EP2012004A1 - High frequency ignition device and method for its operation - Google Patents
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- EP2012004A1 EP2012004A1 EP07012991A EP07012991A EP2012004A1 EP 2012004 A1 EP2012004 A1 EP 2012004A1 EP 07012991 A EP07012991 A EP 07012991A EP 07012991 A EP07012991 A EP 07012991A EP 2012004 A1 EP2012004 A1 EP 2012004A1
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- resonator
- generator
- frequency
- energy
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P23/00—Other ignition
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
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- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Definitions
- the invention relates to a high-frequency ignition device and a method for operating such a device.
- High-frequency ignition devices and corresponding operating methods are known per se and are used, for example, as ignition devices for internal combustion engines, ie, for example, gasoline engines. Exemplary becomes on EP 0 211 133 B1 and WO 03 / 046374A1 directed.
- the Hochfrequenzzünd shark's eye comprises two coupled resonant circuits, wherein generated in a generator called the first resonant circuit of the two coupled resonant circuits, a voltage increase and in a resonator referred to as the second resonant circuit of the two coupled coupled oscillatory circuits, wherein the generator from a source, eg the electrical system of a motor vehicle comprising the internal combustion engine, fed and via an electrical switching element, in particular a circuit breaker, is excited in accordance with a control of the switching element, provided that recorded in one of the electrical resonant circuits, in particular in the resonator, stored energy and evaluated for driving the switching element, wherein the driving of the switching element takes place with an excitation frequency which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level of the detected energy stored in one of the resonant
- first resonant circuit of the two coupled resonant circuits of Hochfrequenzzünd takes place in a conventional manner, as usual in electrical resonant circuits, a periodic exchange of electrical energy between an encompassed by the generator coil or inductor on the one hand and also from the generator included capacitor on the other hand.
- a periodic exchange of electrical energy between an encompassed by the generator coil or inductor on the one hand and also from the generator included capacitor on the other hand can be determined by the detection in one of the resonant circuits, in particular in the resonator to certain Time energy stored achieve the desired adaptation to environmental and operational influences.
- the resonance frequency of the resonator can be detected by detecting the energy stored in the resonator, so that activation of the switching element for excitation of the generator is always possible with the resonance frequency or at least one excitation frequency in the vicinity of the resonant frequency of the resonator.
- This aims at a compensation in particular of the temperature dependence of the resonance frequency the high-frequency ignition device, in particular of the resonator, so that with the temperature dependence a decisive environmental or operational influence is manageable.
- an adaptation of the resonance frequency to production-specific tolerances of the involved components is possible.
- energy stored in one of the resonant circuits is detected by the energy stored in the resonator.
- a voltage increase for example, reaches the two or three times the applied operating voltage.
- there is an increase in voltage which can easily reach 200 times the voltage injected by the generator into the resonator.
- the stored energy in the resonator at certain times is therefore greater by orders of magnitude compared to the generator. Accordingly, a sensory detection of the energy stored in one of the resonant circuits is particularly simple if the resonator is considered for this purpose.
- a magnetic field of the inductance encompassed by the resonator which is referred to below as a resonator inductance for the purpose of discrimination, is preferably detected.
- the periodically between the capacitor and inductance exchanged electrical energy in a resonant circuit alternately leads to a high current (through the inductance) or a high voltage (across the capacitor).
- the current through an inductance or the resulting magnetic field of the inductance, ie the generator inductance can be measured particularly easily.
- the control of the switching element takes place according to a preferred embodiment with an excitation frequency, which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level of Resonatorinduktterrorism.
- an excitation frequency which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level of Resonatorinduktterrorism.
- an energy maximum is applied as the predetermined or specifiable energy level of the resonator inductance. Then, an excitation of the resonator to electrical vibrations is possible in such a way that adjusts a maximum voltage increase in the resonator, wherein the energy of the maximum voltage increase in a favorable manner for generating an ignition voltage sufficient in the resonator and for bridging an ignition distance covered by the resonator.
- the high-frequency ignition device is excited during individual or all ignition processes or between successive ignition processes with different, predetermined or predefinable frequencies.
- the frequencies are selected so that the predetermined or predeterminable energy level or the energy maximum, hereinafter referred to collectively under the term energy maximum, is detected. This is possible because, due to a familiarity with the specification of the components encompassed by the high-frequency ignition device, ie inductances and capacitances, there is at least one theoretical value or an estimated value with regard to the resonance frequency. Accordingly, the frequencies provided for the excitation can be preset in the range of this theoretical value or this estimated value.
- an heuristic search ie the approach of a strategy which accelerates the finding of solutions, is particularly efficient here for an acceleration of the search of the given or specifiable energy level or of the energy maximum.
- a method is used in which starting from a first, second and third frequency f 1 , f 2 , f 3 , the stored in the generator Energy is detected, wherein start values for the first and third frequencies f 1 , f 3 are selected so that they include a sought optimal excitation frequency, which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level, in particular the energy maximum, the generator capacity, wherein an iterative process, the values for the first, second and third frequencies f 1 , f 2 , f 3 are modified with respect to a continuous approximation to the sought optimum excitation frequency.
- the search space is thus already considerably limited in this way.
- the values for the first, second and third frequencies f 1 , f 2 , f 3 are modified with respect to a continuous approximation to the sought optimum excitation frequency, so that with each iteration step the search space is reduced again, eg halved.
- the sought optimal excitation frequency can be found in finite time with comparatively little mathematical effort.
- Advantage of this approach is that the sought optimal excitation frequency is always found, the
- Algorithm always converges. Another advantage is that the maximum time that is determined for finding the desired optimal excitation frequency, because the method according to the advantageous embodiment of the invention in the approach known from the so-called binary search (Binary Search) belongs to the complexity class log n and converges after a maximum of log 2 n steps, which also applies to the approach proposed here.
- Binary Search Binary Search
- Simple and favorable conditions for the implementation of the method in a computer-implemented or computer-implemented software algorithm result if the values for the first, second and third frequencies f 1 , f 2 , f 3 are equidistant at least at the start time, in particular remain equidistant during the entire iterative process.
- the invention also relates to such a computer program or a computer program product with such a computer program.
- a computer program product in particular, a storage medium, such as e.g. a memory module, as it may be included by a central control unit of an engine electronics for controlling an internal combustion engine and the like, into consideration.
- the computer program is executed by a dedicated processing unit such as a processor or the like.
- ASIC user-specific integrated shading
- DSP digital signal processor
- Such components function in terms of each realized functionality as a memory module.
- the present in the memory module in the broadest sense as software implementation of the method is present in the ASIC or DSP as so-called firmware.
- firmware The peculiarity of such computer program products is that they virtually take over the execution of the stored functionality in the manner of a processor, in the DSP even in parallel processing.
- the invention further relates to a high-frequency ignition device, which is provided for the execution of and for use with the method outlined above and further described below, and is prepared.
- the high-frequency ignition device is intended in particular for use with or for use with an internal combustion engine, such as a gasoline engine, and comprises two coupled electrical oscillating circuits, the first oscillating circuit of the two coupled oscillating circuits designated as a generator for generating a voltage increase and for coupling it, in particular to the line-connected one Coupling, is provided in the designated as a resonator second resonant circuit of the two coupled resonant circuits, the generator to a source, such as an electrical system of the internal combustion engine motor vehicle, connected and via an electrical switching element, in particular a circuit breaker, according to a control of the switching element excitable is, wherein a stored in one of the resonant circuits, in particular in the resonator, recorded energy by means of a coupling element acting as a sensor and a sensor signal as a measure
- the sensor signal is a measure of the energy stored in the high-frequency ignition device, in particular in the resonator.
- the excitation frequency is thus directly dependent on the energy actually stored.
- the stored energy is detected by means of the sensor and evaluated for driving the switching element by the control electronics based on the sensor signal, the excitation frequency is generated, with which the switching element is acted upon and thus finally fed to the generator according to the excitation frequency from the source becomes.
- a conductor end of the resonator inductance functioning as a coupling element can be suitably associated with respect to spatial proximity and orientation and used as a sensor, ie as a magnetic field sensor, after the magnetic fields generated by the resonator inductance are readily sufficient, in the conductor end a current flow which can be evaluated as a sensor signal induce.
- Fig. 1 shows a schematically simplified representation of a basically known Hochfrequenzzünd raised 10. This includes a generator 12 and a resonator coupled thereto 14, and as an example of a switching element, a circuit breaker 16 and possibly a non-illustrated voltage transformer comprehensive current or voltage source, hereinafter briefly as Designated source 18.
- generator 12 and resonator 14 are coupled oscillating circuits.
- generator 12 comprises at least one coil designated as generator inductor 20 and a capacitor designated as generator capacitor 22.
- generator inductance 20 and generator capacitance 22 are shown as constituents of a series resonant circuit, which is otherwise not shown.
- the resonator 14 comprises a coil designated as a resonator inductor 24 for distinguishing it from the generator inductor 20 and an ignition path 25, e.g. a known spark plug with ignition electrodes.
- a coupling for example the coupling of generator 12 and resonator 14, is used here and below, this means every possible type of coupling, for example an inductive or capacitive coupling, in particular but a wired coupling.
- the double arrows in Fig. 1 (but also in the below Fig. 2 ) represent such couplings schematically simplified graphically.
- the power switch 16 e.g. in an embodiment as a power MOSFET transistor 26, provided.
- source 18 e.g. the on-board network of a motor vehicle, in particular a motor vehicle battery and / or a KrattGermanmaschine 28, fed.
- the generator inductance 20 is supplied on one side with the voltage of the electrical system and a triggering of the power switch 16 short-circuits the generator capacitance 22, that is to say the capacitance of the MOSFET transistor 26 , causes.
- the control of the circuit breaker 16 by means of an electronic control unit 30. This is by periodic control of the circuit breaker 16, a frequency at which the generator 12 is excited from the source 18 before.
- Fig. 2 shows a schematically simplified representation of a high-frequency ignition device 10 according to the invention, this corresponds in detail to the in Fig. 1 shown high-frequency ignition device 10, so that reference is made to the description there.
- the high-frequency ignition device 10 in Fig. 2 is one of the resonant circuits, in the illustrated embodiment the resonator 14, more precisely the Resonatorinduktterrorism 24, acting as a sensor 32 coupling element, such as a conductor end assigned, which functions in the illustrated situation as a magnetic field sensor by the magnetic field of Resonatorindukttechnik 24 a induced as sensor signal 34 evaluable current in the conductor end.
- the energy stored in one of the resonant circuits, ie generator 12 or resonator 14, is detected with the sensor 32.
- a sensory detection of, for example, the energy stored in the generator inductance 20 comes into consideration (not shown).
- the stored energy in the resonator 14 is evaluated for driving the circuit breaker 16.
- a sensor signal 34 emitted by the sensor 32 and evaluatable by the control electronics 30 is a measure of the total energy stored in the high-frequency ignition device, in particular in the resonator 14.
- the control electronics 30 To excite the generator 12, the control electronics 30 generates an excitation frequency 36, with which the power switch 16 is acted upon.
- the excitation frequency 36 is now changed so that the stored energy in the generator 12 and thus, due to a suitable vote of each involved components, ie capacitances and inductances, and the energy stored in the resonator 14 is maximum.
- the excitation frequency 36 is determined, which leads to a maximum voltage increase in the resonator 14 and thus to particularly favorable conditions for the ignition.
- Voltage overshoot is known to occur in an electrical resonant circuit when the voltage across the coil or capacitor reaches a value that significantly exceeds the value of the total voltage.
- the generator 12 is excited with three frequencies, in particular with three equidistant frequencies, f 1 , f 2 and f 3 , where f 1 ⁇ f 2 ⁇ f 3 .
- the values of the sensor signal 34 associated with the frequencies f 1 , f 2 , f 3 are referred to hereinafter as FB 1 , FB 2 and FB 3 , where FB stands for "feedback".
- f 1 and f 3 are chosen such that they include an optimum excitation frequency with which the sought energy maximum is reached, this optimum excitation frequency can be determined.
- FIG. 3 a possible course of the electrical energy stored in the RF generator 12 as a function of ablated on the abscissa different excitation frequencies 36.
- the Generator 12 sequentially excited with three different frequencies f 1 , f 2 , f 3 and the resulting system responses FB 1 , FB 2 , FB 3 evaluated. It is important that f 1 , f 2 , f 3 are chosen so that the sought optimal excitation frequency of the frequencies f 1 and f 3 is included.
- the method for finding the optimum excitation frequency which is preferred according to a particular aspect of the invention, is based on the algorithm known in the state of the art as binary search or "binary search", for which convergence is detected after log 2 N steps, the termination criterion for the above-described iterative method is given a maximum number of iteration steps.
- the excitation frequency found after processing the predetermined or predefinable number of iteration steps is then used as the sought optimal excitation frequency.
- the sought optimal excitation frequency was found in this way, this can be used as the excitation frequency 36 for exciting the generator 12.
- bandwidth Number of iterations Total computing time 100 kHz 11 244 ⁇ s 50 kHz 10 222 ⁇ s 25 kHz 9 200 ⁇ s 1 kHz 4 89 ⁇ s
- the number of iterations can be entered at which the algorithm is guaranteed to converge under the respective boundary conditions.
- a slightly reduced number of iteration steps may be provided, because this still leads to a sufficiently accurate approximation of the sought optimal excitation frequency with a linear reduced total computing time.
- the control electronics 30 With the determination of the desired optimal excitation frequency by the control electronics 30 and with their subsequent use as the excitation frequency 36 for the generator 12 results in an automatic adjustment of the excitation frequency 36 to the resonant situation of the resonator 12 and / or the resonance situation of the coupled resonant circuits Generator 12 and resonator 14. Environmental and operating influences such as pressure, temperature, etc. are compensated.
- Fig. 4 shows one compared to Fig. 3 detailed form of a possible realization of the high-frequency ignition device.
- the first resonant circuit or generator 12 is a so-called class E amplifier, wherein the capacity of the acting as a circuit breaker MOSFET transistor 26 is used as the generator capacitance 22.
- the generator inductance 20 is connected to the vehicle electrical system voltage U B of the motor vehicle. Via a center tap between the generator capacitance 22 and generator inductance 20, a point at which, for example, 2 ⁇ U B can be tapped in the case of resonance of the generator 12, the voltage increase generated in the generator 12 is coupled into the resonator 14.
- the coupling takes place according to the illustrated embodiment on a wired path, where appropriate, a known per se impedance detection, a so-called "match box" 38 is interposed.
- parasitic capacitances that is, capacitances
- capacitances can be represented as capacitors of each winding of the resonator inductance 24 to ground are, not avoid. These capacitances actually supplement the resonator to form an electrical resonant circuit.
- a method for operating a high-frequency ignition device and such a high-frequency ignition device are specified, which are used as generator 12 and resonator 14 comprise two coupled electrical resonant circuits, of which the generator is fed via an electrical switching element and excited in accordance with a control of the switching element, is provided in which or in the compensation of Betrlebs- and / or environmental influences that stored in the generator 12 energy detected and evaluated for driving the switching element.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzzündeinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Einrichtung.The invention relates to a high-frequency ignition device and a method for operating such a device.
Hochfrequenzzündeinrichtungen und korrespondierende Betriebsverfahren sind an sich bekannt und werden z.B. als Zündeinrichtungen für Verbrennungsmaschinen, also z.B. Ottomotoren, verwendet. Exemplarisch wird auf
Nachteilig bei bekannten Hochfrequenzzündeinrichtungen ist jedoch die unzureichende Möglichkeit einer Abstimmung der zur Zündung ausgenutzten Resonanzsituation mit Umgebungs- und Betriebseinflüssen.A disadvantage of known high-frequency ignition devices, however, is the insufficient possibility of tuning the resonance situation exploited for ignition with environmental and operational influences.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, diesbezügliche Nachteile bekannter Ausführungsformen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.Accordingly, it is an object of the invention to avoid or at least reduce disadvantages of known embodiments.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum Betrieb einer Hochfrequenzzündeinrichtung, z.B. für eine Verbrennungsmaschine oder dergleichen, wobei die Hochfrequenzzündeinrichtung zwei gekoppelte Schwingkreise umfasst, wobei in einem als Generator bezeichneten ersten Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise eine Spannungserhöhung erzeugt und in einen als Resonator bezeichneten zweiten Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise eingekoppelt wird, wobei der Generator aus einer Quelle, z.B. dem Bordnetz eines die Verbrennungsmaschine umfassenden Kraftfahrzeugs, gespeist und über ein elektrisches Schaltelement, insbesondere einen Leistungsschalter, entsprechend einer Ansteuerung des Schaltelements angeregt wird, vorgesehen, dass eine in einem der elektrischen Schwingkreise, insbesondere im Resonator, gespeicherte Energie erfasst und zur Ansteuerung des Schaltelements ausgewertet wird, wobei die Ansteuerung des Schaltelements mit einer Anregungsfrequenz erfolgt, die mit einem Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus der erfassten, in einem der Schwingkreise gespeicherten Energie assoziiert ist und wobei zum Erkennen des vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus eine heuristische Suchmethode angewandt wird.This object is achieved with the features of claim 1. For this purpose, in a method for operating a high-frequency ignition, eg for an internal combustion engine or the like, wherein the Hochfrequenzzündeinrichtung comprises two coupled resonant circuits, wherein generated in a generator called the first resonant circuit of the two coupled resonant circuits, a voltage increase and in a resonator referred to as the second resonant circuit of the two coupled coupled oscillatory circuits, wherein the generator from a source, eg the electrical system of a motor vehicle comprising the internal combustion engine, fed and via an electrical switching element, in particular a circuit breaker, is excited in accordance with a control of the switching element, provided that recorded in one of the electrical resonant circuits, in particular in the resonator, stored energy and evaluated for driving the switching element, wherein the driving of the switching element takes place with an excitation frequency which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level of the detected energy stored in one of the resonant circuits and wherein a heuristic search method is used to detect the predetermined or predeterminable energy level.
In dem als Generator fungierenden ersten Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise der Hochfrequenzzündeinrichtung erfolgt in an sich bekannter Art und Weise, wie bei elektrischen Schwingkreisen üblich, ein periodischer Austausch der elektrischen Energie zwischen einer von dem Generator umfassten Spule oder Induktivität einerseits und einem ebenfalls von dem Generator umfassten Kondensator andererseits. Durch die Koppelung, insbesondere durch eine leitungsgebundene Kopplung, zwischen Generator und Resonator, in dem ebenfalls ein entsprechender periodischer Energieaustausch sowie ein periodischer Energieaustausch zwischen Generator und Resonator untereinander stattfinden, lässt sich durch die Erfassung der in einem der Schwingkreise, insbesondere im Resonator, zu bestimmten Zeitpunkten gespeicherten Energie die angestrebte Anpassung an Umgebungs- und Betriebseinflüsse erreichen. Insbesondere lässt sich durch Erfassung der im Resonator gespeicherten Energie die Resonanzfrequenz des Resonators erfassen, so dass eine Ansteuerung des Schaltelements zur Anregung des Generators stets mit der Resonanzfrequenz oder zumindest einer Anregungsfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz des Resonators möglich ist. Dies zielt auf eine Kompensation insbesondere der Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz der Hochfrequenzzündeinrichtung, insbesondere des Resonators, ab, so dass mit der Temperaturabhängigkeit ein entscheidender Umgebungs- oder Betriebseinfluss beherrschbar ist. Daneben ist auch eine Anpassung der Resonanzfrequenz an fertigungsspezifische Toleranzen der involvierten Bauteile möglich.In the acting as a generator first resonant circuit of the two coupled resonant circuits of Hochfrequenzzündeinrichtung takes place in a conventional manner, as usual in electrical resonant circuits, a periodic exchange of electrical energy between an encompassed by the generator coil or inductor on the one hand and also from the generator included capacitor on the other hand. By coupling, in particular by a line-coupled coupling between the generator and the resonator, in which also take place a corresponding periodic energy exchange and a periodic energy exchange between the generator and resonator with each other, can be determined by the detection in one of the resonant circuits, in particular in the resonator to certain Time energy stored achieve the desired adaptation to environmental and operational influences. In particular, the resonance frequency of the resonator can be detected by detecting the energy stored in the resonator, so that activation of the switching element for excitation of the generator is always possible with the resonance frequency or at least one excitation frequency in the vicinity of the resonant frequency of the resonator. This aims at a compensation in particular of the temperature dependence of the resonance frequency the high-frequency ignition device, in particular of the resonator, so that with the temperature dependence a decisive environmental or operational influence is manageable. In addition, an adaptation of the resonance frequency to production-specific tolerances of the involved components is possible.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.
Bevorzugt wird als in einem der Schwingkreise gespeicherte Energie die im Resonator gespeicherte Energie erfasst. Bei Anregung der vorstehend beschriebenen und nachfolgend näher erläuterten Hochfrequenzzündeinrichtung, also der davon umfassten Schwingkreise Generator und Resonator, stellt sich nämlich im Generator eine Spannungserhöhung ein, die z.B. das zwei- oder dreifache der anliegenden Betriebsspannung erreicht. Im Resonator stellt sich dagegen eine Spannungsüberhöhung ein, die durchaus das Zweihundertfache der vom Generator in den Resonator eingekoppelten Spannung erreichen kann. Die im Resonator zu bestimmten Zeitpunkten gespeicherte Energie ist im Vergleich zum Generator also um Größenordnungen größer. Entsprechend gestaltet sich eine sensorische Erfassung der in einem der Schwingkreise gespeicherten Energie besonders einfach, wenn dazu der Resonator betrachtet wird.Preferably, energy stored in one of the resonant circuits is detected by the energy stored in the resonator. Upon excitation of the above-described and explained in more detail below Hochfrequenzzündeinrichtung, ie the resonant circuits comprising the generator and resonator, namely, in the generator, a voltage increase, for example, reaches the two or three times the applied operating voltage. In the resonator, on the other hand, there is an increase in voltage, which can easily reach 200 times the voltage injected by the generator into the resonator. The stored energy in the resonator at certain times is therefore greater by orders of magnitude compared to the generator. Accordingly, a sensory detection of the energy stored in one of the resonant circuits is particularly simple if the resonator is considered for this purpose.
Bevorzugt wird als im Resonator gespeicherte Energie ein magnetisches Feld der vom Resonator umfassten Induktivität, die im Folgenden zur Unterscheidung als Resonatorinduktivität bezeichnet wird, erfasst. Bekanntlich führt die periodisch zwischen Kondensator und Induktivität ausgetauschte elektrische Energie in einem Schwingkreis abwechselnd zu einem hohen Strom (durch die Induktivität) oder einer hohen Spannung (über dem Kondensator). Der Strom durch eine Induktivität oder das dadurch hervorgerufene magnetische Feld der Induktivität, also der Generatorinduktivität, lässt sich besonders einfach messen. Im Falle der sich im Resonator einstellenden Spannungsüberhöhung reicht dafür ein als Koppelelement fungierendes Leiterende, in dem das magnetische Feld einen Stromfluss induziert, der als Maß für die im Resonator gespeicherte Energie auswertbar ist.As the energy stored in the resonator, a magnetic field of the inductance encompassed by the resonator, which is referred to below as a resonator inductance for the purpose of discrimination, is preferably detected. As is known, the periodically between the capacitor and inductance exchanged electrical energy in a resonant circuit alternately leads to a high current (through the inductance) or a high voltage (across the capacitor). The current through an inductance or the resulting magnetic field of the inductance, ie the generator inductance, can be measured particularly easily. In the case of the voltage overshoot occurring in the resonator, a conductor end acting as a coupling element, in which the magnetic field induces a current flow which can be evaluated as a measure of the energy stored in the resonator, is sufficient.
Die Ansteuerung des Schaltelements erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Anregungsfrequenz, die mit einem Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus der Resonatorinduktivität assoziiert ist. Auf diese Art und Weise kann die Anregung des Generators zu elektrischen Schwingungen auf ein im Resonator zu erreichendes Energieniveau, nämlich das vorgegebene oder vorgebbare Energieniveau, abgestimmt werden.The control of the switching element takes place according to a preferred embodiment with an excitation frequency, which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level of Resonatorinduktivität. In this way, the excitation of the generator to electrical vibrations to an achievable in the resonator energy level, namely the predetermined or predeterminable energy level can be tuned.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass als vorgegebenes oder vorgebbares Energieniveau der Resonatorinduktivität ein Energiemaximum angesetzt wird. Dann ist eine Anregung des Resonators zu elektrischen Schwingungen derart möglich, dass sich im Resonator eine maximale Spannungsüberhöhung einstellt, wobei die Energie der maximalen Spannungsüberhöhung in günstiger Art und Weise zur Erzeugung einer Zündspannung im Resonator und zur Überbrückung einer vom Resonator umfassten Zündstrecke ausreicht.It is particularly preferably provided that an energy maximum is applied as the predetermined or specifiable energy level of the resonator inductance. Then, an excitation of the resonator to electrical vibrations is possible in such a way that adjusts a maximum voltage increase in the resonator, wherein the energy of the maximum voltage increase in a favorable manner for generating an ignition voltage sufficient in the resonator and for bridging an ignition distance covered by the resonator.
Zum Erkennen des vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus bzw. des Energiemaximums wird die Hochfrequenzzündeinrichtung während einzelner oder sämtlicher Zündvorgänge oder auch zwischen aufeinander folgenden Zündvorgängen mit unterschiedlichen, vorgegebenen oder vorgebbaren Frequenzen angeregt. Die Frequenzen werden so gewählt, dass das vorgegebene oder vorgebbare Energieniveau bzw. das Energiemaximum, im Folgenden zusammenfassend unter dem Begriff Energiemaximum in Bezug genommen, erfasst ist. Dies ist möglich, weil aufgrund einer Bekanntheit der Spezifikation der von der Hochfrequenzzündeinrichtung umfassten Bauteile, also Induktivitäten und Kapazitäten, zumindest ein theoretischer Wert oder ein Schätzwert hinsichtlich der Resonanzfrequenz vorliegt. Entsprechend können die zur Anregung vorgesehenen Frequenzen im Bereich dieses theoretischen Wertes oder dieses Schätzwertes voreingestellt werden. Des Weiteren ist aufgrund an sich bekannter Charakteristika elektrischer Schwingkreise eine Berücksichtigung lokaler Maxima nicht notwendig, so dass, wenn nach Anregung mit einer ersten Frequenz bei Anregung mit einer zweiten Frequenz eine Energiezunahme festgestellt wird, das Energiemaximum in Richtung weiter zunehmender Frequenzen und umgekehrt erwartet werden kann. Insoweit ist für eine Beschleunigung der Suche des vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus bzw. des Energiemaximums eine heuristische Suche, also der Ansatz einer Strategie, die das Auffinden von Lösungen beschleunigt, hier besonders effizient anwendbar.To detect the predetermined or predefinable energy level or the maximum energy, the high-frequency ignition device is excited during individual or all ignition processes or between successive ignition processes with different, predetermined or predefinable frequencies. The frequencies are selected so that the predetermined or predeterminable energy level or the energy maximum, hereinafter referred to collectively under the term energy maximum, is detected. This is possible because, due to a familiarity with the specification of the components encompassed by the high-frequency ignition device, ie inductances and capacitances, there is at least one theoretical value or an estimated value with regard to the resonance frequency. Accordingly, the frequencies provided for the excitation can be preset in the range of this theoretical value or this estimated value. Furthermore, because of known characteristics of electrical oscillating circuits, consideration of local maxima is not necessary, so that if an energy increase is detected after excitation with a first frequency when excited with a second frequency, the energy maximum in the direction of further increasing frequencies and vice versa can be expected , In that regard, an heuristic search, ie the approach of a strategy which accelerates the finding of solutions, is particularly efficient here for an acceleration of the search of the given or specifiable energy level or of the energy maximum.
Vorteilhaft kommt als konkrete Ausführung einer solchen heuristischen Suchmethode ein Verfahren zum Ansatz, bei dem ausgehend von einer ersten, zweiten und dritten Frequenz f1, f2, f3, die im Generator gespeicherte Energie erfasst wird, wobei Startwerte für die erste und dritte Frequenz f1, f3 so gewählt werden, dass sie eine gesuchte optimale Anregungsfrequenz einschließen, die mit einem Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus, insbesondere das Energiemaximums, der Generatorkapazität assoziiert ist, wobei in einem iterativen Prozess die Werte für die erste, zweite und dritte Frequenz f1, f2, f3 im Hinblick auf eine stetige Annäherung an die gesuchte optimale Anregungsfrequenz modifiziert werden. Konkret wird durch die Auswahl der ersten und dritten Frequenz f1, f3 aus dem theoretisch möglichen Frequenzbereich (Suchraum), in dem der Generator betreibbar ist, also zumindest grundsätzlich 0 bis ∞, ein Frequenzabschnitt ausgewählt, in dem die gesuchte optimale Anregungsfrequenz erwartet werden kann. Der Suchraum ist auf diese Weise also bereits erheblich eingeschränkt. In einem iterativen Prozess werden die Werte für die erste, zweite und dritte Frequenz f1, f2, f3 im Hinblick auf eine stetige Annäherung an die gesuchte optimale Anregungsfrequenz modifiziert, so dass sich mit jedem Iterationsschritt der Suchraum nochmals verkleinert, z.B. halbiert. Auf diese Art und Weise lässt sich mit vergleichsweise geringem mathematischen Aufwand in endlicher Zeit die gesuchte optimale Anregungsfrequenz finden. Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die gesuchte optimale Anregungsfrequenz stets gefunden wird, derAdvantageously, as a concrete embodiment of such a heuristic search method, a method is used in which starting from a first, second and third frequency f 1 , f 2 , f 3 , the stored in the generator Energy is detected, wherein start values for the first and third frequencies f 1 , f 3 are selected so that they include a sought optimal excitation frequency, which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level, in particular the energy maximum, the generator capacity, wherein an iterative process, the values for the first, second and third frequencies f 1 , f 2 , f 3 are modified with respect to a continuous approximation to the sought optimum excitation frequency. Specifically, by selecting the first and third frequencies f 1 , f 3 from the theoretically possible frequency range (search space) in which the generator can be operated, ie at least 0 to ∞, a frequency range is selected in which the sought optimum excitation frequency is expected can. The search space is thus already considerably limited in this way. In an iterative process, the values for the first, second and third frequencies f 1 , f 2 , f 3 are modified with respect to a continuous approximation to the sought optimum excitation frequency, so that with each iteration step the search space is reduced again, eg halved. In this way, the sought optimal excitation frequency can be found in finite time with comparatively little mathematical effort. Advantage of this approach is that the sought optimal excitation frequency is always found, the
Algorithmus also stets konvergiert. Vorteil ist weiterhin, dass die Zeitspanne, die maximal für das Auffinden der gesuchten optimalen Anregungsfrequenz determiniert ist, weil das Verfahren gemäß der vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf den aus der so genannten Binärsuche (Binary Search) bekannten Ansatz zurückgeht, der der Komplexitätsklasse log n zugehört und nach maximal log2n Schritten konvergiert, was auch für den hier vorgeschlagenen Ansatz gilt.Algorithm always converges. Another advantage is that the maximum time that is determined for finding the desired optimal excitation frequency, because the method according to the advantageous embodiment of the invention in the approach known from the so-called binary search (Binary Search) belongs to the complexity class log n and converges after a maximum of log 2 n steps, which also applies to the approach proposed here.
Einfache und günstige Verhältnisse für die Umsetzung des Verfahrens in einen computerimplementierten oder computerimplementierbaren Softwarealgorithmus ergeben sich, wenn die Werte für die erste, zweite und dritte Frequenz f1, f2, f3 zumindest zum Startzeitpunkt äquidistant sind, insbesondere während des gesamten iterativen Prozesses äquidistant bleiben.Simple and favorable conditions for the implementation of the method in a computer-implemented or computer-implemented software algorithm result if the values for the first, second and third frequencies f 1 , f 2 , f 3 are equidistant at least at the start time, in particular remain equidistant during the entire iterative process.
Das oben beschriebene und nachfolgend weiter erläuterte Verfahren wird bevorzugt in Form eines Computerprogramms mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen implementiert. Insoweit betrifft die Erfindung auch ein solches Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt mit einem solchen Computerprogramm. Als Computerprogrammprodukt kommt dabei insbesondere ein Speichermedium, wie z.B. ein Speicherbaustein, wie er von einem zentralen Steuergerät einer Motorelektronik zur Ansteuerung eines Verbrennungsmotors und dergleichen umfasst sein kann, in Betracht. In einem solchen Steuergerät wird das Computerprogramm durch eine dafür vorgesehene Verarbeitungseinheit, wie ein Prozessor oder dergleichen, ausgeführt. Als Computerprogrammprodukt kommt ebenfalls ein so genannter ASIC (anwenderspezifischer integrierter Schattkreis), ein DSP (digitaler Signalprozessor) oder eine Kombination aus ASIC und DSP in Betracht. Solche Bauteile fungieren hinsichtlich der jeweils realisierten Funktionalität wie ein Speicherbaustein. Die im Speicherbaustein im weitesten Sinne als Software vorliegende Implementation des Verfahrens liegt im ASIC oder DSP als sogenannte Firmware vor. Die Besonderheit solcher Computerprogrammprodukte besteht darin, dass sie quasi selbst die Ausführung der in ihnen hinterlegten Funktionalität nach Art eines Prozessors, beim DSP sogar in paralleler Verarbeitung, übernehmen.The method described above and further explained below is preferably implemented in the form of a computer program with computer-executable program code instructions. In that regard, the invention also relates to such a computer program or a computer program product with such a computer program. As a computer program product, in particular, a storage medium, such as e.g. a memory module, as it may be included by a central control unit of an engine electronics for controlling an internal combustion engine and the like, into consideration. In such a controller, the computer program is executed by a dedicated processing unit such as a processor or the like. As a computer program product is also a so-called ASIC (user-specific integrated shading), a DSP (digital signal processor) or a combination of ASIC and DSP into consideration. Such components function in terms of each realized functionality as a memory module. The present in the memory module in the broadest sense as software implementation of the method is present in the ASIC or DSP as so-called firmware. The peculiarity of such computer program products is that they virtually take over the execution of the stored functionality in the manner of a processor, in the DSP even in parallel processing.
Die Erfindung betrifft des Weiteren auch eine Hochfrequenzzündeinrichtung, die zur Ausführung des und zur Verwendung mit dem oben skizzierten und nachfolgend weiter beschriebenen Verfahren vorgesehen und hergerichtet ist. Die Hochfrequenzzündeinrichtung ist insbesondere zum Einsatz mit oder zur Verwendung für eine Verbrennungsmaschine, wie z.B. einen Ottomotor, vorgesehen und umfasst zwei gekoppelte elektrische Schwingkreise, wobei der als Generator bezeichnete erste Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise zur Erzeugung einer Spannungserhöhung und zu deren Einkopplung, insbesondere zur leitungsgebundenen Einkopplung, in den als Resonator bezeichneten zweiten Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise vorgesehen ist, wobei der Generator an eine Quelle, also z.B. ein Bordnetz eines die Verbrennungsmaschine umfassenden Kraftfahrzeugs, angeschlossen und über ein elektrisches Schaltelement, insbesondere einen Leistungsschalter, entsprechend einer Ansteuerung des Schaltelements anregbar ist, wobei eine in einem der Schwingkreise, insbesondere im Resonator, gespeicherte Energie mittels eines als Sensor fungierenden Koppelelements erfasst und ein Sensorsignal als Maß für die im Generator gespeicherte Energie generierbar ist und wobei mittels einer Steuerelektronik anhand des Sensorsignals eine Anregungsfrequenz generierbar ist, mit der das Schaltelement beaufschlagbar ist. Das Sensorsignal ist ein Maß für die in der Hochfrequenzzündeinrichtung, insbesondere im Resonator, gespeicherte Energie. Die Anregungsfrequenz ist damit direkt abhängig von der jeweils tatsächlich gespeicherten Energie. Durch die beschriebene Hochfrequenzzündeinrichtung wird also die gespeicherte Energie mittels des Sensors erfasst und zur Ansteuerung des Schaltelements ausgewertet, indem durch die Steuerelektronik anhand des Sensorsignals die Anregungsfrequenz generiert wird, mit der das Schaltelement beaufschlagt wird und damit schließlich der Generator entsprechend der Anregungsfrequenz aus der Quelle gespeist wird.The invention further relates to a high-frequency ignition device, which is provided for the execution of and for use with the method outlined above and further described below, and is prepared. The high-frequency ignition device is intended in particular for use with or for use with an internal combustion engine, such as a gasoline engine, and comprises two coupled electrical oscillating circuits, the first oscillating circuit of the two coupled oscillating circuits designated as a generator for generating a voltage increase and for coupling it, in particular to the line-connected one Coupling, is provided in the designated as a resonator second resonant circuit of the two coupled resonant circuits, the generator to a source, such as an electrical system of the internal combustion engine motor vehicle, connected and via an electrical switching element, in particular a circuit breaker, according to a control of the switching element excitable is, wherein a stored in one of the resonant circuits, in particular in the resonator, recorded energy by means of a coupling element acting as a sensor and a sensor signal as a measure of the generator in the generator it is possible to generate energy that can be generated, and by means of control electronics an excitation frequency can be generated on the basis of the sensor signal, with which the switching element can be acted upon. The sensor signal is a measure of the energy stored in the high-frequency ignition device, in particular in the resonator. The excitation frequency is thus directly dependent on the energy actually stored. Thus, the stored energy is detected by means of the sensor and evaluated for driving the switching element by the control electronics based on the sensor signal, the excitation frequency is generated, with which the switching element is acted upon and thus finally fed to the generator according to the excitation frequency from the source becomes.
Wenn der Sensor der vom Resonator umfassten Resonatorinduktivität zugeordnet ist, ergeben sich aufgrund der im Resonator sich ergebenden Spannungsüberhöhung besonders einfache Verhältnisse hinsichtlich der sensorischen Erfassung der dort gespeicherten Energie. Im einfachsten Fall kann ein als Koppelelement fungierendes Leiterende der Resonatorinduktivität hinsichtlich räumlicher Nähe und Orientierung geeignet zugeordnet werden und als Sensor, also als Magnetfeldsensor verwendet werden, nachdem die durch die Resonatorinduktivität erzeugten magnetischen Felder ohne Weiteres ausreichen, in dem Leiterende einen als Sensorsignal auswertbaren Stromfluss zu induzieren. Dies führt zu apparativ und messtechnisch einfachen Verhältnissen hinsichtlich der Erfassung der im Resonator gespeicherten Energie, ohne dass störende Verfälschungen der Messdaten durch die verwendete Sensorik zu erwarten sind.If the sensor is associated with the Resonatorinduktivität included by the resonator, resulting from the resulting in the resonator Voltage overshoot particularly simple conditions with regard to the sensory detection of the energy stored there. In the simplest case, a conductor end of the resonator inductance functioning as a coupling element can be suitably associated with respect to spatial proximity and orientation and used as a sensor, ie as a magnetic field sensor, after the magnetic fields generated by the resonator inductance are readily sufficient, in the conductor end a current flow which can be evaluated as a sensor signal induce. This leads to equipment-wise and metrologically simple conditions with regard to the detection of the energy stored in the resonator without disturbing distortions of the measurement data due to the sensors used being to be expected.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie z.B. Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual features described in the general or specific description part as well as in the claims and / or the drawing Elements or process steps for the expert with regard to the solution of the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps, even as far as they eg Testing and working procedures.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Darin zeigen
- Fig. 1
- eine schematisch vereinfachte Darstellung einer bekannten Hochfrequenzzündeinrichtung,
- Fig. 2
- eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Hochfrequenzzündelnrichtung gemäß der Erfindung und
- Fig. 3
- eine Darstellung zur Veranschaulichung des Auffindens einer gesuchten optimalen Anregungsfrequenz zur Ansteuerung/Anregung der Hochfrequenzzündeinrichtung.
- Fig. 1
- a schematically simplified representation of a known high-frequency ignition device,
- Fig. 2
- a schematically simplified representation of a Hochfrequenzzündelnrichtung according to the invention and
- Fig. 3
- a representation to illustrate the finding of a sought optimal excitation frequency for driving / excitation of the high-frequency ignition device.
Elektrisch stellen sich Generator 12 und Resonator 14 als gekoppelte Schwingkreise dar. Der Generator 12 umfasst dazu zumindest eine als Generatorinduktivität 20 bezeichnete Spule und einen als Generatorkapazität 22 bezeichneten Kondensator. Im dargestellten Beispiel sind Generatorinduktivität 20 und Generatorkapazität 22 als Bestandteile eines ansonsten nicht weiter dargestellten Serienresonanzkreises gezeigt. Der Resonator 14 umfasst eine zur Unterscheidung von der Generatorinduktivität 20 als Resonatorinduktivität 24 bezeichnete Spule und eine Zündstrecke 25 also z.B. eine an sich bekannte Zündkerze mit Zündelektroden.Electrically,
Wenn hier und im Folgenden von einer Kopplung, z.B. der Kopplung von Generator 12 und Resonator 14, gesprochen wird, meint dies jede mögliche Art der Kopplung, z.B. eine induktive oder kapazitive Kopplung, insbesondere aber eine leitungsgebundene Kopplung. Die Doppelpfeile in
Zur Anregung des Generators 12, also zur Anregung des davon umfassten Schwingkreises, ist der Leistungsschalter 16, z.B. in einer Ausführung als Leistungs MOSFET-Transistor 26, vorgesehen. Dieser wird aus der Quelle 18, also z.B. dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Kraftfahrzeugbatterie und/oder einer Krattfahrzeuglichtmaschine 28, gespeist. Alternativ kann auch, z.B. wenn als Generatorkapazität 22 die Kapazität des MOSFET-Transistors 26 ausgenutzt wird, vorgesehen sein, dass die Generatorinduktivität 20 einseitig mit dem der Spannung des Bordnetzes versorgt wird und eine Ansteuerung des Leistungsschalters 16 einen Kurzschluss der Generatorkapazität 22, also der Kapazität des MOSFET-Transistors 26, bewirkt.In order to excite the
Die Ansteuerung des Leistungsschalters 16 erfolgt mittels einer Steuerelektronik 30. Diese gibt durch periodische Ansteuerung des Leistungsschalters 16 eine Frequenz, mit der der Generator 12 aus der Quelle 18 angeregt wird, vor.The control of the
Die im Resonator 14 gespeicherte Energie wird zur Ansteuerung des Leistungsschalters 16 ausgewertet. Ein vom Sensor 32 abgegebenes und durch die Steuerelektronik 30 auswertbares Sensorsignal 34 ist ein Maß für die in der Hochfrequenzzündeinrichtung insgesamt, insbesondere im Resonator 14, gespeicherte Energie. Zur Anregung des Generators 12 erzeugt die Steuerelektronik 30 eine Anregungsfrequenz 36, mit der der Leistungsschalter 16 beaufschlagt wird. Durch die Steuerelektronik 30 wird nun die Anregungsfrequenz 36 so verändert, dass die im Generator 12 gespeicherte Energie und damit, aufgrund geeigneter Abstimmung der jeweils involvierten Bauteile, also Kapazitäten und Induktivitäten, auch die im Resonator 14 gespeicherte Energie maximal wird. Es wird also die Anregungsfrequenz 36 ermittelt, die zu einer maximalen Spannungsüberhöhung im Resonator 14 und damit zu besonders günstigen Verhältnissen für die Zündung führt. Spannungsüberhöhung tritt bekanntlich in einem elektrischen Schwingkreis auf, wenn die Spannung über der Spule oder dem Kondensator einen Wert erreicht, welchen den Wert der Gesamtspannung deutlich übersteigt. Bei einem Reihenschwingkreis als Sonderform eines elektrischen Schwingkreis fließt aufgrund der Reihenschaltung in Spule und Kondensator zwar der gleiche Strom, der sinusförmige Verlauf der Spannung über Spule und Kondensator ist, jedoch um insgesamt 180° phasenverschoben (Spule: 90°, Kondensator: -90°). Dieser Effekt lässt sich bei vorgegebener Gesamtspannung nutzen, indem die Spannung über einem der beiden Energiespeicher, im dargestellten Fall über der Resonatorinduktivität 20, zur Erzeugung eines Zündfunkens über der Zündstrecke 25 abgegriffen wird.The stored energy in the
Dazu ist vorgesehen, dass der Generator 12 mit drei Frequenzen, insbesondere mit drei äquidistanten Frequenzen, f1, f2 und f3, angeregt wird, wobei f1 < f2 < f3 gilt. Für jede dieser Frequenzen f1, f2, f3 wird anhand des Sensorsignals 34 als "Antwort" der von der Hochfrequenzzündeinrichtung umfassten Schwingkreise, insbesondere als Antwort des Resonators 14, die zwischen den jeweils involvierten Bauelementen schwingende und insoweit in den Schwingkreisen, insbesondere im Resonator 14, "gespeicherte" Energie erfasst. Die den Frequenzen f1, f2, f3 zugehörigen Werte des Sensorsignals 34 werden im Folgenden mit FB1, FB2 und FB3 bezeichnet, wobei FB für "feedback" steht.For this purpose, it is provided that the
Mit diesen Werten lässt sich nun, wenn f1 und f3 so gewählt sind, dass sie eine optimale Anregungsfrequenz, mit der das gesuchte Energiemaximum erreicht wird, einschließen, diese optimale Anregungsfrequenz ermitteln.With these values, if f 1 and f 3 are chosen such that they include an optimum excitation frequency with which the sought energy maximum is reached, this optimum excitation frequency can be determined.
Dazu zeigt
Für die in
Dieser Prozess wird so lange fortgesetzt, bis die gesuchte optimale Anregungsfrequenz oder eine ausreichende Annäherung derselben gefunden ist. Nachdem das gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung präferierte Verfahren zum Auffinden der optimalen Anregungsfrequenz auf dem im Stand der Technik unter der Bezeichnung Binärsuche oder "Binary Search" bekannten Algorithmus basiert, für den eine Konvergenz nach log2N Schritten nachgewiesen ist, kann als Abbruchkriterium für das vorstehend beschriebene iterative Verfahren eine maximale Anzahl vor Iterationsschritten vorgegeben werden. Die nach Abarbeitung der vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl von Iterationsschritten aufgefundene Anregungsfrequenz wird dann als gesuchte optimale Anregungsfrequenz verwendet.This process is continued until the sought optimal excitation frequency or a sufficient approximation of the same is found. Since the method for finding the optimum excitation frequency, which is preferred according to a particular aspect of the invention, is based on the algorithm known in the state of the art as binary search or "binary search", for which convergence is detected after log 2 N steps, the termination criterion for the above-described iterative method is given a maximum number of iteration steps. The excitation frequency found after processing the predetermined or predefinable number of iteration steps is then used as the sought optimal excitation frequency.
Wenn auf diese Art und Weise die gesuchte optimale Anregungsfrequenz gefunden wurde, kann diese als Anregungsfrequenz 36 zur Anregung des Generators 12 herangezogen werden. Der Vorteil des vorstehend beschriebenen Einschließungsverfahrens, das auf die so genannte Binärsuche mit dem Unterschied zurückgeht, dass bei der Binärsuche ein aufzufindendes Element im voraus bereits bekannt ist, während mit der hier beschriebenen Modifikation die Position eines im vorhinein wertmäßig nicht bekannten Maximums ermittelt wird, besteht vor allem in der schnellen Konvergenz. D.h. es werden maximal Log2N Iterationen nach dem oben beschriebenen Schema benötigt, um die gesuchte optimale Anregungsfrequenz zu ermitteln. Bei unterschiedlichen Bandbreiten, also dem Abstand zwischen den Anfangswerten für f1 und f3, und einer Auflösung von jeweils 50Hz, ergeben sich die nachfolgend aufgeführten Anzahlen von Iterationen und bei einer mittleren Zeit von 22µs für eine Iteration auf einer für Simulationszwecke als Steuerelektronik 30 aufgebauten Hardware die ebenfalls aufgeführten Gesamtrechenzeiten bis die gesuchte optimale Anregungsfrequenz ermittelt ist:
Als vorgegebene oder vorgebbare maximale Anzahl von Iterationsschritten kann also die Anzahl von Iterationen eingegeben werden, bei dem der Algorithmus unter den jeweiligen Rahmenbedingungen garantiert konvergiert. Im Einzelfall kann auch eine dazu leicht verringerte Anzahl von Iterationsschritten vorgesehen sein, weil diese immer noch zu einer ausreichend genauen Approximation der gesuchten optimalen Anregungsfrequenz bei linear verringerter Gesamtrechenzeit führt.As a predetermined or predefinable maximum number of iteration steps, therefore, the number of iterations can be entered at which the algorithm is guaranteed to converge under the respective boundary conditions. In individual cases, a slightly reduced number of iteration steps may be provided, because this still leads to a sufficiently accurate approximation of the sought optimal excitation frequency with a linear reduced total computing time.
Mit der Ermittlung der gesuchten optimalen Anregungsfrequenz durch die Steuerelektronik 30 und mit deren nachfolgender Verwendung als Anregungsfrequenz 36 für den Generator 12 ergibt sich eine automatische Anpassung der Anregungsfrequenz 36 an die Resonanzsituation des Resonators 12 und/oder die Resonanzsituation der gekoppelten Schwingkreise Generator 12 und Resonator 14. Umgebungs- und Betriebseinflüsse wie Druck, Temperatur, etc. werden dadurch kompensiert.With the determination of the desired optimal excitation frequency by the
Damit lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen: Es werden ein Verfahren zum Betrieb einer Hochfrequenzzündeinrichtung sowie eine solche Hochfrequenzzündeinrichtung angegeben, die als Generator 12 und Resonator 14 zwei gekoppelte elektrische Schwingkreise umfassen, von denen der Generator über ein elektrisches Schaltelement gespeist und entsprechend einer Ansteuerung des Schaltelements angeregt wird, bei dem bzw. bei der zur Kompensation von Betrlebs- und/oder Umwelteinflüssen vorgesehen ist, dass eine im Generator 12 gespeicherte Energie erfasst und zur Ansteuerung des Schaltelements ausgewertet wird.Thus, the invention can be briefly described as follows: A method for operating a high-frequency ignition device and such a high-frequency ignition device are specified, which are used as
Claims (10)
wobei in einem als Generator (12) fungierenden ersten Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise eine Spannungsüberhöhung erzeugt und in einen als Resonator (14) fungierenden zweiten Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise eingekoppelt wird,
wobei der Generator (12) aus einer Quelle (18) gespeist und über ein elektrisches Schaltelement, insbesondere einen Leistungsschalter (16), entsprechend einer Ansteuerung des Schaltelements angeregt wird,
wobei eine in einem der Schwingkreise (12, 14) gespeicherte Energie erfasst und zur Ansteuerung des Schaltelements ausgewertet wird,
wobei die Ansteuerung des Schaltelements mit einer Anregungsfrequenz (36) erfolgt, die mit einem Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus der erfassten, in einem der Schwingkreise (12, 14) gespeicherten Energie assoziiert ist.
wobei zum Erkennen des vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus eine heuristische Suchmethode angewandt wird.Method for operating a high-frequency ignition device (10) for an internal combustion engine, wherein the high-frequency ignition device (10) comprises two coupled electrical oscillating circuits,
wherein a voltage overshoot is generated in a first oscillating circuit of the two coupled resonant circuits which acts as a generator (12) and is coupled into a second resonant circuit of the two coupled oscillator circuits acting as a resonator (14),
wherein the generator (12) is fed from a source (18) and excited via an electrical switching element, in particular a power switch (16), in accordance with a control of the switching element,
wherein an energy stored in one of the oscillating circuits (12, 14) is detected and evaluated for driving the switching element,
wherein the driving of the switching element with an excitation frequency (36), which is associated with a reaching a predetermined or predeterminable energy level of the detected, stored in one of the oscillating circuits (12, 14) energy.
wherein a heuristic search method is used to detect the predetermined or predeterminable energy level.
wobei ausgehend von einer ersten, zweiten und dritten Frequenz f1, f2, f3 für jede Frequenz f1, f2, f3 die im Generator (12) gespeicherte Energie erfasst wird,
wobei Startwerte für die erste und dritte Frequenz f1, f3 so gewählt werden, dass sie eine gesuchte optimale Anregungsfrequenz einschlleßen, die mit einem Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Energieniveaus der Generatorkapazität (22) assoziiert ist,
wobei in einem iterativen Prozess die Werte für die erste, zweite und dritte Frequenz f1, f2, f3 im Hinblick auf eine stetige Annäherung an die gesuchte optimale Anregungsfrequenz modifiziert werden.Method according to one of claims 1 to 4,
wherein starting from a first, second and third frequency f 1 , f 2 , f 3 for each frequency f 1 , f 2 , f 3, the energy stored in the generator (12) is detected,
wherein start values for the first and third frequencies f 1 , f 3 are selected such that they include a sought optimal excitation frequency, which is associated with reaching a predetermined or predeterminable energy level of the generator capacity (22),
wherein, in an iterative process, the values for the first, second and third frequencies f 1 , f 2 , f 3 are modified with respect to a continuous approximation to the sought optimal excitation frequency.
wobei ein als Generator (12) funglerender erster Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise zur Erzeugung einer Spannungsüberhöhung und zu deren Einkopplung in einen als Resonator (14) fungierenden zweiten Schwingkreis der beiden gekoppelten Schwingkreise vorgesehen ist,
wobei der Generator (12) an eine Quelle (18) angeschlossen und über ein elektrisches Schaltelement, insbesondere einen Leistungsschalter (16), entsprechend einer Ansteuerung des Schaltelements anregbar ist,
wobei eine in einem der Schwingkreise, insbesondere im Resonator (14), gespeicherte Energie mittels eines Sensors (32) erfassbar und mittels des Sensors (32) ein Sensorsignal (34) als Maß für die in einem der Schwingkreise gespeicherte Energie generierbar ist und
wobei mittels einer Steuerelektronik (30) anhand des Sensorsignals (34) eine Anregungsfrequenz (36) generierbar ist, mit der das Schaltelement beaufschlagbar ist,
wobei die Steuerelektronik (30) ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 umfasst.High-frequency ignition device (10) with two coupled electrical oscillating circuits, in particular for an internal combustion engine,
wherein a first oscillation circuit of the two coupled oscillation circuits, which functions as a generator (12), is provided for generating a voltage superelevation and for coupling it into a second oscillation circuit of the two coupled oscillation circuits acting as a resonator (14),
wherein the generator (12) is connected to a source (18) and can be excited via an electrical switching element, in particular a power switch (16), in accordance with a control of the switching element,
wherein a stored energy in one of the resonant circuits, in particular in the resonator (14), can be detected by means of a sensor (32) and by means of the sensor (32) a sensor signal (34) can be generated as a measure of the energy stored in one of the oscillator circuits, and
wherein by means of control electronics (30) on the basis of the sensor signal (34) an excitation frequency (36) can be generated, with which the switching element can be acted upon,
wherein the control electronics (30) comprises a computer program product according to claim 8.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011100516A3 (en) * | 2010-02-12 | 2011-11-17 | Federal-Mogul Ignition Company | Intentional arcing of a corona igniter |
WO2012103112A2 (en) * | 2011-01-24 | 2012-08-02 | Goji Ltd. | Em energy application for combustion engines |
DE102013111062A1 (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-09 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Method for setting an excitation frequency of a resonant circuit of a corona ignition device |
EP2950621A4 (en) * | 2013-01-22 | 2017-01-25 | Imagineering, Inc. | Plasma generating device, and internal combustion engine |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0211133B1 (en) | 1985-07-27 | 1990-05-02 | Bernd Holz | Method and device for the transmission of thermal energy to a space filled with matter |
US5179928A (en) * | 1989-07-13 | 1993-01-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Internal combustion engine ignition device |
EP0763759A2 (en) * | 1995-09-14 | 1997-03-19 | Sumitomo Electric Industries, Inc. | Electric discharge method and apparatus |
WO2003046374A1 (en) | 2001-11-21 | 2003-06-05 | Robert Bosch Gmbh | High-frequency ignition for an internal combustion engine |
US20040129241A1 (en) | 2003-01-06 | 2004-07-08 | Freen Paul Douglas | System and method for generating and sustaining a corona electric discharge for igniting a combustible gaseous mixture |
DE102005036968A1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Siemens Ag | Plasma ignition system and method of operation |
FR2895169A1 (en) | 2005-12-15 | 2007-06-22 | Renault Sas | OPTIMIZING THE EXCITATION FREQUENCY OF A RESONATOR |
-
2007
- 2007-07-03 EP EP07012991A patent/EP2012004A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0211133B1 (en) | 1985-07-27 | 1990-05-02 | Bernd Holz | Method and device for the transmission of thermal energy to a space filled with matter |
US5179928A (en) * | 1989-07-13 | 1993-01-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Internal combustion engine ignition device |
EP0763759A2 (en) * | 1995-09-14 | 1997-03-19 | Sumitomo Electric Industries, Inc. | Electric discharge method and apparatus |
WO2003046374A1 (en) | 2001-11-21 | 2003-06-05 | Robert Bosch Gmbh | High-frequency ignition for an internal combustion engine |
US20040129241A1 (en) | 2003-01-06 | 2004-07-08 | Freen Paul Douglas | System and method for generating and sustaining a corona electric discharge for igniting a combustible gaseous mixture |
DE102005036968A1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Siemens Ag | Plasma ignition system and method of operation |
FR2895169A1 (en) | 2005-12-15 | 2007-06-22 | Renault Sas | OPTIMIZING THE EXCITATION FREQUENCY OF A RESONATOR |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011100516A3 (en) * | 2010-02-12 | 2011-11-17 | Federal-Mogul Ignition Company | Intentional arcing of a corona igniter |
CN102844562A (en) * | 2010-02-12 | 2012-12-26 | 费德罗-莫格尔点火公司 | Intentional arcing of a corona igniter |
WO2012103112A2 (en) * | 2011-01-24 | 2012-08-02 | Goji Ltd. | Em energy application for combustion engines |
WO2012103112A3 (en) * | 2011-01-24 | 2012-12-20 | Goji Ltd. | Em energy application for combustion engines |
CN103384755A (en) * | 2011-01-24 | 2013-11-06 | 高知有限公司 | EM energy application for combustion engines |
EP2950621A4 (en) * | 2013-01-22 | 2017-01-25 | Imagineering, Inc. | Plasma generating device, and internal combustion engine |
DE102013111062A1 (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-09 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Method for setting an excitation frequency of a resonant circuit of a corona ignition device |
US9294102B2 (en) | 2013-10-07 | 2016-03-22 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Method for adjusting an excitation frequency of an oscillating circuit of a corona ignition device |
DE102013111062B4 (en) * | 2013-10-07 | 2017-03-16 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Method for setting an excitation frequency of a resonant circuit of a corona ignition device |
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