DE102013111062A1

DE102013111062A1 - Verfahren zum Einstellen einer Anregungsfrequenz eines Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung

Info

Publication number: DE102013111062A1
Application number: DE102013111062.2A
Authority: DE
Inventors: Markus KERNWEIN; Torsten SCHREMMER
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: US20150097626A1; CN104696135B; BR102014024616A2; DE102013111062B4; US9294102B2; CN104696135A

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Einstellen einer Anregungsfrequenz eines elektrischen Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung, wobei der Schwingkreis mit einem Anfangswert (f1) der Anregungsfrequenz angeregt und ein Referenzwert (IR) einer frequenzabhängigen Größe des Schwingkreises gemessen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert (f1) in Schritten in einer ersten Richtung geändert wird, nach jedem Schritt ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe des Schwingkreises gemessen wird und überprüft wird, ob der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe signifikant von dem Referenzwert (IR) abweicht, wobei falls der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe signifkant besser als der Referenzwert (IR) ist, der zu dem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz zum neuen Anfangswert (f1) gemacht und ausgehend von dem neuen Anfangswert (f1) die Anregungsfrequenz in Schritten in einer ersten Richtung geändert wird, falls der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe signifikant schlechter als der Referenzwert (IR) ist, der zu diesem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz als erster Randwert (fmax, fmin) gespeichert wird und die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert (f1) in Schritten in einer zweiten Richtung geändert wird, falls nach einem Reduzieren der Anregungsfrequenz ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gemessen wird, der signifikant besser als der Referenzwert (IR) ist, der erste Randwert auf den Anfangswert f1 aktualisiert wird und der zu dem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz zum neuen Anfangswert (f1) gemacht und ausgehend von dem neuen Anfangswert (f1) die Anregungsfrequenz in Schritten in der zweiten Richtung geändert wird, falls nach einem Ändern der Anregungsfrequenz ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gemessen wird, der um signifikant schlechter als der Referenzwert (IR) ist, der zu diesem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz als zweiter Randwert (fmin, fmax) gespeichert wird, wobei die Anregungsfrequenz dann auf einen Mittelwert zwischen dem ersten Randwert und den zweiten Randwert eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Anregungsfrequenz eines Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung.
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 50 MHz, angeregt wird. Dadurch kommt es zu einer Spannungsüberhöhung an der Zündelektrode, sodass sich an dieser eine Koronaentladung bildet.
Für einen effizienten Betrieb ist wichtig, dass die Anregungsfrequenz des Schwingkreises möglichst nahe an seiner Resonanzfrequenz liegt.
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. In einem Reihenschwingkreis sind nämlich 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 Änderungen der Temperatur, der Feuchtigkeit, eine Verschmutzung der Spitze bzw. Spitzen der Zündelektrode des HF-Zünders sowie Änderungen von Parametern, welche mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors zusammenhängen. 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 einen 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 Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 gelöst.
Es gibt eine Reihe von elektrischen Größen des Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung, die sich ändern, wenn sich die Anregungsfrequenz an die Resonanzfrequenz annährt. Derartige Größen werden im Folgenden als frequenzabhängige Größen bezeichnet. Beispiele derartiger Größen sind die Phasenlage zwischen Strom und Spannung, die Impedanz oder der Quotient aus Strom und Spannung.
Einige dieser Größen haben einen Nulldurchgang, wenn die Anregungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. Bei Anregungsfrequenzen oberhalb und unterhalb der Anregungsfrequenz haben derartige Größen unterschiedliche Vorzeichen. Ein Beispiel hierfür ist die Phasenlage zwischen Strom und Spannung. Andere frequenzabhängige Größen sind extremal, wenn die Anregungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, d. h. wenn man den Wert der Größe über der Anregungsfrequenz aufträgt, tritt ein Maximum oder ein Minimum bei der Resonanzfrequenz auf. Die Impedanz ist beispielsweise minimal, wenn die Anregungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. Der Quotient aus Strom und Spannung ist maximal, wenn die Anregungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. Bei konstanter Spannung ist der Strom maximal, wenn die Anregungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt.
Allen frequenzabhängigen Größen ist gemeinsam, dass sich bei einer Frequenzänderung durch Vergleich des aktuellen Wertes der Größe und des früheren Wertes der Größe an sich feststellen lässt, ob die Anregungsfrequenz durch die Frequenzänderung an die Resonanzfrequenz angenähert wurde oder nicht. Die bei einer Frequenzänderung auftretende Änderung des Wertes einer frequenzabhängigen Größe kann allerdings so klein sein, dass sich wegen unvermeidlicher Messfehler nicht entscheiden lässt, ob die Anregungsfrequenz vor oder nach der Frequenzänderung näher an der Resonanzfrequenz lag. Dies gilt insbesondere, wenn sich die frequenzabhängige Größe in der Nähe der Resonanzfrequenz nur wenig ändert, beispielsweise ein flaches Maximum oder Minimum hat.
Im Folgenden wird bei einem Vergleich von zwei bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen gemessenen Werten einer frequenzabhängigen Größe, jener Wert als „besser” bezeichnet, dessen Anregungsfrequenz näher an der Resonanzfrequenz liegt. Wenn die frequenzabhängige Größe bei der Resonanzfrequenz einen Nulldurchgang hat, wie beispielsweise die Phasenlage zwischen Strom und Spannung, ist somit jener Wert „besser”, dessen Betrag kleiner ist. Wenn die frequenzabhängige Größe bei der Resonanzfrequenz minimal ist, wie beispielsweise die Impedanz, ist somit der kleinere Wert „besser”. Wenn die frequenzabhängige Größe bei der Resonanzfrequenz maximal ist, wie beispielsweise der Quotient aus Strom und Spannung, ist somit der größere Wert „besser”. Dementsprechend wird bei einem Vergleich von zwei Werten einer frequenzabhängigen Größe jener Wert als „schlechter” bezeichnet, dessen Anregungsfrequenz weiter weg von der Resonanzfrequenz liegt.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schwingkreis der Koronazündeinrichtung zunächst mit einer Anregungsfrequenz angeregt, deren Wert der Einfachheit halber als Anfangswert bezeichnet wird. Dabei wird ein Wert einer frequenzabhängigen Größe gemessen und dieser zu dem Anfangswert der Anregungsfrequenz gehörende Wert als Referenzwert gespeichert. Anschließend wird die Anregungsfrequenz in Schritten in einer ersten Richtung geändert und nach jedem Schritt erneut ein Wert der frequenzabhängigen Größe bestimmt. Dieser Wert wird dann jeweils mit dem Referenzwert verglichen. Wird dabei eine signifikante Verbesserung festgestellt, wird dieser Wert im Folgenden als Referenzwert verwendet und der zu ihm gehörende Wert der Anregungsfrequenz als Anfangswert.
Wenn die Anregungsfrequenz bei der schrittweisen Änderung erhöht wurde, erhält man so einen Anfangswert der Anregungsfrequenz, der sich durch weitere schrittweise Erhöhung nicht mehr signifikant verbessern lässt. Im Gegenteil findet man bei einer weiteren schrittweisen Erhöhung schließlich einen Wert der frequenzabhängigen Größe, der signifikant schlechter ist. Die zu diesem Wert gehörende Anregungsfrequenz wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als erster Randwert gespeichert.
Anstatt die Anregungsfrequenz schrittweise zu erhöhen kann man die Anregungsfrequenz auch senken. Wenn die Anregungsfrequenz bei der schrittweisen Änderung gesenkt wurde, erhält man schließlich so einen Anfangswert der Anregungsfrequenz, der sich durch weitere schrittweise Reduzierung nicht mehr signifikant verbessern lässt. Im Gegenteil findet man bei einer weiteren schrittweisen Senkung schließlich einen Wert der frequenzabhängigen Größe, der signifikant schlechter ist. Dann wird die zu diesem Wert gehörende Anregungsfrequenz als erster Randwert gespeichert.
Das Wort „signifikant” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Unterschied zwischen dem Referenzwert und dem bei einer geänderten Frequenz gemessenen Wert einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der Schwellenwert ist dabei so gewählt, dass er größer als die Messungenauigkeit ist.
Hat man den ersten Randwert gefunden, wird die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert schrittweise in die andere Richtung geändert, d. h. abgesenkt, falls der erste Randwert durch schrittweises Erhöhen der Anregungsfrequenz gefunden wurde, und erhöht, falls erste Randwert durch schrittweises Absenken der Anregungsfrequenz gefunden wurde. Diese andere Richtung der Frequenzänderung wird im Folgenden auch als zweite Richtung bezeichnet.
Nach jedem Schritt wird ein Wert der frequenzabhängigen Größe des Schwingkreises gemessen und überprüft, ob der gemessene Wert signifikant von dem Referenzwert abweicht, also ob der gemessene Wert der frequenzabhängigen Größe um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert von dem Referenzwert abweicht. Falls der gemessene Wert der frequenzabhängigen Größe signifikant besser ist als der Referenzwert, wird der aktuelle Wert der Anregungsfrequenz zum neuen Anfangswert gemacht und die Anregungsfrequenz ausgehend von dem neuen Anfangswert schrittweise weiter in der zweiten Richtung geändert. Wenn der neue Anfangswert durch Erhöhen der Frequenz gefunden wurde, wird also weiter erhöht. Wenn der neue Anfangswert durch Absenken der Frequenz gefunden wurde, wird also weiter abgesenkt.
Auf diese Weise findet man schließlich einen Anfangswert der Anregungsfrequenz, der sich durch weitere schrittweise Frequenzänderungen nicht mehr signifikant verbessern lässt. Weitere schrittweise Frequenzänderungen in der zweiten Richtung führen schließlich zu einem Wert der frequenzabhängigen Größe, der signifikant schlechter als der Referenzwert ist. Der aktuelle Wert der Anregungsfrequenz, d. h. der zu diesem Wert der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert der Anregungsfrequenz, wird dann als zweiter Randwert gespeichert.
Die Anregungsfrequenz wird dann auf einen Mittelwert der beiden Randwerte eingestellt. Dieser Mittelwert liegt im Allgemeinen näher an der Resonanzfrequenz als der zuvor ermittelte Anfangswert.
Wird das Verfahren später erneut durchgeführt, wird als Anfangswert der Mittelwert der beiden Randwerte verwendet, die dann erneut bestimmt werden. Der Anfangswert der Anregungsfrequenz ist also immer der beste bekannte Wert, d. h. der Wert, der nach aktueller Kenntnis am besten mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. Beim erstmaligen Einstellen der Anregungsfrequenz nach dem Starten eines Motors ist der zu Begin des Verfahrens verwendete Anfangswert oft relativ schlecht, so dass sich bei der schrittweisen Änderung der Anregungsfrequenz bessere Werte finden lassen. Wenn das Verfahren dann in späteren Motorzyklen zum Nachführen der Anregungsfrequenz an eine geänderte Resonanzfrequenz durchgeführt wird, lässt sich durch eine schrittweise Frequenzänderung oft keine signifikante Verbesserung des Anfangswerts erzielen, so dass das Verfahren mit weniger Schritten und damit schneller durchgeführt werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann in einem einzigen Motorzyklus vollständig durchgeführt werden. Da sich die Resonanzfrequenz typischerweise nur langsam über mehrere Motorzyklen ändert, kann das Verfahren im Prinzip auch über mehrere Motorzyklen durchgeführt werden, beispielsweise indem in einem ersten Motorzyklus nur der erste Randwert bestimmt und in einem zweiten Motorzyklus dann der zweite Randwert bestimmt wird. Bevorzugt wird die Schrittweite der Frequenzänderung so groß gewählt, dass das Verfahren in einem einzigen Motorzyklus vollständig durchgeführt werden kann.
Die Anregungsfrequenz kann beispielsweise in Schritten geändert werden, deren Weite zwischen 0,01% und 5% des Anfangswerts beträgt. Bevorzugt wird die Anregungsfrequenz in Schritten geändert, deren Weite zwischen 0,02% und 0,2% des Anfangswertes beträgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die frequenzabhängige Größe gemessen wird, während eine stabile Koronaentladung erzeugt wird. Die Resonanzfrequenz ändert sich beim Entstehen einer Koronaentladung geringfügig. Indem stets nur bei einer stabil brennenden Koronaentladung die frequenzabhängige Größe gemessen wird, kann die Anregungsfrequenz mit einer größeren Genauigkeit auf die Resonanzfrequenz eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann von einer Steuerungseinheit einer Koronazündeinrichtung in jedem Motorzyklus durchgeführt werden. In der Regel verschiebt sich die Resonanzfrequenz aber nur relativ langsam über eine größere Zahl von Motorzyklen, beispielsweise wegen einer Temperaturänderung des Schwingkreises. Es ist deshalb nicht erforderlich, das Verfahren zur Einstellung der Anregungsfrequenz in jedem Motorzyklus durchzuführen. Beispielsweise kann die Steuereinheit der Koronazündeinrichtung einen Zähler enthalten, der die Anzahl der durchgeführten Zündungen zählt, und nach einer festgelegten Anzahl von Zündungen das Verfahren durchführen, beispielsweise in jedem zehnten oder jedem hundertsten Motorzyklus. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch durch spezielle Werte von Motorbetriebsparametern oder Änderungen von Motorbetriebsparametern ausgelöst werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Koronazündeinrichtung mit einer Steuereinheit, die dafür eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Beispielsweise kann die Steuereinheit einen Speicher aufweisen, in dem ein Programm gespeichert ist, das die Steuereinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen lässt, wenn das Programm von der Steuereinheit ausgeführt wird.
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 ein Beispiel für den Quotienten aus Strom und Spannung in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz und die zum Einstellen der Anregungsfrequenz durchgeführten Schritte; und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahren zum Einstellen einer Anregungsfrequenz eines elektrischen Schwingkreises einer 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
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, welcher mit Kolbenringen versehen ist.
Im Zylinderkopf 2 befindet sich ein Durchgang, 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.
Vor allem im Gebiet zwischen der Zündelektrode 5 bildet sich beim Erregen des Schwingkreises 7 eine Korona-Entladung aus, die von einer mehr oder weniger intensiven Ladungsträgerwolke begleitet sein kann.
Um die Anregungsfrequenz des Schwingkreises 7 auf einen Wert einzustellen, der möglichst nah an seiner Resonanzfrequenz liegt und die Anregungsfrequenz an Änderungen der Resonanzfrequenz anzupassen, regt die Steuereinheit 31 zunächst den Schwingkreis mit einem Anfangswert der Anregungsfrequenz an und misst dabei eine frequenzabhängige Größe des Schwingkreises, beispielsweise die Impedanz oder den Quotienten aus Strom und Spannung. Dieser Quotient wird als normierter Strom bezeichnet.
In 2 ist der normierte Strom I in willkürlichen Einheiten über der Anregungsfrequenz f aufgetragen. Der normierte Strom I hat ein Maximum bei der Resonanzfrequenz, die in dem dargestellten Beispiel einen Wert von 4,60 MHz hat. Tatsächlich ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 7 nur mit einer gewissen Unsicherheit bekannt, da sie temperaturabhängigen Schwankungen und verschieden Störeinflüssen unterliegt.
Als Anfangswert der Anregungsfrequenz wird nun der beste bekannte Wert der Resonanzfrequenz verwendet. Typischer Weise liegt dieser Anfangswert in der Nähe der Resonanzfrequenz, weicht jedoch etwas von ihr ab. In 1 ist als Beispiel für den Anfangswert ein Wert f1 = 4,58 MHz angegeben. Die Steuereinheit 31 regt den Schwingkreis 7 also mit der Anregungsfrequenz f1 an und misst den dabei auftretenden normierten Strom I. Dieser Wert wird als Referenzwert I_R gespeichert.
Ausgehend von dem Startwert f1 ändert die Steuereinheit 31 dann schrittweise die Anregungsfrequenz und misst nach jedem Schritt den normierten Strom I. In 2 als Beispiel drei Erhöhungsschritte 1, 2 und 3 eingezeichnet. Der nach jedem Schritt gemessene Wert des normierten Stroms I wird mit dem Referenzwert I_R verglichen. Dabei wird überprüft, ob der gemessenen Wert signifikant von dem Referenzwert I_R abweicht. Eine signifikante Abweichung liegt vor, wenn die Abweichung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Dies ist dann der Fall, wenn der gemessene Wert außerhalb des in 2 durch die Werte A und B begrenzten Bandes liegt.
Bei dem Beispiel der 2 führen die ersten beiden Schritte 1 und 2 nicht zu einer signifikanten Änderung des normierten Stroms I. Erst nach dem dritten Schritt hat sich der normierte Strom I signifikant geändert. Der normierte Strom ist nach dem dritten Schritt signifikant kleiner als der Referenzwert I_R. Da der normierte Strom bei der Resonanzfrequenz ein Maximum hat, ist dieser Wert „schlechter” als der Referenzwert. Die Anregungsfrequenz nach dem dritten Schritt liegt also weiter weg von der Resonanzfrequenz als der Anfangswert f1 der Anregungsfrequenz. Der Wert der Anregungsfrequenz nach dem dritten Schritt wird als erster Randwert gespeichert. In 2 ist dieser erste Randwert als fmax eingezeichnet.
Wenn durch schrittweise Änderung der Anregungsfrequenz ein signifikant schlechterer Wert der frequenzabhängigen Größer, bei dem Beispiel der 2 also des normierten Stroms, gefunden und ein erster Randwert ermittelt wurde, wird die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert in einer zweiten Richtung in Schritten geändert, bei dem Beispiel der 2 also reduziert.
In 2 ist deshalb als Schritt 4 eine Absenkung der Anregungsfrequenz eingezeichnet. Nach dem Schritt 4 wurde ein Wert des normierten Stroms I gemessen, der signifikant schlechter als der Referenzwert I_R ist, also unterhalb des Wertes B liegt. Der Wert der Anregungsfrequenz nach dem vierten Schritt wird deshalb als zweiter Randwert gespeichert. In 2 ist der zweite Randwert als fmin angegeben.
Die Steuereinheit 31 berechnet dann einen Wert für die Resonanzfrequenz fr als Mittelwert der beiden Randwerte fmin und fmax zu fr = (fmin + fmax)/2 und stellt die Anregungsfrequenz dann auf diesen Wert fr ein.
Ein Programm, um das beschriebene Verfahren zur Einstellung der Anregungsfrequenz auszuführen, ist in einem Speicher 32 der Steuereinheit 31 gespeichert.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrensbeispiels dargestellt. In dem Schritt 100 werden zunächst der aktuelle Wert f der Anregungsfrequenz als Anfangswert f1 gespeichert und der bei dieser Anregungsfrequenz gemessene Wert der frequenzabhängigen Größe I als Referenzwert I_R.
Bei dem Beispiel der 3 wird im nächsten Schritt 101 der aktuelle Wert f der Anregungsfrequenz um einen vorgegebenen Betrag Δf erhöht. Das Verfahren kann dahingehend abgewandelt werden, dass im Schritt 101 stattdessen der aktuelle Wert f der Anregungsfrequenz um einen vorgegebenen Betrag Δf reduziert wird. Für den geänderten Wert der Anregungsfrequenz wird im Schritt 101 der aktuelle Wert I der frequenzabhängigen Größe bestimmt.
In dem Schritt 102 wird dann der aktuelle Wert der frequenzabhängigen Größe mit dem Referenzwert I_R verglichen. Wenn sich der aktuelle Wert I nicht signifikant von dem Referenzwert unterscheidet, als höchstens um einen Schwellenwert ΔI von dem Referenzwert abweicht, wird der Schritt 101 wiederholt. Wenn der aktuelle Wert I signifikant besser als der Referenzwert ist, wird der Schritt 100 wiederholt. Wenn der aktuelle Wert I signifikant schlechter als der Referenzwert ist, wird im Schritt 103 die aktuelle Frequenz als Randwert fmax gespeichert.
Bei dem Verfahrensbeispiel der 3 ist die frequenzabhängige Größe des Schwingkreises eine Größe, die bei der Resonanzfrequenz maximal ist. Folglich ist der aktuelle Wert I dann signifikant besser ist als der Referenzwert, wenn der aktuelle Wert den Referenzwert um mehr als den Schwellenwert übersteigt, und der aktuelle Wert I dann signifikant schlechter als der Referenzwert, wenn der aktuelle Wert den Referenzwert um mehr als den Schwellenwert unterschreitet. Falls für das Verfahren eine frequenzabhängige Größe verwendet wird, die bei der Resonanzfrequenz minimal ist, geht man zum Schritt 100 dann zurück, wenn der aktuelle Wert den Referenzwert um mehr als den Schwellenwert unterschreitet, und zum Schritt 103, wenn der aktuelle Wert den Referenzwert um mehr als den Schwellenwert übersteigt.
Im Schritt 104 wird der aktuelle Wert f der Anregungsfrequenz auf den Anfangswert f1 zurückgesetzt. Im Schritt 105 wird der aktuelle Wert f dann um den vorgegebenen Betrag Δf reduziert und danach der der aktuelle Wert I der frequenzabhängigen Größe bestimmt. Das Verfahren kann dahingehend abgewandelt werden, dass die Schritte 101 und 105 vertauscht werden.
Im Schritt 106 wird der aktuelle Wert I der frequenzabhängigen Größe mit dem Referenzwert I_R verglichen. Wenn sich der aktuelle Wert I nicht signifikant von dem Referenzwert unterscheidet, als höchstens um einen Schwellenwert AI von dem Referenzwert abweicht, wird der Schritt 105 wiederholt. Wenn der aktuelle Wert I signifikant besser als der Referenzwert ist, wird der in Schritt 103 ermittelte Wert fmax auf den Anfangswert f1 aktualisiert, der aktuelle Frequenzwert f als Anfangswert f1 gespeichert und der aktuelle Wert der frequenzabhängigen Größe als Referenzwert. Mit diesen Werten wird dann der Schritt 104 wiederholt. Wenn im Schritt 106 der aktuelle Wert I signifikant schlechter als der Referenzwert ist, wird im Schritt 107 die aktuelle Frequenz als Randwert fmin gespeichert.
Im Schritt 108 wird die Resonanzfrequenz dann als Mittelwert der beiden Randwert berechnet. Wenn das Verfahren wiederholt wird, kann die so berechnete Resonanzfrequenz als Anfangswert f1 verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Anregungsfrequenz eines elektrischen Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung, wobei der Schwingkreis mit einem Anfangswert (f1) der Anregungsfrequenz angeregt, ein Wert einer frequenzabhängigen Größe des Schwingkreises gemessen und als Referenzwert (I_R) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert (f1) in Schritten erhöht wird, nach jedem Schritt ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe des Schwingkreises gemessen wird und überprüft wird, ob der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht, wobei falls der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe um mehr als den Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe besser als der Referenzwert (I_R) ist, der zu dem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz zum neuen Anfangswert (f1) gemacht und ausgehend von dem neuen Anfangswert (f1) die Anregungsfrequenz in Schritten erhöht wird, falls der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe um mehr als den Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und schlechter als der Referenzwert (I_R) ist, der zu diesem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz als erster Randwert (fmax) gespeichert wird und die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert (f1) in Schritten reduziert wird, falls nach einem Reduzieren der Anregungsfrequenz ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gemessen wird, der um mehr als den vorgegebenen Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und besser als der Referenzwert (I_R) ist, der zu dem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz zum neuen Anfangswert (f1) gemacht und ausgehend von dem neuen Anfangswert (f1) die Anregungsfrequenz in Schritten reduziert wird, falls nach einem Reduzieren der Anregungsfrequenz ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gemessen wird, der um mehr als den vorgegeben Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und schlechter als der Referenzwert (I_R) ist, der zu diesem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz als zweiter Randwert (fmin) gespeichert wird, wobei die Anregungsfrequenz dann auf einen Mittelwert zwischen dem ersten Randwert und den zweiten Randwert eingestellt wird.
Verfahren zum Einstellen einer Anregungsfrequenz eines Schwingkreises einer Koronazündeinrichtung, wobei der Schwingkreis mit einem Anfangswert (f1) der Anregungsfrequenz angeregt, ein Wert einer frequenzabhängigen Größe des Schwingkreises gemessen und als Referenzwert (I_R) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert (f1) in Schritten reduziert wird, nach jedem Schritt ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe des Schwingkreises gemessen wird und überprüft wird, ob der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht, wobei falls der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe um mehr als den Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe besser als der Referenzwert (I_R) ist, der zu dem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz zum neuen Anfangswert (f1) gemacht und ausgehend von dem neuen Anfangswert (f1) die Anregungsfrequenz in Schritten reduziert wird, falls der gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe um mehr als den Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und schlechter als der Referenzwert (I_R) ist, der zu diesem gemessenen Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz als erster Randwert (fmin) gespeichert wird und die Anregungsfrequenz ausgehend von dem Anfangswert (f1) in Schritten erhöht wird, falls nach einem Erhöhen der Anregungsfrequenz ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gemessen wird, der um mehr als den vorgegebenen Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und besser als der Anfangswert (f1) ist, der zu dem gemessene Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz zum neuen Anfangswert (f1) gemacht und ausgehend von dem neuen Anfangswert (f1) die Anregungsfrequenz in Schritten erhöht wird, falls nach einem Erhöhen der Anregungsfrequenz ein Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gemessen wird, der um mehr als den vorgegeben Schwellenwert (ΔI) von dem Referenzwert (I_R) abweicht und schlechter als der Referenzwert (I_R) ist, der zu diesem gemessenen Wert (I) der frequenzabhängigen Größe gehörende Wert (f) der Anregungsfrequenz als zweiter Randwert (fmax) gespeichert wird, wobei die Anregungsfrequenz dann auf einen Mittelwert zwischen dem ersten Randwert und den zweiten Randwert eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Schritte konstant ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Schritte zwischen 0,01 und 1% des Anfangswerts beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als frequenzabhängige Größe eine Größe verwendet wird, die extremal ist, wenn die Anregungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als frequenzabhängige Größe eine Größe verwendet wird, die einen Nulldurchgang hat, wenn die Anregungsfrequenz mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängige Größe gemessen wird, während eine stabile Koronaentladung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Änderung der Anregungsfrequenz eine vorgegebene Zeitspanne abgewartet wird, bevor mit einer Messung der frequenzabhängigen Größe begonnen wird.
Koronazündeinrichtung 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) dafür eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.