hohe elektrische Feldstärken an einem jeweiligen freien, in den Hohlraumresonator 8 hineinragenden Ende eines jeden Mittels zur lokalen Feldüberhöhung 13. Dazu ist es wesentlich, dass die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 dort angeordnet oder ausgebildet werden bzw. sind, wo in dem Hohlraumresonator 8 in Abhängigkeit von den Charakteristika (insbesondere Wellenlänge) der vorgesehenen Mikrowellenstrahlung bei der durch Einkopplung von Mikrowellenstrahlung sich in dem Hohlraumresonator 8 ausbildenden stehenden elektromagnetische Welle besonders hohe elektrische Feldstärken vorliegen. Dabei ist zu beachten, dass die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung die Feldverteilung in dem Hohlraumresonator 8 gegenüber einem identischen Hohlraumresonator 8 ohne solche Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 gegebenenfalls verändern. Dies gilt ebenso für die Ausgestaltung des Druckfensters 10 bezüglich des für das Druckfenster 10 verwendeten Material und der Wechselwirkung der vorgesehenen Mikrowellenstrahlung mit dem Material, der Dicke des Druckfensters 10, also seiner Ausdehnung entlang der Vorzugslängsachse und seine genauer Anordnung in dem ersten Hohlraum 5/dem Hohlraumresonator 8 entlang der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers 2. Der schon erwähnte Zwischenraum 11 zwischen der Einmündung des Mikrowellenhohlleiters 7 in den Hohlraumresonator 8 und dem Druckfenster 10, der in der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1 Teil des Hohlraumresonators 8 ist, dient insbesondere der Impedanzanpassung Mikrowellenstrahlung beim Übergang vom Mikrowellenhohleiter 7 in den Hohlraumresonator 8 betreffend.Close to the first or front end of the cavity resonator 8 and thus in the vicinity of the first or front end 3 of the antechamber 9 or hollow body 2, the outer wall of the cavity resonator 8 runs around the inside, which is also the outer wall of the antechamber 9 and the cavity 5 means for local field increase 13 is formed. The means for local field enhancement 13 protrude into the interior, ie the inner cavity, of the cavity resonator 8 . The means for local field enhancement 13 influence the distribution of the electric field in the cavity resonator 8 when microwave radiation is introduced or coupled into the cavity resonator 8 and a standing electromagnetic wave forms in the cavity resonator 8 . According to the peak effect, the means for local field increase 13 cause particularly high electric field strengths at a respective free end of each means for local field increase 13, which protrudes into the cavity resonator 8. For this purpose, it is essential that the means for local field increase 13 are arranged or formed there or are where particularly high electric field strengths are present in the cavity resonator 8 as a function of the characteristics (in particular wavelength) of the microwave radiation provided in the case of the standing electromagnetic wave forming in the cavity resonator 8 by coupling microwave radiation. It should be noted here that the means for local field increase may change the field distribution in the cavity resonator 8 compared to an identical cavity resonator 8 without such means for local field increase 13 . This also applies to the design of the pressure window 10 with regard to the material used for the pressure window 10 and the interaction of the microwave radiation provided with the material, the thickness of the pressure window 10, i.e. its extent along the preferred longitudinal axis and its precise arrangement in the first cavity 5/dem Cavity resonator 8 along the preferred longitudinal axis of the hollow body 2. The aforementioned space 11 between the mouth of the microwave waveguide 7 in the cavity resonator 8 and the pressure window 10, which is in the Figures 1 and 2 The configuration variant of a microwave ignition system 1 according to the invention shown is part of the cavity resonator 8 , is used in particular to match the impedance of microwave radiation during the transition from the microwave waveguide 7 into the cavity resonator 8 .

In den Figuren 3 und 4 ist eine zweite Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1 in einer jeweiligen schematischen Längsschnittdarstellung gezeigt, wobei die Schnittebene der Längsschnittansicht in Figur 4 orthogonal zu der Schnittebene der Längsschnittansicht in Figur 3 ist. Gegenüber der in den Figuren 1 und 2 gezeigten ersten Ausgestaltungsvariante ist die Exzentrizität/Asymmetrie des Mikrowellenhohlleiters 7 bei der Einmündung in den ersten Hohlraum 5 bzw. den Hohlraumresonator 8 noch etwas stärker ausgeprägt. Der Mikrowellenhohleiter 7 weist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt auf, welcher sich allerdings vom zweiten Ende 4 zum ersten Ende, also zur Einmündung in den Hohlraumresonator 8 hin, kontinuierlich (linear) verjüngt. Dies ist insbesondere aus Figur 4 mit Einblick in die breite Seite des Mikrowellenhohlleiters 7 ersichtlich. Die Ausgestaltung der Verjüngung des ersten Hohlraums 5 bzw. der Vorkammer 9 zum ersten oder vorderen Ende 3 hin ist bei der zweiten Ausgestaltungsvariante etwas anders ausgestaltet. Bei der ersten Ausgestaltungsvariante gemäß den Figuren 1 und 2 ist eine (im Längsschnitt) S-förmige Verjüngung des ersten Hohlraums 5 bzw. der Vorkammer 9 zum erste oder vorderen Ende 3 hin vorgesehen, bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in den Figuren 3 und 4 ist die Verjüngung hingegen konisch ausgeprägt. Ein weiterer Unterschied zu der ersten Ausgestaltungsvariante ist zudem, dass die Mittel zu lokalen Feldüberhöhung bei der zweiten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1 nicht integral mit der äußeren Wandung des ersten Hohlraums 5/des Hohlraumresonators 8/der Vorkammer 9 ausgebildet sind. Die Mittel zu lokalen Feldüberhöhung 13 sind bei der zweiten Ausgestaltungsvariante gemäß Figuren 3 und 4 durch Ausnehmungen respektive Bohrungen (in den Figuren nicht explizit referenziert) in der äußeren Wandung von der Außenseite her in die Wandung eingesetzt und erstrecken sich in radialer Richtung ein Stück weit in den Hohlraumresonator 8 und damit zugleich in die Vorkammer 9 hinein. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 sind dabei zylindrisch ausgebildet und weisen insofern keine ausgeprägte Spitzenform auf.In the Figures 3 and 4 a second embodiment variant of a microwave ignition system 1 according to the invention is shown in a respective schematic longitudinal sectional view, the sectional plane of the longitudinal sectional view in figure 4 orthogonal to the section plane of the longitudinal section view in figure 3 is. Opposite the in the Figures 1 and 2 In the first embodiment variant shown, the eccentricity/asymmetry of the microwave waveguide 7 at the point where it opens into the first cavity 5 or the cavity resonator 8 is somewhat more pronounced. In the second exemplary embodiment, the microwave waveguide 7 also has a rectangular cross section, which, however, tapers continuously (linearly) from the second end 4 to the first end, that is to say towards the opening into the cavity resonator 8 . This particular is from figure 4 with insight into the broad side of the microwave waveguide 7 can be seen. The design of the tapering of the first cavity 5 or the antechamber 9 towards the first or front end 3 is designed somewhat differently in the second design variant. In the first embodiment according to the Figures 1 and 2 an S-shaped taper (in the longitudinal section) of the first cavity 5 or the antechamber 9 is provided towards the first or front end 3; in the second exemplary embodiment in FIGS. 3 and 4, however, the taper is conically pronounced. A further difference from the first embodiment variant is that the means for local field increase in the second embodiment variant of a microwave ignition system 1 according to the invention are not formed integrally with the outer wall of the first cavity 5/the cavity resonator 8/the antechamber 9. The means for local field increase 13 are in accordance with the second embodiment variant Figures 3 and 4 through recesses or bores (not explicitly referenced in the figures) in the outer wall from the outside into the wall and extend a little in the radial direction the cavity resonator 8 and thus at the same time into the antechamber 9. The means for local field increase 13 are cylindrical and in this respect do not have a pronounced peak shape.

In Figur 5 ist eine Längsschnittansicht einer dritten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1 dargestellt. Die dritte Ausgestaltungsvariante weist einen simplen rechteckförmigen Mikrowellenhohlleiter 7 zur Führung von Mikrowellenstrahlung von dem zweiten oder hinteren Ende des Mikrowellenhohlleiters 7 bzw. des Hohlkörpers 2 zur Einmündung des Mikrowellenhohlleiters 7 an seinem ersten Ende in das zweite Ende des ersten Hohlraums 5 auf. Der Mikrowellenhohlleiter 7 mündet dabei nicht exzentrisch/asymmetrisch in den ersten Hohlraum 5 noch ändert sich zwischen den beiden Enden der Querschnitt des Mikrowellenhohlleiters 7. Bei der in Figur 5 gezeigten dritten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1 schließt die Vorkammer 9 den Hohlraumresonator 8 vollständig ein. Das zweite Ende des Hohlraumresonators 9 bildet dabei eine exzentrische respektive asymmetrische Lochblende 14, d. h., eine in den ersten Hohlraum 5 eingesetzte (leitfähige/metallische) Trennwand mit einem exzentrisch bzw. asymmetrisch zu der Vorzugslängsachse des Hohlkörpers 2 und zugleich der Rotationssymmetrieachse des Hohlraumresonators 8 angeordneten Ausnehmung, die einen Eintritt von Mikrowellenstrahlung in den Hohlraumresonator 8 ermöglicht. Die Lochblende 14 erfüllt die gleiche Funktion wie eine exzentrisch oder asymmetrisch angeordnete Mündung des Mikrowellenhohlleiters 7. Bei der dritten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1 entsprechend Figur 5 mündet des Mikrowellenhohlleiter 7 mit seinem ersten Ende nicht direkt in den Hohlraumresonator wie bei den beiden Ausgestaltungsvarianten entsprechend der Figuren 1 und 2 bzw. 3 und 4, sondern in den ersten Hohlraum 5 des Hohlkörpers 2. Der Hohlraumresonator 8 endet, wie erwähnt, bereits an der Lochblende 14 als zweites Ende und damit noch innerhalb der Vorkammer 9, deren zweites Ende wie auch bei den anderen beiden Ausgestaltungsvarianten von der dem ersten Ende 3 von Hohlkörper 2/erstem Hohlraum 5/Vorkammer 9 zugewandten Grenzfläche der Druckscheibe 10 gebildet wird. Zwischen der Einmündung des Mikrowellenhohlleiters 7 in den ersten Hohlraum 5 und der Druckscheibe 10 dient wiederum der Zwischenhohlraum 11 der Impedanzanpassung Mikrowellen beim Übergang aus dem Mikrowellenhohlleiter 7 in den ersten Hohlraum 5 betreffend.In figure 5 a longitudinal sectional view of a third embodiment variant of a microwave ignition system 1 according to the invention is shown. The third embodiment variant has a simple rectangular microwave waveguide 7 for guiding microwave radiation from the second or rear end of the microwave waveguide 7 or the hollow body 2 to the opening of the microwave waveguide 7 at its first end into the second end of the first cavity 5. The microwave waveguide 7 does not open eccentrically/asymmetrically into the first cavity 5, nor does the cross section of the microwave waveguide 7 change between the two ends figure 5 shown third embodiment of a microwave ignition system 1 according to the invention, the antechamber 9 completely encloses the cavity resonator 8 . The second end of the cavity resonator 9 forms an eccentric or asymmetrical perforated diaphragm 14, ie a (conductive/metallic) partition inserted into the first cavity 5 with an eccentric or asymmetrical to the preferred longitudinal axis of the hollow body 2 and at the same time to the rotational symmetry axis of the cavity resonator 8 Recess that allows entry of microwave radiation into the cavity resonator 8. The perforated diaphragm 14 performs the same function as an eccentrically or asymmetrically arranged opening of the microwave waveguide 7. Correspondingly in the third embodiment variant of a microwave ignition system 1 according to the invention figure 5 opens the microwave waveguide 7 with its first end not directly in the cavity resonator as in the two variants according to the Figures 1 and 2 or 3 and 4, but in the first cavity 5 of the hollow body 2. As mentioned, the cavity resonator 8 already ends at the pinhole 14 as the second end and thus still within the antechamber 9, the second end of which is the same as in the other two design variants is formed by the interface of the thrust washer 10 facing the first end 3 of the hollow body 2/first cavity 5/prechamber 9. Between the confluence of the microwave waveguide 7 in the first cavity 5 and the pressure disk 10 is in turn used by the intermediate cavity 11 for the impedance matching of microwaves during the transition from the microwave waveguide 7 into the first cavity 5 .

In Figur 6 ist in der linken der beiden Darstellungen eine Ansicht entlang der Vorzugslängsachse eines Hohlkörpers 2 eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1 in das Innere des Hohlkörpers 2 im Bereich seines ersten oder vorderen Endes 3 und damit in das Innere des ersten Hohlkörpers 5/des Hohlraumresonators 8/der Vorkammer 9 gezeigt. In der rechten der beiden Darstellungen ist eine Längsschnittansicht eines endseitigen Bereiches respektive Abschnitts des Hohlkörpers 2 an seinem ersten oder vorderen Ende 3 gezeigt. Die Grundform des Hohlkörpers 2 entspricht an seinem ersten oder vorderen Ende 3 derjenigen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Mikrowellenzündsystems 1. Der Fokus der Darstellung in Figur 6 liegt auf der Ausgestaltung der Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13, weshalb insbesondere in der Längsschnittansicht lediglich ein vorderer Endabschnitt des Hohlkörpers 2 gezeigt ist. In dem Ausführungsbeispiel entsprechend der Figur 6 sind die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 als rechteckige Stege mit Überhang ausgeführt. Dabei sind sechs identische derartig ausgebildete Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 innenseitig um die äußere Wandung von ersten Hohlraum 5/Hohlraumresonator 8/Vorkammer 9 umlaufend äquidistant beabstandet angeordnet.In figure 6 is a view along the preferred longitudinal axis of a hollow body 2 of a microwave ignition system 1 according to the invention into the interior of the hollow body 2 in the region of its first or front end 3 and thus into the interior of the first hollow body 5/the cavity resonator 8/the antechamber 9 shown. In the right of the two representations, a longitudinal sectional view of an end area or section of the hollow body 2 is shown at its first or front end 3 . The basic shape of the hollow body 2 corresponds at its first or front end 3 to that of the Figures 1 and 2 illustrated first embodiment of a microwave ignition system according to the invention 1. The focus of the representation in figure 6 is due to the design of the means for local field enhancement 13, which is why only a front end section of the hollow body 2 is shown in particular in the longitudinal sectional view. In the embodiment according to the figure 6 the means for local field enhancement 13 are designed as rectangular webs with an overhang. In this case, six identically designed means for local field enhancement 13 are arranged equidistantly spaced around the inside of the outer wall of the first cavity 5/cavity resonator 8/prechamber 9.

Die weiteren Figuren 7 bis 11 basieren auf der Darstellung in Figur 6 und zeigen basierend alternative Ausführungen von Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung 13. Die Mittel zur lokalen Feldüberhöhung sind jeweils alle identisch ausgebildet und innenseitig um die äußere Wandung von ersten Hohlraum 5/Hohlraumresonator 8/Vorkammer 9 umlaufend äquidistant beabstandet angeordnet.The others Figures 7 to 11 are based on the representation in figure 6 12 and 13 show alternative designs of means for local field increase 13. The means for local field increase are all identically designed and arranged equidistantly on the inside around the outer wall of the first cavity 5/cavity resonator 8/prechamber 9.

In der Ausführungsvariante gemäß Figur 7 sind sechs als runde Stege mit Überhang ausgebildete Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 vorgesehen.In the variant according to figure 7 six means for local field enhancement 13 designed as round webs with an overhang are provided.

In der Ausführungsvariante gemäß Figur 8 sind sechs als rechteckige schmale Stege mit Überhang ausgebildete Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 vorgesehen.In the variant according to figure 8 six means for local field enhancement 13 designed as narrow, rectangular webs with an overhang are provided.

In der Ausführungsvariante gemäß Figur 9 sind sechs als rechteckige Stege ausgebildete Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 vorgesehen, wobei die Stege an dem vom ersten oder vorderen Ende 3 von ersten Hohlraum 5/Hohlraumresonator 8/Vorkammer 9 weg weisenden axialen Ende spitz zulaufen.In the variant according to figure 9 Six rectangular webs are provided for local field enhancement 13, the webs tapering to a point at the axial end pointing away from the first or front end 3 of the first cavity 5/cavity resonator 8/prechamber 9.

In der Ausführungsvariante gemäß Figur 10 sind zwölf als schmale rechteckige Stege mit Überhang ausgebildete Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 vorgesehen.In the variant according to figure 10 Twelve means for local field enhancement 13 designed as narrow rectangular webs with an overhang are provided.

In der Ausführungsvariante gemäß Figur 11 sind sechs rechteckige schmale Stege mit Überhang ausgebildete Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 und zusätzlich eine zentrale Kuppel 15 vorgesehen, die ebenfalls und in Kombination mit den Mitteln zur lokale Feldüberhöhung 13 die Feldverteilung im Hohlraumresonator 8 zur Erzeugung von Überschlägen (Lichtbögen) zwischen den Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung 13, den Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung 13 und der Kuppel 15 und/oder gegebenenfalls zusätzlich zwischen den Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung 13, der Kuppel 15 und/oder der äußeren Wandung des Hohlraumresonators 8 beeinflusst, sofern in den Hohlraumresonator 8 Mikrowellenstrahlung eingekoppelt wird. Insofern ist auch die Kuppel 15 als Mittel zur lokalen Feldüberhöhung 13 anzusehen, wobei der Kuppel 15 aufgrund ihrer abweichenden Struktur verglichen mit allen weiteren bis hierhin in den Figuren exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit gezeigten Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung 13 eine eigene Bezeichnung und eine eigene Referenznummer zugewiesen wurde.In the variant according to figure 11 six rectangular, narrow webs with an overhang are provided for local field increase 13 and, in addition, a central dome 15, which also and in combination with the means for local field increase 13 the field distribution in the cavity resonator 8 for generating flashovers (arcs) between the means for local Field increase 13, the means for local field increase 13 and the dome 15 and/or optionally additionally between the means for local field increase 13, the dome 15 and/or the outer wall of the cavity resonator 8 if microwave radiation is coupled into the cavity resonator 8. In this respect, the dome 15 is also to be regarded as a means for local field enhancement 13, with the dome 15 having its own designation and reference number compared to all other means for local field enhancement 13 shown up to this point in the figures by way of example and without loss of generality due to its different structure was assigned.

Wie bereits in einem vorstehenden Abschnitt erwähnt, ermöglicht die äußere Grundgestalt den Einsatz der in der in den Figuren exemplarisch dargestellten Ausführungen erfindungsgemäßer Mikrowellenzündvorrichtungen 1 bei Verbrennungsmotoren ohne größere Änderungen an bekannten bzw. bestehenden Auslegungen von Verbrennungsmotoren. Die grundsätzliche Ausbildung der in den Figuren gezeigten beispielhaften Ausführungen von Mikrowellenzündkerzen 1 lässt sich dabei auf beliebige Größen und/oder Leistungsklassen von Verbrennungsmotoren adaptieren.As already mentioned in a previous section, the basic external shape enables the use of the microwave ignition devices 1 according to the invention shown as an example in the figures in internal combustion engines without major changes to known or existing designs of internal combustion engines. The basic design shown in the figures exemplary designs of microwave spark plugs 1 can be adapted to any size and / or power classes of internal combustion engines.

Im vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde eine Mikrowellenstrahlung aus dem K_a-Band (Frequenzbereich von 26,5 GHz bis 40 GHz) benutzt. Genauso kann mit entsprechender Anpassung eine andere geeignete Mikrowellenstrahlung aus einem anderen Band, beispielsweise X-Band (Frequenzbereich von 7,0 GHz bis 11,2 GHz), verwendet werden.In the above exemplary embodiment, microwave radiation from the K _a band (frequency range from 26.5 GHz to 40 GHz) was used. Likewise, another suitable microwave radiation from a different band, for example X-band (frequency range from 7.0 GHz to 11.2 GHz), can be used with appropriate adjustment.

BezugszeichenlisteReference List

11: Mikrowellenzündvorrichtungmicrowave ignition device
22: Hohlkörperhollow body
33: Erstes oder vorderes Ende HohlkörperFirst or front end Hollow body
44: Zweites oder hinteres Ende HohlkörperSecond or rear end Hollow body
55: Erster HohlraumFirst Cavity
66: Zweiter Hohlraumsecond cavity
77: Mikrowellenhohlleitermicrowave waveguide
88th: Hohlraumresonatorcavity resonator
99: Vorkammerantechamber
1010: Druckfensterprint window
1111: Zwischenhohlrauminterstitial cavity
1212: Bohrungdrilling
1313: Mittel zur lokalen FeldüberhöhungMeans for local field superelevation
1414: Lochblendepinhole
1515: Kuppeldome

Claims

2. Mikrowellenzündvorrichtung (1) zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors, umfassend wenigstens einen Hohlkörper (2) mit einer Vorzugslängsachse und zwei entlang der Vorzugslängsachse beabstandet gegenüberliegende Enden (3, 4), wobei der Hohlkörper (2) zumindest einen Hohlraum (5) umfasst,

wobei der Hohlraum (5) zumindest teilweise als eine Vorkammer (9) zur Aufnahme eines zündfähigen Fluids in einem Inneren der Vorkammer (9) ausgebildet ist,

wobei die Vorkammer (9) sich unmittelbar an das erste Ende (3) des Hohlkörpers anschließt und eine die Vorkammer (9)/den Hohlraum (5) berandende äußere Wandung des Hohlkörpers (2) in einer Umgebung des ersten Endes wenigstens eine sich vollständig von einer Innenseite zu einer Außenseite durch die Wandung erstreckende Bohrung (12) aufweist, die einen Austausch von Fluid zwischen der Vorkammer (9) und einem Außenraum ermöglicht und zusätzlich zum Austritt von heißen flüchtigen Verbrennungsprodukten aus der Vorkammer (9) in einen Außenraum ausgebildet ist,

wobei der Hohlraum (5) zumindest teilweise als Hohlraumresonator (8) für Mikrowellenstrahlung ausgebildet ist, in den vom zweiten Ende (4) des Hohlkörpers (2) her von extern Mikrowellenstrahlung einkoppelbar ist und der Hohlraumresonator (8) wenigstens teilweise mit der Vorkammer (9) zusammenfällt,

und wobei in einer Umgebung des ersten Endes (3) innenseitig umlaufend um eine äußere Wandung des Hohlraumresonators (8)/des Hohlraums (5) wenigstens zwei Mittel zu lokalen Feldüberhöhung (13) angeordnet oder ausgebildet sind.

2. Microwave ignition device (1) for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising at least one hollow body (2) with a preferred longitudinal axis and two opposite ends (3, 4) spaced along the preferred longitudinal axis, wherein the hollow body (2) comprises at least one cavity (5),

wherein the cavity (5) is at least partially designed as an antechamber (9) for receiving an ignitable fluid in an interior of the antechamber (9),

wherein the antechamber (9) directly adjoins the first end (3) of the hollow body and an outer wall of the hollow body (2) bordering the antechamber (9)/cavity (5) in a vicinity of the first end is at least one completely has a bore (12) extending through the wall from the inside to the outside, which allows fluid to be exchanged between the antechamber (9) and an exterior space and is also designed to allow hot, volatile combustion products to escape from the antechamber (9) into an exterior space,

wherein the cavity (5) is at least partially designed as a cavity resonator (8) for microwave radiation, into which external microwave radiation can be coupled from the second end (4) of the hollow body (2), and the cavity resonator (8) is at least partially connected to the antechamber (9 ) coincides,

and wherein at least two means for local field enhancement (13) are arranged or formed in a vicinity of the first end (3) surrounding an outer wall of the cavity resonator (8)/cavity (5).

3. Mikrowellenzündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Vorkammer (9) vom Rest des Hohlraums (5) und/oder von allen weiteren Hohlräumen (6) des Hohlkörpers (2) durch eine zumindest teilweise mikrowellentransparente Barriere (10) räumlich abgetrennt ist. 3. Microwave ignition device according to claim 1, characterized in that the antechamber (9) is spatially separated from the rest of the cavity (5) and/or from all other cavities (6) of the hollow body (2) by an at least partially microwave-transparent barrier (10). is.

4. Mikrowellenzündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in den Hohlraumresonator (8) exzentrisch und/oder asymmetrisch erfolgt. 4. Microwave ignition device according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling of microwave radiation into the cavity resonator (8) takes place eccentrically and/or asymmetrically.

5. Mikrowellenzündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Teil des Hohlraums und/oder ein weiterer Hohlraum (6) des Hohlkörpers (2) sich zwischen dem zweiten Ende (4) des Hohlkörpers (2) und dem Hohlraumresonator (8) erstreckt, als Mikrowellenhohlleiter (7) ausgebildet ist, in den am zweiten Ende (4) Mikrowellenstrahlung einkoppelbar ist. 5. Microwave ignition device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a further part of the cavity and / or a further cavity (6) of the hollow body (2) between the second end (4) of the hollow body (2) and the cavity resonator (8) is designed as a microwave waveguide (7) into which microwave radiation can be coupled at the second end (4).

6. Mikrowellenzündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bohrung (12) einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 1,3 mm aufweist. 6. Microwave ignition device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one bore (12) has a diameter of between 0.2 mm and 1.3 mm.

7. Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Brennkammer, gekennzeichnet durch ein Mikrowellenzündsystem (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5. 7. Internal combustion engine with at least one combustion chamber, characterized by a microwave ignition system (1) according to at least one of claims 1 to 5.

8. Verfahren zur Zündung eines zündfähigen Fluids in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors, umfassend zumindest die folgenden Schritte: a. Vorsehen eines Hohlraums (5), wobei ein erster räumlicher Bereich des Hohlraums (9) zumindest teilweise zur Aufnahme eines zündfähigen Fluids und ein weiterer, zweiter räumlicher Bereich des Hohlraums (8) derart ausgebildet ist, dass sich bei Einbringung von Mikrowellenstrahlung eine stehende elektromagnetische Welle in dem zweiten Bereich (8) ausbildet,

wobei der zweite Bereich (8) zumindest teilweise mit dem ersten Bereich (9) zusammenfällt,

wobei zumindest eine Verbindung (12) zwischen dem ersten Bereich (8) und der Brennkammer einen Austausch von Fluid zwischen dem ersten Bereich (9) und der Brennkammer sowie den Übertritt von heißen flüchtigen Verbrennungsprodukten aus dem ersten Bereich (9) in die Brennkammer ermöglicht,

wobei in einer nahen Umgebung des Endes der Verbindung (12) in den ersten Bereich (9) innenseitig umlaufend um den zweiten Bereich (8) zumindest zwei Mittel zu lokalen Feldüberhöhung (13) an Stellen vorgesehen sind, an denen bei Vorliegen einer stehenden elektromagnetischen Welle im zweiten Bereich (8) besonders hohe elektrische Feldstärken zu erwarten sind;

b. Einbringen von zündfähigem Fluid aus der Brennkammer in den ersten Bereich (9) durch die Verbindung (12) im Zuge eines Verdichtungsvorgangs die Brennkammer betreffend;

c. Einbringen von Mikrowellenstrahlung in den zweiten Bereich (8), wobei an den zumindest zwei Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung (13) bedingt durch den Spitzeneffekt sich wenigstens zwischen den Mitteln zur lokalen Feldüberhöhung (13) ein oder mehrere elektrische Überschläge durch das zündfähige Fluid ausbilden, die das zündfähige Fluid im Inneren des ersten Bereits (9) zünden und in Folge dessen sich durch die Verbindung (12) ein Flammenstrahl in die Brennkammer ausbreitet und das in der Brennkammer befindliche zündfähige Fluid entzündet.

8. A method for igniting an ignitable fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising at least the following steps: a. providing a cavity (5), A first spatial area of the cavity (9) is designed at least partially to accommodate an ignitable fluid and a further, second spatial area of the cavity (8) is designed in such a way that a standing electromagnetic wave is generated in the second area (8) when microwave radiation is introduced. trains

the second area (8) at least partially coinciding with the first area (9),

wherein at least one connection (12) between the first area (8) and the combustion chamber enables an exchange of fluid between the first area (9) and the combustion chamber and the transfer of hot volatile combustion products from the first area (9) into the combustion chamber,

in the immediate vicinity of the end of the connection (12) in the first area (9) surrounding the second area (8) on the inside, at least two means for local field enhancement (13) are provided at points at which a standing electromagnetic wave is present in the second area (8) particularly high electric field strengths are to be expected;

b. introducing ignitable fluid from the combustion chamber into the first region (9) through the connection (12) in the course of a compression process affecting the combustion chamber;

c. Introducing microwave radiation into the second region (8), with the peak effect causing one or more electrical flashovers to form at least between the means for local field increase (13) due to the ignitable fluid at the at least two means for local field increase (13), which ignite the ignitable fluid inside the first already (9) and as a result of which a jet of flame propagates through the connection (12) into the combustion chamber and ignites the ignitable fluid located in the combustion chamber.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verbindung (12) einen hinreichend kleinen Querschnitt aufweist, so dass bei einem Verdichtungsvorgang die Brennkammer betreffend der Druckanstieg in dem ersten Bereich (9) des Hohlraums (5) gegenüber dem Druckanstieg in der Brennkammer zeitverzögert erfolgt und der maximale Druck unmittelbar vor der Zündung eines Fluids in dem ersten Bereich (9) nicht mehr als ein Zehntel, vorzugsweise nicht mehr als ein Zwanzigstel, des Drucks in der Brennkammer beträgt. 9. The method according to claim 7, characterized in that the at least one connection (12) has a sufficiently small cross section, so that during a compression process the combustion chamber with regard to the pressure increase in the first region (9) of the cavity (5) compared to the pressure increase in of the combustion chamber takes place with a time delay and the maximum pressure immediately before the ignition of a fluid in the first region (9) is no more than one tenth, preferably no more than one twentieth, of the pressure in the combustion chamber.