DE102013108705A1

DE102013108705A1 - Koronazündsystem und Verfahren zum Steuern einer Koronazündeinrichtung

Info

Publication number: DE102013108705A1
Application number: DE102013108705.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten SCHREMMER
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: US20150040850A1; DE102013108705B4; CN104373276A; CN104373276B; BR102014019834A2; US9441605B2

Abstract

Beschrieben wird ein Koronazündsystem mit einem Schwingkreis (7), der eine Zündelektrode (5) aufweist, einem Hochfrequenzgenerator (10), und einer Steuereinheit (31). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinheit (31) einen Speicher (32) aufweist, in dem eine Datenstruktur angelegt ist, die aufeinanderfolgenden Intervallen von Spannungswerten einen Impedanzwert und einen Frequenzwert zuordnet, wobei die Steuereinheit (31) für jede Zündung einen Impedanzwert, einen Frequenzwert und einen dazugehörenden Spannungswert ermittelt, diesen Impedanzwert und diesen Frequenzwert in der Datenstruktur jenem Intervall zugeordnet abspeichert, in dem der dazugehörende Spannungswert liegt, und in dem Speicher (32) der Steuereinheit (31) eine Variable gespeichert ist, mit deren Wert die Steuereinheit (31) vor dem Erzeugen einer Koronaentladung eine Frequenz der Wechselspannung festlegt, und die Steuereinheit (31) jedes Mal, wenn einem Intervall ein neuer Frequenzwert und ein neuer Impedanzwert zugeordnet und in der Datenstruktur gespeichert werden, den Wert der Variable neu definiert, indem der Variablen ein Wert zugewiesen wird, der eine Festlegung der Frequenz auf ein niedrigeren Wert als den neuen Frequenzwert bewirkt, falls der neue Frequenzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind, oder der neue Frequenzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind, und der Variablen ein Wert zugewiesen wird, der eine Festlegung der Frequenz auf ein höheren Wert als den neue Frequenzwert bewirkt, falls der neue Frequenzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind, oder der neue Frequenzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind. Zudem wird ein Verfahren zum Steuern einer Koronazündeinrichtung beschrieben.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Koronazündsystem mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie es aus der WO 2010/011838 A1 bekannt ist.
Die WO 2010/011838 A1 offenbart eine Koronazündeinrichtung, mit der ein Brennstoffluftgemisch in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors durch eine in der Brennkammer erzeugte Koronaentladung gezündet werden kann. Diese Koronazündeinrichtung weist eine Zündelektrode auf, die in einem Isolator steckt. Die Zündelektrode bildet zusammen mit dem Isolator und einer den Isolator umgebenden Hülse eine elektrische Kapazität. Diese Kapazität ist Teil eines elektrischen Schwingkreises der Koronazündeinrichtung, der mit einer hochfrequenten Wechselspannung, von beispielsweise 30 kHz bis 5 MHz, angeregt wird. Dadurch kommt es zu einer Spannungsüberhöhung an der Zündelektrode, sodass sich an dieser eine Koronaentladung bildet.
Damit kann in der Brennkammer eine Hochfrequenz-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.
Die WO 2010/011838 A1 offenbart, dass die Frequenz des Schwingkreises geregelt wird, indem an den Speisepunkten des Schwingkreises die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung gemessen und mittels einer Phasenregelschleife auf den Wert Null geregelt wird, denn in einem Reihenschwingkreis sind Strom und Spannung im Resonanzfall in Phase (Phasenverschiebung = Null). Der Phasenregelkreis steuert die Schaltfrequenz eines Schaltgerätes, mit welchem eine vorgegebenen Spannung abwechselnd an die eine Primärwicklung und an die andere Primärwicklung des Transformators gelegt wird, so, dass auf der Sekundärseite des Transformators, an den Speisepunkten des Reihenschwingkreises, Strom und Spannung miteinander in Phase sind.
Im Stand der Technik ist die Verschiebung der Resonanzfrequenz des HF-Schwingkreises, welcher den HF-Zünder enthält, ein großes Problem. Dafür gibt es verschiedene Ursachen. Eine Ursache der Verschiebung der Resonanzfrequenz sind Laständerungen in der Brennkammer des Verbrennungsmotors, zum Beispiel durch Änderungen der Temperatur, des Drucks, der Feuchtigkeit, der Verschmutzung der Spitze bzw. Spitzen der Zündelektrode des HF-Zünders und durch die Änderung von weiteren Parametern, welche mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors zusammenhängen. Auch die Umstände der Koronabildung können die Resonanzfrequenz verschieben. Ein Nachführen der Anregungsfrequenz an die Resonanzfrequenz durch eine Phasenregelschleife, wie in der WO 2010/011838 A1 offenbart, ist allerdings aufwändig und löst das Problem nur teilweise. Die Phasenregelung ist nämlich anfällig gegen eine Temperaturdrift der Bauelemente der Phasenregelschleife und gegen ein Spannungsrauschen.
Um die Nachteile einer Phasenregelschleife zu vermeiden ist es aus der DE 10 2011 052 096 A1 bekannt, die Momentanwerte von Strom oder Spannung des Schwingkreises zu überwachen und den Hochfrequenzgenerator mit Primärspannungspulsen anzuregen, die jeweils begonnen oder beendet werden, wenn der Momentanwert von Strom oder Spannung eine vorgegebene Schaltschwelle unter- bzw. überschreitet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, messtechnisch sehr aufwändig zu sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie eine Koronazündeinrichtung mit relativ geringem Aufwand in der Nähe ihrer Resonanzfrequenz betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Koronazündsystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird für jede Zündung ein Impedanzwert und ein Frequenzwert in einer Datenstruktur, beispielsweise einem Feld oder einer Tabelle, gespeichert. In dieser Datenstruktur ist jeder Impedanzwert und jeder Frequenzwert einem von mehreren aufeinanderfolgenden Spannungsintervallen zugeordnet, nämlich jenem Spannungsintervall, in dem ein für die betreffende Zündung ermittelter Spannungswert liegt.
Bei diesen Spannungswerten kann es sich um Werte der von dem Hochfrequenzgenerator erzeugten Sekundärspannung handeln. In der Datenstruktur können dann einer Serie von Intervallen der Sekundärspannung jeweils ein Impedanzwert und ein Frequenzwert zu geordnet werden. Möglich ist aber auch, dass in der Datenstruktur Impedanz- und Frequenzwerte Intervallen der Primärspannung zugeordnet werden.
Diese Datenstruktur wird durch eine Variable ergänzt, deren Wert angibt, ob der aktuelle Frequenzwert des aktuellen Motorzyklus als zu hoch oder zu niedrig eingestuft wurde. Für die nächste Koronaentladung im anschließenden Motorzyklus wird dann je nach Wert dieser Variablen eine höhere oder niedrigere Frequenz eingestellt. Der Wert dieser Variablen wird in jedem Motorzyklus neu bestimmt. Dazu werden ein aktueller Frequenzwert mit einem früheren Frequenzwert und ein aktueller Impedanzwert mit einem früheren Impedanzwert verglichen. Der frühere Frequenzwert und der frühere Impedanzwert werden aus der Datenstruktur ausgelesen. Dabei werden aus der Datenstruktur genau der Impedanzwert und der Frequenzwert gelesen, die dem Spannungsintervall zugeordnet sind, in dem der aktuelle Spannungswert liegt.
Wenn der aktuelle Frequenzwert höher als der zuvor für das betreffende Spannungsintervall gespeicherte Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert höher als der zuvor für dieses Spannungsintervall gespeicherte Impedanzwert sind, wird der Variablen ein Wert zugewiesen, der bei der nächsten Koronaentladung im anschließenden Motorzyklus einen niedrigeren Frequenzwert als den aktuellen Frequenzwert bewirkt.
Wenn der aktuelle Frequenzwert niedriger als der zuvor für das betreffende Spannungsintervall gespeicherte Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert niedriger als der zuvor für dieses Spannungsintervall gespeicherte Impedanzwert sind, wird der Variablen ein Wert zugewiesen, der bei der nächsten Koronaentladung im anschließenden Motorzyklus einen niedrigeren Frequenzwert als den aktuellen Frequenzwert bewirkt.
Wenn der aktuelle Frequenzwert niedriger als der zuvor für das betreffende Spannungsintervall gespeicherte Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert höher als der zuvor für dieses Spannungsintervall gespeicherte Impedanzwert sind, wird der Variablen ein Wert zugewiesen, der bei der nächsten Koronanetladung im anschließenden Motorzyklus einen höheren Frequenzwert als den aktuellen Frequenzwert bewirkt.
Wenn der aktuelle Frequenzwert höher als der zuvor für das betreffende Spannungsintervall gespeicherte Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert niedriger als der zuvor für dieses Spannungsintervall gespeicherte Impedanzwert sind, wird der Variablen ein Wert zugewiesen, der bei der nächsten Koronaentladung im ausschließenden Motorzyklus einen höheren Frequenzwert als den aktuellen Frequenzwert bewirkt.
Aus dem aktuellen Frequenzwert und dem Wert der Variablen wird dann mit dem Wert der Variablen ein neuer Frequenzwert berechnet und der Hochfrequenzgenerator im nächsten Motorzyklus so gesteuert, dass er als Sekundärspannung eine Wechselspannung mit einer dem neuen Frequenzwert entsprechenden Frequenz erzeugt.
Nach dem Vergleich der Frequenz- und Impedanzwerte werden der aktuelle Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert in der Datenstruktur gespeichert und dabei dem Spannungsintervall zugeordnet, in dem der aktuelle Spannungswert liegt. Bei dem Speichern der aktuellen Impedanz- und Frequenzwerte können alte Werte überschrieben werden. Bei der erstmaligen Inbetriebnahme sind noch keine Werte früherer Zündungen verfügbar. In der Datenstruktur können beispielsweise vom Hersteller empirische Frequenz- und Impedanzwerte gespeichert sein, die später überschrieben werden.
Die Variable, mit deren Wert die Steuereinheit die Änderung einer Frequenz der Wechselspannung für einen Motorzyklus festlegt, kann ein Flag sein. In diesem Fall hat die Variable nur zwei mögliche Werte. Dann unterscheidet sich die aktuell einzustellende Frequenz von der Frequenz des vorhergehenden Motorzyklus durch einen festen Betrag, der je nach Wert des Flags zu der früheren Frequenz addiert oder von ihr subtrahiert wurde. Dieser feste Betrag kann als Bruchteil der früheren Frequenz definiert sein, beispielsweise 1%, oder für alle Frequenzen konstant sein, also als absoluter Wert fest vorgegeben sein, beispielsweise in kHz.
Die Variable kann aber auch einen größeren Wertebereich haben, beispielsweise um eine Frequenzänderung in variablen Schritten durchzuführen, deren Größe davon abhängt, um wie viel sich der aktuelle Impedanzwert von dem früheren Impedanzwert und der aktuelle Frequenzwert von dem früheren Frequenzwert unterscheiden.
Bevorzugt bewirkt jeder mögliche Wert der Variablen eine Frequenzänderung, so dass sich der aktuell einzustellende Frequenzwert stets von der Frequenz des vorhergehenden Motorzyklus unterscheidet. Auf diese Weise lässt sich das Steuerungsverfahren mit geringem Aufwand implementieren. Falls bei einem Vergleich von Impedanz- und Frequenzwerten eine Übereinstimmung festgestellt wird, kann der Wert der Variablen zufällig bestimmt oder in diesem seltenen Fall der Variablen stets ein Wert zugewiesen werden der eine Frequenzerhöhung bewirkt oder stets ein Wert zugewiesen werden der eine Frequenzsenkung bewirkt oder ein Wert zugewiesen werden, der die bisherige Änderungsrichtung umkehrt.
Zwischen dem Beginn einer Koronaentladung und der Zündung von Brennstoff in dem Brennraum eines Motors kann es zu Änderungen der Primärspannung und damit auch der Sekundärspannung kommen. Die während der Brenndauer einer Koronaentladung auftretenden Schwankungen der Primärspannung sind in der Regel gering. Der für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Spannungswert kann deshalb einfach durch eine Messung bestimmt werden. Möglich ist es auch, den Spannungswert als Mittelwert mehrerer Messwerte zu bestimmen.
Ebenso kann sich die Impedanz während der Brenndauer einer Koronaentladung ändern. Um damit verbundene Einflüsse auf die erfindungsgemäße Frequenzanpassung zu minimieren, können die Impedanzwerte beispielsweise als Durchschnittswerte bestimmt werden. Dabei kann über die gesamte Brenndauer einer Koronaentladung gemittelt werden oder über einen definierten Teil der Brenndauer. Beispielsweise kann die Zeitspanne vom Beginn der Koronaentladung bis zur Zündung des Brennstoffs in mehrere Teile, insbesondere gleich lange Teile, unterteilt werden und dann ein Durchschnittswert der Impedanz über die mittleren Teile berechnet werden. Eine andere Möglichkeit ist es, die Impedanzwerte als Maximal- oder Minimalwerte während der Brenndauer der Koronaentladung oder eines definierten Teils der Brenndauer zu ermitteln.
Die Anzahl der Spannungsintervalle, denen in der Datenstruktur Impedanz- und Frequenzwerte zugeordnet sind, kann weitgehend frei gewählt werden. Beispielsweise kann die Datenstruktur 64 oder mehr Spannungsintervalle vorsehen. Bevorzugt werden in der Datenstruktur wenigstens 128 Spannungsintervallen Impedanz- und Frequenzwerte zugeordnet, besonders bevorzugt 256 oder mehr Spannungsintervallen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anzahl der möglichen Änderungen der Frequenz in derselben Richtung ohne zwischenzeitliche Änderung in der umgekehrten Richtung begrenzt ist. Wenn also an der Frequenz die maximal zulässige Anzahl von Änderungen in derselben Richtung vorgenommen wurde, wird bei der nächsten Änderung die Frequenz in die umgekehrte Richtung geändert. Wenn die maximal zulässige Anzahl beispielsweise 10 ist, wird also die Frequenz nach zehnmaliger Erhöhung ohne dazwischen liegende Senkung bei der elften Änderung reduziert. Auf diese Weise lässt sich die Gefahr reduzieren, dass die Frequenz als Folge von Messfehlern wegdriftet.
Beispielsweise kann die Steuereinheit einen Zähler aufweisen, der jedes Mal zurückgesetzt wird, wenn sich die Richtung der Frequenzänderung ändert, also auf eine Frequenzerhöhung eine Frequenzsenkung oder auf eine Frequenzsenkung eine Frequenzerhöhung folgt. Bleibt die Richtung der Frequenzänderung gleich, wird der Zähler hoch gezählt. Die Steuereinheit des Koronazündsystems kann den Zählerstand beispielsweise jedes Mal ändern, wenn der Variablen, mit welcher der Frequenzwert berechnet wird, ein Wert zugewiesen wird. Die Steuereinheit kann dann beispielsweise durch Vergleich des aktuellen Wertes der Variablen mit dem (noch) gespeicherten Wert feststellen, ob der Zähler zu erhöhen oder zurückzusetzen ist.
Erreicht der Zählerstand einen vorgegeben Maximalwert, wird eine Umkehr der Änderungsrichtung erzwungen, beispielsweise indem der Variablen unabhängig von dem Ergebnis des Vergleichs aktueller und früherer Impedanz- und Frequenzwerte ein Wert zugewiesen wird, der eine Richtungsänderung zur Folge hat, also eine Frequenzerhöhung nach vorausgegangen Frequenzsenkungen bzw. eine Frequenzsenkung nach vorausgegangenen Frequenzerhöhungen. Eine Möglichkeit hierfür ist es, nach der Zuweisung eines Wertes der Variablen als Folge eines Vergleiches des aktuellen Impedanzwertes mit dem früheren Impedanzwert und des aktuellen Frequenzwerts mit dem früheren Frequenzwert, eine erneute Zuweisung eines Wertes der Variablen vorzunehmen, bevor der Wert der Variablen für eine Frequenzberechnung verwendet wird. Eine andere Möglichkeit ist es, bei Erreichen des maximal zulässigen Zählerstandes auf einen Vergleich von Impedanz- und Frequenzwerten zu verzichten und der Variablen unmittelbar einen Wert zuzuweisen, der eine Umkehr der Änderungsrichtung bewirkt.
Die vorstehende Erläuterung bezieht sich auf einen Zähler, der von Null bis zu seinem Endwert hoch gezählt wird. Ebenso gut kann auch ein Zähler verwendet werden, der von einem Anfangswert auf einen Endwert runterzählt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Koronazündeinrichtung;
2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen Zylinder eines Verbrennungsmotors mit einer Koronazündeinrichtung; und
3 ein Beispiel für eine Datenstruktur zur Steuerung der Koronazündeinrichtung.
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 Reihenschwingkreisen 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 von einer Steuereinheit 31 gesteuert. Die Steuereinheit 31 gibt dadurch die Frequenz der Wechselspannung vor, die von dem Hochfrequenzgenerator als Sekundärspannung erzeugt wird und mit welcher der Schwingkreis 7 angeregt wird.
Ein solcher Schwingkreis 7 mit einer Zündelektrode 5 ist für jede Brennkammer eines Motors vorgesehen. Ein Hochfrequenzgenerator 10 kann mehrere Schwingkreise 7 versorgen. Möglich ist aber auch, dass jeder Schwingkreis an einen eigenen Hochfrequenzgenerator 10 angeschlossen ist. In beiden Fällen genügt eine einzige Steuereinheit 31
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.
Die Steuereinheit 31 legt für jeden Motorzyklus die Frequenz erneut fest. Dazu berechnet die Steuereinheit aus einem aktuellen Frequenzwert und dem Wert einer Variablen einen Frequenzwert für den nächsten Motorzyklus. Ist beispielsweise die Variable ein Flag, geschieht dies indem zu dem aktuellen Frequenzwert ein vorgegebener Betrag addiert wird, wobei der Wert des Flags das Vorzeichen des Betrags angibt. Der neue Frequenzwert ergibt sich aus dem aktuellen Frequenzwert dann also, indem je nach Wert der Variablen ein Wert addiert oder subtrahiert wird. Dieser Wert kann eine in kHz absolut vorgegebene Konstante sein. Möglich ist auch, dass dieser Wert von dem aktuellen Frequenzwert abhängt, beispielsweise als Bruchteil des aktuellen Frequenzwerts definiert ist.
Hat die Steuereinheit 31 einen neuen Frequenzwert berechnet, wird der Hochfrequenzgenerator 10 im nächsten Motorzyklus so angesteuert, dass die Frequenz der dann von dem Hochfrequenzgenerator 10 erzeugten Wechselspannung dem neuen Frequenzwert entspricht. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel wird dazu der Hochfrequenzumschalter 16 mit einer Frequenz betätigt, deren Wert mit dem neuen Frequenzwert übereinstimmt.
Der Wert dieser Variablen wird von der Steuereinheit 31 in jedem Motorzyklus neu festgelegt. Die Steuereinheit 31 wertet dazu aktuelle Spannungs-, Frequenz- und Impedanzwerte sowie frühere Spannungs-, Frequenz- und Impedanzwerte aus.
Der für das System relevante Primärspannungsbereich wurde in aufeinanderfolgende Intervalle aufgeteilt, beispielsweise 64 Intervalle oder mehr. In einem Speicher 32 der Steuereinheit 31 ist für jeden Brennraum des Motors eine Datenstruktur angelegt, mit der nach Art einer Tabelle den einzelnen Spannungsintervallen jeweils ein Impedanzwert und ein Frequenzwert zugeordnet werden.
Ein Beispiel einer solchen Datenstruktur ist schematisch in 3 dargestellt. Darin wird jedem Spannungsintervall genau ein Impedanzwert und genau ein Frequenzwert zugeordnet. Anstelle von Primärspannungsintervallen können auch Sekundärspannungsintervalle verwendet werden.
Für jede Koronaentladung und die damit bewirkte Zündung von Brennstoff wird ein aktueller Impedanzwert bestimmt. Der Impedanzwert kann beispielsweise als Quotient von Primärspannung und Primärstrom oder als Quotient von Sekundärspannung und Sekundärstrom bestimmt werden. Dabei können Durchschnittswerte von Strom und Spannung oder Einzelmesswerte zu definierten Zeitpunkten während der Koronaentladung verwendet werden. Als Impedanzwert kann auch der Maximalwert der während der Koronaentladung auftretenden Impedanz verwendet werden.
Aus der Datenstruktur werden ein Impedanzwert und ein Frequenzwert für das Spannungsintervall gelesen, in dem der aktuelle Spannungswert liegt. Der gelesene Impedanzwert wird dann mit dem aktuellen Impedanzwert und der gelesene Frequenzwert mit dem aktuellen Frequenzwert verglichen.
Der Variablen wird dann ein Wert zugewiesen der bei einer Berechnung eines Frequenzwertes zu einem niedrigeren Wert führt, falls der aktuelle Frequenzwert höher als der gelesene Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert höher als der gelesene Impedanzwert sind, oder der aktuelle Frequenzwert niedriger als der gelesene Frequenzwert und der neue Impedanzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind. Ist die Variable ein Flag, wird dieses also auf „verringern”, z. B. den Wert Null, gesetzt.
Falls der aktuelle Frequenzwert höher als der gelesene Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert niedriger als der gelesene Impedanzwert sind, oder der aktuelle Frequenzwert niedriger als der gelesene Frequenzwert und der neue Impedanzwert höher als der zuvor für das betreffende Spannungsintervall gespeicherte Impedanzwert sind, wird der Variablen ein Wert zugewiesen der bei einer Berechnung eines Frequenzwertes zu einem höheren Wert führt. Ist die Variable ein Flag, wird dieses also auf „erhöhen”, z. B. den Wert 1 gesetzt.
Hat sich als Folge der Vergleiche der Wert des Flags geändert, wird der alte Wert des Flags mit dem aktuell ermittelten Wert überschrieben und ein Zähler zurückgesetzt. Andernfalls wird der Zählerstand um eins geändert und überprüft, ob der Zählerstand einen vorgegebenen Endwert erreicht hat. Ist dies der Fall, wird der Wert des Flags in der Datenstruktur geändert und der Zählerstand zurückgesetzt.
Danach wird in der Datenstruktur der gelesene Impedanzwert mit dem aktuellen Impedanzwert und der gelesene Frequenzwert mit dem aktuellen Frequenzwert überschrieben.
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
31: Steuereinheit
32: Speicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/011838 A1 [0001, 0002, 0004, 0005]
DE 102011052096 A1 [0006]

Claims

Koronazündsystem zur Zündung von Brennstoff in einem Brennraum eines zyklisch arbeitenden Verbrennungsmotors, mit einem Schwingkreis (7), der eine Zündelektrode (5) aufweist, einem Hochfrequenzgenerator (10), um aus einer Primärspannung eine Wechselspannung zum Anregen des Schwingkreises (7) zu erzeugen, und einer Steuereinheit (31) zum Steuern des Hochfrequenzgenerators (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (31) einen Speicher (32) aufweist, in dem eine Datenstruktur angelegt ist, die aufeinanderfolgenden Intervallen von Spannungswerten einen Impedanzwert und einen Frequenzwert zuordnet, wobei die Steuereinheit (31) für jede Zündung einen Impedanzwert, einen Frequenzwert und einen dazugehörenden Spannungswert ermittelt, diesen Impedanzwert und diesen Frequenzwert in der Datenstruktur jenem Intervall zugeordnet abspeichert, in dem der dazugehörende Spannungswert liegt, und in dem Speicher (32) der Steuereinheit (31) eine Variable gespeichert ist, mit deren Wert die Steuereinheit (31) vor dem Erzeugen einer Koronaentladung eine Frequenz der Wechselspannung festlegt, und die Steuereinheit (31) jedes Mal, wenn einem Intervall ein neuer Frequenzwert und ein neuer Impedanzwert zugeordnet und in der Datenstruktur gespeichert werden, den Wert der Variable neu definiert, indem der Variablen ein Wert zugewiesen wird, der eine Festlegung der Frequenz auf ein niedrigeren Wert als den neuen Frequenzwert bewirkt, falls der neue Frequenzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind, oder der neue Frequenzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind, und der Variablen ein Wert zugewiesen wird, der eine Festlegung der Frequenz auf ein höheren Wert als den neue Frequenzwert bewirkt, falls der neue Frequenzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind, oder der neue Frequenzwert niedriger als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Frequenzwert und der neue Impedanzwert höher als der zuvor für dieses Intervall gespeicherte Impedanzwert sind.
Koronazündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Intervalle von Spannungswerten Intervalle von Primärspannungswerten sind.
Koronazündsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Variable ein Flag ist.
Koronazündsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Motorstart für jede Zündung die Frequenz von der Steuereinheit (31) aus der Variablen und dem bei der vorgehenden Zündung verwendeten Frequenzwert berechnet wird.
Koronazündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz durch Addition eines Betrags zu dem Frequenzwert berechnet wird, wobei die Variable das Vorzeichen des Betrags definiert.
Koronazündsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag von dem Frequenzwert unabhängig ist.
Koronazündsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zähler vorhanden ist, den die Steuereinheit (31) zurücksetzt, wenn die Variable von einem Wert, der eine Frequenzerhöhung bewirkt, auf einen Wert, der eine Frequenzreduzierung bewirkt, geändert wird, oder die Variable von einem Wert, der eine Frequenzreduzierung bewirkt, auf einen Wert geändert wird, der einen Frequenzerhöhung bewirkt, und die Steuereinheit (31) den Zählerstand um Eins ändert, wenn der der Variablen zugewiesene Wert und der gespeicherte Wert eine Erhöhung der Frequenz oder der zugewiesene Wert und der gespeicherte Wert eine Reduzierung der Frequenz bewirken, wobei die Steuereinheit (31) jedes Mal, wenn der Variablen ein Wert zu gewiesen wird, überprüft, ob der Zählerstand einen vorgegebenen Endwert erreicht hat, und falls dies der Fall ist, den Zähler zurücksetzt und die Variable von einem Wert, der eine Frequenzerhöhung bewirkt, auf einen Wert, der eine Frequenzreduzierung bewirkt, oder von einem Wert, der eine Frequenzreduzierung bewirkt, auf einen Wert, der eine Frequenzerhöhung bewirkt, ändert.
Koronazündsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenstruktur wenigsten 64, vorzugsweise wenigstens 128, Spannungsintervalle vorsieht.
Verfahren zum Steuern einer Koronazündeinrichtung, die einen Schwingkreis (7), der eine Zündelektrode (5) enthält, und einen Hochfrequenzgenerator (10) aufweist, wobei durch Einspeisen einer Primärspannung in den Hochfrequenzgenerator (10) eine Wechselspannung erzeugt wird, mit der Wechselspannung der Schwingkreis (7) angeregt und dadurch an der Zündelektrode (5) eine Koronaentladung erzeugt wird, die in einem Brennraum eines Motors eine Zündung von Brennstoff bewirkt, ein Impedanzwert, ein Spannungswert und ein Frequenzwert für den aktuellen Motorzyklus erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Datenstruktur, in der aufeinanderfolgenden Spannungsintervallen ein Impedanzwert und ein Frequenzwert zugeordnet sind, Frequenz- und Impedanzwerte gelesen werden, wobei die gelesenen Frequenz- und Impedanzwerte in der Datenstruktur jeweils dem Spannungsintervall zugeordnet sind, in dem der Spannungswert des aktuellen Motorzyklus liegt, der Impedanzwert und der Frequenzwert des aktuellen Motorzyklus mit dem gelesenen Impedanzwert und dem gelesenen Frequenzwert verglichen werden, die Frequenz der Wechselspannung für den nächsten Motorzyklus erhöht wird, falls der aktuelle Frequenzwert größer als der ausgelesene frühere Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert kleiner als der ausgelesene frühere Impedanzwert sind, oder der aktuelle Frequenzwert kleiner als der ausgelesene frühere Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert größer als der ausgelesene frühere Impedanzwert sind, die Frequenz der Wechselspannung für den nächsten Motorzyklus reduziert wird, falls der aktuelle Frequenzwert größer als der ausgelesene frühere Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert größer als der ausgelesene frühere Impedanzwert sind, oder der aktuelle Frequenzwert kleiner als der ausgelesene frühere Frequenzwert und der aktuelle Impedanzwert kleiner als der ausgelesene frühere Impedanzwert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz von einem Motorzyklus zum nächsten stets geändert wird.