DE3588119T2

DE3588119T2 - Device for igniting the combustion of a fuel-air mixture

Info

Publication number: DE3588119T2
Application number: DE3588119T
Authority: DE
Inventors: Raymond E Hensley; Roland C Pate
Original assignee: HENSLEY PLASMA PLUG
Current assignee: HENSLEY PLASMA PLUG
Priority date: 1984-02-27
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2005-02-27
Also published as: EP0412576B1; IT1214652B; EP0174346A1; AU3907885A; EP0412576A3; EP0408089A3; EP0408089B1; GB2182718B; EP0408089A2; ATE141999T1; ATE71432T1; ATE131905T1; WO1985003980A1; EP0174346B1; GB8525712D0; EP0412576A2; SE453852B; GB2182718A; CA1267930A; DE3588119D1

Abstract

A pulse forming device for the generation of alternating current pulses which are to be supplied to a gap of an ignitor in an internal combustion engine, comprising an electrical circuit including a capacitor (158) for storing a quantity of electrical energy, and a pair of electrical conductors (160, 164) for electrically connecting said capacitor (158) with said ignitor. The capacitor (122, 158, 144) is inserted and/or distributed along at least a portion of an electrical distribution cable (123, 146, 180).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Einleiten der Verbrennung von Brennstoff-Luft-Gemischen in einer Verbrennungsmaschine.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1 for initiating the combustion of fuel-air mixtures in an internal combustion engine.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-A-4 333 125 bekannt. Es wird ferner auf Combustion and Flame 27, veröffentlicht 1976, R. Knystautas und J.H. Lee, On the Effective Energy for Direct Initiation of Gaseous Detonations, Seiten 221 bis 228, hingewiesen. Die bekannte Vorrichtung enthält einen kapazitiven Teil zum Speichern einer großen Menge elektrischer Energie aus einer Stromversorgung und einen mit dem kapazitiven Teil integralen Elektrodenteil, der ein Paar konzentrischer, stabförmiger Elektroden enthält, welche eine hochenergetische, schirmförmige Plasmaentladung unter Anwendung der inversen Pinch-Technik erzeugen. Durch die Nähe zwischen dem kapazitiven und dem Elektrodenteil der Zündvorrichtung erzeugt die schnelle Energieübertragung von dem ersteren zum letzteren Teil hohe magnetische Drücke, die die Entladung in einen hochenergetischen Plasmastrahl umwandeln kann, der gut in den Verbrennungsbereich abgegeben wird.A device of this type is known from US-A-4 333 125. Reference is also made to Combustion and Flame 27, published in 1976, R. Knystautas and J.H. Lee, On the Effective Energy for Direct Initiation of Gaseous Detonations, pages 221 to 228. The known device contains a capacitive part for storing a large amount of electrical energy from a power supply and an electrode part integral with the capacitive part which contains a pair of concentric rod-shaped electrodes which generate a high-energy umbrella-shaped plasma discharge using the inverse pinch technique. Due to the proximity between the capacitive and the electrode part of the ignition device, the rapid transfer of energy from the former to the latter part generates high magnetic pressures, which can convert the discharge into a high-energy plasma jet that is well delivered into the combustion area.

Nach diesem Prinzip ist, abgesehen von der möglichen Zündverbesserung, der Kopplungswirkungsgrad von einem Quellenstromkreis relativ hoher Impedanz zu der sehr geringen Impedanz eines bestehenden Entladungskanals ziemlich klein, was dazu führt, daß ein größerer Anteil der verfügbaren Energie durch Verlustleistung im Widerstand des Stromkreises verloren geht und nicht im Entladungskanal selbst verfügbar ist. Eine etwas größere Leistungsabgabe im Entladungskanal kann durch Erhöhen der Stromstärke erreicht werden. Für eine vorgegebene Entladungsdauer wird dies aber nur unter größerer Energiezufuhr und bei stärkerer Elektrodenabnutzung erreicht.According to this principle, apart from the possible ignition improvement, the coupling efficiency from a relatively high impedance source circuit to the very low impedance of an existing discharge channel is quite small, which means that a larger proportion of the available energy is lost through power dissipation in the circuit resistance and is not available in the discharge channel itself. A somewhat larger power output in the discharge channel can be achieved by increasing the current intensity. For a given discharge duration, however, this is only achieved with greater energy input and with greater electrode wear.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Zünden der Verbrennung von Brennstoff-Luft-Gemischen anzugeben, die eine sehr schnelle und intensive elektrische Entladung hoher Leistung erzeugt.It is therefore an object of the invention to provide a device for igniting the combustion of fuel-air mixtures which generates a very rapid and intensive electrical discharge of high power.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The invention solves this problem by a device with the features of claim 1. Further developments of this device are described in the subclaims.

Die Zündvorrichtung nach der Erfindung verwendet eine Hartentladungszündung (HDI, hard-discharge-ignition), die mit einem sehr schnellen, intensiven und leistunqsstarken elektrischen Durchbruch erreicht wird, welcher als "harte" Funkenentladung bezeichnet wird. Die HDI-Einleitung der Verbrennung verwendet sehr effektive Energiekopplungsmechanismen, mit denen hohe Intensitätswerte erreicht werden. Die Bezeichnung "Hartentladung" betrifft einen Operationsbereich, in dem die Induktivität und der Widerstand des Entladungsstromkreises so klein sind, daß die Stromstärke und die Energieübertragung in den Entladungskanal während der Durchbruchphase im wesentlichen durch den Widerstand der Funkenstrecke selbst bestimmt werden.The ignition device according to the invention uses a hard-discharge ignition (HDI) which is achieved with a very fast, intense and powerful electrical breakdown, which is referred to as a "hard" spark discharge. The HDI initiation of combustion uses very effective energy coupling mechanisms with which high intensity values are achieved. The term "hard discharge" refers to an operating range in which the inductance and resistance of the discharge circuit are so small that the current intensity and the energy transfer into the discharge channel during the breakdown phase are essentially determined by the resistance of the spark gap itself.

Dieser extreme Operationsbereich ist gekennzeichnet durch eine sehr effiziente Kopplung (80 bis 95 %) der anfangs gespeicherten elektrischen Energie während etwa der ersten Halbperiode des Entladungsstromzyklus in die verschiedenen Einschwingprozesse, die mit der Gasentladungserzeugung und -expansion einhergehen. Als Ergebnis überträgt die Hartentladung den größten Teil der verfügbaren Impulsenergie innerhalb der Durchbruchphase der Entladung (normalerweise einige erste 10 Nanosekunden der Entladung), wodurch eine maximale Leistungskopplung von dem Treiberstromkreis zu der schnell abfallenden effektiven Lastimpedanz des Entladungskanals erreicht wird. Die Anwendung typischer Entladungsenergiewerte zwischen 0,05 und 2 Joule bei Durchbruchstromanstiegen in der Größenordnung von 10¹&sup0; bis 10¹² Ampere pro Sekunde kann zu einer Leistungsabgabe in der Größenordnung von einigen 10 Megawatt innerhalb weniger 10 Nanosekunden führen.This extreme operating regime is characterized by a very efficient coupling (80 to 95%) of the initially stored electrical energy during about the first half period of the discharge current cycle into the various transient processes associated with gas discharge generation and expansion. As a result, the hard discharge transfers most of the available pulse energy within the breakdown phase of the discharge (typically the first few tens of nanoseconds of the discharge), thereby achieving maximum power coupling from the driver circuit to the rapidly decaying effective load impedance of the discharge channel. The application of typical discharge energy values between 0.05 and 2 Joules at breakdown current rises of the order of 10¹⁰ to 10¹² Amperes per second can result in a power output of the order of tens of megawatts within a few tens of nanoseconds.

Außerdem verringert die wesentlich verbesserte Geschwindigkeit der Gesamtverbrennung den Betrag der für ein maximales Bremsmoment erforderlichen Frühzündung mit einem gegebenen Brennstoff-Luft-Gemisch beachtlich. Abhängig von dem Mischverhältnis, den Maschinenbedingungen und dem HDI-Energie- und Leistungswert kann eine Frühzündung völlig entbehrlich sein. Daher ergibt sich ein sehr effizienter Maschinenbetrieb bei wesentlich verringerter Frühzündung.In addition, the significantly improved overall combustion rate significantly reduces the amount of pre-ignition required for maximum braking torque with a given fuel-air mixture. Depending on the mixture ratio, engine conditions and HDI energy and power levels, pre-ignition may be completely unnecessary. Therefore, very efficient engine operation with significantly reduced pre-ignition results.

In den Zeichnungen, die einen integralen Bestandteil der Beschreibung darstellen und in Zusammenhang damit zu interpretieren sind, wobei gleichartige Bezugszeichen zur Bezeichnung identischer Komponenten verwendet sind, zeigen:In the drawings, which form an integral part of the description and are to be interpreted in conjunction therewith, wherein like reference numerals are used to designate identical components, show:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer äquivalenten elektrischen Schaltung zum Erzeugen einer Hartentladungszündung gemäß der Erfindung,Fig. 1 is a schematic diagram of an equivalent electrical circuit for generating a hard discharge ignition according to the invention,

Fig. 2 den Längsschnitt eines Verteilerkabels mit einem Impulsformungsnetzwerk (PFN) mit konzentrierter Kapazität,Fig. 2 shows the longitudinal section of a distribution cable with a pulse shaping network (PFN) with a concentrated capacitance,

Fig. 3 eine perspektivische, teilweise gebrochene Darstellung eines weiteren Verteilerkabels mit einem Impulsformungsnetzwerk mit konzentrierter Kapazität,Fig. 3 is a perspective, partially broken view of another distribution cable with a concentrated capacitance pulse shaping network,

Fig. 4A und 4B Längsschnitte von Teilen von Verteilerkabeln mit einem Impulsformungsnetzwerk mit verteilter Kapazität,Fig. 4A and 4B Longitudinal sections of parts of distribution cables with a pulse shaping network with distributed capacitance,

Fig. 5 einen Querschnitt eines Steckverbinders für das Verteilerkabel nach Fig. 4A.Fig. 5 shows a cross-section of a connector for the distribution cable according to Fig. 4A.

Die Zufuhr von Energie in den Entladungskanal einer Zündkerze muß maximiert werden, um einen hohen Leistungskopplungswirkungsgrad zu erreichen und die Intensität der Energieübertragungsmechanismen zu maximieren, die gemäß der Erfindung für Zündungsvorgänge wichtig sind. Dies kann durch Verwenden eines kapazitiven Entladungs- oder Treiberstromkreises mit sehr kleiner Induktivität und kleiner Impedanz erreicht werden, wie er als einfaches Äquivalenzmodell in Fig. 1 gezeigt ist. In der folgenden Beschreibung betrifft die Bezeichnung "Treiberstromkreis" alle Hochspannungs-Entladungskomponenten, Verbinder und Strukturen außer der Entladungsstrecke und dem Gasentladungsweg selbst. Der Kondensator c repräsentiert die gesamte effektive Kapazität des Entladungsstromkreises, die Induktivität Lo repräsentiert die gesamte effektive Induktivität des Entladungsstromkreises, und der Widerstand Ro repräsentiert den gesamten effektiven Widerstand des Entladungsstromkreises. Die Reaktanzkomponente der charakteristischen Impedanz des Entladungsstromkreises wird folgendermaßen ausgedrückt:The supply of energy into the discharge channel of a spark plug must be maximized to achieve a high power coupling efficiency and to maximize the intensity of the energy transfer mechanisms important for ignition processes according to the invention. This can be achieved by using a very small inductance and small impedance capacitive discharge or driver circuit as shown as a simple equivalence model in Fig. 1. In the following description, the term "driver circuit" refers to all high voltage discharge components, connectors and structures other than the discharge gap and the gas discharge path itself. The capacitor c represents the total effective capacitance of the discharge circuit, the inductance Lo represents the total effective inductance of the discharge circuit, and the resistance Ro represents the total effective resistance of the discharge circuit. The reactance component of the characteristic impedance of the discharge circuit is expressed as follows:

Z = [Lo / C]Z = [Lo / C]

Dabei kann C ein diskreter, konzentrierter Kondensator sein, der mit der Funkenstrecke über eine Leiterkonfiguration geringer Induktivität verbunden ist, oder es kann eine verteilte Kapazität in Form einer Wellenleiterstruktur sehr geringer Impedanz und geringer Induktivität sein, die als verteiltes Impulsformungsnetzwerk (PFN) wirkt. Bei Betriebsspannungen typisch im Bereich von 20 bis 40 kV hat der Kondensator C eine Kapazität im Bereich von etwa 100 Picofarad bis etwa 5 Nanofarad. Lo schließt die Induktivität aller Verbindungsleiter und die Induktivität der diskreten oder verteilten kapazitiven Einheit ein und muß allgemein in der Größenordnung von einigen 100 Nanohenry oder weniger liegen. Ro schließt den Widerstand der Schaltungsleitungen sowie den effektiven Verlustwiderstand ein, der den dielektrischen Verlusten in dem kapazitiven Element zugeordnet ist. In der Praxis sollte Ro nicht höher als wenige Ohm sein, vorzugsweise sollte er auf weniger als 1 Ohm minimiert sein. Allgemein widerspricht die Arbeitsweise eines solchen Zündsystems dem bisherigen Prinzip, bei dem Treiberschaltungen mit höherer Impedanz, höherer Induktivität und geringerer Kapazität sowie wesentlich längerer Entladungsdauer bei geringerer Intensität angestrebt werden.C may be a discrete, lumped capacitor connected to the spark gap via a low inductance conductor configuration, or it may be a distributed capacitance in the form of a very low impedance, low inductance waveguide structure acting as a distributed pulse shaping network (PFN). For operating voltages typically in the range of 20 to 40 kV, the capacitor C has a capacitance in the range of about 100 picofarads to about 5 nanofarads. Lo includes the inductance of all connecting conductors and the inductance of the discrete or distributed capacitive unit and must generally be of the order of a few 100 nanohenries or less. Ro includes the resistance of the circuit lines as well as the effective loss resistance associated with the dielectric losses in the capacitive element. In practice, Ro should not be higher than a few ohms, preferably it should be minimized to less than 1 ohm. In general, The operation of such an ignition system is based on the previous principle, in which driver circuits with higher impedance, higher inductance and lower capacitance as well as a significantly longer discharge duration at lower intensity are aimed for.

Die äquivalenten konzentrierten Komponenten der Funkenstrecke sind in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Cg ist die Kapazität der Funkenstrecke vor dem Durchbruch, die typisch in der Größenordnung von 10 Picofarad (10 pF) liegt. Cg ist wichtig zum Speichern der Ladung, die während der sehr frühen Stufen der Ausbildung des Durchbruchskanals benötigt wird, jedoch ist der Wert von Cg klein verglichen mit C und kann vernachlässigt werden, wenn der frühe Durchbruchskanal ausgebildet ist. Das Schließen des Schalters Sb repräsentiert das Einsetzen des Durchbruchs, bei dem ein Ionenstromweg zwischen den Elektroden der Funkenstrecke ausgebildet wird.The equivalent lumped components of the spark gap are shown in dashed lines in Fig. 1. Cg is the capacitance of the spark gap before breakdown, which is typically on the order of 10 picofarads (10 pF). Cg is important for storing the charge needed during the very early stages of breakdown channel formation, however the value of Cg is small compared to C and can be neglected once the early breakdown channel is formed. Closing of switch Sb represents the onset of breakdown, where an ion current path is formed between the electrodes of the spark gap.

Die einzelnen Mechanismen dieses Prozesses hängen von den Zuständen des Gases in der Funkenstrecke und der Art der Spannungsanschaltung ab. Für die folgende Beschreibung wird angenommen, daß der Aufbau des Stromflusses an der Funkenstrecke durch Schließen des Schalters Sb repräsentiert werden kann. Cg ist dann effektiv durch die zeitlich veränderliche Kanalinduktivität Lg(t) und den Widerstand Rg(t) überbrückt. Der Betrieb des Stromkreises beginnt, nachdem der Kondensator C auf eine Anfangsspannung Vo aufgeladen ist.The individual mechanisms of this process depend on the conditions of the gas in the spark gap and the type of voltage connection. For the following description, it is assumed that the build-up of the current flow at the spark gap can be represented by closing the switch Sb. Cg is then effectively bridged by the time-varying channel inductance Lg(t) and the resistance Rg(t). The operation of the circuit begins after the capacitor C is charged to an initial voltage Vo.

Für Zündanwendungen mit HDI wird eine optimale Leistung erreicht bei Spannungen von 20 kV bis 40 kV und einer Kapazität des Entladungsstromkreises von 100 Picofarad bis einigen Nanofarad und Werten von L/lg in der Größenordnung weniger 100 Nanohenry der Induktivität (L) des Entladungsstromkreises pro cm der Länge (lg) der Funkenstrecke oder weniger, vorzugsweise gleich oder kleiner als 80 Nanohenry pro cm, abhängig von dem Wert der Kapazität C und des effektiven elektrischen Feldes Eo an dem Durchbruch in der Funkenstrecke.For ignition applications with HDI, optimum performance is achieved at voltages of 20 kV to 40 kV and a discharge circuit capacitance of 100 picofarads to a few nanofarads and values of L/lg of the order of less than 100 nanohenry of discharge circuit inductance (L) per cm of spark gap length (lg) or less, preferably equal to or less than 80 nanohenry per cm, depending on the value of capacitance C and effective electric field Eo at the breakdown in the spark gap.

In der Praxis ist eine Verringerung der Gesamtinduktivität auf Werte von L/lg unter etwa 10 Nanohenry/cm bei Hochspannungs-Entladungskreisen ziemlich schwierig, bei denen ein bestimmter minimaler physikalischer Abstand zur elektrischen Isolation erforderlich ist. Der Durchbruchskanal selbst hat typisch eine Eigeninduktivität in der Größenordnung von 10 Nanohenry/cm. Wird trotz einer Minimierung von L/lg auf praktische Grenzen eine unzureichende Ladungshärte erreicht, so bestehen die wichtigsten Alternativen zur Erhöhung der Entladungshärte in einer Verringerung der Kapazität C und/oder einer effektiven Zunahme von Eo durch Überhöhen der Spannung an der Entladungsstrecke. Messungen an harten, offenen Entladungen haben gezeigt, daß für Werte von C kleiner als oder etwa gleich 3 Nanofarad eine Energiezunahme durch Erhöhen der Arbeitsspannung Vo und der Länge lg der Funkenstrecke zu einer kürzeren Entladungsdauer und einer längeren Lichtabgabe führt, wobei die Lichtabgabe bei sehr harten Entladungen über das Ende des Stromflusses hinaus andauert (Nachleuchten).In practice, reducing the total inductance to values of L/lg below about 10 nanohenry/cm is quite difficult in high voltage discharge circuits where a certain minimum physical distance from the electrical isolation is required. The breakdown channel itself typically has a self-inductance of the order of 10 nanohenry/cm. If insufficient charge hardness is achieved despite minimizing L/lg to practical limits, the main alternatives to increasing discharge hardness are to reduce the capacitance C and/or to effectively increase Eo by increasing the voltage across the discharge gap. Measurements on hard, open discharges have shown that for values of C less than or approximately equal to 3 nanofarads, an increase in energy by increasing the working voltage Vo and the length lg of the spark gap leads to a shorter discharge duration and a longer light emission, with the light emission in very hard discharges continuing beyond the end of the current flow (afterglow).

Fig. 2 zeigt ein PFN mit diskreter Kapazitt. Dieses PFN 122 ist in ein Koaxialkabel 123 eingearbeitet, das eine (nicht dargestellte) Stromversorgung mit einem (nicht dargestellten) Verbinder verbindet, der das Kabal 123 mit einer Zündvorrichtung verbindet.Fig. 2 shows a discrete capacitance PFN. This PFN 122 is incorporated into a coaxial cable 123 that connects a power supply (not shown) to a connector (not shown) that connects the cable 123 to an ignition device.

Das PFN 122 hat einen Innenleiter 130, der von einer Hülse 136 eines Materials hoher Dielektrizität wie z.B. Keramik umgeben ist. Eine Metallschicht 134 an der Außenseite der dielektrischen Hülse 136 ist mit dem Außenleiter 127 verbunden und bildet so einen kontinuierlichen Weg für den Stromfluß durch das Kabel 123. Der Innenleiter 130 hat einen wesentlich größeren Durchmesser als der zentrale Leiter 128 des Kabels 123 und ist an seinen Enden mit dem zentralen Leiter 128 durch Schweißen o.ä. verbunden. Eine Schicht einer dielektrischen Vergußmasse 132 umgibt die Verbindung des zentralen Leiters 128 mit dem Innenleiter 130. Der Innenleiter 130 bildet mit der dielektrischen Hülse 136 und der Metallschicht 134 einen Kondensator, der nahe der Zündvorrichtung 52 angeordnet ist.The PFN 122 has an inner conductor 130 surrounded by a sleeve 136 of a high dielectric material such as ceramic. A metal layer 134 on the outside of the dielectric sleeve 136 is connected to the outer conductor 127, thus forming a continuous path for current flow through the cable 123. The inner conductor 130 has a substantially larger diameter than the central conductor 128 of the cable 123 and is connected at its ends to the central conductor 128 by welding or the like. A layer of dielectric Potting compound 132 surrounds the connection of the central conductor 128 to the inner conductor 130. The inner conductor 130, together with the dielectric sleeve 136 and the metal layer 134, forms a capacitor which is arranged near the ignition device 52.

Obwohl das PFN 122 einen Entladungsstromkreis hoher Impedanz und Induktivität bildet, hat es den Vorteil, daß es eine relativ kleine Zündvorrichtung bildet und das Problem schädlicher Effekte auf den Kondensator durch zusätzliche Wärme vermeidet, der es ausgesetzt ist, wenn es direkt an der Verbrennungskammer angeordnet ist.Although the PFN 122 forms a discharge circuit of high impedance and inductance, it has the advantage of forming a relatively small ignition device and avoiding the problem of deleterious effects on the capacitor from additional heat to which it is exposed when located directly at the combustion chamber.

Eine weitere Form eines PFN mit diskreter Kapazität ist in Fig. 3 gezeigt. Dieses PFN 144 ist mit dem koaxialen Stromversorgungskabel 146 in Reihe geschaltet, das die Stromversorgung (nicht dargestellt) mit einer koaxialen Zündvorrichtung 52 verbindet. Das PFN 144 enthält zwei Gruppen flacher Kondensatorplatten 152, 154, die miteinander verschachtelt sind und gegenseitigen Abstand über ein dielektrisches Material 156 haben, so daß damit eine Reihe Kondensatorplatten gebildet ist. Die Kondensatorplatten 152 sind mit dem Außenleiter des Kabels 146, die Kondensatorplatten 154 mit seinem zentralen Leiter 148 verbunden.Another form of discrete capacitance PFN is shown in Fig. 3. This PFN 144 is connected in series with the coaxial power supply cable 146 which connects the power supply (not shown) to a coaxial igniter 52. The PFN 144 contains two groups of flat capacitor plates 152, 154 which are interleaved and spaced apart by a dielectric material 156 to form a series of capacitor plates. The capacitor plates 152 are connected to the outer conductor of the cable 146 and the capacitor plates 154 are connected to its central conductor 148.

In Fig. 4A ist ein PFN 158 mit verteilter Kapazität dargestellt, das integral mit dem Verteilerkabel ausgebildet ist, welches die Zündvorrichtung mit der Hochspannungs-Stromversorgung verbindet. Das Kabel, welches das PFN 158 enthält, ist weitgehend flexibel, hat jedoch nicht einen so großen Durchmesser, daß es in gegenwärtigen Automobilmotoren nicht eingesetzt werden könnte. Das PFN 158 hat einen streifenleiterförmigen Aufbau, bei dem mehrere flexible, äußere Folienleiter 160 mit mehreren inneren Folienleitern 164 verschachtelt sind und von diesen durch mehrere Schichten 162 aus dielektrischem Material wie z.B. einem Polyamidfilm getrennt sind. Die Folienleiter 160, 164 können sich über einen größeren Teil des gesamten Kabels erstrecken, und die Sandwich-Konstruktion ist durch eine äußere Gummi- oder Kunststoffhülle 166 eingeschlossen.In Fig. 4A, a distributed capacitance PFN 158 is shown which is integral with the distribution cable which connects the ignition device to the high voltage power supply. The cable which contains the PFN 158 is largely flexible, but is not so large in diameter that it cannot be used in current automobile engines. The PFN 158 has a stripline-like construction in which a plurality of flexible, outer foil conductors 160 are interleaved with a plurality of inner foil conductors 164 and separated from them by a plurality of layers 162 of dielectric material such as a polyamide film. The foil conductors 160, 164 may extend over a larger part of the entire cable, and the sandwich construction is enclosed by an outer rubber or plastic sheath 166.

Wie Fig. 5 zeigt, kann die Streifenleiterkonfiguration an einem Verbinder 168 enden, der das Kabel lösbar mit einer Zündvorrichtung verbindet. Die inneren Folienleiter 164 enden in einer einzigen Verbindung, die an einem zentralen Leiter 172 befestigt ist, welcher wiederum mit einem Metallkontakt 174 verbunden ist, der in einer Kappe 176 sitzt, die auf den Anschluß der Zündvorrichtung aufgesteckt werden kann. Die Folienleiter 160 enden in einer Verbindung mit Leitern 170 in der Kappe 176. Die Kontakte 174 und die Leiter 170 führen jeweils zu den Elektroden der Zündvorrichtung.As shown in Fig. 5, the stripline configuration may terminate in a connector 168 which removably connects the cable to an igniter. The inner foil conductors 164 terminate in a single connection which is attached to a central conductor 172 which in turn is connected to a metal contact 174 which is seated in a cap 176 which can be plugged onto the terminal of the igniter. The foil conductors 160 terminate in a connection with conductors 170 in the cap 176. The contacts 174 and the conductors 170 each lead to the electrodes of the igniter.

Eine weitere Form eines PFN mit verteilter Kapazität ist in Fig. 48 dargestellt. Dieses PFN hat ein Koaxialkabel 123, das über einen Verbinder 138 mit einer (nicht dargestellten) Zündvorrichtung verbunden ist. Der Verbinder 138 hat eine äußere Gewindekopplung 142, die auf einen Teil der Zündvorrichtung aufgeschraubt werden kann, und einen inneren elektrischen Anschluß 140, der die Elektroden der Zündvorrichtung mit dem zentralen Leiter 128 und dem Außenleiter 127 des Kabels 123 elektrisch verbindet. Der Innenleiter 127 und der Außenleiter 128 bilden die verteilte Kapazität.Another form of distributed capacitance PFN is shown in Fig. 48. This PFN has a coaxial cable 123 which is connected to an igniter (not shown) via a connector 138. The connector 138 has an external threaded coupling 142 which can be screwed onto a part of the igniter and an internal electrical terminal 140 which electrically connects the electrodes of the igniter to the central conductor 128 and the outer conductor 127 of the cable 123. The inner conductor 127 and the outer conductor 128 form the distributed capacitance.

Claims

1. Device for igniting the combustion of a fuel-air mixture in the spark gap of a spark plug in an internal combustion engine, with an electrical discharge circuit with a capacitor (122, 144, 158) for storing an amount of electrical energy and with a pair of electrical conductors for electrically connecting the capacitor (122, 144, 158) to the spark plug (52), the capacitor (122, 144, 158) being inserted into and/or distributed over at least part of an electrical distribution cable (123, 146, 180) for connecting the capacitor (122, 144, 158) to a high voltage source, characterized in that the capacitor has a capacitance of 100 to 5000 picofarads, while the ratio of the inductance of the discharge circuit including the capacitor (122, 144, 158) to the length of the spark gap is less than about 80 nanohenry per cm.

2. Device according to claim 1, characterized in that the distribution cable is a coaxial cable (123) whose inner conductor (130) has an enlarged diameter over a certain length and is surrounded by a sleeve (136) made of a material of high dielectricity with an outer metallization layer (134) which is connected to the outer conductor (127) of the coaxial cable (123), the part of enlarged diameter being connected at its ends to the inner conductor (128) of small diameter and this connection being surrounded by a layer (132) of dielectric potting material.

3. Device according to claim 1, characterized in that the distribution cable is a coaxial cable (146, 180) whose outer and inner conductors (148) are connected to a first and second conductor respectively. a second group of flat capacitor plates (152, 154) nested one inside the other at a mutual distance.

4, Device according to claim 3, characterized by a stripline capacitor (158) which is formed integrally with the coaxial distribution cable (180) and in which a plurality of outer foil conductors (160) form first capacitor plates and are nested with a plurality of inner foil conductors (164) as second capacitor plates and are separated from these by a plurality of layers (162) of dielectric material.

5. Device according to claim 4, characterized in that the stripline capacitor (158) ends in a connector (168) for connection to a spark plug, that the inner foil conductors (164) end in a single connection with a central conductor (172) within a cap (176) of the connector (168), and that the outer conductors (160) end in a connection with leads (170) within the cap (176), the central conductor (172) and the leads (170) being connectable to the electrodes of the spark plug.

6. Device according to claim 1, characterized in that the capacitor is formed from an inner and an outer conductor (127, 128) of a coaxial distribution cable (123) which ends in a connector (138) with an electrical connection part (140) for connecting the electrodes of the spark plug to the conductors (127, 128) of the coaxial distribution cable (123).