MIKROWELLENPULSZÜNDGENERATOR FÜR EINE VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenpulszündgenerator zum Auslösen der Verbrennung eines zündfähigen Treibstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum eines Motors, mit mindestens einer außerhalb des Brennraumes angeordneten pulsbaren Mikrowellenquelle und einer von der mindestens einen Mikrowellenquelle zum Brennraum führenden Mikrowellenhohlleitung, und mit einer Pulsgeneratorsteuerung für die mindestens eine Mikrowellenquelle, mit der zumindest die Wellenlänge, die Impulsdauer, der Impulsabstand, die Impulsamplitude und/oder die Modulation der Mikrowellenstrahlung einstellbar ist.

[0002] Im Stand der Technik sind Zündsysteme für Verbrennungsmotoren bekannt, die die zum Auslösen der Verbrennung eines Treibstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum des Motors notwendige Initialenergie basierend auf hochspannungsinduzierten Zündfunken zuführen. Aus dem Stand der Technik sind auch Zündeinrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die zum Zünden der Explosion des Treibstoff-Luft-Gemisches benötigte Initialenergie mittels hochfrequenter Energiewellen, insbesondere Mikrowellen, zugeführt wird.

[0003] Aufgrund immer strengerer gesetzlicher Normen für die Abgasemission und der zunehmenden Forderung nach geringerem Treibstoffverbrauch von Motoren, stellt die Verbesserung des Wirkungsgrades von Brennkraftmaschinen einen wichtigen Aspekt bei der Motorenentwicklung dar. Diese Ziele zu erreichen, ist nur durch den Einsatz der Mikrowellenzündung möglich, mit der die räumliche Ausdehnung, die freigesetzte Energie und die Dauer der Zündung gegenüber der herkömmlichen Zündkerze deutlich vergrößert werden, so dass eine homogenere und vollständigere Verbrennung möglich ist. Zum Stand der Technik der Mikrowellenzündung wird beispielhaft auf die Druckschrift DE 103 56 916 A1 verwiesen.

[0004] Aus der DE 103 56 916 A1 ist es bekannt, in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors mittels Mikrowellenenergie eine Raumzündung zu bewirken, um damit die Verbrennung des über ein Treibstoff-Luft-Gemisch eingebrachten Treibstoffes besser zu zünden und zu verbrennen. Die bekannte Vorrichtung zum Zünden der Verbrennung des Treibstoffes in dem Brennraum weist eine außerhalb des Brennraums angeordnete Mikrowellenquelle und ein mit der Mikrowellenquelle verbundenes Mikrowellenfenster auf, wobei über das Mikrowellenfenster die Mikrowellenstrahlung in den Verbrennungsraum einkoppelbar ist, so dass die eingekoppelte Mikrowellenstrahlung von dem im Verbrennungsraum verteilten Kraftstoff absorbierbar ist. Durch den aufgrund der Absorption entstehenden Energieeintrag in den Kraftstoff ist die Verbrennung großvolumig im Verbrennungsraum verteilt und im Wesentlichen gleichzeitig zündbar. Dazu wird die Mikrowellenstrahlung in Form von einem oder mehreren Mikrowellenimpulsen kurzer Zeitdauer und hoher Energie eingekoppelt, und zwar mit einer Leistung der Mikrowellenimpulse zwischen 1 und 70 kW, wobei für den Zündvorgang vorzugsweise mehrere Mikrowellenimpulse mit unterschiedlicher Leistung und/oder unterschiedlicher Impulsdauer verwendet werden. Diese Mikrowellenzündvorrichtung umfasst eine einzige Mikrowellenquelle pro Brennraum, die durch ein gesteuertes Impuls-Hochspannungsnetzteil betreibbar ist. Als Mikrowellenquelle ist beispielsweise ein Magnetron, Klystron, Gyrotron, eine Wanderfeldröhre oder dergleichen vorgesehen. Diese benötigen ein aufwändiges Impuls-Hochspannungsnetzteil, um die bei Kraftfahrzeugen übliche Bordspannung von 12 oder 24 V in die Betriebsspannung für die Mikrowellenquelle umzuwandeln. Außerdem sind die zugeordneten Mikrowellenquellen von großer Bauform und zudem schwer, technisch empfindlich und teuer.

[0005] DE102011116340A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung von hochfrequenten Mikrowellen in einen Hochdruckbehälter. Die Vorrichtung ist einsetzbar sowohl zur Einstrahlung von Energie in Hochdruckreaktoren oder zur Zündung von brennbaren Gas-/ Luftgemischen, wie z.B. in Verbrennungsmaschinen. Ausgehend von dem vorgehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit vorzuschlagen, bei mindestens gleicher Zündleistung der Mikrowellenimpulse, die Größe, das Gewicht und/oder die Zuverlässigkeit der Mikrowellenzündvorrichtung zu optimieren, d.h. insbesondere die nötigen Komponenten in einem Gehäuse bereitzustellen, das einfach an einer den Brennraum seitlich umgebenden Zylinderwand oder an einem dem Brennraum oben abschließenden Zylinderkopf einfach befestigbar ist, wobei gleichzeitig die Mikrowellenhohlleitung mit der Brennraum gekoppelt wird. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor mit einer entsprechend optimierten Mikrowellenzündanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Mikrowellenpulszündgenerator mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den rückbezogenen Patentansprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß weist der Mikrowellenpulszündgenerator mindestens zwei Mikrowellenquellen und mindestens einen Hohlleitungskoppelabschnitt in der Mikrowellenhohlleitung auf, wobei von den Mikrowellenquellen jeweils Mikrowellenzuleitungen zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt führen und der Hohlleitungskoppelabschnitt über eine Mikrowellenableitung mit dem Brennraum verbindbar ist. Die Mikrowellenzuleitungen, der Hohlleitungskoppelabschnitt und die Mikrowellenableitung sind innen hohl ausgebildet. Die Zündleistung der erfindungsgemäßen Mikrowellenpulszündgenerators ist abhängig von der Anzahl der verwendeten Mikrowellenquellen und von der Stärke der gepulsten Versorgungsspannung die die Mikrowellensteuerung für den Betrieb der Mikrowellenquellen zur Verfügung stellt. Der vorgesehene Hohlleitungskoppelabschnitt ermöglicht das Zusammenführen, d.h. das Bündeln der jeweils von den Mikrowellenquellen ausgehenden Mikrowellen ohne erhebliche Leistungseinbuße.

[0006] Somit kann eine große und schwere Mikrowellenquelle auf einfache Weise durch eine Anzahl von kleineren Mikrowellenquellen ersetzt werden, wobei die Zündleistung des Mikrowellenpulszündgenerators vorteilhafterweise unverändert bleibt oder auch gesteigert werden kann. Insbesondere können die kleineren Mikrowellenquellen in ihrer Größe und Anzahl so gewählt und zueinander angeordnet werden, dass die Baugröße und das Gesamtgewicht des Mikrowellenpulszündgenerators gegenüber einer einzigen starken Mikrowellenquelle deutlich reduzierbar ist. Zudem benötigen kleinere und damit strahlungsschwächere Mikrowellenquellen in der Regel auch eine reduzierte Betriebsspannung, sodass die Pulsgeneratorsteuerung entsprechend schwächer, leichter und damit auch kleiner ausgeführt werden können.

[0007] Vorzugsweise sind die zwei oder mehr Mikrowellenquellen des erfindungsgemäßen Mikrowellenpulszündgenerators direkt mit dem Hohlleitungskoppelabschnitt verbunden, von dem aus die Mikrowellenableitung zum Brennraum führt, wobei die Mikrowellenzuleitungen geradlinig und/oder gebogen verlaufen können. Die Erfindung schließt jedoch auch ein, dass bei einer größeren Anzahl von verwendeten Mikrowellenquellen diese indirekt zu dem mit dem Brennraum verbundenen Hohlleitungskoppelabschnitt geführt sind, d.h. die Mikrowellenstrahlung von mindestens zwei der vorgesehenen Mikrowellenquellen stromaufwärts dieses Hohlleitungskoppelabschnitts, der die zum Brennraum führende Mikrowellenableitung aufweist, über mindestens einen weiteren vorgeschalteten Hohlleitungskoppelabschnitt zusammengeführt und erst dann mit dem die Mikrowellenableitung aufweisenden Hohlleitungskoppelabschnitt verbunden sind.

[0008] Vorzugsweise handelt es sich bei den verwendeten Mikrowellenquellen um Halbleiteremitter. Derartige Halbleitermikrowellenquellen sind üblicherweise klein, leicht, einfach handhabbar, störunempfindlich und einfach steuerbar. Sie benötigen außerdem kein aufwändige Steuerung, da diese mit relativ kleiner Gleichspannung, insbesondere mit der Batteriespannung betreibbar sind. Zudem sind solche Halbleiteremitter in der Beschaffung und in der Bearbeitung kostengünstig.

[0009] Der Hohlleitungskoppelabschnitt kann sich in räumlich beliebiger Richtung und in beliebiger Form erstrecken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der Hohlleitungskoppelabschnitt gerade, wobei die Mikrowellenzuleitungen in den Hohlleitungskoppelabschnitt seitlich einmünden, an dem die Mikrowellenableitung austrittsseitig anschließt. Dabei kann die Mikrowellenableitung, die zum Brennraum des Motors führt, geradlinig, gebogen oder geschwungen verlaufen.

[0010] Vorzugsweise münden die Mikrowellenzuleitungen in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung in den Hohlleitungskoppelabschnitte versetzt zueinander. Der Versatz ist dabei günstigerweise derart gewählt, dass sich die Mikrowellen aus den verschiedenen Mikrowellenzuleitungen nach dem Eintritt in den Hohlleitungskoppelabschnitt nicht oder möglichst kaum gegenseitig so beeinflussen, dass daraus eine Minderung der Intensität der jeweiligen Mikrowellenstrahlung resultiert. Bevorzugt wird der Versatz derart ausgebildet, dass sich im Hohlleitungskoppelabschnitt eine Verstärkung der Intensität der Mikrowellenstrahlung ergibt, die durch die Mikrowellenableitung abgeleitet wird. Dabei erstreckt sich die Mikrowellenableitung vorzugsweise geradlinig zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt, d.h. die Mikrowellenableitung schließt konzentrisch angeordnet direkt an den Hohlleitungskoppelabschnitt an.

[0011] Bei einer favorisierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrowellenpulszündgenerators mündet eine oder mehrere der Mikrowellenzuleitungen in einem spitzen Winkel in den Hohlleitungskoppelabschnitt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung mündet zudem eine der Mikrowellenzuleitungen axial fluchtend in den Hohlleitungskoppelabschnitt. Die koaxial fluchtende Anreihung einer der Mikrowellenzuleitung an den geradlinig verlaufenden Hohlleitungskoppelabschnitt vereinfacht den Eintritt der Mikrowellenstrahlung der zugeordneten Mikrowellenquelle in den Hohlleitungskoppelabschnitt. Vorteilhafterweise werden dabei die Mikrowellen nicht in ihrer Ausbreitungsrichtung, Polarisierung und/oder Intensität, beispielsweise durch Umlenkung oder Streuung, verändert. Bei den seitlich in den geradlinig verlaufenden Hohlleitungskoppelabschnitt mündenden Mikrowellenzuleitungen ist der spitze Winkel zwischen der Mittelachse der jeweiligen Mikrowellenzuleitung und der Mittelachse des Hohlleitungskoppelabschnittes derart definiert, dass die Mikrowellenstrahlung in Richtung der Mikrowellenableitung in den Hohlleitungskoppelabschnitt eintritt. Der spitze Eintrittswinkel in den Hohlleitungskoppelabschnitt ist vorzugsweise bei allen Mikrowellenzuleitungen identisch vorgesehen. Die eintretende Mikrowellenstrahlung wird so nur geringfügig in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung verändert, was dazu führt, dass die Phasenbeziehung der seitlich eintretenden Mikrowellen zueinander im Wesentlichen erhalten bleibt. Insbesondere haben alle seitlich eintretenden Mikrowellen bezüglich den stirnseitig in den Hohlleitungskoppelabschnitt eintretenden Mikrowellen und zueinander die gleiche Phasenbeziehung vor und nach dem Eintritt in den Hohlleitungskoppelabschnitt.

[0012] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an einem Übergang der Mikrowellenzuleitungen zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt jeweils ein Mikrowelleneintritt und an einem Übergang des Hohlleitungskoppelabschnitts zu der Mikrowellenableitung nur ein Mikrowellenaustritt angeordnet. Die Mikrowelleneintritte und/oder der Mikrowellenaustritt können als einfache Öffnungen ausgeführt oder mittels eines Fensters verschlossen sein, das optische Mittel, beispielsweise zur Strahlformung, Strahllenkung oder Strahlpolarisierung aufweist.

[0013] In dem Hohlleitungskoppelabschnitt überlagern sich die Mikrowellen der vorgesehenen Mikrowellenquellen, die sich insbesondere vorzugsweise zeitlich und/oder räumlich kohärent einander gegenüber ausbreiten, zu einer verstärkten Mikrowellenstrahlung, die in die Mikrowellenableitung des Hohlleitungskoppelabschnitts eintritt und zur Zündung des Treibstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum eingekoppelt wird. Damit ist bei der Interferenz der in den Hohlleitungskoppelabschnitt eingetretenen Mikrowellen nicht zu einer totalen oder teilweise Auslöschung der Mikrowellenstrahlung kommt, muss dafür Sorge getragen werden, dass die in den Hohlleitungskoppelabschnitt eintretenden Mikrowellen entweder unterschiedliche Polarisationsrichtungen und/oder keinen allzu großen Phasenversatz aufweisen. Unterschiedliche Polarisationsrichtungen können beispielsweise durch an den Mikrowelleneintritten vorgesehene Polarisationsfilter erreicht werden. Derartige Filter sind teuer und reduzieren naturgemäß die Strahlungsintensität der hindurchtretenden Mikrowellen, was unvorteilhaft ist.

[0014] Daher ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Phasenversatz von typisch 360° nach dem Durchtritt durch die Mikrowelleneintritte in den Hohlleitungskoppelabschnitt vorgesehen. Dies lässt sich technisch besonders einfach und kostengünstig erreichen, da dabei in der Pulsgeneratorsteuerung kein Frequenzmodulator zur Modulation der Mikrowellen notwendig ist. Bedingt durch diesen speziellen Phasenversatz sind die Wellenberge und die Wellentäler der jeweiligen Mikrowellen im Wesentlichen deckungsgleich, so dass sich durch die Interferenz automatisch eine Verstärkung der Mikrowellenstrahlung bis hin zu der Mikrowellenableitung ergibt. Dazu sind die Mikrowelleneintritte entlang den Hohlleitungskoppelabschnitt vorzugsweise in einem Abstand zueinander angeordnet, der ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge der unmodulierten Mikrowellenstrahlung beträgt. Da es sich bei den Mikrowellen vorzugsweise um Millimeter- oder Zentimeterwellen handelt, können die entsprechenden Abstände der Mikrowelleneintritte zueinander einfach realisiert werden. Der jeweilige Abstand ist die Entfernung der Mittelachse der Mikrowelleneintritte zueinander. Zusätzlich kann noch eine Übermodulation über die Frequenz der Mikrowellen vorgesehen sein, die eine mögliche teilweise Auslöschung der Mikrowellenstrahlung reduziert.

[0015] Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mikrowellenzündpulsgenerators weist die Pulsgeneratorsteuerung einen Elektrolytleistungskondensator als Energiespeicher und/oder mindestens einen EMV-Filter auf, wobei die Pulsgeneratorsteuerung vorzugsweise mit einer Betriebsspannung von 12 V oder einem ganzzahligen Vielfachen davon betreibbar ist. Durch den Elektrolytleistungskondensator ist eine ausreichende Energieversorgung der gepulsten Mikrowellenquelle sichergestellt. Der mindestens eine EMV-Filter verhindert die Ausstrahlung von Störimpulsen durch die Pulsgeneratorsteuerung und/oder Mikrowellenquellen zuverlässig oder vermindert diese zumindest wesentlich. Indem die Pulsgeneratorsteuerung mit einer bei Kraftfahrzeugen üblichen Betriebsspannung betreibbar ist, ist der erfindungsgemäße Mikrowellenpulszündgenerators speziell zum Einsatz von motorangetriebenen Fortbewegungsmitteln geeignet.

[0016] Bei einer speziellen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mikrowellenquellen, die Mikrowellenzuleitungen, der Hohlleitungskoppelabschnitt, die Mikrowellenableitung und die Pulsgeneratorsteuerung gemeinsam in einem metallischen gut Wärme leitenden Generatorgehäuse angeordnet, wobei die Mikrowellenzuleitungen, der Hohlleitungskoppelabschnitt und die Mikrowellenableitung vorzugsweise integral mit dem Generatorgehäuse ausgebildet sind. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauform des vorgeschlagenen Mikrowellenpulszündgenerators geschaffen, die durch ihren geringen Raumbedarf in jedem Fortbewegungsmittel an dem Verbrennungsmotor nahe dem Brennraum anordenbar ist. Vorzugsweise weist das Generatorgehäuse zudem noch integrierte Kühlkanäle durch Durchleitung eines Kühlmittels auf. Damit können die empfindlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Mikrowellenpulszündgenerators, wie beispielsweise die Mikrowellenquellen und die Pulsgeneratorsteuerung für eine lange Lebensdauer hinreichend temperiert, d.h. gekühlt werden. Das Generatorgehäuse ist beispielsweise ein Druckgussteil, das vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist.

[0017] Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Generatorgehäuse einen Anschlussflansch zum Befestigen an einem Zylinderkopf oder einer Zylinderwandung des Verbrennungsmotors, die den Brennraum abschließen, wobei der Anschlussflansch vorzugsweise rund ausgebildet und ein Gewinde und/oder eine Bajonettverriegelung aufweist. Der Anschlussflansch mit den daran vorgesehenen Befestigungsmitteln ermöglicht eine schnelle und einfache Befestigung außen an dem Verbrennungsmotor. Der vorgesehene Anschlussflansch kann auch abweichend ausgebildet sein, wobei in jedem Fall geeignete Verbindungsmittel zum Motor vorhanden sind.

[0018] Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum zur Verbrennung eines Treibstoff-Luft-Gemisches und mit einem Mikrowellenzündsystem zum Zünden der Verbrennung des Treibstoff-Luft-Gemisches weist einen Mikrowellenpulszündgenerator, wie vorstehend beschrieben, als Mikrowellenzündsystem auf. In den Begriff Treibstoff-Luft-Gemisch auch ein Treibstoff-Sauerstoff-Gemisch eingeschlossen, da der wesentliche Bestandteil von Luft für die Verbrennung der dazu notwendige Sauerstoff ist. Der Treibstoff ist flüssiger oder gasförmiger Brennstoff hoher Energiedichte, dessen die chemische Energie durch Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise in Benzin- oder Dieselmotoren, Gasturbinen, Raketentriebwerken oder anderen Verbrennungsmotoren in Antriebskraft umgewandelt wird. Derartige motorische Antriebe können zum Antrieb von Fortbewegungsmitteln jeglicher Art oder zu stationären Einsatz zum Betrieb von beliebigen ortsfesten mechanischen Geräten vorgesehen sein. Mögliche Bauformen des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sind Hubkolbenmotoren, Rotationskolbenmotoren oder Turbinenmotoren. Als Treibstoff wird in diesem Zusammenhang entsprechend insbesondere ein Stoff verstanden, der zum Antrieb eines Fortbewegungsmittels oder zum Betrieb einer stationären Maschine verwendet wird. Besonders gängig ist der Begriff Treibstoff im Bereich der Schiff-, Luft- und Raumfahrt. Dieser schließt den für Landfahrzeuge üblichen Begriff Kraftstoff ein.

[0019] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und den beigefügten Figuren. Die einzelnen Merkmale der Erfindung können für sich allein oder zu mehreren bei unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen:

Figur 1

den Aufbau eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einem Mikrowellenpulszündgenerator pro Brennraum, in schematischer Darstellung;

Figur 2

den Mikrowellenpulszündgenerator mit Hohlleitungskoppelabschnitt aus Figur 1 in einer vergrößerten Schnittdarstellung; und

Figur 3

den Hohlleitungskoppelabschnitt aus Figur 2 in einer vergrößerten Ausschnittdarstellung.

[0020] Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines als Hubkolbenmotor ausgeführten erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1. Es ist nur ein einzelner Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 abgebildet. Der Zylinder 2 weist wie üblich einen Brennraum 3 auf, der von einem beweglichen Hubkolben 4, einer Zylinderwandung 5 und einem Zylinderkopf 6 begrenzt ist. An dem Zylinderkopf 6 ist mittig ein erfindungsgemäßer Mikrowellenpulszündgenerator 7 angeordnet. Dieser ist zum Auslösen der Verbrennung eines zündfähigen Treibstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum 3 vorgesehen, das in der Figur nicht abgebildet ist. Der Mikrowellenpulszündgenerator 7 umfasst mindestens zwei Mikrowellenquellen 8, mindestens eine zum Brennraum führende Mikrowellenhohlleitung 9 und eine Pulsgeneratorsteuerung 10 für die mindestens zwei Mikrowellenquellen 8, mit der zumindest die Wellenlänge, die Impulsdauer, der Impulsabstand, die Impulsamplitude und/oder die Modulation der Mikrowellenstrahlung einstellbar ist. Die Komponenten des Mikrowellenpulszündgenerators 7 sind in der Figur 1 nur teilweise und unvollständig dargestellt. Die Figur 2 zeigt den Mikrowellenpulszündgenerator 7 in vergrößerter Darstellung, wobei alle wesentlichen Komponenten des Mikrowellenpulszündgenerators 7 vollständig dargestellt sind. Die Mikrowellenquellen 8, die Mikrowellenhohlleitung 9 und die Pulsgeneratorsteuerung 10 sind in einem Generatorgehäuse 11 angeordnet, das einen runden Anschlussflansch 12 zum Festlegen an dem Zylinderkopf 6 aufweist. Der Anschlussflansch 12 trägt an seinem Außenumfang ein Anschlussgewinde, mit dem der Mikrowellenpulszündgenerators 7 ähnlich einer Zündkerze in ein am Zylinderkopf 6 vorgesehenes Innengewinde einschraubbar ist.

[0021] Der Figur 2 ist zu entnehmen, dass der Mikrowellenpulszündgenerator 7 in seinem Zentrum 13 mehrere Mikrowellenquellen 8 aufweist, die an einen Hohlleitungskoppelabschnitt 15 der Mikrowellenhohlleitung 9 angeschlossen sind, wobei von den Mikrowellenquellen 8 jeweils Mikrowellenzuleitungen 14 zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt 15 führen und an den Hohlleitungskoppelabschnitt 15 austrittseitig eine Mikrowellenableitung 16 anschließt, die mit dem Brennraum 3 verbindbar bzw. verbunden ist. Zu der Pulsgeneratorsteuerung 10 führen von außen elektrische Anschlussleitungen und von der Pulsgeneratorsteuerung 10 zu den Mikrowellenquellen 8 jeweils elektrische Verbindungsleitungen, die in der Figur 2 nicht sichtbar sind. Der dargestellte Hohlleitungskoppelabschnitt 15 verläuft gerade, wobei alle Mikrowellenzuleitungen 14 bis auf eine in den Hohlleitungskoppelabschnitt 15 seitlich münden, an den die Mikrowellenableitung 16 austrittsseitig zentrisch anschließt. Die Mikrowellenableitung 16 erstreckt sich geradlinig zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt 15 und führt kurvenlos zu dem Brennraum 3 des Zylinders 2.

[0022] Wie der Figur 3 deutlich zeigt, verlaufen die seitlich in den Hohlleitungskoppelabschnitt 15 mündenden Mikrowellenzuleitungen 14 in einem spitzen Winkel zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt 15 und münden entsprechend in den Hohlleitungskoppelabschnitt 15. Des Weiteren mündet eine der Mikrowellenzuleitungen 14 axial fluchtend an dem der Mikrowellenableitung 16 fernen Ende in den Hohlleitungskoppelabschnitt 15. An den dem Hohlleitungskoppelabschnitt 15 fernen Enden der Mikrowellenzuleitungen 14 ist jeweils eine Mikrowellenquelle 8 angeordnet. Die Mikrowellenzuleitungen 14, der Hohlleitungskoppelabschnitt 15 und die Mikrowellenableitung 16 bilden die Mikrowellenhohlleitung 9 des Mikrowellenpulszündgenerators 7. Diese ist innen sehr glatt und vorzugsweise poliert ausgebildet ist.

[0023] An einem Übergang der Mikrowellenzuleitungen 14 zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt 15 ist jeweils ein Mikrowelleneintritt 17 und an einem Übergang des Hohlleitungskoppelabschnitts 15 zu der Mikrowellenableitung 16 ein einziger Mikrowellenaustritt 18 angeordnet. Die vorgesehenen Mikrowelleneintritte 17 sind entlang dem Hohlleitungskoppelabschnitt 15 gleichmäßig verteilt in einem Abstand zueinander angeordnet, der ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung beträgt.

[0024] Die in der Figur 2 schematisch dargestellte Pulsgeneratorsteuerung 10 weist einen in der Zeichnung nicht dargestellten Elektrolytleistungskondensator aus Energiespeicher und einen ebenso nicht abgebildeten EMV-Filter auf. Die Pulsgeneratorsteuerung 10 wird mit einer Betriebsspannung von 12 V betrieben. Das in der Figur 2 vollständig gezeigte Generatorgehäuse 11, in dem die Mikrowellenquellen 8, die Mikrowellenzuleitungen 14, der Hohlleitungskoppelabschnitt 15, die Mikrowellenleitung 16 sowie die Pulsgeneratorsteuerung 10 gemeinsam angeordnet sind, ist aus einem gut Wärme leitenden metallischen Material, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Dabei sind die vorgesehenen Mikrowellenzuleitungen 14, der Hohlleitungskoppelabschnitt 15 und die Mikrowellenableitung 16 integral mit dem Generatorgehäuse 11, vorzugsweise als Bohrungen ausgebildet. Außerdem sind in dem Generatorgehäuse 11 Kühlkanäle 19 zur Durchleitung eines in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlmittels eingebracht.

Ansprüche

1. Mikrowellenpulszündgenerator (7) zum Auslösen der Verbrennung eines zündfähigen Treibstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum (3) eines Motors (1), mit mindestens einer außerhalb des Brennraumes (3) angeordneten pulsbaren Mikrowellenquelle (8) und einer von der mindestens einen Mikrowellenquelle (8) zum Brennraum (3) führenden Mikrowellenhohlleitung (9), und mit einer Pulsgeneratorsteuerung (10) für die mindestens eine Mikrowellenquelle (8), mit der zumindest die Wellenlänge, die Impulsdauer, der Impulsabstand, die Impulsamplitude und/oder die Modulation der Mikrowellenstrahlung einstellbar ist, gekennzeichnet durch mindestens zwei Mikrowellenquellen (8) und mindestens ein Hohlleitungskoppelabschnitt (15) in der Mikrowellenhohlleitung (9), wobei von den Mikrowellenquellen (8) jeweils Mikrowellenzuleitungen (14) zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt (15) führen und der Hohlleitungskoppelabschnitt (15) über eine Mikrowellenableitung (16) mit dem Brennraum (3) verbindbar ist.

2. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenquellen (8) Halbleiteremitter sind.

3. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleitungskoppelabschnitt (15) gerade verläuft und die Mikrowellenzuleitungen (14) in den Hohlleitungskoppelabschnitt (15), an den die Mikrowellenableitung (16) austrittseitig anschließt, seitlich und stirnseitig münden.

4. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenableitung (16) sich geradlinig zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt (15) erstreckt.

5. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Mikrowellenzuleitungen (14) in einem spitzen Winkel in den Hohlleitungskoppelabschnitt (15) münden.

6. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Mikrowellenzuleitungen (14) axial fluchtend in den Hohlleitungskoppelabschnitt (15) mündet.

7. Mikrowellenpulszündgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Übergang der Mikrowellenzuleitungen (14) zu dem Hohlleitungskoppelabschnitt (15) jeweils ein Mikrowelleneintritt (17) und an einem Übergang des Hohlleitungskoppelabschnitts (15) zu der Mikrowellenableitung (16) ein Mikrowellenaustritt (18) angeordnet ist.

8. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowelleneintritte (17) entlang dem Hohlleitungskoppelabschnitt (13) in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung beträgt.

9. Mikrowellenpulszündgenerator nach einem der vorstehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsgeneratorsteuerung (10) einen Elektrolytleistungskondensator als Energiespeicher und/oder mindestens einen EMV-Filter aufweist.

10. Mikrowellenpulszündgenerator nach einem der vorstehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsgeneratorsteuerung (10) mit einer Betriebsspannung von 12 Volt oder einem ganzzahligen Vielfachen davon betreibbar ist.

11. Mikrowellenpulszündgenerator nach einem der vorstehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenquellen (8), die Mikrowellenzuleitungen (14), der Hohlleitungskoppelabschnitt (15), die Mikrowellenableitung (16) und die Pulsgeneratorsteuerung (10) gemeinsam in einem metallischen gut Wärme leitenden Generatorgehäuse (11) angeordnet sind, wobei die Mikrowellenzuleitungen (14), der Hohlleitungskoppelabschnitt (15) und die Mikrowellenableitung (16) integral mit dem Generatorgehäuse (11) ausgebildet sind.

12. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatorgehäuse (11) Kühlkanäle (19) zur Durchleitung eines Kühlmittels aufweist.

13. Mikrowellenpulszündgenerator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatorgehäuse (11) einen Anschlussflansch (12) zum Befestigen an einem Zylinderkopf (6) oder einer Zylinderwandung (5) des Motors (1) aufweist, die den Brennraum (3) begrenzen, wobei der Anschlussflansch (12) vorzugsweise rund ausgebildet ist und ein Gewinde und/oder eine Bajonettverriegelung aufweist.

14. Mikrowellenpulszündgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatorgehäuse (11) ein Druckgussteil, vorzugsweise aus Aluminium ist.

15. Verbrennungsmotor (1), mit mindestens einem Brennraum (3) zur Verbrennung eines Treibstoff-Luft-Gemisches und mit einem Mikrowellenzündsystem zum Zünden der Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrowellenzündsystem einen Mikrowellenpulszündgenerator (7) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14 aufweist.

Claims

1. A microwave pulsed ignition generator (7) for initiating the combustion of an ignitable fuel-air mixture in a combustion space (3) of a motor (1) with at least one pulseable microwave source (8) arranged outside the combustion space (3) and a microwave wave guide (9) leading from the at least one microwave source (8) to the combustion space (3) and with a pulse generator controller (10) for the at least one microwave source (8), with which at least the wavelength, the pulse duration, the pulse spacing, the pulse amplitude and/or the modulation of the microwave radiation is adjustable, characterised by at least two microwave sources (8) and at least one waveguide coupling section (15) in the microwave waveguide (9), wherein respective microwave supply lines (14) lead from the microwave sources (8) to the waveguide coupling section (15) and the waveguide coupling section (15) is connectable to the combustion space (3) via a microwave discharge (16).

2. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 1 characterised in that the microwave sources (8) are semiconductor emitters.

3. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 1 or 2, characterised in that the waveguide coupling section (15) is straight and the microwave supply lines (14) into the waveguide coupling section (15), to which the outlet of the microwave discharge (16) is connected, discharge laterally and at the end.

4. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 3, characterised in that the microwave discharge (16) extends in a straight line to the waveguide coupling section (15).

5. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 3 or 4, characterised in that one or more of the microwave supply lines (14) discharge into the waveguide coupling section (15) at an acute angle.

6. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 3 or 4, characterised in that one of the microwave supply lines (14) discharges into the waveguide coupling section (15) axially aligned.

7. A microwave pulsed ignition generator as claimed in one of the preceding Claims 3 to 6, characterised in that arranged at a transition of the microwave supply lines (14) to the waveguide coupling section (15) there is a respective microwave inlet (17) and arranged at a transition of the waveguide coupling section (15) to the microwave discharge (16) there is a microwave outlet (18).

8. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 7, characterised in that the microwave inlets (17) are arranged along the waveguide coupling section (13) at a spacing from one another, which is a whole number multiple of the wavelength of the microwave radiation.

9. A microwave pulsed ignition generator as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the pulse generator controller (10) includes an electrolyte power capacitor as a power store and/or at least one EMV filter.

10. A microwave pulsed ignition generator as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the pulse generator controller (10) is operable with an operating voltage of 12 volts or a whole number multiple thereof.

11. A microwave pulsed ignition generator as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the microwave sources (8), the microwave supply lines (14), the waveguide coupling section (15), the microwave discharge (16) and the pulse generator controller (10) are arranged together in a metallic, good thermally conductive generator housing (11), wherein the microwave supply lines (14), the waveguide coupling section (15) and the microwave discharge (16) are constructed integrally with the generator housing (11).

12. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 11, characterised in that the generator housing (11) includes cooling passages (19) for conducting a cooling medium.

13. A microwave pulsed ignition generator as claimed in Claim 11 or 12, characterised in that the generator housing (11) includes a connecting flange (12) for fastening to a cylinder head (6) or a cylinder wall (5) of the motor (1), which border the combustion space (3), wherein the connecting flange (12) is preferably of round construction and includes a screwthread and/or a bayonet lock.

14. A microwave pulsed ignition generator as claimed in one of the preceding Claims 11 to 13, characterised in that the generator housing (11) is a diecasting, preferably of aluminium.

15. A combustion engine (1) with at least one combustion space (3) for the combustion of a fuel-air mixture and with a microwave ignition system for igniting the combustion, characterised in that the microwave ignition system includes a microwave pulsed ignition generator (7) as claimed in one of the preceding Claims 1 to 14.

Revendications

1. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes (7) pour déclencher la combustion d'un mélange air-carburant inflammable dans une chambre de combustion (3) d'un moteur (1), comportant au moins une source de micro-ondes pulsable (8) disposée à l'extérieur de la chambre de combustion (3) et un conduit creux de micro-ondes (9) conduisant de ladite au moins une source de micro-ondes (8) à la chambre de combustion (3), et comportant une commande de générateur d'impulsions (10) pour ladite au moins une source de micro-ondes (8), au moyen de laquelle au moins la longueur d'onde, la durée d'impulsion, l'intervalle entre impulsions, l'amplitude d'impulsion et/ou la modulation du rayonnement micro-ondes sont réglables, caractérisé par au moins deux sources de micro-ondes (8) et au moins une section de couplage de conduits creux (15) dans le conduit creux de micro-ondes (9), des conduits d'amenée de micro-ondes (14) conduisant de chacune des sources de micro-ondes (8) à la section de couplage de conduits creux (15) et la section de couplage de conduits creux (15) pouvant être reliée à la chambre de combustion (3) par un conduit de départ de micro-ondes (16).

2. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources de micro-ondes (8) sont des émetteurs à semiconducteurs.

3. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la section de couplage de conduits creux (15) s'étend en ligne droite et les conduits d'amenée de micro-ondes (14) débouchent latéralement et frontalement dans la section de couplage de conduits creux (15) à laquelle le conduit de départ de micro-ondes (16) se raccorde côté sortie.

4. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit de départ de micro-ondes (16) s'étend de manière rectiligne par rapport à la section de couplage de conduits creux (15).

5. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs des conduits d'amenée de micro-ondes (14) débouchent à angle aigu dans la section de couplage de conduits creux (15).

6. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un des conduits d'amenée de micro-ondes (14) débouche en alignement axial dans la section de couplage de conduits creux (15).

7. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon l'une des revendications précédentes 3 à 6, caractérisé en ce qu'une entrée de micro-ondes (17) est disposée à chaque jonction des conduits d'amenée de micro-ondes (14) avec la section de couplage de conduits creux (15) et une sortie de micro-ondes (18) à une jonction de la section de couplage de conduits creux (15) avec le conduit de départ de micro-ondes (16).

8. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 7, caractérisé en ce que les entrées de micro-ondes (17) sont disposées le long de la section de couplage de conduits creux (13) à une distance mutuelle qui est un multiple entier de la longueur d'onde du rayonnement micro-ondes.

9. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commande de générateur d'impulsions (10) présente un condensateur de puissance à électrolyte comme réservoir d'énergie et/ou au moins un filtre CEM.

10. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commande de générateur d'impulsions (10) peut fonctionner avec une tension de service de 12 volts ou un multiple entier de cette valeur.

11. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources de micro-ondes (8), les conduits d'amenée de micro-ondes (14), la section de couplage de conduits creux (15), le conduit de départ de micro-ondes (16) et la commande de générateur d'impulsions (10) sont disposés ensemble dans un boîtier de générateur (11) métallique bon conducteur de la chaleur, les conduits d'amenée de micro-ondes (14), la section de couplage de conduits creux (15) et le conduit de départ de micro-ondes (16) étant formés d'une seule pièce avec le boîtier de générateur (11).

12. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 11, caractérisé en ce que le boîtier de générateur (11) présente des canaux de refroidissement (19) pour le passage d'un liquide de refroidissement.

13. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le boîtier de générateur (11) présente une bride de raccordement (12) pour la fixation à une tête de cylindre (6) ou une paroi de cylindre (5) du moteur (1) qui délimitent la chambre de combustion (3), la bride de raccordement (12) étant de préférence de forme circulaire et présentant un filetage et/ou un verrouillage à baïonnette.

14. Générateur d'allumage à impulsions micro-ondes selon l'une des revendications précédentes 11 à 13, caractérisé en ce que le boîtier de générateur (11) est une pièce moulée sous pression, de préférence en aluminium.

15. Moteur à combustion (1), comportant au moins une chambre de combustion (3) pour la combustion d'un mélange air-carburant et un système d'allumage à micro-ondes pour déclencher la combustion, caractérisé en ce que le système d'allumage à micro-ondes présente un générateur d'allumage à impulsions micro-ondes (7) selon l'une des revendications précédentes 1 à 14.

Zeichnung