DE19723784C1 - Circuit for ignition system of IC engine supplying high voltage to spark plug electrodes - Google Patents
Circuit for ignition system of IC engine supplying high voltage to spark plug electrodesInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Zündung einer Brennkraftmaschine, bei der im Arbeitstakt eine Hochspannung an die Elektroden einer Zündkerze angelegt wird, wobei die Hochspannung einen Spannungsüberschlag an den Elektroden der Zündkerze bewirkt, wobei die Hochspannung durch eine resonante Transformationsschaltung erzeugt wird und wobei zu jeder Zündkerze eine separate resonante Transformationsschaltung vorgesehen ist.The present invention relates to a circuit arrangement for the ignition of a Internal combustion engine in which a high voltage is applied to the electrodes of a Spark plug is applied, the high voltage flashover to the Electrodes of the spark plug causes the high voltage through a resonant Transformation circuit is generated and with a separate resonant for each spark plug Transformation circuit is provided.
Bekannte Zündanlagen, die verbreitet in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, bestehen aus einer Zündspule, einem Zündverteiler und Zündkerzen. In der Zündspule wird eine Hochspannung erzeugt, die über den Zündverteiler den einzelnen Zündkerzen zugeführt wird. Infolge der Hochspannung kommt es zu einem Spannungsüberschlag an den Elektroden der Zündkerze. In den Arbeitstakt wird also durch die Zündkerze das Brennstoff/Luft-Gemisch gezündet. Es ist dabei auch bekannt, anstelle eines rotierenden sogenannten Verteilerfingers in einem Zündverteiler eine elektronische Zündverteilung vorzusehen. Ab dem Ausgang der Zündspule muß die Schaltungsanordnung hochspannungsfest ausgelegt sein, um Spannungsüberschläge auf die Fahrzeugkarosserie zu vermeiden. Die erzeugte Hochspannung liegt im Bereich von einigen 10 kV, d. h. bei ca. 20 bis 30 kV.Known ignition systems that are widely used in motor vehicles consist of an ignition coil, an ignition distributor and spark plugs. In the ignition coil there is a High voltage is generated, which is fed to the individual spark plugs via the ignition distributor. As a result of the high voltage, there is a voltage flashover at the electrodes of the Spark plug. In the work cycle, the fuel / air mixture is thus through the spark plug ignited. It is also known, instead of a rotating so-called distributor finger to provide an electronic distributor for an ignition distributor. From the exit of the Ignition coil, the circuit arrangement must be designed to withstand high voltages Avoid voltage flashovers on the vehicle body. The high voltage generated is in the range of some 10 kV, i.e. H. at approx. 20 to 30 kV.
Es ist weiterhin bekannt (DE 37 27 458 A1), die Schaltungsanordnung so zu modifizieren, daß jeder Zündkerze eine eigene Zündspule zugeordnet wird. Aufgrund der Ausrichtung der Zündspule im Zündkerzenstecker ist diese zugleich als Handhabe für den Zündkerzenstecker ausgebildet. Insgesamt baut diese Anordnung relativ groß, weswegen zur Lösung damit verbundener Probleme hinsichtlich des Einbauraumes die spezielle Ausrichtung der Zündspule vorgeschlagen worden ist. Diese Schaltungsanordnung muß jedenfalls nicht über größere Strecken hochspannungsfest ausgebildet werden, weil die Zündspule in unmittelbarer Nähe zu der Zündkerze angeordnet ist.It is also known (DE 37 27 458 A1) to modify the circuit arrangement in such a way that that each spark plug is assigned its own ignition coil. Due to the orientation of the The ignition coil in the spark plug connector is also a handle for the spark plug connector educated. Overall, this arrangement builds relatively large, which is why to solve it related problems with regard to the installation space the special orientation of the Ignition coil has been proposed. In any case, this circuit arrangement does not have to larger distances are designed to withstand high voltages because the ignition coil is in the immediate vicinity Proximity to the spark plug is arranged.
Weiterhin ist es aus der DE 35 44 869 A1 bekannt, eine Zündeinheit so auszubilden, daß eine Hochspannungskondensatorzündanlage aus einer Zündfunkenstrecke und einer Vorfunkenstrecke besteht, zu denen ein Speicherkondensator parallel geschaltet ist, sowie einem Zündtransformator, an dessen Sekundärseite der Speicherkondensator angeschlossen ist. Durch den Zündtransformator baut auch diese Zündeinheit vergleichsweise groß. Furthermore, it is known from DE 35 44 869 A1 to design an ignition unit so that a High-voltage capacitor ignition system consisting of a spark gap and one Spark gap exists, to which a storage capacitor is connected in parallel, as well an ignition transformer, on the secondary side of which the storage capacitor is connected is. This ignition unit also has a comparatively large construction due to the ignition transformer.
Weiterhin ist aus der WO 91/00961 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der aus der Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeuges mittels mehrerer Übertrager eine Spannung mit einem Wechselspannungsanteil erzeugt wird. Diese Spannung wird dem Eingang einer resonanten Transformationsschaltung zugeführt. Dadurch wird die Spannung nochmals erhöht und dann den Elekroden der Zündkerze zugeführt. Die Spannung mit dem Wechselspannungsanteil wird dabei aus der Bordnetzspannung erzeugt, indem zwei Übertrager hintereinandergeschaltet werden, die jeweils eine primärseitige und sekundärseitige Wicklung aufweisen. Für den Fall, daß die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder aufweist, ist es als vorteilhafte Lösung angegeben, daß diese bauliche Einheit, die aus mehreren Übertragern und der resonanten Transformationsschaltung besteht, für jede Zündkerze separat vorgesehen werden kann. Dadurch können Leitungswege verkürzt werden, über die gegebenenfalls eine hochtransformierte Spannung übertragen werden muß. Dies bedingt Vorteile bei der Durchbruchspannungsfestigkeit, indem die Spannungen unmittelbar dort hochtransformiert werden, wo die hochtransformierten Spannungen benötigt werden.Furthermore, from WO 91/00961 a circuit arrangement is known in which On-board electrical system voltage of a motor vehicle using a plurality of transmitters an AC voltage component is generated. This voltage becomes the input of a fed resonant transformation circuit. This increases the tension even more and then fed to the electrodes of the spark plug. The tension with the AC voltage component is generated from the vehicle electrical system voltage by two Transducers are connected in series, each a primary and have secondary winding. In the event that the internal combustion engine several Has cylinder, it is given as an advantageous solution that this structural unit, which from consists of several transformers and the resonant transformation circuit, for each Spark plug can be provided separately. This can shorten cable routes, via which a highly transformed voltage may have to be transmitted. This gives advantages in breakdown voltage strength by removing the voltages immediately be transformed up where the highly transformed voltages are required.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Zündanlage so auszubilden, daß diese nach Möglichkeit nur eine geringe Baugröße aufweist.The present invention is based on the problem of designing an ignition system in such a way that if possible, it has only a small size.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst, indem eine gemeinsame Einrichtung vorhanden ist, mittels der eine Wechselspannung erzeugbar ist, die über eine Steuereinrichtung und den einzelnen resonanten Transformationsschaltungen zugeordnete steuerbare Schalter an die einzelnen resonanten Transformationsschaltungen anlegbar ist.According to the invention, this problem is solved by having a common device is, by means of which an alternating voltage can be generated, which via a control device and controllable switches assigned to individual resonant transformation circuits to the individual resonant transformation circuits can be applied.
Dadurch läßt sich die Baugröße der Zündanlage reduzieren, indem die den einzelnen Zündkerzen zugeordneten Bauteile, die die resonante Transformationsschaltung enthalten, keine Übertrager mit primär- und sekundärseitiger Wicklung aufweisen. Vielmehr ist ein gemeinsamer Übertrager vorgesehen. Die Ausgangsspannung dieses Übertragers ist eine Wechselspannung mit einem Effektivwert von einigen hundert Volt. Eine derartige Spannung ist hinsichtlich der Hochspannungsfestigkeit bei deren Weiterleitung noch mit vertretbarem Aufwand zu handhaben. Durch diesen Aufbau der Schaltungsanordnung wird also einerseits die Baugröße der den einzelnen Zündkerzen zugeordneten Schaltungselementen in grenzen gehalten. Andererseits ist es nur notwendig, Kabel zu verwenden, deren Hochspannungsfestigkeit einige hundert Volt beträgt.This allows the size of the ignition system to be reduced by the individual Components associated with spark plugs that contain the resonant transformation circuit have no transformers with primary and secondary winding. Rather is a common transformer provided. The output voltage of this transformer is one AC voltage with an effective value of a few hundred volts. Such tension is still acceptable with regard to the high voltage resistance when it is forwarded Effort to handle. This construction of the circuit arrangement means, on the one hand limit the size of the circuit elements assigned to the individual spark plugs held. On the other hand, it is only necessary to use cables whose High voltage strength is a few hundred volts.
Die resonante Transformationsschaltung ist beispielsweise beschrieben in: Zinke, O. und Brunswig, H., "Lehrbuch der Hochfrequenztechnik", Springer-Verlag, Berlin (1973). Dort ist auch beschrieben, daß die resonante Transformationsschaltung aus einem Collins-Filter und/oder einem π-Glied bestehen kann. In der Anwendung auf die Schaltungsanordnung für die Zündung einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung ist dies der Gegenstand von Anspruch 2. Es zeigt sich dabei, daß eine Hochspannung erzeugbar ist mit einer Schaltungsanordnung, die nur eine geringe Baugröße aufweist.The resonant transformation circuit is described for example in: Zinke, O. and Brunswig, H., "Textbook of high frequency technology", Springer-Verlag, Berlin (1973). There is also described that the resonant transform circuit consists of a Collins filter and / or a π element can exist. In application to the circuit arrangement for the ignition of an internal combustion engine according to the present invention is this Subject matter of claim 2. It shows that a high voltage can be generated with a circuit arrangement that has only a small size.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 sind die resonanten Transformationsschaltungen und die jeweiligen Zündkerzen zu jeweils einem Zündkerzenbauteil zusammengefügt.In the circuit arrangement according to claim 3, the resonant Transformation circuits and the respective spark plugs to one each Spark plug component assembled.
Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß die resonanten Transformationsschaltungen nur eine geringe Baugröße aufweisen. Es wird also im Bereich des Motorblockes nur ein vergleichsweise geringer Einbauraum für die Zündkerzenbauteile benötigt.It proves to be particularly advantageous that the resonant Transformation circuits have only a small size. So it will be in the area the engine block only a comparatively small installation space for the spark plug components needed.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 sind die resonanten Transformationsschaltungen und die jeweiligen Zündkerzen mittels einer Steckverbindung zusammensteckbar.In the circuit arrangement according to claim 4, the resonant Transformation circuits and the respective spark plugs by means of a plug connection pluggable.
Dadurch wird vorteilhaft die Montage erleichtert. Außerdem kann bei einem möglichen Defekt eines der beiden Teile nur das defekte Teil getauscht und das andere Teil weiter verwendet werden, wodurch wiederum Kosten gespart werden.This advantageously facilitates assembly. In addition, with a possible Defective one of the two parts, only the defective part replaced and the other part further can be used, which in turn saves costs.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 bilden die parasitären Zündkerzenkapazitäten eine der Kapazitäten der resonanten Transformationsschaltungen.In the circuit arrangement according to claim 5, the parasitic spark plug capacitances one of the capacities of the resonant transformation circuits.
Durch diese Auslegung der Schaltungsanordnung kann in den einzelnen Zündkerzenbauteilen wiederum Einbauraum gespart werden.This design of the circuit arrangement can in the individual spark plug components again installation space can be saved.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 werden die resonanten Transformationsschaltungen an ihrem Eingang mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz größer als 100 kHz beaufschlagt.In the circuit arrangement according to claim 6, the resonant Transformation circuits at their input with an AC voltage with a Frequency applied greater than 100 kHz.
In diesem Bereich der Frequenz der Wechselspannung läßt sich die Hochspannung erzeugen. Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 liegt die Frequenz im Bereich von 1 bis zu einigen hundert MHz.The high voltage can be generated in this range of the frequency of the alternating voltage. In the circuit arrangement according to claim 7, the frequency is in the range from 1 to a few hundred MHz.
Bei diesen Frequenzen kann die Zahl der Windungen der Spule entsprechend reduziert werden, so daß sich der benötigte Bauraum auch entsprechend verringert. Beispielsweise wird bei einer Frequenz von 100 MHz eine Spule mit nur 10 Windungen benötigt. At these frequencies, the number of turns of the coil can be reduced accordingly are, so that the space required is also reduced accordingly. For example a coil with only 10 turns is required at a frequency of 100 MHz.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 wird der hochfrequenten Wechselspannung eine Gleichspannung oder eine niederfrequente Wechselspannung überlagert.In the circuit arrangement according to claim 8, the high-frequency AC voltage superimposed on a DC voltage or a low-frequency AC voltage.
Damit läßt sich beispielsweise eine Klopfsensorik realisieren.A knock sensor system can be implemented in this way, for example.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 ist die Gesamtanordnung in den Zylinderkopf integriert.In the circuit arrangement according to claim 9, the overall arrangement is in the cylinder head integrated.
Dadurch wird insgesamt der Bauraum des Motorblockes reduziert.As a result, the overall space of the engine block is reduced.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt dabei im einzelnen:An embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows in single:
Fig. 1: die Darstellung eines Zündkerzenbauteiles nach der Erfindung und Fig. 1: the representation of a spark plug component according to the invention and
Fig. 2: eine Darstellung der wichtigsten Elemente der Schaltungsanordnung für die Zündung einer Brennkraftmaschine. Fig. 2 shows a representation of the main elements of the circuit arrangement for the ignition of an internal combustion engine.
Fig. 1 zeigt die Darstellung eines Zündkerzenbauteiles, dessen Funktionsweise nachfolgend erläutert werden soll. Das Zündkerzenbauteil besteht aus einer bekannten Zündkerze 5 und einer resonanten Transformationsschaltung 3), wobei in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel Zündkerze 5 und resonante Transformationsschaltung 3 in einem Zündkerzenbauteil 4 zusammengefaßt sind. Die Zündkerze 5 und die resonante Transformationsschaltung können mittels einer Steckverbindung zusammengebracht werden oder von vorne herein integriert ausgebildet sein. Weiterhin ist die Zündelektronik dargestellt. Bei der vorliegenden Erfindung weist das Zündkerzenbauteil 4 nur einen Niederspannungsanschluß 2 auf, an dem gegen die Zündkerzenmasse 6 eine Spannung auftritt, die maximal 1/10, meistens jedoch viel weniger, der Zündhochspannung an den Zündkerzenelektroden 7 und 8 beträgt. Die Hochtransformation der Spannung vom Niederspannungsanschluß 2 des Zündkerzenbauteiles 4 zu der Zündkerzenelektrode 7 erfolgt mit einer resonanten Transformationsschaltung 3. Fig. 1 shows the representation of a spark plug component, the operation of which will be explained below. The spark plug component consists of a known spark plug 5 and a resonant transformation circuit 3 ), spark plug 5 and resonant transformation circuit 3 being combined in a spark plug component 4 in the exemplary embodiment shown here. The spark plug 5 and the resonant transformation circuit can be brought together by means of a plug connection or can be designed to be integrated from the beginning. The ignition electronics are also shown. In the present invention, the spark plug component 4 has only one low-voltage connection 2 , at which a voltage occurs against the spark plug ground 6 , which is a maximum of 1/10, but mostly much less, of the high spark voltage at the spark plug electrodes 7 and 8 . The step-up transformation of the voltage from the low-voltage connection 2 of the spark plug component 4 to the spark plug electrode 7 takes place using a resonant transformation circuit 3 .
Diese resonanten Transformationsschaltung kann beispielsweise als sogenannten π-Glied ausgebildet sind, das aus den beiden Kapazitäten 10 und 11 sowie einer Spule 9 besteht. Die Kapazität 10 auf der Hochspannungsseite wird durch die Geometrie der Zündkerzenkonstruktion gebildet, d. h., daß es sich hierbei um die parasitäre Kapazität des Zündkerzenbauteiles handeln kann. Der Kondensator für die zweite Kapazität 11 kann sich ganz oder teilweise außerhalb des Zündkerzenbauteiles befinden. Es kann eine Collins- Filterschaltung oder eine anderer Resonanzschaltung verwendet werden.This resonant transformation circuit can be designed, for example, as a so-called π element, which consists of the two capacitors 10 and 11 and a coil 9 . The capacitance 10 on the high voltage side is formed by the geometry of the spark plug construction, that is to say that it can be the parasitic capacitance of the spark plug component. The capacitor for the second capacitance 11 can be located entirely or partially outside the spark plug component. A Collins filter circuit or other resonance circuit can be used.
In der resonanten Transformationsschaltung 3 können eine oder mehrere Spulen Verwendung finden. Bei der Verwendung von zwei oder mehr Spulen ist es nicht unbedingt notwendig, diese Spulen transformatorisch zu koppeln.One or more coils can be used in the resonant transformation circuit 3 . When using two or more coils, it is not absolutely necessary to couple these coils in a transformer.
Die Spulen im Zündkerzenbauteil sind vorteilhaft einlagig ausgeführt. Die Spulen bestehen in der Regel aus weniger als 100 Windungen und sind daher entsprechend leicht.The coils in the spark plug component are advantageously made in one layer. The coils consist of generally less than 100 turns and are therefore correspondingly light.
Fig. 2 zeigt die Darstellung der wichtigsten Elemente der Schaltungsanordnung für die Zündung einer Brennkraftmaschine. Aus der von dem Bordnetz zur Verfügung stehenden Spannung, die beispielsweise von der Batterie oder der Lichtmaschine 301 zur Verfügung gestellt wird, wird ein Halbleiter-Oszillator 302 gespeist. Dieser Halbleiter-Oszillator 302 erzeugt in seinem Ausgang eine Wechselspannung auf erhöhtem Niveau, beispielsweise in der Größenordnung von 200 V bis 400 V. Fig. 2 shows the representation of the most important elements of the circuit arrangement for the ignition of an internal combustion engine. A semiconductor oscillator 302 is fed from the voltage available from the vehicle electrical system, which is made available, for example, from the battery or the alternator 301 . The output of this semiconductor oscillator 302 generates an alternating voltage at an elevated level, for example in the range from 200 V to 400 V.
Weiterhin ist eine Steuerung zur Zündverteilung 303 vorgesehen, von der Halbleiterschalter 304 angesteuert werden. Wenn die entsprechenden Halbleiterschalter 304 angesteuert werden, wird diese Wechselspannung zu dem Zündkerzenbauteil 305 durchgeschaltet. In der Darstellung der Fig. 3 ist zu sehen, daß jedes dieser Zündkerzenbauteile eine resonante Transformationsschaltung aufweist, die aus einer Spule und zwei Kapazitäten besteht. Mittels dieser resonanten Transformatorschaltung wird die Hochspannung der Größenordnung von einigen 10 kV mittels Resonanzbetrieb erzeugt, die zu einem Durchschlagen an den Elektroden des Zündkerzenbauteiles führt. Wie der Darstellung der Fig. 3 weiter zu entnehmen ist, ist das Zündkerzenbauteil 305 als eine Einheit ausgebildet. Die von dem Halbleiter-Oszillator 302 erzeugte Spannung muß dabei von der Steuerung zur Zündverteilung (303) und dem entsprechenden Halbleiterschalter 304 zum richtigen Zeitpunkt vor "OT" zu dem Zündkerzenbauteil durchgeschaltet werden. Der Zündvorgang selbst kann wiederum mit einer Ionenstrommessung überwacht werden.Furthermore, a control for ignition distribution 303 is provided, from which semiconductor switches 304 are controlled. When the corresponding semiconductor switches 304 are activated, this alternating voltage is switched through to the spark plug component 305 . It can be seen in the illustration in FIG. 3 that each of these spark plug components has a resonant transformation circuit which consists of a coil and two capacitors. By means of this resonant transformer circuit, the high voltage of the order of magnitude of a few 10 kV is generated by means of resonance operation, which leads to breakdown at the electrodes of the spark plug component. As can further be seen from the illustration in FIG. 3, the spark plug component 305 is designed as a unit. The voltage generated by the semiconductor oscillator 302 must be switched through by the control for ignition distribution ( 303 ) and the corresponding semiconductor switch 304 to the spark plug component at the right time before "TDC". The ignition process itself can be monitored with an ion current measurement.
Bei einer entsprechend günstigen Schaltungsdimensionierung kann die parasitäre Zündkerzenkapazität selbst bereits eine der beiden erforderlichen Kapazitäten darstellen. Es hat sich dabei gezeigt, daß aufgrund der als Luftspule ausgebildeten Induktivität diese bei einer Baugröße von einigen cm3 vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß die hohe Zündspannung im Bereich von 20 bis 30 kv bei diesem System nur an einem Ende der einlagigen Spule (am Zündkerzenanschluß) auftritt. Wenn die Induktivität direkt an der Zündkerze angeordnet wird oder sogar mit einer (entsprechend modifizierten) Zündkerze integriert wird, läßt sich der entsprechende Aufwand für die Hochspannungsisolation über größere Strecken reduzieren. Wegen der geringen Baugröße der Schaltungselemente nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 lassen sich die Elemente Oszillator, resonante Transformationsschaltung und Zündkerze auch vorteilhaft in einer Zündeinheit integrieren. Der Halbleiterschalter zur Zündverteilung kann dann entfallen. Es ergibt sich also sowohl eine Vereinfachung des Aufbaus des Zündsystems insgesamt als auch eine Vereinfachung bei der Montage und bei Wartungsprozessen, die nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges notwendig werden.With a correspondingly favorable circuit dimensioning, the parasitic spark plug capacitance itself can already represent one of the two required capacitances. It has been shown that due to the inductance designed as an air coil, it is comparatively inexpensive to manufacture with a size of a few cm 3 . Furthermore, it proves to be advantageous that the high ignition voltage in the range from 20 to 30 kv occurs in this system only at one end of the single-layer coil (at the spark plug connection). If the inductance is arranged directly on the spark plug or is even integrated with a (correspondingly modified) spark plug, the corresponding effort for the high-voltage insulation can be reduced over longer distances. Because of the small size of the circuit elements according to the exemplary embodiment in FIG. 2, the elements oscillator, resonant transformation circuit and spark plug can also advantageously be integrated in an ignition unit. The semiconductor switch for ignition distribution can then be omitted. This results in a simplification of the structure of the ignition system as a whole, as well as a simplification in assembly and in maintenance processes which are necessary after the motor vehicle has been started up.
Indem erfindungsgemäß die elektrische Energie in Form einer hochfrequenten Wechselspannung zugeführt wird, läßt sich der Elektrodenverschleiß minimieren, wenn eine hinreichend hohe Frequenz gewählt wird. Mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung läßt sich nämlich die in konventionellen Zündanlagen zwangsläufig auftretende Bogen-(Arc- )Phase vermeiden. Dadurch bedingt wird die Lebensdauer der Zündkerze erheblich verlängert.According to the invention, the electrical energy in the form of a high-frequency AC voltage is supplied, the electrode wear can be minimized if a sufficiently high frequency is chosen. With the subject of the present invention namely, the arc (arc) inevitably occurring in conventional ignition systems ) Avoid the phase. As a result, the life of the spark plug is considerably extended.
Das Funktionsprinzip der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ist das einer Gasentladung im hochfrequenten elektrischen Wechselfeld. Die sich nach etwa 10-8 s an den Durchbruch anschließende Bogenphase dauert in herkömmlichen Zündanlagen ca. 10-6-10-5 s an, bevor der Übergang die Glimmphase erreicht wird. Die Frequenz des Wechselfeldes sollte daher so hoch gewählt werden, daß an Ende der Durchbruchphase bzw. zu Beginn der Bogenphase die Entladung zwangsweise "abgeschaltet" wird. Der in Frage kommende Frequenzbereich liegt demnach idealerweise deutlich im MHz-Bereich und kann durchaus 100 MHz übersteigen. Die jeweils zum Zeitpunkt der Polaritätsumkehr des Wechselfeldes möglicherweise noch vorhandene, von zahlreichen Faktoren abhängige Raumladungsverteilung in der Entladungsstrecke müßte idealerweise zunächst vollständig neutralisiert werden, damit in der darauffolgenden Gegenphase wieder Bedingungen wie beim ersten Durchbruch vorliegen. Nach den Ausführungen von Hertz, G. und Rompe, R. (Herausgeber) in "Einführung in die Plasmaphysik und ihre Anwendungen", Akademie- Verlag, Berlin 1968 können HF- und Mikrowellen-Entladungen kontinuierlich brennen, d. h. ohne Erlöschen zum Zeitpunkt der Spannungsumkehr. Dies bedeutet aber eine Erniedrigung der Wiederzündspannung, wodurch die erneute Ausbildung einer energiereichen Durchbruchphase verhindert werden kann. Die Durchbruchspannung in Abhängigkeit von dem Elektrodenabstand zeigt mit zunehmender Frequenz der Wechselspannung einen deutlichen Abfall. Eine mögliche Erklärung beruht auf der bereits erwähnten, sich oberhalb einer kritischen Frequenz (bei gegebenem Elektrodenabstand) ausbildenden, quasistationären Raumladungsverteilung. Im Frequenzbereich oberhalb dieser Frequenz können die Ladungsträger auf Grund ihrer endlichen Massenträgheit der rasch wechselnden Feldrichtung nicht mehr folgen und aus dem Zwischenraum wegdriften. Sie führen nur noch oszillierende Pendelbewegungen um ihre Ausgangslage aus, wirken dabei allerdings als fortwährende Ursache immer neuer Stoßionisationsprozesse und damit einer vermehrten Ladungsträgerproduktion, in deren Folge die Zündspannung absinkt.The principle of operation of the proposed circuit arrangement is that of a gas discharge in the high-frequency alternating electrical field. The arc phase following the breakthrough after about 10 -8 s lasts about 10 -6-10 -5 s in conventional ignition systems before the transition to the glow phase is reached. The frequency of the alternating field should therefore be chosen so high that the discharge is forcibly "switched off" at the end of the breakdown phase or at the beginning of the arc phase. The frequency range in question is ideally clearly in the MHz range and may well exceed 100 MHz. Ideally, the space charge distribution in the discharge path, which may still be present at the time of the polarity reversal of the alternating field and which is dependent on numerous factors, would ideally have to be completely neutralized first, so that conditions such as when the first breakthrough occurred again in the subsequent opposite phase. According to the statements by Hertz, G. and Rompe, R. (editor) in "Introduction to Plasma Physics and its Applications", Akademie Verlag, Berlin 1968, RF and microwave discharges can burn continuously, ie without extinguishing at the time of the voltage reversal . However, this means a lowering of the re-ignition voltage, whereby the renewed formation of an energy-rich breakthrough phase can be prevented. The breakdown voltage as a function of the electrode spacing shows a clear drop with increasing frequency of the AC voltage. A possible explanation is based on the quasi-stationary space charge distribution that forms above a critical frequency (given the electrode spacing). In the frequency range above this frequency, due to their finite mass inertia, the charge carriers can no longer follow the rapidly changing field direction and drift away from the gap. They only carry out oscillating pendulum movements around their starting position, but act as a constant cause of ever new shock ionization processes and thus an increased charge carrier production, as a result of which the ignition voltage drops.
Aus diesen Gründen kann es zweckmäßig sein, eine hohe Frequenz bis in den Bereich von 100 MHz zu wählen.For these reasons, it may be appropriate to set a high frequency in the range of 100 MHz to choose.
Claims (9)
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| DE1997123784 DE19723784C1 (en) | 1997-06-06 | 1997-06-06 | Circuit for ignition system of IC engine supplying high voltage to spark plug electrodes |
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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