DE19629171C2 - Zündanordnung für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 36 01 299 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Fremdzündung in Verbrennungsmotoren bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Zündfunke mittels einer Zündelektrode und einer am Kolben angebrachten Massenelektrode erzeugt. Hierbei wird der Elektrodenabstand in Abhängigkeit der Motorbelastung verändert. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Zündspannung insbesondere bei großen Elektrodenabständen erheblich über dem Wert bisher verwendeter Zündsysteme liegt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß mit einem solchen Motor eine Gemischabmagerung nicht bzw. nur bedingt möglich ist, da bei einer sog. Ladungsschichtung, die Gemischentflammung nicht mehr sichergestellt wäre, da der Weg des Zündfunkens fest vorgegeben ist und nicht notwendigerweise die Ladung erreicht.

Für die elektrostatische Aufladung des Kraftstoffnebels bei Verbrennungsmaschinen sind verschiedene Vorrichtungen bekannt. Aus der EP 0 476 084 B1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem der Kraftstoffsprühnebel mittels Hochspannungselektroden, die an der Düsenöffnung angeordnet sind, aufgeladen wird. Bei diesen Vorrichtungen dient die Aufladung lediglich zur Unterstützung der Zerstäubung des Kraftstoffs.

Eine Möglichkeit die immer strenger werdenden Abgas- und Verbrauchsvorschriften zu erfüllen zeigt der sog. Schichtlademotor. Ein Schichtlademotor läßt sich mit extrem abgemagertem Gemisch betreiben. Ein wesentlicher Nachteil bei diesen Schichtlademotoren besteht darin, daß das brennbare Gemisch nicht homogen über den Brennraum verteilt ist, sondern sich in gewissen Bereichen konzentriert. Dadurch, daß die Lage der Zündkerze aber fest vorgegeben ist, muß bei jeder Betriebsbedingung gewährleistet werden, daß sich das brennbare Gemisch (Kraftstoffwolke) in der Nähe der Zündkerze zum Zündzeitpunkt befindet. Hierfür sind aufwendige strömungsoptimierte Verfahren, wie z. B. aus der EP 0 675 270 A1 bekannt, notwendig. Trotzdem ist nicht sichergestellt, daß jeder Zündfunke die Entflammung des Gemischs herbeiführt. Solche Zündaussetzer verschlechtern das Abgasverhalten des Motors aber erheblich.

Aus der DE 30 43 713 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraftstoffwolke in einem Brennraum bekannt, wobei eine Glühzündkerze in den Brennraum ragt. Diese Druckschrift befaßt sich mit einem Dieselmotor, das heißt mit einem selbstzündenden Motor. Probleme mit geschichteten Ladungen treten bei dieser Art von Motoren nicht auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es aber, eine Zündanordnung zu schaffen, die auch bei einer geschichteten Ladung eine sichere Entflammung des Gemischs gewährleistet, die leicht in vorhandene Motoren integrierbar ist und die einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, den Leitwert des Kraftstoff- Luft-Gemischs innerhalb des Bereichs der Kraftstoffwolke zu erhöhen. Dies wird durch elektrisches aufladen der Kraftstoffwolke erreicht, so daß der Zündfunke zwischen der Zündelektrode und der geladenen Kraftstoffwolke überspringt. Hierzu wird eine Zündkerze ohne Massenelektrode eingesetzt. Der Zündfunke bildet sich dann wie ein Blitz aus, der an der Zündelektrode startete und von der geladenen Kraftstoffwolke besser geleitet wird als in der sie umgebenden nicht ionisierten Luft. Dadurch ist mit Sicherheit ge­ währleistet, daß der Zündfunke die Kraftstoffwolke erreicht und daß das Kraftstoffgemisch entflammt wird. Selbst bei extrem abgemagerten Gemischen wird der Weg des Zündfunken über die geladenen Kraftstoffwolke immer bevorzugt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzig dargestellte Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Verbrennungsmotor mit der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung. Bei dem Ver­ brennungsmotor handelt es sich um einen Ottomotor 1 mit einem Brennraum 10 und einem Kolben 20, der sich in einem Zylinder 30 bewegt. Auf dem Zylinder 30 sitzt ein Zylin­ derkopf 40, in dem sich ein oder mehrere Einlaß- und Auslaßkanäle befinden, die mit Hilfe mehrerer Ventile geöffnet und verschlossen werden. Schematisch dargestellt sind nur ein Einlaßkanal 41 und ein Auslaßkanal 42 mit jeweils einem Ventil 43 bzw. 44. In den Zylinderkopf 40 ist eine Zündkerze 60 eingesetzt. Die Zündkerze 60 ist mit einem Steuergerät 70 verbunden und weist nur eine Zündelektrode 62 auf. Neben der Zündkerze 60 sitzt ein Einspritzventil 100, das ebenfalls mit dem Steuergerät 70 verbunden ist und das als Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraftstoffwolke dient. Über eine Verbindungsleitung 102 sind an dem Einspritzventil 100 angeordnete Io­ nisierungselektroden 101 mit einer Hochspannungsquelle 104 verbunden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung be­ schränkt. Das Einspritzventil kann auch in einem Einlaß­ kanal angeordnet sein. Ebenso ist eine Anwendung auch bei Vergasermotoren denkbar. Hierbei muß eine geeignete Vorrichtung zur Aufladung stromabwärts vom Vergaser oder direkt an diesem angeordnet sein. Neben den Ionisierungselektroden 101 sind auch andere Vorrichtungen zur elektrischen Aufladung der Kraftstoffwolke wie z. B. Laser denkbar.

Nachfolgend ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Zündanordnung näher erläutert. Vor jedem Verbrennungstakt wird mit Hilfe des Einspritzventil 100 ein Kraftstoffge­ misch in den Brennraum 10 eingeblasen. Während dieses Vorgangs wird das Kraftstoffgemisch elektrisch mit Hilfe der Ionisierungselektroden 101 aufgeladen und es entsteht im Brennraum 10 eine geladene Kraftstoffwolke 80. Insbe­ sondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine füllt die Kraftstoffwolke 80 nicht den ganzen Brennraum 10 aus. Mit Hilfe des Steuergeräts 70 wird aufgrund des Betriebs­ zustandes der Brennkraftmaschine über ein Kennlinienfeld der optimale Zündzeitpunkt T bestimmt. Zu diesem Zünd­ zeitpunkt T wird mit Hilfe der Zündkerze 60 ein Zündfunke 82 erzeugt, der an der Zündelektrode 62 startet. Da die Kraftstoffwolke 80 geladen ist, läuft der Zündfunke 82 über die Kraftstoffwolke 80 und führt in vorteilhafter Weise die Entflammung der Kraftstoffwolke 80 herbei. Somit ist gewährleistet, daß der Zündfunke 82 in den Bereich der höchsten Kraftstoffkonzentration gelangt, da dieser Bereich die höchste Ionisierungsdichte und damit den höchsten Leitwert aufweist. Außerdem wird der Zündfunke 82, wenn die Zündelektrode 62 positiv und die Kraftstoffwolke 80 negativ geladen ist, von der Kraftstoffwolke 80 angezogen. Da sich aufgrund der elektrischen Aufladung des Kraftstoffwolke 80 eine Viel­ zahl von Ionen im Brennraum 10 befinden wird die Zünd­ spannung in vorteilhafter Weise erheblich herabgesetzt und die Auslösung des Zündfunkens erleichtert. Dadurch vereinfacht sich das Zündsystem zusätzlich.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß insbesondere im Teillastbereich eine sichere Entflammung des Gemisch gewährleistet ist und damit aufgrund der La­ dungsschichtung eine erhebliche Verbesserung des Wir­ kungsgrades der Brennkraftmaschine erreicht wird. Mit der erfindungsgemäßen Zündanordnung kann das Kraftstoffge­ misch stärker abgemagert werden und trotzdem noch mit Si­ cherheit gezündet werden. Zusätzliche Vorrichtungen um das Kraftstoffgemisch in die Nähe der Zündkerze zu bewe­ gen sind nicht mehr notwendig. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, daß die Klopfneigung sich erheblich vermin­ dert. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, das Verdich­ tungsverhältnis zu erhöhen, um dadurch zusätzlich den Wirkungsgrad zu verbessern.

Claims (5)

1. Zündanordnung für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraftstoffwolke in einem Brennraum und einer in den Brennraum ragenden Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der Kraftstoffwolke (100) eine Vorrichtung zur elektrischen Aufladung der Kraftstoffwolke (80) aufweist und daß die Zündkerze (60) keine Massenelektrode aufweist.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraftstoffwolke (100) ein Einspritzventil ist.

3. Zündanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraftstoffwolke (100) ein Vergaser ist.

4. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur elektri­ schen Aufladung der Kraftstoffwolke (80) Ionisie­ rungselektroden (101) aufweist.

5. Zündanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur elektri­ schen Aufladung der Kraftstoffwolke einen Laser auf­ weist.