Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einem Verfahren
zur Zündung
eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, von einer Zündungssteuerungsvorrichtung
und von einer Zündvorrichtung
nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.The invention is based on a method
for ignition
of an air-fuel mixture, from an ignition control device
and from an igniter
according to the genre of independent claims.
Aus der DE 198 52 652 A1 ist bereits
eine Zündvorrichtung
für ein
Luft-Kraftstoff-Gemisch
im Brennraum eines Zylinders bekannt, bei der im Brennraum Elektroden
vorgesehen sind, zwischen denen sich die elektrische Energie eines
Hochspannungssignals entlädt,
wobei außerhalb
des Brennraums ein Hochfrequenzresonator vorgesehen ist, bei dem
durch Einspeisung eines hochfrequenten Signals das Hochspannungssignal
für den
Zündfunken erzeugt
wird.From the DE 198 52 652 A1 An ignition device for an air-fuel mixture in the combustion chamber of a cylinder is already known, in which electrodes are provided in the combustion chamber, between which the electrical energy of a high-voltage signal is discharged, a high-frequency resonator being provided outside the combustion chamber, in which a high-frequency resonator is injected Signals the high voltage signal for the spark is generated.
Aus der US 5,179,928 und aus der DE 100 61 672 A1 ist bekannt,
bei einer Hochfrequenz-Zündanlage
als Zündzeitpunkt
den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Widerstand der Zündfunkenentladestrecke
stark abfällt,
und nach Erfassung dieses Zeitpunktes die Hochfrequenzenergie stark
zu reduzieren und mit der reduzierten Energie den Zündfunken
aufrechtzuerhalten. Diese Regelung ist jedoch aufwendig und störanfällig.From the US 5,179,928 and from the DE 100 61 672 A1 It is known to determine the point in time in a high-frequency ignition system as the point in time at which the resistance of the spark discharge gap drops sharply, and after detection of this point in time to greatly reduce the high-frequency energy and to maintain the spark with the reduced energy. However, this regulation is complex and prone to failure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Regelung einer Zündkerze
mit einem Hochfrequenzresonator zu vereinfachen und die Störanfälligkeit
zu verringern.The invention is based, which
Regulation of a spark plug
with a high frequency resonator to simplify and reduce susceptibility to interference
to reduce.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zündung eines
Luft-Kraftstoff-Gemischs, die erfindungsgemäße Zündungssteuerungsvorrichtung
und die erfindungsgemäße Zündvorrichtung
gemäß den Merkmalen
der unabhängigen
Ansprüche
haben demgegenüber
den Vorteil, dass ein Maß für die am
brennraumseitigen Ende des Hochfrequenzresonators auftretenden Reflexionen,
insbesondere ein Reflexionsfaktor, ermittelt wird, dass die Einspeisung
des hochfrequenten Signals abgeschaltet wird, wenn das ermittelte
Maß einen
ersten vorgegebenen Wert überschreitet
und dass vor dem Abschalten der Einspeisung des hochfrequenten Signals
ein zusätzliches Gleichspannungspotential
an die mindestens eine Elektrode zur Aufrechterhaltung eines durch
die Einspeisung des hochfrequenten Signals am brennraumseitigen
Ende des Hochfrequenzresonators erzeugten Plasmas angelegt wird.
Auf diese Weise kann auf eine aufwendige Regelung für die Frequenz des
einzuspeisenden hochfrequenten Signals zur Aufrechterhaltung des
Plasmas verzichtet werden. Durch die Abschaltung der Einspeisung
des hochfrequenten Signals in den Hochfrequenzresonator wird außerdem der
Vorteil bewirkt, dass eine Reflexion der Energie des hochfrequenten
Signals bei Ausbildung des Plasmas verhindert wird und eine Erhitzung und
Schädigung
der Elektronik, die das hochfrequente Signal zur Verfügung stellen
soll, vermieden wird.The inventive method for igniting a
Air-fuel mixture, the ignition control device according to the invention
and the ignition device according to the invention
according to the characteristics
the independent
Expectations
have against it
the advantage that a measure of the
reflections occurring on the combustion chamber end of the high-frequency resonator,
in particular a reflection factor, it is determined that the feed
of the high-frequency signal is switched off when the determined
Measure one
exceeds the first predetermined value
and that before switching off the feed of the high-frequency signal
an additional DC potential
to the at least one electrode to maintain a through
feeding the high-frequency signal on the combustion chamber side
Plasmas generated end of the high-frequency resonator is applied.
In this way, a complex regulation for the frequency of the
High-frequency signal to be fed in to maintain the
Plasma can be dispensed with. By switching off the infeed
the high-frequency signal in the high-frequency resonator is also the
Advantage causes a reflection of the energy of the high frequency
Signal during formation of the plasma is prevented and heating and
damage
the electronics that provide the high-frequency signal
should be avoided.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens
zur Zündung
eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, der Zündungssteuerungsvorrichtung
und der Zündvorrichtung
gemäß den unabhängigen Ansprüchen möglich.By the measures listed in the subclaims
are advantageous developments and improvements to the method
for ignition
of an air-fuel mixture, the ignition control device
and the igniter
possible according to the independent claims.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
das zusätzliche
Gleichspannungspotential angelegt wird, sobald das ermittelte Maß einen
zweiten vorgegebenen Wert überschreitet,
der kleiner als der erste vorgegebene Wert ist. Auf diese Weise
wird sichergestellt, dass das Gleichspannungspotential vor Abschalten
der Einspeisung des hochfrequenten Signals an die mindestens eine
Elektrode angelegt wird und somit das Plasma auch nach Abschalten
der Einspeisung des hochfrequenten Signals mittels des angelegten
Gleichspannungspotentials aufrechterhalten werden kann.It is particularly advantageous if
the additional
DC potential is applied as soon as the determined dimension one
exceeds the second predetermined value,
which is less than the first specified value. In this way
it is ensured that the DC voltage potential before switching off
feeding the high-frequency signal to the at least one
Electrode is applied and thus the plasma even after switching off
the feeding of the high-frequency signal by means of the applied
DC potential can be maintained.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 ein Blockschaltbild
einer erfindungsgemäßen Zündungssteuerungsvorrichtung
und einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung
und 2 ein Zeitdiagramm zur
Veranschaulichung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it 1 a block diagram of an ignition control device according to the invention and an ignition device according to the invention and 2 a timing diagram to illustrate the sequence of the method according to the invention.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In 1 kennzeichnet 60 eine
Zündvorrichtung,
die einen Hochfrequenzresonator 15 umfaßt. Der Hochfrequenzresonator 15 wiederum
umfaßt
ein elektrisch leitfähiges,
vorzugsweise metallisches Gehäuse 40 und
eine galvanisch vom Gehäuse 40 getrennte
Elektrode 10. Der Hochfrequenzresonator 15 ist
beispielsweise im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine montiert
und ragt an einem brennraumseitigen Ende 20 in einen Brennraum 1 eines
Zylinders 5 hinein. Dabei kann, wie im Beispiel nach 1 dargestellt, die Elektrode 10 brennraumseitig
weiter in den Brennraum 1 hineinragen als das Gehäuse 40 und
steht somit aus dem Gehäuse 40 hervor.
Das Gehäuse 40 ist
mit einem Bezugspotential 45 verbunden, wohingegen die
Elektrode 10 zumindest außerhalb des Brennraums 1 als
Wellenleiter ausgebildet sein kann. Die Elektrode 10 wird
von einer Zuleitung 75 kontaktiert, durch die Hochfrequenzsignale eingekoppelt
werden können.
Die Zuleitung 75 ist dabei in unmittelbarer Nähe des brennraumfernen
Endes 80 der Elektrode 10 bzw. der entsprechenden Wellenleiterstruktur
oder des entsprechenden Wellenleiters angeordnet.In 1 features 60 an ignition device that has a high frequency resonator 15 includes. The high frequency resonator 15 again comprises an electrically conductive, preferably metallic housing 40 and one galvanically from the case 40 separate electrode 10 , The high frequency resonator 15 is mounted, for example, in the cylinder head of an internal combustion engine and projects at an end on the combustion chamber side 20 into a combustion chamber 1 of a cylinder 5 into it. Here, as in the example 1 shown the electrode 10 on the combustion chamber side into the combustion chamber 1 protrude than the housing 40 and thus stands out of the housing 40 out. The housing 40 is with a reference potential 45 connected, whereas the electrode 10 at least outside the combustion chamber 1 can be designed as a waveguide. The electrode 10 is from a supply line 75 contacted, through which high-frequency signals can be coupled. The supply line 75 is in the immediate vicinity of the end remote from the combustion chamber 80 the electrode 10 or the corresponding waveguide structure or the corresponding waveguide.
Beim Einkoppeln von Hochfrequenzsignalen auf
der Zuleitung 75 bilden sich aufgrund der geometrischen
Verhältnisse
im Hochfrequenzresonator 15 Hochfrequenzwellen im Hochfrequenzresonator 15 aus.
Bei richtiger Wahl der Frequenz im Verhältnis zu den geometrischen
Abmessungen des Hochfrequenzresonators 15 bildet sich am
brennraumseitigen Ende 20 an der Elektrode 10 eine
Hochspannung aus. Die geometrischen Abmessungen des Hochfrequenzresonators 15 sind
beispielsweise so zu wählen,
dass die effektive Länge
des Hochfrequenzresonators 15 etwa einem Viertel der Wellenlänge der
eingekoppelten Hochfrequenz entspricht. Unter der effektiven Länge ist
hier ein Zahlenwert zu verstehen, der neben der Längenabmessung
der Elektrode 10 auch noch die dielektrischen Eigenschaften
eines Dielektrikums 85 berücksichtigt, das die Elektrode 10 vom
Gehäuse 40 isoliert.
In vielen Fällen
wird sich diese effektive Länge λ/4 nicht
rechnerisch, sondern erst durch Experimente ermitteln lassen. Durch
die galvanische Trennung zwischen der Elektrode 10 und
dem Gehäuse 40 mittels
des Dielektrikums 85 bildet sich zwischen der Elektrode 10 und
dem Gehäuse 40 eine
Kapazität
aus, die bei Einspeisung der hochfrequenten Signale wie ein Kurzschluß wirkt,
so dass auch das Gehäuse 40 Teil
des Hochfrequenzresonators 15 ist und bei der Berechnung
der effektiven Länge
mit seinen geometrischen Eigenschaften berücksichtigt werden muß.When coupling high-frequency signals on the supply line 75 form due to the geome trical conditions in the high-frequency resonator 15 Radio frequency waves in the radio frequency resonator 15 out. With the correct choice of frequency in relation to the geometric dimensions of the high-frequency resonator 15 forms at the combustion chamber end 20 on the electrode 10 a high voltage. The geometric dimensions of the high-frequency resonator 15 are to be chosen, for example, so that the effective length of the high-frequency resonator 15 corresponds to about a quarter of the wavelength of the injected radio frequency. The effective length is to be understood here as a numerical value, in addition to the length dimension of the electrode 10 also the dielectric properties of a dielectric 85 takes into account that the electrode 10 from the housing 40 isolated. In many cases, this effective length λ / 4 will not be calculated, but only by experiments. Due to the galvanic isolation between the electrode 10 and the housing 40 by means of the dielectric 85 forms between the electrode 10 and the housing 40 a capacity that acts like a short circuit when the high-frequency signals are fed in, so that the housing 40 Part of the high frequency resonator 15 is and must be taken into account when calculating the effective length with its geometric properties.
Die Frequenz des über die Zuleitung 75 eingespeisten
Signals kann beispielsweise im Bereich von 800 MHz oder von 2,14
GHz liegen. Je nach effektiver Länge
des Hochfrequenzresonators 15 kann aber auch ein anderer
Wert für
die Frequenz des über die
Zuleitung 75 einzuspeisenden Signals erforderlich sein.The frequency of the supply line 75 The signal fed in can be, for example, in the range from 800 MHz or from 2.14 GHz. Depending on the effective length of the high-frequency resonator 15 can also be a different value for the frequency of the supply line 75 signal to be fed may be required.
Das hochfrequente Signal kann auch
auf andere Weise in die Elektrode 10 beziehungsweise den Hochfrequenzresonator 15 eingekoppelt
werden, beispielsweise induktiv oder kapazitiv.The high-frequency signal can also enter the electrode in other ways 10 or the high-frequency resonator 15 be coupled in, for example inductively or capacitively.
In 1 ist
die Elektrode 10 koaxial zum Gehäuse 40 des Hochfrequenzresonators 15 angeordnet.In 1 is the electrode 10 coaxial to the housing 40 of the high-frequency resonator 15 arranged.
Vor der Zuführung des hochfrequenten Signals
ist der Abschluß des
Hochfrequenzresonators 15 am brennraumseitigen Ende 20 hochohmig.
Wird nun das hochfrequente Signal eingespeist, so ergibt sich am
brennraumseitigen Ende 20 des Hochfrequenzresonators 15 eine
hohe Feldstärke,
mit der die Zündung
eingeleitet wird. Die Frequenz des hochfrequenten Signals ist nur
so lange auf die Geometrie bzw. die effektive Länge des Hochfrequenzresonators 15 abgestimmt,
wie der Abschluß des
Hochfrequenzresonators 15 am brennraumseitigen Ende 20 hochohmig
ist. Durch die Zündung
wird jedoch am brennraumseitigen Ende 20 ein leitfähiges Plasma gebildet.
Somit ist eine Entladung der Elektrode 10 über das
leitfähige
Plasma möglich,
wobei ein Strom entlang der Elektrode 10 über das
leitfähige
Plasma zum Bezugspotential 45 fließt, das wie beschrieben durch
das Gehäuse 40,
aber auch durch die Wand des Brennraums 1 gebildet wird.
Diese Entladung ist eine Funkenentladung, ähnlich wie bei einer Korona, so
dass auf diese Weise die Zündung
des im Brennraum 1 befindlichen Luft-Kraftstoff-Gemischs zum Betrieb
der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Durch das sich bildende leitfähige Plasma
wird der Abschluß des
Hochfrequenzresonators 15 am brennraumseitigen Ende 20 niederohmig
und der Hochfrequenzresonators 15 somit verstimmt. Die
effektive Länge
des Hochfrequenzresonators 15 verändert sich und korrespondiert
nicht mehr mit der Frequenz des über
die Zuleitung 75 eingespeisten Signals. Wenn die Frequenz
des über
die Zuleitung 75 eingespeisten Signals nicht der neuen
effektiven Länge des Hochfrequenzresonators 15 nachgeregelt
wird, kommt es zur Reflexion der in den Hochfrequenzresonator 15 über die
Zuleitung 75 eingespeisten Energie am brennraumseitigen
Ende 20. Durch die zurückreflektierte
Energie kann die Elektronik, die die hochfrequenten Signale aufbereiten
soll, erhitzt und sogar beschädigt
werden. Eine Frequenzregelung zur Nachführung der Frequenz des über die
Zuleitung 75 eingespeisten Signals ist mit großem Aufwand
verbunden.The high-frequency resonator is terminated before the high-frequency signal is supplied 15 at the combustion chamber end 20 high impedance. If the high-frequency signal is now fed in, this results at the end on the combustion chamber side 20 of the high-frequency resonator 15 a high field strength with which the ignition is initiated. The frequency of the high-frequency signal is only as long as the geometry or the effective length of the high-frequency resonator 15 matched how the termination of the high-frequency resonator 15 at the combustion chamber end 20 is high impedance. The ignition, however, is at the end of the combustion chamber 20 a conductive plasma is formed. So there is a discharge of the electrode 10 possible via the conductive plasma, with a current along the electrode 10 via the conductive plasma to the reference potential 45 flows through the housing as described 40 , but also through the wall of the combustion chamber 1 is formed. This discharge is a spark discharge, similar to a corona, so that it ignites the combustion chamber 1 located air-fuel mixture can be used to operate the internal combustion engine. The high-frequency resonator is terminated by the conductive plasma that forms 15 at the combustion chamber end 20 low-resistance and the high-frequency resonator 15 thus out of tune. The effective length of the high frequency resonator 15 changes and no longer corresponds to the frequency of the supply line 75 fed signal. If the frequency of the supply line 75 injected signal not the new effective length of the high-frequency resonator 15 is readjusted, there is a reflection in the high-frequency resonator 15 via the supply line 75 Energy fed in at the end of the combustion chamber 20 , The back-reflected energy can heat and even damage the electronics used to process the high-frequency signals. A frequency control to track the frequency of the supply line 75 fed signal is associated with great effort.
Erfindungsgemäß wird auf eine solche Nachregelung
verzichtet und eine Zündungssteuerungsvorrichtung 50 gemäß 1 eingesetzt. Die Zündungssteuerungsvorrichtung 50 umfaßt eine
Hochfrequenzsignalquelle 65 zur Bereitstellung des über die
Zuleitung 75 einzuspeisenden hochfrequenten Signals. Ferner
ist ein erster Schalter 30 vorgesehen, über den die Hochfrequenzsignalquelle 65 mit
der Zuleitung 75 verbindbar ist. Der erste Schalter 30 ist als
gesteuerter Schalter ausgebildet und wird von einer Steuerung 55 angesteuert.
Er kann beispielsweise als Transistor ausgebildet sein. Zwischen
die Hochfrequenzsignalquelle 65 und den ersten Schalter 30 sind
Mittel 25 zur Ermittlung eines Maßes für die vom brennraumseitigen
Ende 20 des Hochfrequenzresonators 15 reflektierten
Signalanteile angeordnet. Bei diesem Maß kann es sich beispielsweise um
den Reflexionsfaktor am brennraumseitigen Ende 20 handeln.
Zur Ermittlung dieses Reflexionsfaktors wird die Signalstärke des
vom brennraumseitigen Ende 20 reflektierten Signals durch
die von der Hochfrequenzsignalquelle 65 zur Verfügung gestellte Signalstärke dividiert.
Dabei soll im folgenden beispielhaft angenommen werden, dass es
sich bei dem ermittelten Maß um
den Reflexionsfaktor am brennraumseitigen Ende 20 handelt.
Die Mittel 25 zur Messung des Reflexionsfaktors sind mit
der Steuerung 55 verbunden. Die Zündungssteuerungsvorrichtung 50 umfaßt weiterhin
eine Gleichspannungsquelle 70, die über einen zweiten gesteuerten
Schalter 35, der ebenfalls beispielhaft als Transistor
ausgebildet sein kann, mit der Zuleitung 75 verbindbar
ist. Auch der zweite gesteuerte Schalter 35 wird von der
Steuerung 55 angesteuert. Die Hochfrequenzsignalquelle 65 und
die Gleichspannungsquelle 70 sind andererseits mit dem
Bezugspotential 45 verbunden.According to the invention, such readjustment is dispensed with and an ignition control device 50 according to 1 used. The ignition control device 50 includes a high frequency signal source 65 to provide the over the supply line 75 high-frequency signal to be fed. Furthermore, a first switch 30 provided via which the high-frequency signal source 65 with the supply line 75 is connectable. The first switch 30 is designed as a controlled switch and is controlled by a controller 55 driven. It can be designed, for example, as a transistor. Between the high frequency signal source 65 and the first switch 30 are means 25 to determine a measure for that from the combustion chamber end 20 of the high-frequency resonator 15 reflected signal components arranged. This measure can be, for example, the reflection factor at the end on the combustion chamber side 20 act. To determine this reflection factor, the signal strength is from the end on the combustion chamber side 20 reflected signal by that from the radio frequency signal source 65 provided signal strength divided. In the following, it should be assumed as an example that the measure determined is the reflection factor at the end on the combustion chamber side 20 is. The means 25 to measure the reflection factor are with the controller 55 connected. The ignition control device 50 further includes a DC voltage source 70 that have a second controlled switch 35 , which can also be designed as a transistor, with the lead 75 is connectable. Also the second controlled switch 35 is from the controller 55 driven. The high frequency signal source 65 and the DC voltage source 70 are on the other hand with the reference potential 45 connected.
In 2 ist
nun ein Zeitdiagramm für
den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Dabei ist die über
die Zuleitung 75 der Elektrode 10 zugeführte Spannung
U über
der Zeit t aufgetragen. Zu einem Zeitpunkt t0 beginnt
die Zündung
des im Brennraum 1 verdichteten Luft-Kraftstoff-Gemischs. Dazu steuert
die Steuerung 55 den ersten gesteuerten Schalter 30 zur
Verbindung der Hochfrequenzsignalquelle 65 mit der Zuleitung 75 an.
Auf diese Weise wird der Elektrode 10 ein hochfrequentes
Signal HF1 zugeführt.
Gleichzeitig veranlaßt
die Steuerung 55 den zweiten gesteuerten Schalter 35 zur
Verbindung der Gleichspannungsquelle 70 mit der Zuleitung 75,
so dass dem hochfrequenten Signal HF1 ein Gleichspannungssignal
DC überlagert
wird. Die Gleichspannung DC kann dabei 100 V oder mehr betragen.
In der Regel reicht eine Gleichspannung, die kleiner als 1 kV ist.
Eine größere Gleichspannung
ist jedoch möglich.In 2 is now a timing diagram for the ab represented course of the inventive method. Here is that via the supply line 75 the electrode 10 supplied voltage U plotted against time t. The ignition of the in the combustion chamber begins at a time t 0 1 compressed air-fuel mixture. The controller controls this 55 the first controlled switch 30 to connect the high frequency signal source 65 with the supply line 75 on. This way the electrode 10 a high-frequency signal HF1 supplied. At the same time, the control initiates 55 the second controlled switch 35 for connecting the DC voltage source 70 with the supply line 75 , so that the high-frequency signal HF1 is superimposed on a DC voltage signal DC. The DC voltage DC can be 100 V or more. As a rule, a DC voltage that is less than 1 kV is sufficient. However, a larger DC voltage is possible.
Mit Schließen des ersten gesteuerten
Schalters 30 beginnen die Mittel 25 mit der Ermittlung
des Reflexionsfaktors am brennraumseitigen Ende 20 des
Hochfrequenzresonators 15. Der Reflexionsfaktor wird dabei
so lange ermittelt, wie der erste gesteuerte Schalter 30 geschlossen
ist. Die Mittel 25 leiten den ermittelten Reflexionsfaktor
an die Steuerung 55 weiter, die, solange der erste gesteuerte
Schalter 30 geschlossen ist, den ermittelten Reflexionsfaktor
mit einem ersten vorgegebenen Wert vergleichen. Sobald der Reflexionsfaktor
den ersten vorgegebenen Wert überschreitet,
veranlaßt
die Steuerung 55 die Öffnung
des ersten gesteuerten Schalters 30 und damit die Trennung
der Hochfrequenzsignalquelle 65 von der Zuleitung 75.
Der erste vorgegebene Wert ist dabei beispielsweise so gewählt, dass
er einem Maß für die Reflexionen
bzw. einem Reflexionsfaktor am brennraumseitigen Ende 20 des
Hochfrequenzresonators 15 entspricht, bei dem das sich
am brennraumseitigen Ende 20 des Hochfrequenzresonators 15 bildende
Plasma leitfähig
wird bzw. eine Funkenbildung ermöglicht.
In diesem Fall wird der Abschluß des
Hochfrequenzresonators 15 am brennraumseitigen Ende 20 niederohmig
und die Reflexionen steigen entsprechend an. Die Reflexionen sind
somit ein Maß für das erzeugte
Plasma bzw. dessen Leitfähigkeit
am brennraumseitigen Ende 20 und damit für die einsetzende
Funkenbildung. Gemäß 2 erfolgt die Öffnung des
ersten gesteuerten Schalters 30 und damit die Abschaltung
der Einspeisung des hochfrequenten Signals zu einem Zeitpunkt t1, wie der von diesem Zeitpunkt an abnehmenden
Amplitude des ersten Hochfrequenzsignals HF1 entnommen werden kann.
Vom Zeitpunkt t1 an liegt somit ein leitfähiges Plasma vor, in dem es
zur Funkenbildung kommt. Diese führt
zu einem Zeitpunkt t2 zur Entflammung des
Luft-Kraftstoff-Gemischs
in der Brennkammer 1. Zu diesem Zeitpunkt liegt an der
Elektrode 10 nur noch die Gleichspannung DC an. Durch die
Gleichspannung DC wird das Plasma aufrechterhalten. Da das Plasma
zum Zeitpunkt, zu dem das erste Hochfrequenzsignal HF1 ausgeschaltet
wird, leitfähig
ist, führt
die Gleichspannung DC nach dem Abschalten der Einspeisung des hochfrequenten
Signals zur Aufrechterhaltung des durch die Einspeisung des hochfrequenten
Signals am brennraumseitigen Ende 20 des Hochfrequenzresonators 15 erzeugten
Plasmas. Entscheidend ist dabei, dass die Gleichspannung DC vor
dem Abschalten der Einspeisung des hochfrequenten Signals eingeschaltet
wurde. Durch die Gleichspannung DC, die auch als Brennspannung bezeichnet
wird, werden die von der Elektrode 10 an das Plasma abgegebenen
Elektronen nachgespeist, wodurch der Stromfluß aufrechterhalten wird. Der Strom
fließt
dabei über
das leitfähige
Plasma, ähnlich wie
bei einer Korona-Entladung.
Der Strom fließt
dabei von der Elektrode 10 über das leitfähige Plasma zum
Bezugspotential 45 in Form des Gehäuses 40 oder der Wand
des Brennraums 1. Durch Verwendung der Gleichspannung DC
zur Aufrechterhaltung des Plasmas ist es nicht erforderlich, weiterhin
ein hochfrequentes Signal in die Elektrode 10 einzuspeisen,
geschweige denn die Frequenz des hochfrequenten Signals der durch
das sich bildende Plasma sich ändernden
effektiven Länge
des Hochfrequenzresonators 15 nachzuführen. Außerdem werden aufgrund der
Abschaltung des hochfrequenten Signals nach der Erzeugung des leitfähigen Plasmas
auch Reflexionen am brennraumseitigen Ende 20 vermieden,
so dass die Hochfrequensignalquelle 65 vor Erwärmung und
Zerstörung
durch solche Reflexionen geschützt
ist. Zu einem dem Zeitpunkt t2 nachfolgenden
Zeitpunkt t3 kommt es bei dem entflammten Luft-Kraftstoff-Gemisch
zur Explosion, die den in 1 nicht
dargestellten Kolben des Zylinders 5 antreibt und zu einer
Expansion im Zylinder 5 führt. Eine Funkenbildung bzw.
ein leitfähiges
Plasma ist in dieser Phase im Brennraum 1 nicht mehr erforderlich,
so dass vom Zeitpunkt t3 an, die Gleichspannung
DC abgeschaltet werden kann. Dazu kann eine entsprechende Sensorik
vorgesehen sein, die in 1 nicht dargestellt
ist und den Druck im Brennraum 1 detektiert. Der Druck
kann der Steuerung 55 als Meßwert zugeführt werden. Die Steuerung 55 kann
in Abhängigkeit
des gemessenen Drucks die Expansionsphase nach der Explosion des
Luft-Kraftstoff-Gemischs erkennen und den zweiten gesteuerten Schalter 35 zum Öffnen veranlassen.
Von einem dem Zeitpunkt t3 nachfolgenden
Zeitpunkt t4 an wird das bei der Verbrennung
entstandene Abgas aus dem Brennraum 1 ausgestoßen. Von
einem dem Zeitpunkt t4 nachfolgenden Zeitpunkt
t5 an wird erneut Druck im Brennraum 1 aufgebaut
und ein neu gebildetes Gemisch aus Luft und Kraftstoff im Brennraum 1 komprimiert. Wiederum
mit Hilfe der beschriebenen Drucksensorik kann die Steuerung 55 den
Zündzeitpunkt
t6 detektieren, zu dem die Steuerung 55 den
ersten gesteuerten Schalter 30 schließt, um erneut über die Zuleitung 75 ein
zweites hochfrequentes Signal HF2 der Elektrode 10 zuzuführen. Auf
diese Weise wird erneut am brennraumseitigen Ende 20 des
Hochfrequenzresonators 15 ein Plasma gebildet. Zu einem dem
Zeitpunkt t6 nachfolgenden Zeitpunkt t7 detektiert die Steuerung 55 in
der beschriebenen Weise wieder, dass der von den Mitteln 25 ermittelte
Reflexionsfaktor über
dem ersten vorgegebenen Wert liegt und steuert den ersten gesteuerten
Schalter 30 zur Trennung der Verbindung zwischen der Hochfrequenzsignalquelle 65 und
der Zuleitung 75 an. Vom Zeitpunkt t7 an
liegt ein leitfähiges
Plasma am brennraumseitigen Ende 20 vor, und es kommt zur
Funkenbildung. Zwischen dem Zeitpunkt t6 und
dem Zeitpunkt t7 und somit vor dem Zeitpunkt
t7 ist wieder die Gleichspannung DC eingeschaltet
worden, die vom Zeitpunkt t7 an das leitfähige Plasma
aufrechterhält. Anschließend wiederholen
sich die oben beschriebenen Vorgänge.When the first controlled switch is closed 30 begin the means 25 with the determination of the reflection factor at the combustion chamber end 20 of the high-frequency resonator 15 , The reflection factor is determined as long as the first controlled switch 30 closed is. The means 25 pass the determined reflection factor to the controller 55 further that as long as the first controlled switch 30 is closed, compare the determined reflection factor with a first predetermined value. As soon as the reflection factor exceeds the first predetermined value, the control initiates 55 the opening of the first controlled switch 30 and thus the separation of the high frequency signal source 65 from the supply line 75 , The first predetermined value is selected, for example, so that it is a measure of the reflections or a reflection factor at the end on the combustion chamber side 20 of the high-frequency resonator 15 corresponds to that at the combustion chamber end 20 of the high-frequency resonator 15 forming plasma becomes conductive or allows sparking. In this case, the termination of the high frequency resonator 15 at the combustion chamber end 20 low resistance and the reflections increase accordingly. The reflections are thus a measure of the plasma generated or its conductivity at the end on the combustion chamber side 20 and thus for the onset of sparking. According to 2 the first controlled switch is opened 30 and thus switching off the feeding of the high-frequency signal at a time t 1 , as can be seen from the decreasing amplitude of the first high-frequency signal HF1 from this time. From time t1 onwards, there is a conductive plasma in which sparking occurs. At a time t 2, this causes the air-fuel mixture to ignite in the combustion chamber 1 , At this point it is up to the electrode 10 only the DC voltage on. The plasma is maintained by the DC voltage DC. Since the plasma is conductive at the point in time at which the first high-frequency signal HF1 is switched off, the DC voltage DC after the supply of the high-frequency signal has been switched off leads to the maintenance of that at the end on the combustion chamber side due to the supply of the high-frequency signal 20 of the high-frequency resonator 15 generated plasma. The decisive factor here is that the DC voltage DC was switched on before the supply of the high-frequency signal was switched off. The direct voltage DC, which is also referred to as the operating voltage, means that from the electrode 10 Electrons released to the plasma are replenished, whereby the current flow is maintained. The current flows through the conductive plasma, similar to a corona discharge. The current flows from the electrode 10 via the conductive plasma to the reference potential 45 in the form of the housing 40 or the wall of the combustion chamber 1 , By using the DC voltage DC to maintain the plasma, it is not necessary to continue to have a high frequency signal in the electrode 10 feed, let alone the frequency of the high-frequency signal of the effective length of the high-frequency resonator which changes due to the plasma being formed 15 to track. In addition, due to the switching off of the high-frequency signal after the generation of the conductive plasma, there are also reflections at the end on the combustion chamber side 20 avoided, so the high frequency signal source 65 is protected from heating and destruction by such reflections. At a point in time t 3 following the point in time t 2 there is an explosion in the ignited air-fuel mixture, which causes the in 1 Piston of the cylinder, not shown 5 drives and to an expansion in the cylinder 5 leads. A spark or a conductive plasma is in the combustion chamber in this phase 1 no longer required, so that the DC voltage DC can be switched off from time t 3 . A corresponding sensor system can be provided for this purpose 1 is not shown and the pressure in the combustion chamber 1 detected. The pressure can control 55 be supplied as a measured value. The control 55 can recognize the expansion phase after the explosion of the air-fuel mixture and the second controlled switch depending on the measured pressure 35 cause to open. From a point in time t 4 following point in time t 3 , the exhaust gas produced during combustion is removed from the combustion chamber 1 pushed out. From a time t 4 subsequent time t 5 of pressure is again in the combustion chamber 1 built up and a newly formed mixture of air and fuel in the combustion chamber 1 compressed. The controller can again use the pressure sensors described 55 Detect the ignition timing t 6 at which the control 55 the first controlled switch 30 closes to again over the supply line 75 a second high-frequency signal HF2 of the electrode 10 supply. In this way it is again at the end of the combustion chamber 20 of the high-frequency resonator 15 a plasma is formed. To a The control detects the time t 7 following the time t 6 55 in the manner described again that of the means 25 determined reflection factor is above the first predetermined value and controls the first controlled switch 30 to disconnect the connection between the radio frequency signal source 65 and the supply line 75 on. From time t 7 onwards, there is a conductive plasma at the end on the combustion chamber side 20 and sparking occurs. Between time t 6 and time t 7 and thus before time t 7 , the DC voltage DC has been switched on again, which maintains the conductive plasma from time t 7 . The processes described above are then repeated.
Während
der Zündungsphase,
also zwischen den Zeiten t0 und t1 bzw. t6 und t7 bestimmt das jeweilige hochfrequente Signal
HF1, HF2 das Zündverhalten,
da der Beitrag der Gleichspannung geringfügig ist. Nach Ausbildung des
leitfähigen
Plasmas und Abschalten der Einspeisung des jeweiligen hochfrequenten
Signals HF1, HF2 ist die Gleichspannung in der Lage, eine Feldstärke am brennraumseitigen
Ende 20 aufrechtzuerhalten, die ein weiteres Brennen des
leitfähigen
Plasmas für
die Zeit bis zur Explosion gewährleistet.
Es ist aufgrund der beschriebenen geometrischen Konfiguration des
Hochfrequenzresonators 15 am brennraumseitigen Ende 20 und
der bestehenden Leitfähigkeit
des gebildeten Plasmas dort möglich,
das Plasma weiter freistehend brennen zu lassen mit Hilfe der Gleichspannung
DC.During the ignition phase, that is between times t 0 and t 1 or t 6 and t 7 , the respective high-frequency signal HF1, HF2 determines the ignition behavior, since the contribution of the DC voltage is negligible. After formation of the conductive plasma and switching off the feed of the respective high-frequency signal HF1, HF2, the direct voltage is able to determine a field strength at the end on the combustion chamber side 20 that will continue to burn the conductive plasma for the time until the explosion. It is due to the described geometric configuration of the high frequency resonator 15 at the combustion chamber end 20 and the existing conductivity of the plasma formed there is possible to let the plasma burn free-standing with the help of the DC voltage DC.
Für
das Einschalten der Gleichspannung DC gibt es mehrere Möglichkeiten.
Wie beschrieben kann die Gleichspannung DC zusammen mit dem hochfrequenten
Signal von der Steuerung 55 eingeschaltet werden, wie dies
zum Zeitpunkt t0 gemäß 2 beschrieben wurde. Die Gleichspannung
DC kann aber auch nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung nach
Einschalten des hochfrequenten Signals und vor Abschalten des hochfrequenten
Signals eingeschaltet werden. Ein solcher Fall ist beispielsweise
beim Einschalten der Gleichspannung DC nach dem Zeitpunkt t6 und vor dem Zeitpunkt t7 in 2 dargestellt. Dabei sollte
die Zeitverzögerung kleiner
als die Dauer der Zündungsphase,
also kleiner als die Zeitdifferenz t7 – t6 bzw. t1 – t0 gewählt
werden, so dass die Gleichspannung DC vor der Ausbildung des leitfähigen Plasmas
am brennraumseitigen Ende 20 des Hochfrequenzresonators 15 bzw.
vor Erreichen des ersten vorgegebenen Wertes durch den Reflexionsfaktor
zwischen die Elektrode 10 und das Bezugspotential 45 angelegt
wird.There are several options for switching on the DC voltage. As described, the DC voltage DC along with the high frequency signal from the controller 55 be switched on, as is the case at time t 0 2 has been described. However, the DC voltage DC can also be switched on after a predetermined time delay after the high-frequency signal has been switched on and before the high-frequency signal has been switched off. Such a case is, for example, when the DC voltage DC is switched on after the time t 6 and before the time t 7 in 2 shown. The time delay should be less than the duration of the ignition phase, i.e. less than the time difference t 7 - t 6 or t 1 - t 0 , so that the DC voltage DC before the formation of the conductive plasma at the combustion chamber end 20 of the high-frequency resonator 15 or before the first predetermined value is reached by the reflection factor between the electrode 10 and the reference potential 45 is created.
Es ist entscheidend, dass die Gleichspannung
DC vor Abschalten der Einspeisung des jeweiligen hochfrequenten
Signals eingeschaltet wird, um das gebildete leitfähige Plasma
aufrechterhalten zu können.It is crucial that the DC voltage
DC before switching off the feed of the respective high-frequency
Signal is turned on to the conductive plasma formed
to be able to maintain.
Alternativ oder zusätzlich kann
es vorgesehen sein, dass die Steuerung 55 den zweiten gesteuerten
Schalter 35 schließt,
wenn der von den Mitteln 25 ermittelte Reflexionsfaktor
einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet,
der kleiner als der erste vorgegebene Wert ist. Auf diese Weise
wird sichergestellt, dass die Gleichspannung DC zugeschaltet wird,
bevor der Reflexionsfaktor den ersten vorgegebenen Wert erreicht
und somit bevor die Einspeisung des jeweiligen hochfrequenten Signals
HF1, HF2 abgeschaltet wird.Alternatively or additionally, it can be provided that the control 55 the second controlled switch 35 closes if that of the means 25 determined reflection factor exceeds a second predetermined value, which is smaller than the first predetermined value. In this way it is ensured that the DC voltage DC is switched on before the reflection factor reaches the first predetermined value and thus before the feed of the respective high-frequency signal HF1, HF2 is switched off.
Die galvanische Trennung zwischen
der Elektrode 10 und dem Gehäuse 40 ist erforderlich, damit überhaupt
die Gleichspannung DC zwischen die Elektrode 10 und das
Bezugspotential 45 angelegt werden kann, und es nicht zu
einem Kurzschluß kommt.The galvanic isolation between the electrode 10 and the housing 40 is required in order for the DC voltage to be between the electrode at all 10 and the reference potential 45 can be created and there is no short circuit.
