DE102010015344A1

DE102010015344A1 - Verfahren zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches einer Verbrennungskammer, insbesondere in einem Verbrennungsmotor durch Erzeugen einer Korona-Entladung

Info

Publication number: DE102010015344A1
Application number: DE102010015344A
Authority: DE
Inventors: Torsten SCHREMMER
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2010-04-17
Filing date: 2010-04-17
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-18
Also published as: US20110253114A1; CN102220930B; DE102010015344B4; CN102220930A

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem taktweise arbeitenden Verbrennungsmotor mit einer oder mehreren Brennkammern (1), welche durch auf Massepotential liegende Wände (2, 3, 4) begrenzt sind, mittels eines Zünders, in welchem Verfahren mittels eines elektrischen Transformators (12), der auf seiner Primärseite eine für das gewählte Zündsystem des Verbrennungsmotors charakteristische Baseline-Impedanz (ZBaseline) aufweist, ein elektrischer Schwingkreis (7) erregt wird, der mit einer Sekundärwicklung (17) des Transformators (12) verbunden ist und in welchem eine elektrisch isoliert durch eine der die Brennkammer (1) begrenzenden Wände (2, 3, 4) hindurchgeführte und in die Brennkammer (1) ragende Zündelektrode (5) im Zusammenwirken mit den auf Massepotential liegenden Wänden (2, 3, 4) der Brennkammer (1) eine Kapazität darstellt, und in welchem die Erregung des Schwingkreises (7) in der Weise gesteuert wird, dass in der Brennkammer (1) an der Zündelektrode (5) eine das Brennstoff-Luft-Gemisch zündende Korona-Entladung (22) erzeugt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor jedem Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors die an eine Primärwicklung (14, 15) des Transformators (12) angelegte elektrische Spannung (U) – nachfolgend als Primärspannung bezeichnet – schrittweise erhöht wird, wobei die Schritte, um welche die Primärspannung (U) erhöht wird, so gewählt werden, dass die Stärke des in der Primärwicklung (14, 15) fließenden elektrischen Stromes (I) – nachfolgend als Primärstrom bezeichnet – als Folge der schrittweisen Erhöhung der angelegten Primärspannung (U) schrittweise um Beträge wächst, die mit steigender Impedanz am Eingang des Transformators (12) kleiner werden und bei Annäherung an eine Spannung, bei welcher im Schwingkreis (7) ein Spannungsdurchbruch erfolgt – nachfolgend als Durchbruchsspannung UD bezeichnet – gegen ein vorgebbares Minimum streben.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein derartiges Verfahren und ein derartiges System sind aus der WO 2010/011838 A1 bekannt.
Die WO 2004/063560 A1 offenbart, wie ein Brennstoff-Luft-Gemisch in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors durch eine in der Brennkammer erzeugte Korona-Entladung gezündet werden kann. Zu diesem Zweck ist eine Zündelektrode elektrisch isoliert durch eine der auf Massepotential liegenden Wände der Brennkammer hindurchgeführt und ragt in die Brennkammer hinein, vorzugsweise einem in der Brennkammer vorgesehenen Hubkolben gegenüberliegend. Die Zündelektrode bildet zusammen mit den auf Massepotential liegenden Wänden der Brennkammer als Gegenelektrode eine Kapazität. Als Dielektrikum wirkt der Brennraum mit seinem Inhalt. In ihm befindet sich je nach dem Takt, in welchem sich der Kolben befindet, Luft oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch oder ein Abgas.
Die Kapazität ist Bestandteil eines elektrischen Schwingkreises, welcher mit einer hochfrequenten Spannung erregt wird, die mit Hilfe eines Transformators mit Mittenabgriff erzeugt wird. Der Transformator arbeitet mit einem Schaltgerät zusammen, welches eine vorgebbare Gleichspannung abwechselnd an die beiden durch den Mittenabgriff getrennten Primärwicklungen des Transformators legt. Die Sekundärwicklung des Transformators speist einen Reihenschwingkreis, in welchem die aus der Zündelektrode und den Wänden der Brennkammer gebildete Kapazität liegt. Die Frequenz der den Schwingkreis erregenden, vom Transformator gelieferten Wechselspannung wird so geregelt, dass sie möglichst nahe bei der Resonanzfrequenz des Schwingkreises liegt. Es kommt dadurch zu einer Spannungsüberhöhung zwischen der Zündelektrode und den Wänden der Brennkammer, in welcher die Zündelektrode angeordnet ist. Die Resonanzfrequenz liegt typisch zwischen 30 Kilohertz und 3 Megahertz und die Wechselspannung erreicht an der Zündelektrode Werte von z. B. 50 kV bis 500 kV.
Damit kann in der Brennkammer eine Korona-Entladung erzeugt werden. Die Korona-Entladung soll nicht in eine Bogenentladung oder Funkenentladung durchschlagen. Deshalb wird dafür gesorgt, dass die Spannung zwischen der Zündelektrode und Masse unterhalb der Spannung für einen vollständigen Durchbruch bleibt. Zu diesem Zweck ist es aus der WO 2004/063560 A1 bekannt, am Eingang des Transformators die Spannung und die Stromstärke zu messen und daraus die Impedanz als Quotient aus der Spannung und der Stromstärke zu berechnen. Die berechnete Impedanz wird mit einem festen Sollwert für die Impedanz verglichen, welcher so gewählt ist, dass die Korona-Entladung aufrechterhalten werden kann, ohne dass es zu einem vollständigen Spannungsdurchbruch kommt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Ausbildung der Korona nicht optimal ist und insbesondere nicht immer eine optimale Größe der Korona erreicht wird. Die Korona wird nämlich umso größer, je näher der Schwingkreis an der Durchbruchsspannung betrieben wird. Damit das Erreichen der Durchbruchsspannung unter allen Umständen vermieden wird, muss der Sollwert der Impedanz, der nicht überschritten werden darf, so niedrig liegen, dass ein Spannungsdurchbruch und damit ein Funkenüberschlag auf jeden Fall vermieden wird. Bei der Festlegung des Sollwertes der Impedanz muss berücksichtigt werden, dass die Strom-Spannungs-Kennlinie der den Transformator treibenden Schaltung, welche nachfolgend auch als Zünder bezeichnet wird, fertigungsbedingten Schwankungen unterliegt. Bei konstruktiven oder fertigungstechnischen Änderungen an Zündern, die zu einer Änderung der Spannung-Strom-Kennlinie führen, kann es erforderlich sein, den Sollwert der Impedanz durch Versuche neu festzulegen, um zu vermeiden, dass eine zu kleine Korona oder schlimmstenfalls gar keine Korona mehr ausgebildet wird.
Aus der WO 2010/011838 A1 ist es bekannt, den Transformator auf seiner Primärseite durch Vorgabe einer Soll-Impedanz zu regeln, indem zunächst bei niedriger Spannung eine so genannte Baseline-Impedanz am Eingang des Transformators ermittelt wird. Ausgehend von einer niedrigen Spannung zeigt die Spannung-Strom-Kennlinie am Eingang des Transformators zunächst einen linearen Verlauf, was eine gleich bleibende Impedanz anzeigt: Die Stromstärke steigt zunächst proportional zur Spannung an. Die Baseline-Impedanz ist charakteristisch für den jeweiligen Zünder. Wird eine bestimmte Spannung überschritten, steigt die Impedanz an, was dadurch angezeigt wird, dass die Stärke des auf der Primärseite des Transformators gemessenen Stroms der Spannung nicht mehr proportional ist, sondern mit fortschreitender Erhöhung der Spannung immer langsamer zunimmt, bis es zum Spannungsdurchbruch kommt. Die Soll-Impedanz wird bei dem aus der WO 2010/011838 A1 bekannten Verfahren nun so festgelegt, dass sie die Summe aus der Baseline-Impedanz und einer zusätzlichen Impedanz ist. Die zusätzliche Impedanz wird durch Erhöhen der Spannung so lange in kleinen Schritten erhöht, bis es zu einer Funkenentladung kommt. Sobald eine Funkenentladung erkannt wurde, wird die zusätzliche Impedanz um einen etwas größeren Schritt als den vorhergehenden Schritt reduziert, um nachfolgend weitere Funkenentladungen zu vermeiden und den Schwingkreis in Resonanz zu halten. Damit ist es möglich, Stromstärke und Spannung am Eingang des Transformators unterhalb des Betrages zu halten, bei welchem eine Funkenentladung auftreten kann, also auf einen Betrag zu begrenzen, bei welchem die Korona eine maximale Größe erreicht.
Nachteilig bei der aus der WO 2010/011838 A1 bekannten Vorgehensweise ist es, dass das Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches durch eine Koronaentladung nicht möglich ist, ohne dass von Zeit zu Zeit Funkenentladungen auftreten, denn das Beobachten des Auftretens von Funkenentladungen ist die Voraussetzung für die Festlegung des Sollwertes der Impedanz. Eine Funkenentladung kann aber, auch wenn sie nur sporadisch auftritt, zu einer nicht-idealen Verbrennung bis hin zu Zündaussetzern sowie zum Abbrand der Zündelektroden führen.
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer oder mehreren Brennkammern mittels Koronaentladung zum Ziel, welches eine optimale Ausbildung der Korona erlaubt und die eingangs beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem taktweise arbeitenden Verbrennungsmotor mit einer oder mehreren Brennkammern, welche durch auf Massepotential liegende Wände begrenzt sind, wird mittels eines Zünders mit einem elektrischen Transformator, der auf seiner Primärseite eine für das gewählte Zündsystem charakteristische Baseline-Impedanz Z_Baseline aufweist, ein elektrischer Schwingkreis erregt, der mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist und in welchem eine elektrisch isoliert durch eine der die Brennkammer begrenzenden Wände hindurchgeführte und in die Brennkammer ragende Zündelektrode im Zusammenwirken mit den auf Massepotential liegenden Wänden der Brennkammer eine Kapazität darstellt. Die Erregung des Schwingkreises wird in der Weise gesteuert, dass in der Brennkammer an der Zündelektrode eine das Brennstoff-Luft-Gemisch zündende Korona-Entladung erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird in jedem Takt des Verbrennungsmotors die an eine Primärwicklung des Transformators angelegte elektrische Spannung, welche nachfolgend als Primärspannung bezeichnet wird, schrittweise erhöht, wobei die Schritte, um welche die Primärspannung erhöht wird, so gewählt werden, dass die Stärke des in der Primärwicklung fließenden elektrischen Stromes, welcher nachfolgend als Primärstrom bezeichnet wird, als Folge der schrittweisen Erhöhung der Primärspannung schrittweise um Beträge wächst, die mit steigender Impedanz auf der Primärseite des Transformators kleiner werden und bei Annäherung an die Durchbruchsspannung gegen ein vorgebbares Minimum streben. Unter der Durchbruchsspannung wird hier jene Primärspannung verstanden, mit deren Überschreiten die Koronaentladung in eine Funkenentladung oder Bogenentladung übergeht. Das Zündsystem umfasst die für die Zündung mittels Korona-Entladung erforderlichen Komponenten, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
Die Erfindung hat wesentliche Vorteile:

• Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Primärspannung an die Durchbruchsspannung angenähert und dadurch eine optimale Koronaentladung erreicht werden, ohne dass es nötig wäre, von Zeit zu Zeit die Durchbruchsspannung zu überschreiten und ihre Größe zu bestimmen.
• Durch das schrittweise Erhöhen der Spannung und durch das Bestimmen der sich daraus ergebenden Erhöhung der Stärke des Primärstroms kann ermittelt werden, auf welchem Punkt der U/I-Kennlinie der Abhängigkeit des Primärstroms von der Primärspannung man sich nach jedem Erhöhungsschritt befindet. Die Kennlinie hat einen typischen Verlauf, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Impedanz bei niedrigen Primärspannungen konstant ist, d. h., die Stärke des Primärstroms ist zunächst der Primärspannung proportional. Die Kennlinie, welche die Abhängigkeit des Primärstroms von der Primärspannung darstellt, ist eine Gerade, deren Steigung die Impedanz Z = U/I ist. Oberhalb einer gewissen Spannung U_A steigt die Impedanz jedoch an, die Steigung der Kennlinie U/I nimmt bis zum Erreichen der Durchbruchsspannung U_D zu und bricht dann ab. Mit fortschreitender Annäherung der Primärspannung an die Durchbruchsspannung U_D wird die Zunahme des Primärstroms immer kleiner. Diesen Umstand macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zu nutze, indem es daraus ein Kriterium ableitet, nach welchem die Erhöhung der Primärspannung zuverlässig kurz vor Erreichen der Durchbruchsspannung U_D beendet werden kann.
• Wegen des charakteristischen Verlaufs der U/I-Kennlinie kann das erfindungsgemäße Verfahren die Primärspannung der Durchbruchsspannung U_D auch dann bis auf einen vorgegebenen Abstand annähern, wenn die absolute Höhe der Durchbruchsspannung U_D unbekannt ist. Änderungen der Impedanz, insbesondere der Baseline-Impedanz, die es im Stand der Technik erforderlich machen, die Durchbruchsspannung U_D und die kurz vor Erreichen der Durchbruchsspannung U_D vorliegende Impedanz zu bestimmen, um nachfolgend Abstand von der Durchbruchsspannung U_D halten zu können, erfordern bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine besonderen Anpassungen. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt weder einen festen Impedanz-Schwellenwert noch einen festen Schwellenwert für die Primärspannung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vielmehr selbst-adaptiv, es ist in der Lage, Änderungen der U/I-Kennlinie infolge von Alterungsprozessen, infolge von Fertigungstoleranzen, infolge von konstruktiven oder fertigungstechnischen Änderungen am Zünder, infolge von Verschmutzung der Zündelektrode, infolge von Temperaturunterschieden und infolge der Verwendung unterschiedlicher Steuergeräte selbsttätig auszugleichen.
• Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Betrieb der Korona-Zündung praktisch keine Funkenentladungen oder Bogenentladungen mehr auftreten, wodurch der Abbrand der Zündelektroden verringert wird.
• Die erfindungsgemäß mögliche Annäherung an die Durchbruchsspannung führt zu einer optimal großen Korona, welche optimale Bedingungen für die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches bietet und für eine rasche Ausdehnung der Flammenfront sorgt.

Für die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es mehrere Möglichkeiten. Das vorgegebene Minimum, gegen welches die schrittweisen Zuwächse der Stärke des Primärstroms streben, kann Null sein, kann aber auch ein von Null verschiedener Grenzwert sein. Letzteres kann vorteilhaft sein, um die Anzahl der Schritte bis zur Beendigung der Erhöhung der Primärspannung sinnvoll zu begrenzen. Zweckmäßigerweise wird spätestens mit Erreichen oder mit erstmaligem Unterschreiten des vorgebbaren Minimums des Betrages, um welchen die Stärke des Primärstroms bei der schrittweisen Erhöhung der Primärspannung zunimmt, die Primärspannung nicht weiter erhöht. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, das schrittweise Erhöhen der Primärspannung nicht erst bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorgebbaren Minimums des Zuwachses der Stärke des Primärstromes zu beenden, sondern schon bei Erreichen eines Grenzwertes des Zuwachses der Primärstromstärke, wobei dieser Grenzwert um einen vorgegebenen Betrag oberhalb des besagten Minimums liegt. Das empfiehlt sich insbesondere dann, wenn als vorgebbares Minimum der Wert Null gewählt wurde.
Um den Schwingkreis mit einer hochfrequenten Wechselspannung zu erregen, wird zweckmäßigerweise ein Transformator verwendet, welcher auf seiner Primärseite einen Mittenabgriff hat, an welchem zwei Primärwicklungen zusammentreffen. Diese können abwechselnd gegensinnig mit einer Gleichspannungsquelle verbunden werden, so dass die beiden Primärwicklungen abwechselnd gegensinnig erregt werden, wodurch in der Sekundärwicklung des Transformators eine Wechselspannung induziert wird, deren Frequenz durch die Frequenz bestimmt wird, mit welcher die beiden Primärwicklungen abwechselnd mit der Gleichspannungsquelle verbunden werden. Diese Frequenz ist zweckmäßiger Weise veränderlich, so dass der Schwingkreis auf der Sekundärseite des Transformators mit seiner Resonanzfrequenz erregt werden kann. Es ist bekannt, zu diesem Zweck auf der Primärseite des Transformators einen Hochfrequenzumschalter vorzusehen, welcher die beiden Primärwicklungen abwechselnd gegensinnig mit der vorgesehenen Gleichspannungsquelle verbindet. Näheres dazu offenbaren die WO 2004/063560 A1 und die WO 2010/011838 A1 . Die Erregung des Schwingkreises erfolgt zweckmäßigerweise diskontinuierlich in einem vorgegebenen Takt, welcher von einem Steuergerät vorgegeben wird, welches an das erfindungsgemäße Verfahren angepasst ist.
In einem Verbrennungsmotor muss das Brennstoff-Luft-Gemisch in jedem Zylinder in jedem Motorzyklus gezündet werden, wobei der Zündzeitpunkt von der Motorsteuerung vorgegeben werden kann. Es ist aber auch möglich, in jedem Zylinder in jedem Motorzyklus mehr als einen Zündvorgang durch Korona-Entladung herbeizuführen. Das hat den Vorteil, dass z. B. der Brennstoff durch eine Nachverbrennung vollständiger verbrannt bzw. ein Abgas mit weniger schädlichen Bestandteilen erzielt werden kann.
Es gibt vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche die Kenntnis der Größe der Baseline-Impedanz auf der Primärseite des Transformators benötigen. Diese kann, wie schon erwähnt, bei Spannungen, bei denen die U/I-Kennlinie linear ist, durch Messen der Primärspannung und des Primärstromes und Bilden des Quotienten daraus bestimmt werden. Die Baseline-Impedanz wird vorzugsweise vor jedem Zündvorgang neu bestimmt. Das stellt sicher, dass ihr Wert stets aktuell ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Primärspannung U durch Anwendung eines Iterationsverfahrens schrittweise erhöht, indem die Primärspannung U_n für den n-ten Schritt aus dem Primärstrom mit der Stärke I_n-1, welcher von der im (n – 1)-ten Schritt angelegten Primärspannung U_n-1 hervorgerufen wurde, nach der Formel U_n = Z_Baseline·I_n-1·k (1) berechnet wird, worin k größer als 1 ist. Auf diese Weise erhält man eine Folge von Primärspannungen U_n, welche gegen die Durchbruchsspannung U_D oder gegen einen knapp unterhalb der Durchbruchsspannung U_D liegenden Endwert U_B der Primärspannung konvergieren, und eine Folge von Primärstromstärken I_n, deren Zuwächse gegen den Wert Null konvergieren.
Der Faktor k beeinflusst den Endwert des Konvergierens, d. h. den Endwert U_B der unterhalb der Durchbruchsspannung U_D liegenden Primärspannung, gegen welchen die Primärspannung konvergiert, und kann durch Vorversuche geeignet bestimmt werden. Der Faktor k muss kleiner oder gleich dem Quotienten aus Durchbruchsspannung U_D und dem Produkt aus dem Durchbruchsstrom I_D und der Baseline-Impedanz Z_Baseline sein: k <= U_D/(Z_Baseline – I_D). (3)
Er kann für einen bestimmten Motor und eine für ihn vorgesehene Korona-Zündeinrichtung durch Vorversuche bestimmt und dann für die gesamte Serie baugleicher Motoren in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Unter dem Durchbruchsstrom I_D wird das Maximum der Primärstromstärke verstanden, welches auftritt, ehe der Spannungsdurchbruch erfolgt.
In einem Kolbenmotor hängt die Durchbruchsspannung U_D vom Abstand zwischen der Zündelektrode und dem Kolben ab bzw. – anders ausgedrückt – von der Stellung der Kurbelwelle bzw. – anders ausgedrückt – vom Zündwinkel. Da die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches bei einer bestimmten Kolbenstellung bzw. bei einem bestimmten Zündwinkel erfolgen soll und dieser von der Motorsteuerung verändert werden kann, ist es zweckmäßig, den Faktor k für unterschiedliche Kolbenstellungen bzw. Zündwinkel unterschiedlich festzulegen und die festgelegten Werte von k in Abhängigkeit eines der drei Parameter „Kolbenstellung”, „Stellung der Kurbelwelle” bzw. „Zündwinkel” in einem Steuergerät zu speichern, z. B. in einem ohnehin vorhandenen Motorsteuergerät oder in einem für die Steuerung des erfindungsgemäßen Zündverfahrens gesondert vorgesehenen Zündsteuergeräts, und abhängig von dem gewählten Parameter in die für die Iteration vorgesehene Formel U_n = Z_Baseline·I_n-1·k (1) einzusetzen. Solange der Wert des gewählten Parameters gleich bleibt, soll auch der Faktor k gleich bleiben.
Das Iterationsverfahren könnte theoretisch mit einer unendlich großen Anzahl von Schritten durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise wird es jedoch dann abgebrochen, wenn der in einem Schritt n erzielte Zuwachs I_n – I_n-1 der Primärstromstärke oder der daraus berechnete Zuwachs U_n+1 – U_n an Primärspannung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder unterschreitet. Durch Wahl dieses Grenzwertes kann festgelegt werden, wie weit man sich bei der Iteration dem durch geeignete Wahl des Faktors k festgelegten Endwert U_B der Primärspannung annähert, welcher unterhalb der Durchbruchsspannung U_D liegt.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Primärspannung U durch Anwendung eines Iterationsverfahrens schrittweise erhöht, indem die Primärspannung U_n für den n-ten Schritt aus dem Primärstrom mit der Stärke I_n-1, der von der im (n – 1)-ten Schritt angelegten Primärspannung U_n-1 hervorgerufen wurde, nach der Formel U_n = Z_Baseline·I_n-1 + U_ADD (2) berechnet wird, worin U_ADD eine Zusatzspannung ist, welche etwas geringer ist als der Unterschied zwischen der Durchbruchsspannung U_D und der Spannung, die sich aus dem Produkt aus der Baseline-Impedanz Z_Baseline und der Durchbruchsstrom I_D ergibt. Die Größe U_ADD wird vorzugsweise vorab durch Versuche an einem Motor ermittelt und dann für eine Serie baugleicher Motoren mit gleicher und gleich angeordneter Zündelektrode verwendet.
Für einen Kolbenmotor wird die Zusatzspannung U_ADD in entsprechender Weise wie der Faktor k in der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit vom Abstand des Kolbens von der Spitze der Zündelektrode bzw. von der Stellung der vom Kolben angetriebenen Kurbelwelle bzw. von dem Zündwinkel ermittelt, gespeichert und erfindungsgemäß bei baugleichen Motoren mit gleicher und gleich angeordneter Zündelektrode in Abhängigkeit von einem dieser drei Parameter in die Gleichung U_n = Z_Baseline·I_n-1 + A_DD (2) eingesetzt, wobei sich U_ADD nur mit dem Wert eines dieser Parameter ändern soll, im Übrigen aber gleich bleiben soll.
Die Zusatzspannung U_ADD wird durch Vorversuche vorzugsweise so ermittelt, dass sie etwas geringer ist als die Differenz zwischen der Durchbruchsspannung U_D und der Spannung, die sich aus dem Produkt aus Baseline-Impedanz Z_Baseline und dem Durchbruchsstrom I_D ergibt. Die Primärspannung konvergiert dann auf einen Wert, der nur wenig unterhalb der Durchbruchsspannung U_D liegt. Es ist ein Vorteil des Verfahrens, dass Änderungen der Baseline-Impedanz automatisch kompensiert werden, so dass sich das Verfahren mit der vorab ermittelten Größe U_ADD auch dann noch anwenden lässt, wenn die Zündeinrichtung für im übrigen baugleiche Motoren konstruktiv umgestaltet wurde, sofern die Ausbildung und Anordnung der Zündelektrode innerhalb des Brennraums unverändert geblieben ist.
Das Iterationsverfahren könnte theoretisch mit einer unendlich großen Anzahl von Schritten durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise wird das Iterationsverfahren in dieser Ausgestaltung der Erfindung abgebrochen, wenn der in einem Schritt n erzielte Zuwachs I_n – I_n-1 der Primärstromstärke oder der daraus berechnete Zuwachs U_n+1 – U_n an Primärspannung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder unterschreitet.
In einer dritten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Primärspannung durch Anwendung eines Iterationsverfahrens schrittweise von einem Wert U_n auf einen Wert U_n+1 erhöht, die Stärke des sich daraus ergebenden Primärstromes I_n+1 gemessen und mit der im vorhergehenden Schritt n gemessenen Stromstärke I_n verglichen. Daraus wird die durchschnittliche Steigung der U/I-Kennlinie für die Abhängigkeit des Primärstroms von der Primärspannung im Bereich zwischen dem n-ten Schritt und dem (n + 1)-ten Schritt bestimmt und das Iterationsverfahren beendet, wenn die im letzten Schritt ermittelte durchschnittliche Steigung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Die durchschnittliche Steigung der U/I-Kennlinie wird zweckmäßigerweise zu Z_av = (U_n+1 – U_n)/(I_n+1 – I_n) (4) bestimmt.
Auch dieses Iterationsverfahren konvergiert. Durch Wahl des Grenzwertes wird bestimmt, wie weit man sich der Durchbruchsspannung U_D annähert. Im einfachsten Fall wird die Primärspannung in gleich großen Schritten erhöht. Es ist aber auch möglich, die Primärspannung im nicht linearen Teil der U/I-Kennlinie um Schritte U_n+1 – U_n zu erhöhen, deren Größe vorzugsweise linear abnimmt. Dadurch werden die Schritte, mit denen sich die Primärspannung der Durchbruchsspannung annähert, mit zunehmender Annäherung kleiner, was eine größere Annäherung an die Durchbruchsspannung U_D erleichtert.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen weiter erläutert.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Zündsystems für einen Fahrzeugmotor,
2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Zylinder eines Verbrennungsmotors, welcher mit dem in 1 dargestellten Zündsystem verknüpft ist,
3 zeigt die U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators und dient der Erläuterung der Berechnung eines Endwerts (Sollspannung) der Primärspannung U_B mit Hilfe eines Iterationsverfahrens nach der Formel (1),
4 zeigt eine U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators 12 und dient der Erläuterung der Berechnung eines Endwerts (Sollspannung) der Primärspannung U_B mit Hilfe eines Iterationsverfahrens nach der Formel (2),
5 ist eine U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators 12 und dient der Erläuterung, wie man sich einem Endwert U_B der Primärspannung unterhalb der Durchbruchsspannung durch ein Iterationsverfahren annähern kann, indem man die Primärspannung schrittweise so lange erhöht, bis die Steigung der U/I-Kennlinie einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet,
6 zeigt vergrößert ein Detail aus 5,
7 zeigt eine U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators 12 mit einem festen Impedanz-Schwellwert als Sollwert für eine Regelung gemäß dem in der WO 2004/063560 A1 offenbarten Verfahren, welches Stand der Technik ist, und
8 zeigt eine U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators 12 mit einem festen Impedanz-Schwellwert für die Erkennung einer Funkenentladung nach einem aus der WO 2010/011838 A1 bekannten Verfahren.
1 zeigt eine Brennkammer 1, welche von Wänden 2, 3 und 4 begrenzt ist, die auf Massepotential liegen. In die Brennkammer 1 ragt von oben eine Zündelektrode 5 hinein, welche auf einem Teil ihrer Länge von einem Isolator 6 umgeben ist, mit welchem sie elektrisch isoliert durch die obere Wand 2 hindurch in die Brennkammer 1 geführt ist. Die Zündelektrode 5 und die Wände 2 bis 4 der Brennkammer 1 sind Bestandteil eines Reihenschwingkreises 7, zu welchem noch ein Kondensator 8 und eine Induktivität 9 gehören. Selbstverständlich kann der Reihenschwingkreis 7 weitere Induktivitäten und/oder Kapazitäten und sonstige Bauelemente aufweisen, die dem Fachmann als mögliche Bestandteile von Reihenschaltkreisen bekannt sind.
Zur Erregung des Schwingkreises 7 ist ein Hochfrequenzgenerator 10 vorgesehen, welcher eine Gleichspannungsquelle 11 und einen Transformator 12 mit einem Mittenabgriff 13 auf seiner Primärseite hat, wodurch am Mittenabgriff 13 zwei Primärwicklungen 14 und 15 zusammentreffen. Mittels eines Hochfrequenzumschalters 16 werden die vom Mittenabgriff 13 entfernten Enden der Primärwicklungen 14 und 15 abwechselnd mit Masse verbunden. Die Schaltfrequenz des Hochfrequenzumschalters 16 bestimmt die Frequenz, mit welcher der Reihenschwingkreis 7 erregt wird und ist veränderbar. Die Sekundärwicklung 17 des Transformators 12 speist den Reihenschwingkreis 7 am Punkt A. Der Hochfrequenzumschalter 16 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Regelkreises so gesteuert, dass der Schwingkreis mit seiner Resonanzfrequenz erregt wird. Dann ist die Spannung zwischen der Spitze der Zündelektrode 5 und den auf Massepotential liegenden Wänden 2 bis 4 am größten.
2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Zylinder eines Verbrennungsmotors, der mit der in 1 schematisch dargestellten Zündeinrichtung ausgerüstet ist. Die Brennkammer 1 ist begrenzt durch eine als Zylinderkopf ausgebildete obere Wand 2, durch eine zylindrische Umfangswand 3 und durch die Oberseite 4 eines in dem Zylinder hin und her beweglichen Kolbens 18, welcher mit Kolbenringen 19 versehen ist.
Im Zylinderkopf 2 befindet sich ein Durchgang 20, durch welchen die Zündelektrode 5 elektrisch isoliert und abgedichtet hindurchgeführt ist. Die Zündelektrode 5 ist auf einem Teil ihrer Länge von einem Isolator 6 umgeben, der aus einer gesinterten Keramik bestehen kann, z. B. aus einer Aluminiumoxidkeramik. Die Zündelektrode 5 ragt mit ihrer Spitze bis in die Brennkammer 1 hinein und steht etwas über den Isolator 6 vor, könnte mit diesem aber auch bündig abschließen.
Auf der Oberseite des Kolbens 18 können in der Umgebung der Spitze der Zündelektrode 5 einige scharfkantige Vorsprünge 21 vorgesehen sein, welche zur lokalen Erhöhung der elektrischen Feldstärke zwischen der Zündelektrode 5 und dem ihr gegenüberliegenden Kolben 18 dienen. Vor allem im Gebiet zwischen der Zündelektrode 5 und den wahlweise vorhandenen Vorsprüngen 21 des Kolbens 18 bildet sich beim Erregen des Schwingkreises 7 eine Korona-Entladung aus, die von einer mehr oder weniger intensiven Ladungsträgerwolke 22 begleitet sein kann.
An die Außenseite des Zylinderkopfes 2 ist ein Gehäuse 23 angesetzt. In einem ersten Abteil 24 des Gehäuses 23 befinden sich die Primärwicklungen 14 und 15 des Transformators 12 und der damit zusammenarbeitende Hochfrequenzschalter 16. In einem zweiten Abteil 25 des Gehäuses 23 befinden sich die Sekundärwicklung 17 des Transformators 12 und die restlichen Bestandteile des Reihenschwingkreises 7 sowie ggfs. Mittel zum Beobachten des Verhaltens des Schwingkreises 7. Über eine Schnittstelle 26 ist z. B. eine Verbindung zu einem Diagnosegerät 29 und/oder zu einem Motorsteuergerät 30 möglich.
3 zeigt eine U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators 12 zum Auffinden und Erreichen eines Endwertes (Sollwert) U_B der Primärspannung, welcher dicht unterhalb der Durchbruchsspannung U_D liegt. U_B wird durch Iteration nach der Formel U_n = Z_Baseline·I_n-1·k (1) angenähert. Darin ist k ein Faktor, der größer als 1 ist und kleiner oder gleich dem Quotienten aus der Durchbruchsspannung U_D und dem Produkt aus dem Durchbruchsstrom I_D und der Baseline-Impedanz Z_Baseline sein soll: k ≤ U_D/(Z_Baseline·I_D).
Der Faktor k lässt sich für einen Motor von vorgegebener Bauart vorab durch Vorversuche geeignet bestimmen, und zwar in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Zündelektrode 5 und dem Kolben 18 bzw. – anders ausgedrückt – von der Stellung der vom Kolben 18 getriebenen Kurbelwelle des Motors bzw. – nochmals anders ausgedrückt – vom Zündwinkel. Der Faktor k wird durch Vorversuche so bestimmt, dass das mit der angegebenen Formel (1) durchgeführte Iterationsverfahren gegen einen Endwert U_B der Spannung konvergiert, welcher dicht unterhalb der Durchbruchsspannung U_D liegt. Der durch Vorversuche bestimmte Faktor k kann für eine Serie von baugleichen Motoren verwendet werden. Die Konvergenz gegen einen passenden Endwert der Primärspannung U_B ist unempfindlich gegen Fertigungstoleranzen und Änderungen der Baseline-Impedanz, welche z. B. durch Alterung, Fertigungstoleranzen der Zündeinrichtung, Verschmutzung der Zündelektrode, Temperaturunterschiede aufgrund von unterschiedlichen Abgasrückführungsraten bzw. aufgrund von unterschiedlichen Abmagerungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder durch Verwendung unterschiedlicher Steuergeräte verursacht sind; sie ist auch unempfindlich gegen konstruktive Änderungen des Zünders, solange die Geometrie des Zünders und der Zündelektrode innerhalb des Brennraums unverändert bleibt.
Das Iterationsverfahren wird für jeden Zylinder des Motors in jedem Zyklus des Motors, d. h. bei einem 4-Takt-Motor einmal pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, vor dem jeweiligen Zündzeitpunkt durchgeführt. Dazu wird zunächst im linearen Teil der Kennlinie, unterhalb des Punktes A, vorzugsweise in der Nähe des Punktes A, die Baseline-Impedanz Z_Baseline bestimmt, und zwar als Quotient aus der Primärspannung U und der zugehörigen Primär-Stromstärke I, z. B. als Z = U_A/I_A. Die Spannung U_n des jeweils nächsten Iterationsschrittes wird nach der Formel (1) bestimmt. Die Primärspannung konvergiert dann gegen den Wert U_B, die Stärke des Primärstroms gegen den Wert I_B. Drei Iterationsschritte sind in 3 beispielhaft eingezeichnet. Der Endwert U_B der Primärspannung liegt knapp unterhalb der Durchbruchsspannung U_D.
4 zeigt die U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators 12 und erläutert die Annäherung an einen Endwert U_B der Primärspannung, wobei die Annäherung iterativ unter Verwendung der Formel U_n = Z_Baseline·I_n-1 + U_ADD (2) erfolgt, wobei U_ADD eine Zusatzspannung ist, welche etwas geringer als der Unterschied zwischen der Durchbruchsspannung U_D und der Primärspannung ist, die sich aus dem Produkt aus der Baseline-Impedanz Z_Baseline und dem Durchbruchsstrom I_D ergibt. Die Größe U_ADD kann an einem Motor von vorgegebener Bauart geeignet ermittelt werden und kann dann für eine Serie baugleicher Motoren verwendet werden. Die Konvergenz gegen einen passenden Endwert der Primärspannung U_B ist unempfindlich gegen Fertigungstoleranzen und Änderungen der Baseline-Impedanz, welche z. B. durch Alterung, Fertigungstoleranzen der Zündeinrichtung, Verschmutzung der Zündelektrode, Temperaturunterschiede aufgrund von unterschiedlichen Abgasrückführungsraten bzw. aufgrund von unterschiedlichen Abmagerungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder durch Verwendung unterschiedlicher Steuergeräte verursacht sind; sie ist auch unempfindlich gegen konstruktive Änderungen des Zünders, solange die Ausbildung und Anordnung der Zündelektrode innerhalb des Brennraums unverändert bleibt.
Das Iterationsverfahren wird für jeden Zylinder des Motors in jedem Zyklus des Motors, d. h. bei einem 4-Takt-Motor einmal pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, vor dem jeweiligen Zündzeitpunkt durchgeführt. Dazu wird zunächst wie im Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Baseline-Impedanz Z_Baseline im linearen Teil der U/I-Kennlinie bestimmt. Die Primärspannung U_n für den Iterationsschritt n wird ermittelt, indem die Zusatzspannung U_ADD zu dem Produkt aus der soeben gemessenen Baseline-Impedanz und der im vorhergehenden Iterationsschritt n – 1 gemessenen Stärke des Primärstroms I_n-1 addiert wird. Die Primärspannung U_n konvergiert gegen den Endwert U_B, die Stärke des Primärstroms I_n konvergiert gegen den Wert I_B. In 4 sind drei Iterationsschritte beispielhaft dargestellt.
Die 5 und 6 zeigen die U/I-Kennlinie am Eingang des Transformators 12. Bei niedrigen Primärspannungen bis hinauf zu einer Spannung U_A hat die Kennlinie eine konstante Steigung. Bei Primärspannungen, die größer sind als U_A, nimmt die Steigung der Kennlinie stetig zu, bis es bei der Spannung U_D zum Spannungsdurchbruch kommt.
Im Beispiel der 5 wird die Primärspannung schrittweise erhöht, die Stärke des zugehörigen Primärstroms I gemessen und für jeden Schritt die durchschnittliche Steigung Z_n-1 = (U_n – U_n-1)/(I_n – I_n-1) berechnet. Die auf diese Weise bestimmte Steigung wird mit einem vorgegebenen Grenzwert der Steigung verglichen und wenn dieser Grenzwert erreicht oder überschritten wird, wird das Iterationsverfahren beendet.
Der Grenzwert der Steigung kann in Vorversuchen passend ermittelt werden, insbesondere so, dass es sich dabei um die Steigung der Kennlinie im Punkte B handelt, bei welcher die Primärspannung U_B knapp unterhalb der Durchbruchsspannung U_D liegt.
In 5 ist dargestellt, dass die Primärspannung in gleichgroßen Schritten erhöht wird. Es ist aber auch möglich die Primärspannung in Schritten von abnehmender Größe zu erhöhen. Das hat den Vorteil, dass man sich dem gewünschten Endwert U_B der Primärspannung mit größerer Genauigkeit annähern kann.
Der Endwert U_B kann in Vorversuchen abhängig vom Abstand der Spitze der Zündelektrode 5 vom Kolben 18 bzw. – anders ausgedrückt – abhängig von der Stellung der Kurbelwelle bzw. – nochmals anders ausgedrückt – abhängig vom Zündwinkel passend gewählt werden, um eine optimal große Korona zu erhalten. Bei welchem Abstand zwischen der Spitze der Zündelektrode 5 und dem Kolben 18 bzw. bei welcher Stellung der Kurbelwelle bzw. bei welchem Zündwinkel die Zündung erfolgen soll, kann durch ein Motorsteuergerät vorgegeben werden, woraufhin im Beispiel der 5 und 6 der Grenzwert der Steigung bzw. im Ausführungsbeispiel der 4 der Wert U_ADD bzw. im Ausführungsbeispiel der 3 der Faktor k entsprechend ausgewählt wird. Zu diesem Zweck werden die Werte k bzw. U_ADD bzw. der Grenzwert der Steigung in Abhängigkeit vom Abstand der Spitze der Zündelektrode 5 vom Kolben 18 bzw. von der Winkelstellung der Kurbelwelle bzw. vom Zündwinkel in einem Steuergerät gespeichert. Die Werte können in einem ohnehin vorhandenen Motorsteuergerät gespeichert werden, vorzuziehen ist aber die Speicherung in einem gesonderten Zündsteuergerät.
Der Grenzwert der Steigung der U/I-Kennlinie gemäß den 5 und 6 kann fest vorgegeben sein, er kann aber auch von einer zuvor ermittelten Steigung der U/I-Kennlinie in ihrem linearen Teil, also von der Baseline-Impedanz abgeleitet sein. Z. B. kann der Grenzwert der Steigung der U/I-Kennlinie aus der Baseline-Impedanz durch Addition einer zusätzlichen Impedanz oder durch Multiplikation der Baseline-Impedanz mit einem Faktor bestimmt werden. Das hat den Vorteil, dass auf diese Weise größere Änderungen der Baseline-Impedanz bei der Festlegung des Grenzwertes der Steigung der U/I-Kennlinie berücksichtigt werden.
Der Faktor, mit dem man die Baseline-Impedanz multipliziert, um den Grenzwert zu bestimmen oder die zusätzliche Impedanz, die man zur Baseline-Impedanz addiert, um den Grenzwert der Steigung zu bestimmen, lassen sich wiederum durch Vorversuche in Abhängigkeit vom Abstand der Spitze der Zündelektrode und dem Kolben bzw. von der Stellung der Kurbelwelle bzw. vom Zündwinkel ermitteln. Auch sie werden in einem Steuergerät, abgespeichert und können von diesem vorgegeben werden. Die Werte können in einem ohnehin vorhandenen Motorsteuergerät gespeichert werden, vorzuziehen ist aber die Speicherung in einem gesonderten Zündsteuergerät.
Allen vorstehend beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es gemeinsam, dass beim Betrieb des Motors ein Erreichen und Überschreiten der Durchbruchsspannung U_D vermieden wird, im Gegensatz zu den Verfahren im Stand der Technik: Sobald bei dem in der WO 2004/063560 A1 bekannten Verfahren die gemessene Impedanz einen festen Schwellwert Z_fix überschreitet, wird die Primärspannung nicht weiter erhöht, um sicher keine Funkenentladung zu erhalten. Der Impedanz-Schwellwert Z_fix muss für verschiedene Zünder eine Korona ohne Funkenüberschlag sicherstellen. Da dies auch für Zünder gelten muss, deren U/I-Kennlinie aufgrund von konstruktiven oder fertigungstechnischen Änderungen einen anderen Verlauf zeigen, muss Z_fix relativ niedrig gewählt werden. Deshalb schneidet die Gerade, die den Wert Z_fix darstellt, die U/I-Kennlinie in einem Punkt D weit unterhalb der Durchbruchsspannung U_D, siehe 7. Die Korona kann deshalb ihre maximale Größe in den meisten Fällen nicht erreichen.
Beim Verfahren gemäß der WO 2010/011838 A1 ist vorgesehen, dass zunächst die Baseline-Impedanz im linearen Teil der Kennlinie bestimmt wird. Danach wird die Impedanz schrittweise erhöht, bis eine Funkenentladung erkannt wurde. Eine Funkenentladung wird erkannt, indem die gemessene Impedanz einen Schwellwert Z_Arc überschreitet, siehe 8. Nach dem Erkennen einer Funkenentladung wird die Impedanz um einen größeren Schritt reduziert, so dass in den folgenden Motorzyklen wieder eine Korona ohne Funkenentladung entstehen kann. Die vorliegende Erfindung vermeidet jedoch die Notwendigkeit, eine Funkenentladung zu erzeugen, um bei darauf folgenden Zündungen eine Korona-Entladung ohne Funkenentladung zu erzielen.
Bezugszeichenliste

1: Brennkammer
2: Wand der Brennkammer
3: Wand der Brennkammer
4: Wand der Brennkammer, Oberseite des Kolbens 18
5: Zündelektrode
6: Isolator
7: Schwingkreis, Reihenschwingkreis
8: Kondensator
9: Induktivität
10: Hochfrequenzgenerator
11: Gleichspannungsquelle
12: Transformator
13: Mittenabgriff
14: Primärwicklung
15: Primärwicklung
16: Hochfrequenzumschalter
17: Sekundärwicklung
18: Kolben
19: Kolbenringe
20: Durchgang
21: Vorsprünge
22: Ladungsträgerwolke
23: Gehäuse
24: erstes Abteil von 23
25: zweites Abteil von 23
26: Schnittstelle
27: Eingang
28: Eingang
29: Diagnosegerät
30: Motorsteuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/011838 A1 [0001, 0006, 0006, 0007, 0013, 0035, 0055]
WO 2004/063560 A1 [0002, 0004, 0013, 0034, 0054]

Claims

Verfahren zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem taktweise arbeitenden Verbrennungsmotor mit einer oder mehreren Brennkammern (1), welche durch auf Massepotential liegende Wände (2, 3, 4) begrenzt sind, mittels eines Zünders, in welchem Verfahren mittels eines elektrischen Transformators (12), der auf seiner Primärseite eine für das gewählte Zündsystem des Verbrennungsmotors charakteristische Baseline-Impedanz (Z_Baseline) aufweist, ein elektrischer Schwingkreis (7) erregt wird, der mit einer Sekundärwicklung (17) des Transformators (12) verbunden ist und in welchem eine elektrisch isoliert durch eine der die Brennkammer (1) begrenzenden Wände (2, 3, 4) hindurchgeführte und in die Brennkammer (1) ragende Zündelektrode (5) im Zusammenwirken mit den auf Massepotential liegenden Wänden (2, 3, 4) der Brennkammer (1) eine Kapazität darstellt, und in welchem die Erregung des Schwingkreises (7) in der Weise gesteuert wird, dass in der Brennkammer (1) an der Zündelektrode (5) eine das Brennstoff-Luft-Gemisch zündende Korona-Entladung (22) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor jedem Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors die an eine Primärwicklung (14, 15) des Transformators (12) angelegte elektrische Spannung (U) – nachfolgend als Primärspannung bezeichnet – schrittweise erhöht wird, wobei die Schritte, um welche die Primärspannung (U) erhöht wird, so gewählt werden, dass die Stärke des in der Primärwicklung (14, 15) fließenden elektrischen Stromes (I) – nachfolgend als Primärstrom bezeichnet – als Folge der schrittweisen Erhöhung der angelegten Primärspannung (U) schrittweise um Beträge wächst, die mit steigender Impedanz am Eingang des Transformators (12) kleiner werden und bei Annäherung an eine Spannung, bei welcher im Schwingkreis (7) ein Spannungsdurchbruch erfolgt – nachfolgend als Durchbruchsspannung U_D bezeichnet – gegen ein vorgebbares Minimum streben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Minimum Null ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens mit Erreichen oder erstmaligem Unterschreiten des vorgegebenen Minimums des Betrages, um welchen die Stärke des Primärstroms (I) bei der schrittweisen Erhöhung der Primärspannung (U) zunimmt, die Primärspannung (U) nicht weiter erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen oder erstmaligem Unterschreiten eines Grenzwertes des Betrages, um welchen die Stärke des Primärstroms (I) bei der schrittweisen Erhöhung der Primärspannung (U) zunimmt, die Primärspannung (U) nicht weiter erhöht wird, wobei der Grenzwert um einen vorgegebenen Betrag oberhalb des Minimums liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baseline-Impedanz Z_Baseline vor jeder Zündung neu ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspannung U durch Anwendung eines Iterationsverfahrens schrittweise erhöht wird, indem die Primärspannung U_n für den n-ten Schritt aus dem Primärstrom mit der Stärke I_n-1, welcher von der im (n – 1)-ten Schritt angelegten Primärspannung U_n-1 hervorgerufen wurde, nach der Formel U_n = Z_Baseline·I_n-1·k berechnet wird, worin k > 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass k kleiner oder gleich dem Quotienten aus der Durchbruchsspannung U_D und dem Produkt aus Durchbruchsstrom I_D und Baseline-Impedanz Z_Baseline gewählt wird: k <= U_D/(Z_Baseline·I_D).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Iterationsverfahren abgebrochen wird, wenn der in einem Schritt n erzielte Zuwachs I_n – I_n-1 der Primärstromstärke oder der daraus berechnete Zuwachs U_n+1 – U_n an Primärspannung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor k vorab durch Versuche an einem typgleichen Zünder ermittelt und dann für Zünder gleichen Typs verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versuche an einem bestimmten Motor durchgeführt und dann für eine Serie baugleicher Motoren verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Kolbenmotor der Faktor k in Abhängigkeit vom Abstand des Kolbens (18) von der Spitze der Zündelektrode (5) bzw. von der Stellung einer Kurbelwelle bzw. vom Zündwinkel ermittelt, gespeichert und bei typgleichen Zündern und baugleichen Motoren in Abhängigkeit vom Wert eines dieser drei Parameter in die Gleichung U_n = Z_Baseline·I_n-1·k eingesetzt wird, wobei k sich nur mit dem Wert des gewählten Parameters ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspannung U durch Anwendung eines Iterationsverfahrens schrittweise erhöht wird, indem die Primärspannung U_n für den n-ten Schritt aus dem Primärstrom mit der Stärke I_n-1, der von der im (n – 1)-ten Schritt angelegten Primärspannung U_n-1 hervorgerufen wurde, nach der Formel U_n = Z_Baseline·I_n-1 + U_ADD (2) berechnet wird, worin U_ADD eine Zusatzspannung ist, welche etwas geringer ist als der Unterschied zwischen der Durchbruchsspannung U_D und der Spannung, die sich aus dem Produkt aus Baseline-Impedanz Z_Baseline und dem Durchbruchsstrom I_D ergibt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe U_ADD vorab durch Versuche an einem typgleichen Zünder ermittelt und dann für Zünder gleichen Typs verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Versuche an einem bestimmten Motor durchgeführt und dann für eine Serie baugleicher Motoren verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Kolben-Motor die Zusatzspannung U_ADD in Abhängigkeit vom Abstand des Kolbens (18) von der Spitze der Zündelektrode (5) bzw. von der Stellung einer Kurbelwelle bzw. von dem Zündwinkel ermittelt, gespeichert und bei typgleichen Zündern und baugleichen Motoren in Abhängigkeit von einem dieser drei Parameter in die Gleichung U_n = Z_Baseline·I_n-1 + U_ADD (2) eingesetzt wird, wobei sich U_ADD nur mit dem Wert eines dieser drei Parameter ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Iterationsverfahren abgebrochen wird, wenn der in einem Schritt n erzielte Zuwachs I_n – I_n-1 der Primärstromstärke oder der daraus berechnete Zuwachs U_n+1 – U_n an Primärspannung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspannung durch Anwendung eines Iterationsverfahrens schrittweise von einem Wert U_n auf einen Wert U_n+1 erhöht, die Stärke des sich daraus ergebenden Primärstromes I_n+1 gemessen und mit der im vorhergehenden Schritt n gemessenen Stromstärke I_n verglichen wird, dass daraus die durchschnittliche Steigung der U/I-Kennlinie für die Abhängigkeit des Primärstroms von der Primärspannung im Bereich zwischen dem n-ten Schritt und dem (n + 1)-ten Schritt bestimmt und das Iterationsverfahren abgebrochen wird, wenn die ermittelte durchschnittliche Steigung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Steigung (Z_av) der U/I-Kennlinie zu Z_av = (U_n+1 – U_n)/(I_n+1 – I_n) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspannung in gleichgroßen Schritten erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspannung im nicht linearen Teil der U/I-Kennlinie um Schritte U_n+1 – U_n erhöht wird, deren Größe vorzugsweise linear abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert der Steigung der U/I-Kennlinie aus der Baseline-Impedanz Z_Baseline abgeleitet wird, indem diese um eine durch Vorversuche ermittelte Zusatzimpedanz oder durch Multiplikation mit einem durch Vorversuche ermittelten Faktor erhöht wird, wobei der Faktor bzw. die Zusatzimpedanz bevorzugt in Abhängigkeit vom Abstand der Spitze der Zündelektrode (5) vom Kolben (18) bzw. von der Stellung der Kurbelwelle bzw. vom Zündwinkel ermittelt wird.