DE112017004113T5 - Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp - Google Patents

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Ryota Asakura
Tomokazu Sakashita
Takahiro Inoue
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Abstract

Es wird eine Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp angegeben, die die Anlegespannung einer Barriere-Zündkerze genau bestimmen kann, die das Auftreten einer Nichtzündungs-Entladung verursacht. In der Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp werden in einer Verbrennungs-Unterstützungssteuerung die Spannungsdifferenz (Vd) zwischen der Anlegespannung in der vorherigen Periode und der Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode in der AC-Periode auf der Basis einer Anlegespannung berechnet, die von einer Spannungs-Detektionsschaltung (14) detektiert wird. Dann wird bestimmt, ob in der Barriere-Zündkerze eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und zwar auf der Basis des Vergleichs zwischen der Spannungsdifferenz (Vd) und einem vorher vorgegebenen Schwellenwert (VJH, VJL) für die Entladungsbestimmung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp, die eine Zündung durch eine Nichtgleichgewichts-Plasmaentladung in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors durchführt.
  • Stand der Technik
  • In Hinblick auf eine solche Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp, wie oben beschrieben, ist eine in der unten aufgeführten PLT 1 offenbarte Zündvorrichtung bekannt. Die in der PLT 1 offenbarte Zündvorrichtung weist eine Zündkerze und eine Hochfrequenz-Energiequelle auf, die mit mindestens einer DC-Energiequelle, zwei Schalteinrichtungen und einem Spannungsanhebungs-Transformator versehen ist, und sie führt einen Antrieb mit abwechselndem Öffnen und Schließen der zwei Schalteinrichtungen durch, so dass eine AC-Koronaentladung in der Zündkerze erzeugt wird.
  • Bei der in der PLT 1 offenbarten Technologie werden die Energiequellen-Spannung der DC-Energiequelle und die Primärspannung des Spannungsanhebungs-Transformators detektiert; ein Q-Wert wird aus dem Spannungsverhältnis zwischen den zwei Spannungen berechnet; dann wird auf der Basis des Q-Werts detektiert, ob oder ob nicht eine Hochfrequenz-AC-Koronaentladung vorhanden ist.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentliteratur
  • PLT 1: JP 2014-224493 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben eine Technologie entwickelt, bei der in einem Zeitraum vor der Zündung eine Entladung erzeugt wird, die nicht zur Zündung führt; Ozon und Radikale werden im Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt, und demzufolge wird die Expansion der Verbrennung zur Zeit der Zündung erleichtert; im Ergebnis wird die Zündfähigkeit erhöht. Da jedoch die PLT 1 nur eine Technologie zum Bestimmen offenbart, ob oder ob nicht eine Koronaentladung vorhanden ist, kann dort gezündet werden, d. h. die PLT 1 offenbart keine Technologie zum Bestimmen, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und zwar zu dem Zeitpunkt, wenn eine Nichtzündungs-Entladung implementiert ist.
  • Um zu verhindern, dass eine Nichtzündungs-Entladung auftritt, ist es notwendig, die Anlegespannung einer Barriere-Zündkerze genau zu steuern. Bei der in der PLT 1 offenbarten Technologie gilt jedoch Folgendes: Auf der Basis der jeweiligen Detektionswerte der Spannung auf der Primärseite des Spannungsanhebungs-Transformators wird bestimmt, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht. Demzufolge eignet sich die herkömmliche Technologie nicht für die Steuerungs-Genauigkeit für die Anlegespannung, die bei einer Nichtzündungs-Entladung erforderlich ist.
  • Daher besteht Bedarf an einer Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp, die die Anlegespannung einer Barriere-Zündkerze genau bestimmen kann, die sonst das Auftreten einer Nichtzündungs-Entladung verursacht.
  • Lösung des Problems
  • Eine Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:
    • einen DC/DC-Umrichter, der eine DC-Spannung anhebt und die angehobene DC-Spannung ausgibt;
    • einen Wechselrichter, der die aus dem DC/DC-Umrichter ausgegebene DC-Spannung in eine AC-Spannung wandelt und die AC-Spannung ausgibt;
    • einen Transformator, der die aus dem Wechselrichter ausgegebene AC-Spannung anhebt und die angehobene AC-Spannung ausgibt;
    • einen Schwingkreis, der durch Resonanz die aus dem Transformator ausgegebene AC-Spannung verstärkt;
    • eine Barriere-Zündkerze, an welche die von dem Schwingkreis verstärkte AC-Spannung angelegt wird, die in einem Brennraum angeordnet ist und deren Elektroden mit einem Dielektrikum überzogen sind;
    • eine Spannungs-Detektionsschaltung, die eine Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze detektiert; und
    • eine Steuerung, die die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze durch Steuern des DC/DC-Umrichters und des Wechselrichters erhöht oder verringert,
    • wobei die Steuerung eine Verbrennungs-Unterstützungssteuerung durchführt, die eine Nichtzündungs-Entladungsspannung, die eine Nichtzündungs-Entladung verursacht, welche eine Entladung der Barriere-Zündkerze ist und nicht zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs führt, an die Barriere-Zündkerze anlegt, und zwar in einem Verbrennungs-Unterstützungszeitraum, der ein Zeitraum ist, der vor der Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum vorgegeben ist, und zum Erzeugen von Ozon und Radikalen und zum Erleichtern der Ausdehnung der Verbrennung zur Zeit der Zündung, und
    • wobei bei der Verbrennungs-Unterstützungssteuerung auf der Basis der Anlegespannung, die von der Spannungs-Detektionsschaltung detektiert wird, die Steuerung eine Spannungsdifferenz zwischen der Anlegespannung in der vorherigen Periode und der Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode in einer AC-Periode berechnet und dann bestimmt, ob in der Barriere-Zündkerze eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und zwar auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Spannungsdifferenz und einem vorher vorgegebenen Schwellenwert für die Entladungsbestimmung.
  • Außerdem ist es wünschenswert, dass auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze begonnen hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze beginnt.
  • Vorteil der Erfindung
  • In einer Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp gemäß der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Ob oder ob nicht eine Nichtzündungs-Entladung vorhanden ist, kann genau bestimmt werden, und zwar mittels einer Bestimmung auf der Basis der vorgenannten Spannungsdifferenz zwischen den Anlegespannungen für die Barriere-Zündkerze, indem eine Veränderung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises genutzt wird, die in Abhängigkeit davon hervorgerufen wird, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht. Außerdem ermöglicht es eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die Entladungs-Einsetzspannung genau zu bestimmen, und zwar auf der Basis der Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Nichtzündungs-Entladung begonnen hat.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, das die Schaltungskonfiguration einer Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2 ist ein Zeitdiagramm, das die jeweiligen Zeitverzögerungen darstellt, die von einem Resonanz-Anwachsen und einem negativen Resonanz-Anwachsen in einem Schwingkreis zu einer Zeit hervorgerufen werden, wenn die Ausgangsspannung eines DC/DC-Umrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verändert wird.
    • 3 ist ein Zeitdiagramm, das die jeweiligen Zeitverzögerungen darstellt, die von dem Resonanz-Anwachsen und dem negativen Resonanz-Anwachsen in einem Schwingkreis zu einer Zeit hervorgerufen werden, wenn die AC-Frequenz eines Wechselrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verändert wird.
    • 4 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Zündungssteuerung und der Verbrennungs-Unterstützungssteuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung einer Barriere-Zündkerze gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt, und zwar zu einer Zeit, wenn keine Entladung vorhanden ist.
    • 6 ist ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung einer Barriere-Zündkerze gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt, und zwar zu einer Zeit, wenn eine Entladung vorhanden ist.
    • 7 ist ein Frequenzgangdiagramm, das eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt, und zwar abhängig davon, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht.
    • 8 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern von Bestimmungen, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und von einer Entladungs-Einsetzspannung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Verhaltens der Lernsteuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Verhaltens der Lernsteuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Steuerungsverfahrens für eine Anlegespannung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 12 ist ein Kennliniendiagramm für das Verhältnis zwischen der Entladungs-Einsetzspannung und dem Druck in einem Brennraum gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Ausführungsform 1
  • Eine Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp gemäß Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Schaltungskonfigurations-Diagramm einer Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp. Die Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp weist Folgendes auf: eine Energiequellenschaltung 10, die eine AC-Spannung zuführt, einen Schwingkreis 3, der durch Resonanz die aus der Energiequellenschaltung 10 ausgegebene AC-Spannung verstärkt, eine Zündkerze 1, an welche die vom Schwingkreis 3 verstärkte AC-Spannung angelegt wird, und eine Steuerung 11, die die Energiequellenschaltung 10 steuert. Die Barriere-Zündkerze 1 ist in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors angeordnet. Die Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp ist eine Zündvorrichtung für den Verbrennungsmotor.
  • Die Elektrode der Barriere-Zündkerze 1 ist mit einem Dielektrikum überzogen. Beispielsweise ist eine stabförmige zentrale Elektrode mit einem Dielektrikum in der Form eines mit Boden versehenen Rohres überzogen, und der Umfang des Dielektrikums ist mit einer rohrförmigen Erdungselektrode über eine Funkenstrecke umgeben. Das Dielektrikum ist aus einem dielektrischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Titandioxid gebildet. Die zentrale Elektrode ist aus einem leitfähigen Metallmaterial, wie z. B. Cu, Fe oder Ni gebildet. Die Erdungselektrode ist aus einem leitfähigen Metallmaterial, wie z. B. Fe, Ni oder Edelstahl gebildet.
  • Die Energiequellenschaltung 10 weist Folgendes auf: eine Batterie 7 als DC-Energiequelle, einen DC/DC-Umrichter 6, der eine von der Batterie 7 zugeführte DC-Spannung anhebt und die angehobene DC-Spannung ausgibt, einen Wechselrichter 5, der die aus dem DC/DC-Umrichter 6 ausgegebene DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt und die AC-Spannung ausgibt, und einen Transformator 4, der die aus dem Wechselrichter 5 ausgegebene AC-Spannung anhebt und dann die AC-Spannung ausgibt und dem Schwingkreis 3 zuführt.
  • Der DC/DC-Umrichter 6 hebt die DC-Spannung der Batterie 7 auf eine DC-Spannung im Bereich von 50 V bis 600 V an und gibt dann die angehobene Spannung an den Wechselrichter 5 aus. Der Transformator 4 hebt die AC-Spannung an, die durch Wechselrichtung mittels des Wechselrichters 5 erhalten worden ist, und zwar auf eine AC-Spannung im Bereich von 500 V bis 30kV, und er gibt die angehobene AC-Spannung dann an den Schwingkreis 3 aus. Die mittels des Transformators 4 angehobene AC-Spannung wird auf eine AC-Spannung im Bereich von 5kV bis 50 kV angehoben, und zwar durch die Wirkung einer Serienresonanz zwischen einem Induktivitätselement und einem Kapazitätselement des Schwingkreises 3, und sie wird an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt. Dadurch wird eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 hervorgerufen.
  • Wenn eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 auftritt, wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Brennraum gezündet, und dann breitet sich eine Flamme im Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum explosionsartig aus. Der Verbrennungsmotor extrahiert Energie aus dem Druck, der durch die Verbrennung des gezündeten Kraftstoffs erhöht worden ist. Obwohl die Einzelheiten später noch beschrieben werden, gilt bei der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: Bevor die Zündung implementiert wird, wird eine Nichtzündungs-Entladung erzeugt, die nicht zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs führt. Ozon und Radikale werden im Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt, und demzufolge wird die Expansion der Verbrennung zur Zeit der Zündung erleichtert. Im Ergebnis wird die Zündfähigkeit erhöht.
  • Der DC/DC-Umrichter 6 weist eine Schalteinrichtung auf, die von der Steuerung 11 zum Ein-/Ausschalten angesteuert wird. Als DC/DC-Umrichter 6 können verschiedene Arten von allgemein bekannten Umrichtern verwendet werden. Beispielsweise kann eine Aufwärtswandlungs-Zerhackerschaltung verwendet werden, die mit einer Schalteinrichtung, einer Diode und einer Spule versehen ist. Alternativ kann ein DC/DC-Umrichter vom Isoliertyp, beispielsweise vom Sperrwandlertyp verwendet werden, der mit einer Schalteinrichtung, einer Diode und einem Transformator versehen ist.
  • Der Wechselrichter 5 weist eine Schalteinrichtung auf, die von der Steuerung 11 zum Ein-/Ausschalten angesteuert wird. Als Wechselrichter 5 können verschiedene Arten von allgemein bekannten Umrichtern verwendet werden. Beispielsweise kann eine Halbbrückenschaltung verwendet werden, die eine Reihenschaltung aufweist, in welcher zwei Schalteinrichtungen, die jeweils mit einer Diode auf invers-parallele Weise verbunden sind, miteinander in Reihe geschaltet sind. Alternativ kann eine Vollbrückenschaltung verwendet werden, bei welcher zwei Reihenschaltungen parallel zueinander geschaltet sind, und wobei in jeder der zwei Reihenschaltungen zwei Schalteinrichtungen, die jeweils mit einer Diode auf invers-parallele Weise verbunden sind, miteinander in Reihe geschaltet sind.
  • Für jede der Schalteinrichtungen des DC/DC-Umrichters 6 und des Wechselrichters 5 wird ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder dergleichen verwendet. Die Schalteinrichtung kann nicht nur aus einem Halbleiter gebildet sein, der Si (Silicium) verwendet, sondern auch aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand, wie z. B. SiC (Siliciumcarbid), GaN (Galliumnitrid), Ga2O3 (Galliumoxid) oder Diamant.
  • Der Transformator 4 hat eine Primärspule, die mit dem Wechselrichter 5 verbunden wird, eine Sekundärspule, die mit dem Schwingkreis 3 verbunden wird, sowie einen Eisenkern, auf welchen die Primärspule und die Sekundärspule gewickelt sind. Das Anhebungs-Verhältnis des Transformators 4 wird durch das Verhältnis der Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule zur Anzahl von Wicklungen der Primärspule bestimmt. Für den Fall, dass die Anlegespannung, die für eine Entladung notwendig ist, allein durch den Schwingkreis 3 gewährleistet werden kann, so kann der Transformator 4 auch entfernt werden.
  • Der Schwingkreis 3 ist aus einer Reihenschaltung gebildet, die aus einem Induktivitätselement und einem Kapazitätselement besteht. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schwingkreis 3 mit einer Resonanzspule 2 versehen. Der Schwingkreis 3 weist die Induktivitätskomponente der Resonanzspule 2, die Kapazitätskomponente der Barriere-Zündkerze 1 und die Streuinduktivitätskomponente des Transformators 4 auf. Der Schwingkreis 3 kann die Induktivitätskomponente der Resonanzspule 2 und die Kapazitätskomponente der Barriere-Zündkerze 1 aufweisen.
  • Alternativ kann der Schwingkreis 3 die Streuinduktivitätskomponente des Transformators 4 und die Kapazitätskomponente der Barriere-Zündkerze 1 aufweisen. Außerdem kann die Kapazitätskomponente des Schwingkreises 3 dadurch erhöht oder verringert werden, dass ein Kapazitätselement, wie z. B. ein Kondensator parallel zu oder in Reihe mit der Barriere-Zündkerze 1 geschaltet wird.
  • Die Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp weist eine Spannungs-Detektions-schaltung 14 auf, die eine Anlegespannung detektiert, die an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt werden soll. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Spannungs-Detektionsschaltung 14 eine Spannungsteiler-Kondensatorschaltung 14, die parallel zur Barriere-Zündkerze 1 geschaltet ist. Die Spannungsteiler-Kondensatorschaltung 14 besteht aus einem ersten Spannungsteiler-Kondensator 12 und einem zweiten Spannungsteiler-Kondensator 13, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
  • Die Seite des ersten Spannungsteiler-Kondensators 12 ist mit dem Verbindungsdraht für die Resonanzspule 2 und die Barriere-Zündkerze 1 verbunden, und die Seite des zweiten Spannungsteiler-Kondensators 13 ist mit einer Referenzspannung verbunden. Durch Verwendung des ersten Spannungsteiler-Kondensators 12 und des zweiten Spannungsteiler-Kondensators 13 teilt die Spannungsteiler-Kondensatorschaltung 14 eine Hochspannung von im Wesentlichen 5 kV bis 50 kV, die an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt werden soll.
  • Der Kapazitätswert des zweiten Spannungsteiler-Kondensators 13 ist im Vergleich zu demjenigen des ersten Spannungsteiler-Kondensators 12 groß genug. Beispielsweise wird ein Kondensator ausgewählt, dessen Kapazitätswert im Wesentlichen 500-mal so groß wie derjenige des ersten Spannungsteiler-Kondensators 12 ist. Die Teilungsspannung des zweiten Spannungsteiler-Kondensators 13 ist im Wesentlichen 0,5V bis 100V, und sie wird als Information über die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 in die Steuerung 11 eingegeben.
  • Die Spannungs-Detektionsschaltung 14 kann eine Spannungsteiler-Widerstandsschaltung sein, die aus einem ersten Spannungsteiler-Widerstand und einem zweiten Spannungsteiler-Widerstand besteht, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Teilungsspannung des zweiten Spannungsteiler-Widerstands kann als die Information über die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 in die Steuerung 11 eingegeben werden.
  • Steuerung 11
  • Die Steuerung 11 erhöht oder verringert die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1, indem sie den DC/DC-Umrichter 6 und den Wechselrichter 5 ansteuert. Eine Verarbeitungsschaltung der Steuerung 11 kann aus analogen elektronischen Schaltungen, wie z. B. einem Komparator, einem Operationsverstärker und einer Differenzverstärkerschaltung gebildet sein, sie kann aus digitalen elektronischen Schaltungen, wie z. B. einer Computer-Verarbeitungsschaltung, einer Speichereinrichtung und einer Eingabe-/Ausgabeschaltung gebildet sein, oder sie kann sowohl aus digitalen elektronischen Schaltungen, als auch analogen elektronischen Schaltungen gebildet sein.
  • Bei dieser Ausführungsform wird als Computer-Verarbeitungsschaltung eine CPU (zentrale Verarbeitungsschaltung), ein DSP (digitaler Signalprozessor), ein ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), ein FPGA (feldprogrammierbares Gate-Array) oder dergleichen verwendet. Es kann zulässig sein, dass als Computer-Verarbeitungsschaltung zwei oder mehr Computer-Verarbeitungsschaltungen vom gleichen Typ oder von unterschiedlichen Typen bereitgestellt werden und die jeweiligen Verarbeitungselemente auf geteilte Weise implementiert sind.
  • Als Speichereinrichtung wird ein RAM (Speicher mit wahlweisem Zugriff), ein ROM (Nur-Lese-Speicher) oder dergleichen verwendet. Die Eingabe-/Ausgabeschaltung weist eine Eingabeschaltung, wie z. B. einen A/D-Umsetzer oder dergleichen zum Eingeben der Ausgangssignale von verschiedenen Arten von Sensoren, Schaltern und dergleichen in die Computer-Verarbeitungsschaltung sowie eine Ausgabeschaltung, wie z. B. eine Antriebsschaltung oder dergleichen zum Ausgaben von Steuersignalen aus der Computer-Verarbeitungsschaltung an eine elektrische Last oder dergleichen auf.
  • Die Computer-Verarbeitungsschaltung, wie z. B. eine CPU, implementiert Programme, die in der Speichereinrichtung, wie z. B. einem ROM gespeichert sind, und sie arbeitet mit anderen Hardwareeinrichtungen, wie z. B. der Speichereinrichtung und der Eingabe-/Ausgabeschaltung in der Steuerung 11 zusammen, so dass die jeweiligen Verarbeitungselemente implementiert werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die Steuerung 11 eine Steuerschaltung 8 und eine Motorsteuereinheit 9 (nachfolgend als Motorsteuereinheit (ECU) 9 bezeichnet) auf. Die Motorsteuereinheit (ECU) 9 ist eine Hauptsteuerung, die integral den Verbrennungsmotor steuert. Die Steuerschaltung 8 steuert den DC/DC-Umrichter 6 und den Wechselrichter 5 derart, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 auftritt, und zwar in einem Zündzeitraum oder einem Verbrennungs-Unterstützungszeitraum, der von der Motorsteuereinheit (ECU) 9 spezifiziert wird.
  • Die Steuerschaltung 8 weist eine Computer-Verarbeitungsschaltung 20, eine Speichereinrichtung 21 und eine Eingabe-/Ausgabeschaltung 22 auf. Die Motorsteuereinheit (ECU) 9 weist eine Computer-Verarbeitungsschaltung 23, eine Speichereinrichtung 24 und eine Eingabe-/Ausgabeschaltung 25 auf. Die Steuerschaltung 8 und die Motorsteuereinheit (ECU) 9 arbeiten durch Kommunikation zusammen.
  • Auf der Basis des Ausgangssignals eines Kurbelwinkelsensors oder dergleichen detektiert die Motorsteuereinheit (ECU) 9 die Drehzahl und den Drehwinkel des Verbrennungsmotors, und sie detektiert den Einlass-Luftwert, der in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingelassen wird, und zwar auf der Basis des Ausgangssignals eines Einlass-Luftwertsensors.
  • Dann berechnet auf der Basis der Drehzahl des Einlass-Luftwerts und dergleichen des Verbrennungsmotors die Motorsteuereinheit (ECU) 9 einen Zündwinkel und einen Nichtzündungs-Entladungswinkel, und sie bestimmt den Zündzeitraum oder den Zeitpunkt des Verbrennungs-Unterstützungszeitraums auf der Basis des Zündwinkels, des Nichtzündungs-Entladungswinkels und des Drehwinkels des Verbrennungsmotors. Dann gibt die Motorsteuereinheit (ECU) 9 einen Befehl an die Steuerschaltung 8 aus.
  • Informationen über die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 werden in die Steuerschaltung 8 von der Spannungs-Detektionsschaltung 14 eingegeben. Im Zündzeitraum und zur Zeit des Verbrennungs-Unterstützungszeitraums, wie von der Motorsteuereinheit (ECU) 9 vorgegeben, führt die Steuerschaltung 8 eine Einschalt-/Ausschalt-Treibersteuerung der Schalteinrichtungen im DC/DC-Umrichter 6 und im Wechselrichter 5 durch, und zwar durch PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulation), so dass die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 angehoben wird.
  • Für den Fall, dass der DC/DC-Umrichter 6 eine Aufwärtswandlungs-Zerhackerschaltung ist, erhöht die Steuerschaltung 8 das Einschalt-Tastverhältnis der Schalteinrichtung im DC/DC-Umrichter 6, so dass die Ausgangs-DC-Spannung erhöht oder verringert wird.
  • Für den Fall, dass der Wechselrichter 5 aus einer Halbbrückenschaltung gebildet ist, in welcher eine erste Schalteinrichtung und eine zweite Schalteinrichtung miteinander in Reihe geschaltet sind, schaltet die Steuerschaltung 8 die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung in einer AC-Spannungsperiode (auch als AC-Periode bezeichnet) ein, so dass eine DC-Spannung in eine AC-Spannung mit der AC-Spannungsperiode wechselgerichtet wird. Es kann zulässig sein, dass die Steuerschaltung 8 die Ausgangs-AC-Spannung durch Verlängern oder Verkürzen von jedem der Einschaltzeiträume (Einschalt-Tastverhältnisse) der ersten Schalteinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung innerhalb der Hälfte der AC-Spannungsperiode erhöht oder verringert.
  • Verfahren zum Ändern der Anlegespannung
  • Die Verfahren zum Ändern der Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 umfassen ein Verfahren zum Verändern der Ausgangs-DC-Spannung für den DC/DC-Umrichter 6, ein Verfahren zum Verändern der AC-Frequenz, die vom Wechselrichter 5 erzeugt werden soll, und dergleichen. Wenn veranlasst wird, dass die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 nahe der Resonanzfrequenz ist, nimmt der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain (später beschrieben) des Schwingkreises 3 zu. Demzufolge nimmt die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 zu. Die AC-Frequenz ist der Kehrwert der AC-Periode.
  • Es kann Folgendes zulässig sein: Um die Leistungsverluste der gesamten Umrichtervorrichtung im DC/DC-Umrichter 6 und im Wechselrichter 5 zu verringern, werden die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 und die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 zusammenwirkend verändert. Genauer gesagt: Wenn die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 verändert wird, ändern sich die Spannungen, die an die Schalteinrichtungen im DC/DC-Umrichter 6 und im Wechselrichter 5 angelegt werden. Demzufolge ändern sich die Schaltverluste pro Schaltvorgang.
  • Außerdem gilt Folgendes: Wenn die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 verändert wird, erhöht oder verringert sich die Anzahl der Schaltvorgänge des Wechselrichters 5, und demzufolge ändern sich die Schaltverluste. Es kann zulässig sein, dass die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 und die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 derart verändert werden, dass die Gesamtverluste in der gesamten Umrichtervorrichtung verringert werden.
  • 2 zeigt das Steuerungsverhalten zu einer Zeit, wenn die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 verändert wird. In 2 gibt die Abszisse die Zeit an; die Ordinate gibt die Ausgangsspannung des DC/DC-Umrichters 6 und die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 an. Selbst wenn dann, um die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 um 0,1 kV zu erhöhen, die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 um 5V schrittweise erhöht wird, wird der Anstieg der Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 verzögert, und zwar infolge dessen, dass eine Zeitverzögerung für die Resonanz im Schwingkreis 3 wächst.
  • Diese Zeitverzögerung wird als Zeitverzögerung beim Resonanz-Anwachsen bezeichnet. Selbst wenn im Gegensatz dazu die Ausgangsspannung des DC/DC-Umrichters 6 um 5V schrittweise verringert wird, so wird der Abfall der Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 verzögert, und zwar infolge dessen, dass eine Zeitverzögerung für die Resonanz in negativer Richtung wächst. Diese Zeitverzögerung wird auch als Zeitverzögerung beim negativen Resonanz-Anwachsen bezeichnet.
  • 3 stellt ein Steuerungsverhalten zu einer Zeit dar, wenn die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 verändert wird. In 3 gibt die Abszisse die Zeit an; die Ordinate gibt die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 und die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 an. Selbst wenn dann, um die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 um 0,1 kV zu erhöhen, die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 um 0,1 kHz schrittweise verringert wird, so wird der Anstieg der Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 verzögert, und zwar infolge dessen, dass eine Zeitverzögerung für die Resonanz im Schwingkreis 3 wächst. Selbst wenn im Gegensatz dazu die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 um 0,1 kHz schrittweise verringert wird, wird der Abfall der Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 verzögert, und zwar infolge dessen, dass eine Zeitverzögerung für die Resonanz in negativer Richtung wächst.
  • Zündsteuerung und Verbrennungs-Unterstützungssteuerung
  • Der grundlegende Betrieb der Steuerung 11 wird unter Bezugnahme auf 4 erläutert. Bevor ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum gezündet wird, wird eine Nichtzündungs-Entladung erzeugt, die eine Barriereentladung der Barriere-Zündkerze 1 ist und nicht zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs führt. Dadurch werden Ozon und Radikale im Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt, so dass die Expansion der Verbrennung zur Zeit der Zündung erleichtert wird und sich demzufolge eine Verbesserung der Zündfähigkeit ergibt.
  • Zu diesem Zweck führt die Steuerung 11 eine Verbrennungs-Unterstützungssteuerung durch, bei welcher eine Nichtzündungs-Entladungsspannung, die eine AC-Spannung ist, welche eine Nichtzündungs-Entladung der Barriere-Zündkerze hervorruft und nicht zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs führt, an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt wird, und zwar im Verbrennungs-Unterstützungszeitraum, der ein Zeitraum ist, der vor der Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum vorgegeben ist, und der zum Erzeugen von Ozon und von Radikalen dient und zum Erleichtern der Expansion zur Zeit der Zündung dient.
  • Mit anderen Worten: Im Verbrennungs-Unterstützungszeitraum wird die Steuerung derart durchgeführt, dass eine Spannung erzeugt wird, bei welcher keine Zündung hervorgerufen wird, so dass in der Barriere-Zündkerze eine Entladung mit einer Energie erzeugt wird, die im Vergleich mit der Energie, die die Zündung hervorruft, so klein ist, dass keine Zündung auftritt.
  • Der Verbrennungs-Unterstützungszeitraum ist in zumindest einem von dem Luftansaughub und dem Verdichtungshub unter den jeweiligen Hüben von Luftansaugung, Verdichtung, Expansion und Ausstoß im Verbrennungsmotor vorgegeben. Außerdem führt die Steuerung 11 eine Zündungssteuerung durch, bei welcher in einem Zündzeitraum die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 auf die Zündspannung angehoben wird, die eine AC-Spannung ist, die veranlasst, dass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum gezündet wird.
  • In 4 gibt die Abszisse die Zeit an; die Ordinate gibt den Befehl für einen Zündzeitraum, den Befehl für einen Verbrennungs-Unterstützungszeitraum sowie die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 an. Wenn der Verbrennungs-Unterstützungszeitraum, der von der Motorsteuereinheit (ECU) 9 spezifiziert ist, hoch ist, legt die Steuerschaltung 8 an die Barriere-Zündkerze 1 die Nichtzündungs-Entladungsspannung an, so dass veranlasst wird, dass eine Nichtzündungs-Entladung auftritt.
  • Außerdem gilt Folgendes: Wenn der von der Motorsteuereinheit (ECU) 9 spezifizierte Zündzeitraum hoch (High) ist, legt die Steuerschaltung 8 eine Zündspannung an die Barriere-Zündkerze 1 an, um zu veranlassen, dass eine Zündung auftritt. Die Nichtzündungs-Entladungsspannung nimmt eine Spannung an, die verglichen mit der Zündspannung drastisch niedriger ist. Beispielsweise beträgt die Nichtzündungs-Entladungsspannung 5 kV, und die Zündspannung ist gleich groß wie oder größer als 20 kV.
  • Um die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 mit hoher Geschwindigkeit gemäß einer Veränderung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors zu ändern, wird die Steuerung ohne Zwischenschaltung der Motorsteuereinheit (ECU) 9 in der Steuerschaltung 8 derart durchgeführt, dass eine zur Zündung notwendige Spannung an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt wird. Die Steuerschaltung 8 überträgt Signale zur Entladungsdetektion, die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1, den Druck im Brennraum und dergleichen an die Motorsteuereinheit (ECU) 9.
  • In der vorliegenden Ausführungsform erhöht oder verringert die Steuerung 8 die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6, indem sie die Spannungs-Anhebungsrate des DC/DC-Umrichters 6 ändert, so dass sich die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 erhöht oder verringert. Außerdem steuert die Steuerschaltung 8 die Frequenz (AC-Frequenz) der AC-Spannung, die aus dem Wechselrichter 5 ausgegeben wird, so dass sie eine Steuerungsfrequenz fc annimt, die innerhalb des Resonanzfrequenzsbandes vorher vorgegeben ist, in welchem infolge von Resonanz im Schwingkreis 3 die AC-Spannung verstärkt wird.
  • Bestimmung der Entladungs-Einsetzspannung, Verwendung der Veränderung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit davon, ob es eine Entladung gibt oder nicht
  • Bei der Verbrennungs-Unterstützungssteuerung gilt Folgendes: Wenn die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 zu hoch ist, dann ist die Entladungsenergie zu groß, und demzufolge kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet werden. Im Gegensatzdazu tritt dann, wenn die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 zu niedrig ist, keine Entladung auf. Wie in 4 dargestellt, gilt im Verdichtungshub des Verbrennungsmotors Folgendes: Da dann, wenn der Druck im Brennraum steigt, die Entladungs-Einsetzspannung ebenfalls steigt, ist es notwendig, die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 zu erhöhen, um die Nichtzündungs-Entladung aufrechtzuhalten. Demzufolge ist es notwendig, eine passende Spannung an die Barriere-Zündkerze 1 anzulegen, die veranlasst, dass eine Nichtzündungs-Entladung auftritt.
  • Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 3 genutzt, die dadurch verursacht wird, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht. Auf der Basis der Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1, die von der Spannungs-Detektionsschaltung 14 detektiert wird, wird bestimmt, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, sowie die Entladungs-Einsetzspannung bestimmt. Dann wird die Anlegespannung so angepasst, dass sie passend ist.
  • Als nächstes wird das Prinzip einer Veränderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 3 erläutert, die in Abhängigkeit davon hervorgerufen wird, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht. 5 ist eine Ersatzschaltung der Barriere-Zündkerze 1 zu einer Zeit, wenn keine Entladung auftritt. Die Ersatzschaltung kann durch eine elektrostatische Kapazität 21 eines Dielektrikums der Barriere-Zündkerze 1, eine elektrostatische Kapazität 22 eines Gases zwischen den Funkenstrecken, eine parasitäre elektrostatische Kapazität 23 der Barriere-Zündkerze 1 und eine bidirektionale Zenerdiode 24 dargestellt werden.
  • Die bidirektionale Zenerdiode 24 ist eine Schaltung, die simuliert, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und zwar zwischen den Funkenstrecken der Barriere-Zündkerze 1. Wenn die Anlegespannung die positive oder negative Durchbruchspannung überschreitet, die der Entladungs-Einsetzspannung entspricht, wird die bidirektionale Zenerdiode 24 leitend.
  • 6 ist eine Ersatzschaltung der Barriere-Zündkerze 1 zu einer Zeit, wenn eine Entladung vorhanden ist. Der Unterschied zu 5 ist derjenige, dass - da eine Entladung startet und demzufolge die bidirektionale Zenerdiode 24 leitend ist - die elektrostatische Kapazität 22 des Gases zwischen den Funkenstrecken, die parallel zur bidirektionalen Zenerdiode 24 geschaltet sind, vernachlässigt werden kann (in 6 mit einer gepunkteten Linie dargestellt), und demzufolge wird die Ersatzschaltung eine parallele Schaltung, die aus der elektrostatischen Kapazität 21 des Dielektrikums der Barriere-Zündkerze 1 und der parasitären elektrostatischen Kapazität 23 der Barriere-Zündkerze 1 besteht.
  • Wenn C1 die kombinierte elektrostatische Kapazität in der Ersatzschaltung zu einer Zeit angibt, wenn keine Entladung vorhanden ist, und wenn C2 die kombinierte elektrostatische Kapazität in der Ersatzschaltung zu einer Zeit angibt, wenn eine Entladung vorhanden ist, verändert die Tatsache, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, die kombinierte elektrostatische Kapazität in der Ersatzschaltung. Die kombinierte elektrostatische Kapazität C2 in der Ersatzschaltung zu der Zeit, wenn eine Entladung vorhanden ist, ist größer als die kombinierte elektrostatische Kapazität C1 in der Ersatzschaltung zu der Zeit, wenn keine Entladung vorhanden ist.
  • Infolge einer Änderung der kombinierten elektrostatischen Kapazität der Barriere-Zündkerze 1, die dadurch hervorgerufen wird, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, ändert sich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 3. Die Resonanzfrequenz f des Schwingkreises 3 ergibt sich aus Gleichung (1), und zwar aus der Induktivität L der Resonanzspule 2, der Streuinduktivität des Transformators 4 und dergleichen, und der kombinierten elektrostatischen Kapazität C der Barriere-Zündkerze 1. Die Gleichung (1) zeigt an, dass dann, wenn eine Entladung beginnt und demzufolge die kombinierte elektrostatische Kapazität C der Barriere-Zündkerze 1 zunimmt, die Resonanzfrequenz f abnimmt. f = 1 / ( 2 ⋅ π ⋅ √ ( L ⋅ C ) )
    Figure DE112017004113T5_0001
  • 7 stellt den Frequenzgang des Spannungs-Verstärkungsfaktors Vgain des Schwingkreises 3 dar. In 7 gibt die Abszisse die AC-Frequenz an, und die Ordinate gibt den Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain des Schwingkreises 3 an. Die durchgezogene Linie stellt den Frequenzgang zu einer Zeit dar, wenn keine Entladung vorhanden ist, und die gepunktete Linie stellt den Frequenzgang zu einer Zeit dar, wenn eine Entladung vorhanden ist. Für den Fall, dass der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain 1 ist, wird die AC-Spannung vom Schwingkreis 3 nicht verstärkt, und dann wird die Ausgangs-AC-Spannung des Transformators 4 direkt an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt.
  • Bei der Resonanzfrequenz nimmt der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain den maximalen Scheitelwert an. Im Resonanzfrequenzband, das die Resonanzfrequenz enthält, ist der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain größer als 1. Demzufolge wird die Ausgangs-AC-Spannung des Transformators 4 vom Schwingkreis 3 verstärkt und an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt.
  • Die Resonanzfrequenz f2 zu der Zeit, wenn eine Entladung vorhanden ist, ist niedriger als die Resonanzfrequenz f1 zu der Zeit, wenn keine Entladung vorhanden ist. Bei einer Frequenz, die genau so hoch oder höher ist als die Resonanzfrequenz f1 zu einer Zeit, wenn keine Entladung vorhanden ist, gilt Folgendes: Da selbst dann, wenn die AC-Frequenz die gleiche ist, der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain abnimmt, wenn eine Entladung beginnt, nimmt die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 um den Wert ab, der der Abnahme des Spannungs-Verstärkungsfaktors Vgain entspricht. Wenn die Entladung aufhört, nimmt im Gegensatz dazu der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain zu. Daher nimmt die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 um den Wert zu, der dem Anstieg des Spannungs-Verstärkungsfaktors Vgain entspricht.
  • Bei einer Frequenz im Resonanzfrequenzband, die gleich hoch wie oder niedriger ist als die Resonanzfrequenz f2 zu einer Zeit, wenn eine Entladung vorhanden ist, gilt Folgendes: Selbst dann, wenn die AC-Frequenz die gleiche ist, nimmt der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain zu, wenn eine Entladung beginnt, die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 nimmt um den Wert zu, der dem Anstieg des Spannungs-Verstärkungsfaktors Vgain entspricht. Wenn die Entladung aufhört, nimmt im Gegensatz dazu der Spannungs-Verstärkungsfaktor Vgain ab. Daher nimmt die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 um den Wert ab, der der Abnahme des Spannungs-Verstärkungsfaktors Vgain entspricht.
  • Demzufolge versteht es sich, dass die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 zu der Zeit, wenn eine Entladung einsetzt und die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 zu der Zeit, wenn die Entladung aufhört, voneinander verschieden sind und dass bestimmt werden kann, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, indem die Spannungsdifferenz verwendet wird.
  • Bei der Verbrennungs-Unterstützungssteuerung berechnet demzufolge auf der Basis der Anlegespannung, die von der Spannungs-Detektionsschaltung 14 detektiert wird, die Steuerschaltung 8 eine Spannungsdifferenz Vd zwischen der Anlegespannung in der vorherigen Periode und der Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode in der AC-Periode, und sie bestimmt dann, ob in der Barriere-Zündkerze 1 eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und zwar auf der Basis des Vergleichs zwischen der Spannungsdifferenz Vd und einem vorher vorgegebenen Schwellenwert für die Entladungsbestimmung.
  • Auf der Basis der Anlegespannung zu der Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat, bestimmt die Steuerschaltung 8 dann die Entladungs-Einsetzspannung, die die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 einsetzt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform steuert bei der Verbrennungs-Unterstützungssteuerung die Steuerschaltung 8 die Frequenz der Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 so, dass sie eine Steuerungsfrequenz fc ist, welche eine Frequenz innerhalb des Resonanzfrequenzbands ist, in welchem eine AC-Spannung infolge der Resonanz im Schwingkreis 3 verstärkt wird, und die so vorgegeben ist, dass sie gleich hoch wie oder höher ist als die Resonanzfrequenz f1 des Schwingkreises 3 zu einer Zeit, wenn keine Entladung vorhanden ist.
  • Wenn die Spannungsdifferenz Vd, die erhalten wird, indem die Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode von der Anlegespannung in der vorherigen Periode subtrahiert wird, größer ist als ein positiver Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung, der auf einen positiven Wert vorgegeben ist, bestimmt die Steuerschaltung 8, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat.
  • Wenn die Spannungsdifferenz Vd kleiner als ein negativer Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung ist, der auf einen negativen Wert vorgegeben ist, bestimmt die Steuerschaltung 8, dass die Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 aufgehört hat.
  • Wenn die Spannungsdifferenz Vd zwischen dem positiven Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung und dem negativen Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung liegt, bestimmt die Steuerschaltung 8, dass der Entladungszustand der Barriere-Zündkerze 1, der zur unmittelbar vorherigen Zeit bestimmt worden ist, beibehalten wird.
  • 8 stellt das Verhalten der Bestimmung darüber dar, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, sowie die Entladungs-Einsetzspannung. In 8 gibt die Abszisse die Zeit an; die Ordinate gibt die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6, die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1, die Spannungsdifferenz Vd der Anlegespannung und das Ergebnis der Bestimmung an, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht.
  • Zu einem Zeitpunkt T01 wird die Ausgangsspannung des DC/DC-Umrichters 6 erhöht. Infolge einer Zeitverzögerung zum Resonanz-Anwachsen steigt dann die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 in einer verzögerten Art und Weise. Die Steuerschaltung 8 detektiert den maximalen Scheitelwert der Anlegespannung in der AC-Periode als die Anlegespannung.
  • Da die Anlegespannung bis auf die Entladungs-Einsetzspannung gestiegen ist, hat eine Entladung eingesetzt. Zum Zeitpunkt T02 nimmt die Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode von der Anlegespannung in der vorherigen Periode aus ab. Demzufolge nimmt die Spannungsdifferenz Vd zu, die erhalten wird, indem die Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode von der Anlegespannung in der vorherigen Periode subtrahiert wird.
  • Der positive Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung ist entsprechend dem Abfall des Spannungs-Verstärkungsfaktors Vgain vorgegeben, der von dem Einsetzen der Entladung hervorgerufen wird. Die Spannungsdifferenz Vd ist größer als der positive Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung. Zum Zeitpunkt T02 bestimmt daher die Steuerschaltung 8, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat. Außerdem bestimmt die Steuerschaltung 8 die Anlegespannung in der vorherigen Periode als die Entladungs-Einsetzspannung.
  • Da sich die Entladung für drei AC-Perioden fortsetzt, sich die Spannungsdifferenz Vd der Anlegespannung verringert hat und zwischen dem positiven Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung und dem negativen Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung liegt, bestimmt danach die Steuerschaltung 8, dass sich der Zustand fortsetzt, in welchem eine Entladung vorhanden ist.
  • Da zum Zeitpunkt T03 in der nächsten AC-Periode die Entladung aufhört, beispielsweise infolge der Wirkung eines Anstiegs des Drucks innerhalb des Brennraums, nimmt die Anlegespannung zu, und demzufolge nimmt die Spannungsdifferenz Vd ab. Der negative Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung ist entsprechend dem Anstieg des Spannungs-Verstärkungsfaktors Vgain vorgegeben, der von dem Aufhören der Entladung hervorgerufen wird. Die Spannungsdifferenz Vd ist kleiner als der negative Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung. Zum Zeitpunkt T03 bestimmt demzufolge die Steuerschaltung 8, dass die Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 aufgehört hat.
  • Da zum Zeitpunkt T04 in der nachfolgenden AC-Periode die Entladung wieder einsetzt, nimmt die Anlegespannung ab, und demzufolge ist die Spannungsdifferenz Vd größer als der positive Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung. Zum Zeitpunkt T04 bestimmt daher die Steuerschaltung 8, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat. Außerdem bestimmt die Steuerschaltung 8 die Anlegespannung in der vorherigen Periode als die Entladungs-Einsetzspannung.
  • Da zum Zeitpunkt T05 in der nachfolgenden AC-Periode die Entladung aufhört, nimmt die Anlegespannung zu, und demzufolge ist die Spannungsdifferenz Vd kleiner als der negative Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung. Zum Zeitpunkt T05 bestimmt demzufolge die Steuerschaltung 8, dass die Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 aufgehört hat.
  • In der nächsten AC-Periode gilt Folgendes: Da sich der Unterbrechungszustand der Entladung fortsetzt, liegt die Spannungsdifferenz Vd der Anlegespannung zwischen dem positiven Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung und dem negativen Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung. Demzufolge bestimmt die Steuerschaltung 8, dass sich der Zustand fortsetzt, in welchem keine Entladung vorhanden ist.
  • Da zum Zeitpunkt T06 in der nachfolgenden AC-Periode die Entladung wieder einsetzt, nimmt die Anlegespannung ab, und demzufolge ist die Spannungsdifferenz Vd größer als der positive Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung. Zum Zeitpunkt T06 bestimmt daher die Steuerschaltung 8, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat. Außerdem bestimmt die Steuerschaltung 8 die Anlegespannung in der vorherigen Periode als die Entladungs-Einsetzspannung. Danach setzt sich die Entladung für zwei AC-Perioden fort.
  • Die Steuerschaltung 8 kann die Schwellenwerte VJH und VJL für die Entladungsbestimmung gemäß dem PD-Produkt ändern, das berechnet wird, indem der Druck P innerhalb des Brennraums mit der Funkenstrecke D multipliziert wird. Wenn beispielsweise der Druck P innerhalb des Brennraums und die Funkenstrecke D groß sind, wird das PD-Produkt groß. Wenn das PD-Produkt groß ist, eine Entladung stark ist, die in der Funkenstrecke auftritt, und demzufolge die Spannungsdifferenz Vd zwischen den Anlegespannungen groß wird, sind die jeweiligen Absolutwerte der Schwellenwerte VJH und VJL für die Entladungsbestimmung auf große Werte vorgegeben.
  • Wenn im Gegensatz dazu das PD-Produkt klein ist, eine Entladung schwach ist, die in der Funkenstrecke auftritt, und demzufolge die Spannungsdifferenz Vd zwischen den Anlegespannungen klein wird, sind die jeweiligen Absolutwerte der Schwellenwerte VJH und VJL für die Entladungsbestimmung auf kleine Werte vorgegeben. Mit anderen Worten: Die Steuerschaltung 8 erhöht die jeweiligen Absolutwerte der Schwellenwerte VJH und VJL für die Entladungsbestimmung bei größer werdendem PD-Produkt.
  • Außerdem kann es zulässig sein, dass dann, wenn das PD-Produkt kleiner ist als ein vorher vorbestimmter Bestimmungswert, die Steuerschaltung 8 eine Wahrscheinlichkeitsbestimmung durchführt. Genauer gesagt, es kann zulässig sein, dass die Steuerschaltung 8 Folgendes berechnet: Die Wahrscheinlichkeit, dass die Spannungsdifferenz Vd zwischen dem positiven Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung und einem positiven Wahrscheinlichkeitsbestimmungs-Schwellenwert liegt, der auf einen positiven Wert vorgegeben ist, der kleiner ist als der positive Schwellenwert VJH für die Entladungsbestimmung, oder die Wahrscheinlichkeit, dass die Spannungsdifferenz Vd zwischen dem negativen Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung und einem negativen Wahrscheinlichkeitsbestimmungs-Schwellenwert liegt, der auf einen negativen Wert vorgegeben ist, der größer ist als der negative Schwellenwert VJL für die Entladungsbestimmung, und dass dann, wenn die berechnete Wahrscheinlichkeit größer ist als der vorher vorgegebene Bestimmungswert, die Steuerschaltung 8 bestimmt, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat.
  • Steuerung der Anlegespannung
  • Es ist lediglich notwendig, dass die Steuerschaltung 8 den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung ändert, die an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt werden soll, und zwar auf der Basis der bestimmten Entladungs-Einsetzspannung, so dass selbst dann, wenn verschiedene Arten von Variationsfaktoren und Fluktuationsfaktoren auftreten, sicher gewährleistet ist, dass eine Nichtzündungs-Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 auftritt.
  • Insbesondere ist es nur notwendig, dass die Steuerschaltung 8 den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, die an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt werden soll, auf eine Spannung ändert, die erhalten wird, indem eine vorher vorgegebene Offset-Spannung α zur bestimmten Entladungs-Einsetzspannung addiert wird, so dass die Steuerung derart ausgeführt wird, dass im Verbrennungs-Unterstützungszeitraum eine Entladung kontinuierlich in der Barriere-Zündkerze 1 erzeugt wird und keine Zündung einsetzt. Die Offset-Spannung α ist vorher auf einen Spannungswert vorgegeben, bei welchem eine Entladung beibehalten werden kann, aber keine Zündung einsetzt.
  • Wie in 8 dargestellt, ist es nur notwendig, dass im Verbrennungs-Unterstützungszeitraum das Einsetzen und Aufhören der Entladung zweimal oder öfter implementiert wird, und dass die Entladungs-Einsetzspannung zweimal oder öfter bestimmt wird, so dass die Detektionsgenauigkeit für die Entladungs-Einsetzspannung erhöht wird. Zu diesem Zweck ist es nur notwendig, dass die Steuerschaltung 8 den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, die an die Barriere-Zündkerze 1 angelegt werden soll, auf die bestimmte Entladungs-Einsetzspannung oder auf eine Spannung ändert, die erhalten wird, indem eine Spannung, die kleiner ist als die Offset-Spannung α, zur Entladungs-Einsetzspannung addiert wird.
  • Lernsteuerung des Befehlswerts für die Nichtzündungs-Entladungsspannung auf der Basis der Entladungs-Einsetzspannung
  • Nachdem die Verbrennungs-Unterstützungssteuerung gestartet ist, steuert die Steuerschaltung 8 die Frequenz der AC-Spannung, die aus dem Wechselrichter 5 ausgegeben wird, auf die vorher vorgegebene Steuerungsfrequenz fc im Resonanzfrequenzband. Zugleich erhöht die Steuerschaltung 8 die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5, bis bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat. Nachdem bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat, erhöht oder verringert die Steuerschaltung 8 die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5, so dass sich die Anlegespannung dem Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung annähert.
  • Dann führt die Steuerschaltung 8 eine Lernsteuerung zum Verändern des Befehlswerts für die Nichtzündungs-Entladungsspannung durch, die beim nächsten Mal verwendet wird, so dass die Spannungsdifferenz zwischen der Entladungs-Einsetzspannung, die dieses Mal bestimmt worden ist, und dem Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, der dieses Mal verwendet worden ist, abnimmt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform verändert die Steuerschaltung 8 den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, die beim nächsten Mal verwendet wird, so dass die Spannungsdifferenz zwischen der Entladungs-Einsetzspannung, die dieses Mal bestimmt worden ist, und dem Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, der dieses Mal verwendet worden ist, allmählich abnimmt. Mit anderen Worten: Die Widerspiegelungsrate der Spannungsdifferenz zum Befehlswert beim nächsten Mal ist auf einen kleinen Wert vorgegeben. Demzufolge spiegelt sich die Spannungsdifferenz im Befehlswert in einer gemittelten Weise wider, und der Befehlswert wird zum Lernwert der Spannungsdifferenz.
  • Außerdem verändert die Steuerschaltung 8 den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, die im nächsten Verbrennungs-Unterstützungszeitraum verwendet wird, so dass die Spannungsdifferenz zwischen der Entladungs-Einsetzspannung, die im gegenwärtigen Verbrennungs-Unterstützungszeitraum bestimmt wird, und dem Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, der im gegenwärtigen Verbrennungs-Unterstützungszeitraum verwendet wird, abnimmt.
  • Alternativ gilt für den Fall, der in 8 dargestellt ist, Folgendes: Das Einsetzen und Aufhören der Entladung wird zweimal oder öfter im Verbrennungs-Unterstützungszeitraum implementiert, und die Entladungs-Einsetzspannung wird zweimal oder öfter bestimmt, die Steuerschaltung 8 kann den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung ändern, die verwendet wird, nachdem bestimmt worden ist, dass die nächste Entladung eingesetzt hat, und zwar jedes Mal, wenn die Entladungs-Einsetzspannung bestimmt wird, sogar im gegenwärtigen Verbrennungs-Unterstützungszeitraum.
  • Die Steuerschaltung 8 erhöht oder verringert die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6, so dass sie die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 erhöht oder verringert. Das Erhöhen oder Verringern der Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 ist in jeder AC-Periode implementiert.
  • 9 stellt das Verhalten der Lernsteuerung des Befehlswerts dar. In 9 gibt die Abszisse die Zeit an; die Ordinate gibt den Befehl für einen Zündzeitraum, den Befehl für einen Verbrennungs-Unterstützungszeitraum sowie die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 an. Die Anlegespannung ist mittels einer Linie, die die maximalen Scheitelwerte der Anlegespannung verbindet, und einer Linie dargestellt, die deren minimale Scheitelwerte verbindet, und zwar in der AC-Periode.
  • 10 stellt die jeweiligen erweiterten Verhalten der Scheitelwerte der Anlegespannungen zu einer Zeit dar, wenn die Verbrennungs-Unterstützungssteuerung implementiert ist, bevor das Lernen durchgeführt worden ist, und zu einer Zeit, wenn die Verbrennungs-Unterstützungssteuerung implementiert ist, nachdem das Lernen durchgeführt worden ist. In 9 gilt Folgendes: Wenn die erste Verbrennungs-Unterstützungssteuerung implementiert wird, ist der Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung noch nicht gelernt.
  • Demzufolge schwingt die Anlegespannung in Bezug auf die Entladungs-Einsetzspannung. Wenn die zweite Verbrennungs-Unterstützungssteuerung implementiert ist, nehmen die Schwingungskomponenten der Anlegespannung in Bezug auf die Entladungs-Einsetzspannung ab, da das Lernen des Befehlswerts für die Nichtzündungs-Entladungsspannung einmal durchgeführt worden ist.
  • Wenn die dritte Verbrennungs-Unterstützungssteuerung implementiert ist, nehmen die Schwingungskomponenten der Anlegespannung in Bezug auf die Entladungs-Einsetzspannung weiter ab, da das Lernen des Befehlswerts für die Nichtzündungs-Entladungsspannung zweimal durchgeführt worden ist, und demzufolge ist das Verhalten der Anlegespannung stabil.
  • Als Lernverfahren für den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung kann irgendein beliebiges Lernverfahren verwendet werden, solange es die Spannungsdifferenz zwischen der gegenwärtigen Entladungs-Einsetzspannung und dem Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung verringert. Beispielsweise integriert die Steuerschaltung 8 jede der Spannungsdifferenzen durch Verwendung eines Integrators, und sie gibt einen Wert, der erhalten wird, indem der Integrationswert zum Anfangswert des Befehlswerts für die Nichtzündungs-Entladungsspannung addiert wird, als den nächsten Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung vor.
  • Mit zunehmender Anzahl von Lernvorgängen konvergieren die Integrationswerte gegen einen festen Wert. Es kann veranlasst werden, dass die Anlegespannung der Entladungs-Einsetzspannung mit hoher Geschwindigkeit folgt, indem eine solche Lernsteuerung durchgeführt wird. Demzufolge kann die Schwingung der Anlegespannung infolge einer Zeitverzögerung, die durch ein Resonanz-Anwachsen oder ein negatives Resonanz-Anwachsen hervorgerufen wird, unterbunden werden.
  • Für eine Änderung des Drucks innerhalb des Brennraums, die durch eine Änderung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors verursacht wird, wird es demzufolge ermöglicht, dass mit einer hohen Geschwindigkeit und auf stabile Art und Weise detektiert wird, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und auch, dass die Entladungs-Einsetzspannung mit einer hohen Geschwindigkeit und auf stabile Art und Weise detektiert wird.
  • In dieser Hinsicht gilt jedoch Folgendes: Obwohl es bei der Lernsteuerung, bei welcher jedes Mal, wenn die Verbrennungs-Unterstützungssteuerung implementiert wird, der Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung verändert wird, eine beträchtliche Zeit dauert, bis die Befehlswerte gegen einen festen Wert konvergieren, wird die Lernsteuerung ohne Weiteres auf einen Verbrennungsmotor angewendet, der auf gleichförmige Weise betrieben wird.
  • Es bedarf jedoch einiger Findigkeit, wenn die Lernsteuerung bei einem Verbrennungsmotor verwendet wird, dessen Betriebszustand sich sehr schnell ändert. Da sich beispielsweise jedes Mal, wenn sich der Betriebszustand ändert, der Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung ändert, kann es zulässig sein, dass ein Integrationswert für jeden der Betriebszustände zur Verfügung gestellt wird, und dass die Integrationswerte, die zu den jeweiligen Befehlswerten addiert werden sollen, bei sich ändernden Betriebszuständen umgeschaltet werden.
  • Vorgeben des Befehlswerts für die Nichtzündungs-Entladungsspannung auf der Basis der Entladungs-Einsetzspannung
  • Alternativ kann es zulässig sein, dass die vorgenannte Lernsteuerung nicht implementiert wird. Mit anderen Worten: Die Steuerschaltung 8 steuert die Frequenz der AC-Spannung, die aus dem Wechselrichter 5 ausgegeben wird, auf die vorher vorgegebene Steuerungsfrequenz fc im Resonanzfrequenzband. Zugleich erhöht die Steuerschaltung 8 die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 in jeder AC-Periode, bis bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat.
  • Nachdem bestimmt worden ist, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat, erhöht oder verringert die Steuerschaltung 8 dann die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 in jeder AC-Periode, so dass sich die Anlegespannung der Entladungs-Einsetzspannung annähert, die zu einer Zeit bestimmt wird, wenn bestimmt wird, dass die Entladung eingesetzt hat. In der vorliegenden Ausführungsform erhöht oder verringert die Steuerschaltung 8 die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 vor der AC-Periode, so dass die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 erhöht oder verringert wird.
  • In 11 stellt die durchgezogene Linie das Verhalten dieses Steuerungsverfahrens dar. In 11 gibt die Abszisse die Zeit an; die Ordinate gibt die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 an. Die Anlegespannung ist mittels einer Linie, die die maximalen Scheitelwerte der Anlegespannung verbindet, und einer Linie dargestellt, die deren minimale Scheitelwerte verbindet, und zwar in der AC-Periode.
  • Für eine Änderung des Drucks innerhalb des Brennraums, die durch eine Änderung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors verursacht wird, ermöglicht es dieses Steuerungsverfahren, zu detektieren, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, sowie die Entladungs-Einsetzspannung zu detektieren, und zwar mit einer hohen Geschwindigkeit. In dieser Hinsicht gilt jedoch Folgendes: Infolge einer Zeitverzögerung, die durch ein Resonanz-Anwachsen oder negatives Resonanz-Anwachsen hervorgerufen wird, schwingt die Anlegespannung in Bezug auf die Entladungs-Einsetzspannung.
  • Insbesondere gilt Folgendes: Da, nachdem bestimmt wird, dass eine Entladung eingesetzt hat, die Anlegespannung über die Entladungs-Einsetzspannung hinaus schwingt, wird eine Spannung angelegt, die höher ist als die Entladungs-Einsetzspannung.
  • Um zu unterbinden, dass die Anlegespannung über die Entladungs-Einsetzspannung hinaus schwingt, kann die Steuerschaltung 8 auf die folgende Weise konfiguriert sein. Die Steuerschaltung 8 kann die Frequenz der AC-Spannung, die aus dem Wechselrichter 5 ausgegeben wird, auf die vorher vorgegebene Steuerungsfrequenz fc im Resonanzfrequenzband steuern. Die Steuerschaltung 8 kann die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 alle zwei oder mehr AC-Perioden entsprechend der Zeitverzögerung erhöhen, die vom Resonanz-Anwachsen im Schwingkreis hervorgerufen wird, bis bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat.
  • Nachdem bestimmt worden ist, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze 1 eingesetzt hat, kann die Steuerschaltung 8 dann die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 erhöhen oder verringern, und zwar alle zwei oder mehr AC-Perioden, so dass sich die Anlegespannung der Entladungs-Einsetzspannung annähert, die zu einer Zeit bestimmt wird, wenn bestimmt wird, dass die Entladung eingesetzt hat. In der vorliegenden Ausführungsform erhöht oder verringert die Steuerschaltung 8 die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 zwei oder mehr AC-Periode vorher, so dass die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 erhöht oder verringert wird.
  • Die Dauer der zwei oder mehr AC-Perioden ist auf eine Zeitverzögerung von einer Zeit, wenn die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 schrittweise erhöht wird, bis zu einer Zeit vorgegeben, wenn sich die Änderung der Anlegespannung stabilisiert. Beispielsweise ist die Dauer der zwei oder mehr AC-Perioden auf eine Zeitverzögerung von einer Zeit, wenn die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 schrittweise erhöht wird, bis zu einer Zeit vorgegeben, wenn die Anlegespannung 90% des Konvergenzwerts erreicht.
  • Mit dem Verhalten dieses Steuerungsverfahrens, wie mit einer gepunkteten Linie in 11 dargestellt, wird es ermöglicht, zu unterbinden, dass die Anlegespannung über die Entladungs-Einsetzspannung hinaus schwingt. In dieser Hinsicht gilt jedoch Folgendes: Da der Startzeitpunkt der Entladung und der Detektionszeitpunkt für die Entladungs-Einsetzspannung verzögert sind, ist es wünschenswert, dass dieses Steuerungsverfahren verwendet wird, wenn sich ungeachtet der Verzögerung dieser Zeitpunkte keine Probleme ergeben.
  • Sowohl für den Fall, dass die vorgenannte Lernsteuerung durchgeführt wird, als auch für den Fall, in welchem die Lernsteuerung nicht durchgeführt wird, kann die Steuerschaltung 8 die AC-Frequenz des Wechselrichters 5 in jeder AC-Periode oder alle zwei oder mehr AC-Perioden verändern, wie oben beschrieben, anstelle die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 zu ändern. Für den Fall, dass die Anlegespannung erhöht wird, wird veranlasst, dass sich die AC-Frequenz der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 3 nähert. Für den Fall, dass die Anlegespannung verringert wird, wird veranlasst, dass sich die AC-Frequenz von dessen Resonanzfrequenz entfernt.
  • Ausführungsform 2
  • Als nächstes wird eine Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. Die Erläuterung der Bestandteile, die die gleichen sind wie diejenigen bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1, werden weggelassen. Die grundlegende Konfiguration und Verarbeitung der Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp gemäß Ausführungsform 2 sind die gleichen wie diejenigen der Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp gemäß Ausführungsform 1. Die Ausführungsform 2 unterscheidet sich jedoch von der Ausführungsform 1 darin, dass zusätzlich zur Konfiguration gemäß Ausführungsform 1 die Steuerung 11 den Druck innerhalb des Brennraums schätzt, und zwar auf der Basis der Entladungs-Einsetzspannung.
  • Wie unter Bezugnahme auf 4 gemäß Ausführungsform 1 erläutert, nimmt im Verdichtungshub des Verbrennungsmotors bei steigendem Druck innerhalb des Brennraums die Entladungs-Einsetzspannung zu. Daher kann auf der Basis der Entladungs-Einsetzspannung der Druck innerhalb des Brennraums geschätzt werden. Bei zunehmendem Druck innerhalb des Brennraums nimmt außerdem die Zündspannung zu, die zur Zündung notwendig ist. Daher ist es wünschenswert, dass die Zündspannung passend gemäß dem Druck innerhalb des Brennraums verändert wird, und zwar zu einer Zeit unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt.
  • Demzufolge bezieht sich bei der vorliegenden Ausführungsform die Steuerschaltung 8 auf eine Relationskennlinie, in welcher die Relation zwischen der Entladungs-Einsetzspannung und dem Druck innerhalb des Brennraums vorher vorgegeben ist, und sie schätzt dann den Druck innerhalb des Brennraums entsprechend der bestimmten Entladungs-Einsetzspannung. Auf der Basis des geschätzten Druckes innerhalb des Brennraums berechnet die Steuerschaltung 8 den Befehlswert für die Zündspannung, die eine Anlegespannung ist, die zur Zündung notwendig ist. Wenn die Zündungssteuerung implementiert wird, erhöht die Steuerschaltung 8 dann die Anlegespannung bis auf den Befehlswert für die Zündspannung.
  • Die Zündspannungs-Anlegezeit, die für eine stabile Verbrennung nötig ist, ändert sich in Abhängigkeit der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors. Auf der Basis der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors verändert daher die Steuerschaltung 8 die Zündspannungs-Anlegezeit. Unter einer zündwidrigen Bedingung, wie z. B. derjenigen, dass der Druck innerhalb des Brennraums hoch ist, gibt die Steuerschaltung 8 die Anlegezeit so vor, dass sie länger ist als unter irgendeiner der anderen Bedingungen.
  • Unter einer zündbegünstigenden Bedingung, wie z. B. derjenigen, dass die Temperatur des Brennraums hoch ist, gibt die Steuerschaltung 8 die Anlegezeit so vor, dass sie kürzer ist als unter irgendeiner der anderen Bedingungen. Die Steuerschaltung 8 bezieht sich auf eine Relationskennlinie, in welcher die Relation zwischen der Zündspannungs-Anlegezeit und den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors, wie z. B. der Druck innerhalb des Brennraums und die Temperatur des Brennraums, vorher vorgegeben ist, und sie berechnet dann die Zündspannungs-Anlegezeit entsprechend der geschätzten oder detektierten Betriebsbedingung.
  • Während der Anlegezeit erhöht dann die Steuerschaltung 8 die Anlegespannung bis auf den Befehlswert für die Zündspannung. Die Relationskennlinie der Anlegezeit wird vorher auf der Basis des Ergebnisses eines Experiments und dergleichen vorgegeben. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Stabilität der Verbrennung erhöht wird, und zwar ungeachtet der Betriebsbedingung, und sie ermöglicht es, die Zündenergie zu verringern.
  • 12 stellt die Relationskennlinie zwischen der Entladungs-Einsetzspannung und dem Druck innerhalb des Brennraums dar. In 12 gibt die Abszisse den Druck innerhalb des Brennraums des Verbrennungsmotors an; die Ordinate gibt die Entladungs-Einsetzspannung für die Barriere-Zündkerze 1 an. Bei steigendem Druck innerhalb des Brennraums des Verbrennungsmotors nimmt die Entladungs-Einsetzspannung zu. Wenn sich die Form, die Funkenstrecke oder dergleichen der Barriere-Zündkerze 1 unterscheiden, unterscheiden sich die Kennlinien als diejenigen der Barriere-Zündkerze A und der Barriere-Zündkerze B voneinander, wie in 10 dargestellt.
  • Demzufolge wird für jede der Barriere-Zündkerzen die Relationskennlinie zwischen der Entladungs-Einsetzspannung und dem Druck innerhalb des Brennraums vorher in einer vorausgehenden Bewertung abgebildet, und dann werden die Abbildungsdaten in der Speichereinrichtung der Steuerschaltung 8 gespeichert. Die Abbildungsdaten können in der Speichereinrichtung der Motorsteuereinheit (ECU) 9 gespeichert sein. Alternativ kann die Motorsteuereinheit (ECU) 9 den Druck innerhalb des Brennraums auf der Basis einer Verbrennungs-Einsetzspannung schätzen, die aus der Steuerschaltung 8 übertragen wird.
  • Die Steuerschaltung 8 kann einen kritischen Wert der Anlegespannung, der zur Zündung notwendig ist, als Befehlswert für die Zündspannung berechnen. Beispielsweise berechnet auf der Basis des geschätzten Drucks innerhalb des Brennraums die Steuerschaltung 8 eine Zündungs-Einsetzspannung, die eine Anlegespannung ist, bei welcher die Zündung beginnt, und sie gibt dann den Befehlswert für die Zündspannung auf einen Wert vor, der erhalten wird, indem eine vorher vorgegebene Additionsspannung zur Zündungs-Einsetzspannung addiert wird.
  • Die Additionsspannung ist so vorgegeben, dass sie innerhalb eines kritischen Werts der Spannungsbreite liegt, so dass selbst dann, wenn ein Variationsfaktor und ein Fluktuationsfaktor auftreten, die Zündung sicher implementiert wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Zündenergie durch Verwendung der bestimmten Entladungs-Einsetzspannung verringert wird.
  • Die Steuerschaltung 8 bezieht sich auf eine Relationskennlinie, bei welcher die Relation zwischen dem Druck innerhalb des Brennraums und dem Befehlswert für die Zündspannung, die zur Zündung notwendig ist, oder dem Befehlswert für einen kritischen Wert der Zündspannung, der zur Zündung notwendig ist, vorher vorgegeben ist. Sie berechnet dann den Befehlswert für die Zündspannung entsprechend dem geschätzten Druck innerhalb des Brennraums.
  • Für jede der Barriere-Zündkerzen wird die Relationskennlinie zwischen dem Befehlswert für die Zündspannung und dem Druck innerhalb des Brennraums vorher in einer vorausgehenden Bewertung abgebildet, und dann werden die Abbildungsdaten in der Speichereinrichtung der Steuerschaltung 8 gespeichert. Die Abbildungsdaten können in der Speichereinrichtung der Motorsteuereinheit (ECU) 9 gespeichert sein. Alternativ kann die Motorsteuereinheit (ECU) 9 den Befehlswert für die Zündspannung auf der Basis des Drucks innerhalb des Brennraums berechnen, und sie kann den Befehlswert dann an die Steuerschaltung 8 übertragen.
  • Die Spannungs-Detektionsschaltung 14 kann die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze 1 zum Zeitpunkt der Zündung detektieren, und die Steuerschaltung 8 kann sich auf eine Relationskennlinie beziehen, in welcher die Relation zwischen der Zündspannung und dem Druck innerhalb des Brennraums vorher vorgegeben ist, und dann den Druck innerhalb des Brennraums entsprechend der Anlegespannung zum Zeitpunkt der Zündung schätzen.
  • Genauer gesagt: Für jede der Barriere-Zündkerzen wird die Relationskennlinie zwischen der Zündspannung und dem Druck innerhalb des Brennraums vorher in einer vorausgehenden Bewertung abgebildet, und dann werden die Abbildungsdaten in der Speichereinrichtung der Steuerschaltung 8 gespeichert. Die Abbildungsdaten können in der Speichereinrichtung der Motorsteuereinheit (ECU) 9 gespeichert sein. Alternativ kann die Motorsteuereinheit (ECU) 9 den Druck innerhalb des Brennraums auf der Basis einer Anlegespannung zum Zeitpunkt der Zündung schätzen, die aus der Steuerschaltung 8 übertragen wird.
  • Für den Fall, dass die Schätzgenauigkeit für den Druck innerhalb des Brennraums nicht gewährleistet werden kann, kann der Schätzwert des Drucks innerhalb des Brennraums mit einem vorbestimmten Korrekturwert korrigiert werden. Ein Drucksensor kann im Brennraum angebracht sein, und die Steuerschaltung 8 kann den Druck innerhalb des Brennraums durch Verwendung des Drucksensors detektieren. Auf der Basis des Drucks innerhalb des Brennraums, der auf der Basis der Entladungs-Einsetzspannung oder der Anlegespannung zum Zeitpunkt der Zündung geschätzt wird, und auf der Basis des Drucks innerhalb des Brennraums, der mittels des Drucksensors detektiert wird, kann die Steuerschaltung 8 dann den endgültigen Druck innerhalb des Brennraums schätzen.
  • Die Detektionsgenauigkeit für den Druck innerhalb des Brennraums kann dadurch erhöht werden, dass die zwei Druck-Detektionsmaßnahmen kombiniert werden. Außerdem kann die Steuerschaltung 8 einen Durchschnittswert des Drucks innerhalb des Brennraums in dem Zeitraum zum Schätzen des Drucks innerhalb des Brennraums berechnen, und sie können den Durchschnittswert des Drucks innerhalb des Brennraums um einen vorbestimmten Korrekturwert korrigieren.
  • Wie oben beschrieben, kann der Druck innerhalb des Brennraums zum Zeitpunkt unmittelbar vor der Zündung erhalten werden, indem der Druck innerhalb des Brennraums geschätzt wird. Demzufolge wird es ermöglicht, eine Zündung bei einer Spannung durchzuführen, die zur Zündung notwendig ist, oder bei einem kritischen Wert der Spannung, die für die Zündung notwendig ist. Demzufolge kann selbst dann, wenn sich der Druck innerhalb des Brennraums ändert, die Zündung sicher durchgeführt werden, und die Zündfähigkeit kann erhöht werden. Außerdem kann der Energieverbrauch verringert werden, und es wird ermöglicht, dass die Zündung mit geringerem Abbrand der Barriere-Zündkerze 1 durchgeführt wird.
  • Weitere Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Jede der Konfigurationen oder Ausführungsformen, die nachstehend beschrieben sind, sind nicht darauf beschränkt, einzeln verwendet zu werden, sondern sie können in Kombination mit den Konfigurationen der anderen Ausführungsformen verwendet werden, solange sich kein Widerspruch ergibt.
  • (1) Bei jeder der vorliegenden Ausführungsformen ist als Beispiel folgender Fall beschrieben: Die Steuerschaltung 8 erhöht oder verringert die Ausgabe-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6, so dass sie die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 erhöht oder verringert. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf den vorgenannten Fall beschränkt. Das heißt: Die Steuerschaltung 8 kann den Einschaltzeitraum (das Einschalt-Tastverhältnis) der Schalteinrichtung im Wechselrichter 5 erhöhen oder verringern, so dass die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters 5 für die Ausgangs-DC-Spannung des DC/DC-Umrichters 6 erhöht oder verringert wird.
  • (2) Bei jeder der vorliegenden Ausführungsformen ist als Beispiel folgender Fall beschrieben: Auf der Basis der Anlegespannung, die von der Spannungs-Detektionsschaltung 14 detektiert wird, bestimmt die Steuerschaltung 8, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und sie bestimmt die Entladungs-Einsetzspannung, und sie berechnet dann den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf den vorgenannten Fall beschränkt.
  • Das heißt, auf der Basis der Anlegespannung, die von der Spannungs-Detektionsschaltung 14 detektiert wird, kann die Motorsteuereinheit (ECU) 9 bestimmen, ob eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und die Entladungs-Einsetzspannung bestimmen, den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung berechnen und dann den Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung an die Steuerschaltung 8 übertragen. Die Steuerschaltung 8 und die Motorsteuereinheit (ECU) 9 können sich die Verarbeitungsfunktion mit einer beliebigen Teilungsrate teilen.
  • (3) Bei jeder der vorliegenden Ausführungsformen ist als Beispiel folgender Fall beschrieben: Die Steuerung 11 weist die Steuerschaltung 8 und die Motorsteuereinheit (ECU) 9 auf. Die Steuerschaltung 8 kann jedoch auch in der Motorsteuereinheit (ECU) 9 untergebracht sein, und die Steuerschaltung 8 und die Motorsteuereinheit (ECU) 9 können auch miteinander integriert sein. Alternativ kann die Interpretation so erfolgen, dass die Steuerung 11 aus der Steuerschaltung 8 gebildet ist, die direkt den DC/DC-Umrichter 6 und den Wechselrichter 5 steuert, und dass die Steuerung 11 die Motorsteuereinheit (ECU) 9 nicht aufweist.
  • Die numerischen Werte und die Wellenformen, die in Ausführungsform 1 und 2 verwendet werden, dienen nur zur Erläuterung der Ausführungsformen, und sie beschränken nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung. Im Umfang der vorliegenden Erfindung können deren Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden, und sie können passend modifiziert oder weggelassen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Barriere-Zündkerze,
    2
    Resonanzspule,
    3
    Schwingkreis,
    4
    Transformator,
    5
    Wechselrichter,
    6
    DC/DC-Umrichter,
    7
    Batterie,
    8
    Steuerschaltung,
    9
    Motorsteuereinheit (ECU, engine control unit),
    10
    Energiequellenschaltung,
    11
    Steuerung,
    14
    Spannungs-Detektionsschaltung,
    VJH
    positiver Schwellenwert für die Entladungsbestimmung,
    VJL
    negativer Schwellenwert für die Entladungsbestimmung,
    α
    Offset-Spannung,
    f1
    Resonanzfrequenz des Schwingkreises zu einer Zeit, wenn keine Entladung vorhanden ist,
    fc
    Steuerungsfrequenz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014224493 A [0004]

Claims (12)

  1. Zündvorrichtung vom Barriere-Entladungstyp, die Folgendes aufweist: - einen DC/DC-Umrichter, der eine DC-Spannung anhebt und die angehobene DC-Spannung ausgibt; - einen Wechselrichter, der die aus dem DC/DC-Umrichter ausgegebene DC-Spannung in eine AC-Spannung wandelt und die AC-Spannung ausgibt; - einen Transformator, der die aus dem Wechselrichter ausgegebene AC-Spannung anhebt und die angehobene AC-Spannung ausgibt; - einen Schwingkreis, der durch Resonanz die aus dem Transformator ausgegebene AC-Spannung verstärkt; - eine Barriere-Zündkerze, an welche die von dem Schwingkreis verstärkte AC-Spannung angelegt wird, die in einem Brennraum angeordnet ist und deren Elektroden mit einem Dielektrikum überzogen sind; - eine Spannungs-Detektionsschaltung, die eine Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze detektiert; und - eine Steuerung, die die Anlegespannung für die Barriere-Zündkerze durch Steuern des DC/DC-Umrichters und des Wechselrichters erhöht oder verringert, - wobei die Steuerung eine Verbrennungs-Unterstützungssteuerung durchführt, die eine Nichtzündungs-Entladungsspannung, die eine Nichtzündungs-Entladung verursacht, welche eine Entladung der Barriere-Zündkerze ist und nicht zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs führt, an die Barriere-Zündkerze anlegt, und zwar in einem Verbrennungs-Unterstützungszeitraum, der ein Zeitraum ist, der vor der Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum vorgegeben ist, und zum Erzeugen von Ozon und Radikalen und Erleichtern der Ausdehnung der Verbrennung zur Zeit der Zündung, und - wobei bei der Verbrennungs-Unterstützungssteuerung auf der Basis der Anlegespannung, die von der Spannungs-Detektionsschaltung detektiert wird, die Steuerung eine Spannungsdifferenz zwischen der Anlegespannung in der vorherigen Periode und der Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode in einer AC-Periode berechnet und dann bestimmt, ob in der Barriere-Zündkerze eine Entladung vorhanden ist oder nicht, und zwar auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Spannungsdifferenz und einem vorher vorgegebenen Schwellenwert für die Entladungsbestimmung.
  2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze einsetzt.
  3. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Steuerung den Schwellenwert für die Entladungsbestimmung gemäß einem PD-Produkt ändert, das berechnet wird, indem der Druck innerhalb des Brennraums mit einer Funkenstrecke multipliziert wird.
  4. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze einsetzt, und wobei die Steuerung einen Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, die an die Barriere-Zündkerze angelegt werden soll, auf der Basis der bestimmten Entladungs-Einsetzspannung ändert.
  5. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei der Verbrennungs-Unterstützungssteuerung die Steuerung die Frequenz der Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters auf eine Steuerungsfrequenz steuert, die eine Frequenz innerhalb eines Resonanzfrequenzbands ist, in welchem eine AC-Spannung infolge von Resonanz im Schwingkreis verstärkt wird, und die so vorgegeben ist, dass sie gleich hoch wie oder höher ist als die Resonanzfrequenz des Schwingkreises zu einer Zeit, wenn keine Entladung vorhanden ist, wobei dann, wenn die Spannungsdifferenz, die erhalten wird, indem die Anlegespannung in der gegenwärtigen Periode von der Anlegespannung in der vorherigen Periode subtrahiert wird, größer ist als ein positiver Schwellenwert für die Entladungsbestimmung, der auf einen positiven Wert vorgegeben ist, die Steuerung bestimmt, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, wobei dann, wenn die Spannungsdifferenz kleiner als ein negativer Schwellenwert für die Entladungsbestimmung ist, der auf einen negativen Wert vorgegeben ist, die Steuerung bestimmt, dass die Entladung in der Barriere-Zündkerze aufgehört hat, und wobei dann, wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Schwellenwert für die Entladungsbestimmung und dem negativen Schwellenwert für die Entladungsbestimmung liegt, die Steuerung bestimmt, dass der Zustand bezüglich dessen, ob in der Barriere-Zündkerze eine Entladung vorhanden ist oder nicht, der zur unmittelbar vorhergehenden Zeit bestimmt worden ist, beibehalten wird.
  6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze einsetzt, und wobei die Steuerung einen Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung, die an die Barriere-Zündkerze angelegt werden soll, auf eine Spannung ändert, die erhalten wird, indem eine vorher vorgegebene Offset-Spannung zur bestimmten Entladungs-Einsetzspannung addiert wird.
  7. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze einsetzt, und wobei, nachdem die Verbrennungs-Unterstützungssteuerung gestartet ist, die Steuerung eine Frequenz der AC-Spannung, die aus dem Wechselrichter ausgegeben wird, auf eine Steuerungsfrequenz steuert, die vorher innerhalb des Resonanzfrequenzbands vorgegeben ist, in welchem die AC-Spannung infolge von Resonanz im Schwingkreis verstärkt wird, und wobei die Steuerung die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters erhöht, bis bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, wobei, nachdem bestimmt worden ist, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters erhöht oder verringert, so dass sich die Anlegespannung dem Befehlswert für die Nichtzündungs-Entladungsspannung annähert, und wobei die Steuerung eine Lernsteuerung zum Verändern des Befehlswerts für die Nichtzündungs-Entladungsspannung durchführt, die beim nächsten Mal verwendet wird, so dass die Spannungsdifferenz zwischen der Entladungs-Einsetzspannung, die dieses Mal bestimmt worden ist, der Nichtzündungs-Entladungsspannung, die dieses Mal verwendet worden ist, abnimmt.
  8. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze einsetzt, wobei, nachdem die Verbrennungs-Unterstützungssteuerung gestartet ist, die Steuerung eine Frequenz der AC-Spannung, die aus dem Wechselrichter ausgegeben wird, auf eine Steuerungsfrequenz steuert, die vorher innerhalb des Resonanzfrequenzbands vorgegeben ist, in welchem die AC-Spannung infolge von Resonanz im Schwingkreis verstärkt wird, und wobei die Steuerung die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters in jeder AC-Periode erhöht, bis bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, und wobei, nachdem bestimmt worden ist, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters in jeder AC-Periode erhöht oder verringert, so dass sich die Anlegespannung der Entladungs-Einsetzspannung annähert, die zu einer Zeit bestimmt wird, wenn bestimmt wird, dass die Entladung eingesetzt hat.
  9. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze einsetzt, wobei, nachdem die Verbrennungs-Unterstützungssteuerung gestartet ist, die Steuerung eine Frequenz der AC-Spannung, die aus dem Wechselrichter ausgegeben wird, auf eine Steuerungsfrequenz steuert, die vorher innerhalb des Resonanzfrequenzbands vorgegeben ist, in welchem die AC-Spannung infolge von Resonanz im Schwingkreis verstärkt wird; und wobei die Steuerung die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters alle zwei oder mehr AC-Perioden entsprechend einer Zeitverzögerung erhöht, die durch Resonanz-Anwachsen im Schwingkreis hervorgerufen wird, bis bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, und wobei, nachdem bestimmt worden ist, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung die Ausgangs-AC-Spannung des Wechselrichters alle zwei oder mehr AC-Perioden erhöht oder verringert, so dass sich die Anlegespannung der Entladungs-Einsetzspannung annähert, die zu einer Zeit bestimmt wird, wenn bestimmt wird, dass die Entladung eingesetzt hat.
  10. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei auf der Basis der Anlegespannung zu einer Zeit, wenn bestimmt wird, dass eine Entladung in der Barriere-Zündkerze eingesetzt hat, die Steuerung eine Entladungs-Einsetzspannung bestimmt, welche die Anlegespannung ist, bei welcher eine Entladung in der Barriere-Zündkerze einsetzt, und wobei sich die Steuerung auf eine Relationskennlinie bezieht, in welcher die Relation zwischen der Entladungs-Einsetzspannung und dem Druck innerhalb des Brennraums vorher vorgegeben ist, und den Druck innerhalb des Brennraums entsprechend der bestimmten Entladungs-Einsetzspannung schätzt; auf der Basis des geschätzten Druckes innerhalb des Brennraums die Steuerung einen Befehlswert für die Zündspannung berechnet, die die Anlegespannung ist, die zur Zündung notwendig ist; und dann, wenn die Zündungssteuerung implementiert ist, die Steuerung die Anlegespannung bis auf den Befehlswert für die Zündspannung erhöht.
  11. Zündvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung einen kritischen Wert der Anlegespannung, der zur Zündung notwendig ist, als den Befehlswert für die Zündspannung berechnet.
  12. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, die ferner einen Drucksensor im Brennraum aufweist, wobei auf der Basis des Drucks innerhalb des Brennraums, der auf der Basis der Entladungs-Einsetzspannung geschätzt wird, und des Drucks innerhalb des Brennraums, der vom Drucksensor detektiert wird, die Steuerung den endgültigen Druck innerhalb des Brennraums schätzt.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6723477B2 (ja) * 2017-11-09 2020-07-15 三菱電機株式会社 点火装置
US11466657B2 (en) * 2018-10-24 2022-10-11 Hitachi Astemo, Ltd. Control device for internal combustion engine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014224493A (ja) 2013-05-16 2014-12-04 株式会社日本自動車部品総合研究所 点火装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10243406A1 (de) * 2002-09-18 2004-04-01 Leybold Optics Gmbh Plasmaquelle
US7625531B1 (en) * 2005-09-01 2009-12-01 Los Alamos National Security, Llc Fuel injector utilizing non-thermal plasma activation
US7422664B2 (en) * 2006-02-03 2008-09-09 Applied Materials, Inc. Method for plasma ignition
US20090151322A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Perriquest Defense Research Enterprises Llc Plasma Assisted Combustion Device
EP2318691B1 (de) * 2008-07-23 2016-08-31 BorgWarner Inc. Zünden von brennbaren gemischen
JP5158055B2 (ja) * 2009-02-19 2013-03-06 株式会社デンソー プラズマ式点火装置
DE102009013877A1 (de) * 2009-03-16 2010-09-23 Beru Ag Verfahren und System zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches einer Verbrennungskammer, insbesondere in einem Verbrennungsmotor durch Erzeugen einer Korona-Entladung
JP5425575B2 (ja) * 2009-09-18 2014-02-26 ダイハツ工業株式会社 火花点火式内燃機関の燃焼状態判定方法
JP5679162B2 (ja) * 2010-08-04 2015-03-04 ダイハツ工業株式会社 バリア放電装置
WO2013065382A1 (ja) * 2011-10-31 2013-05-10 日産自動車株式会社 内燃機関の点火装置および点火方法
JP5597219B2 (ja) * 2012-03-07 2014-10-01 日本特殊陶業株式会社 点火システム
JP5634626B2 (ja) * 2012-09-07 2014-12-03 株式会社京三製作所 直流電源装置、直流電源装置の制御方法
DE112014002666T5 (de) * 2013-06-04 2016-03-17 Mitsubishi Electric Corporation Zündvorrichtung eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors
JP5729732B2 (ja) * 2013-09-27 2015-06-03 株式会社京三製作所 直流電源装置、直流電源装置の制御方法
JP6274056B2 (ja) * 2013-11-28 2018-02-07 株式会社デンソー 点火装置
JP5850581B2 (ja) * 2013-11-29 2016-02-03 株式会社京三製作所 プラズマ未着火状態判別装置およびプラズマ未着火判別方法
US9716371B2 (en) * 2013-12-12 2017-07-25 Federal-Mogul Ignition Company Non-invasive method for resonant frequency detection in corona ignition systems
EP2905801B1 (de) * 2014-02-07 2019-05-22 TRUMPF Huettinger Sp. Z o. o. Verfahren zur Überwachung der Entladung in einem Plasmaprozess und Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der Entladung in einem Plasma
US9484719B2 (en) * 2014-07-11 2016-11-01 Ming Zheng Active-control resonant ignition system
WO2016067257A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-06 North-West University Ignition system for an internal combustion engine and a control method thereof
US10187968B2 (en) * 2015-10-08 2019-01-22 Ion Inject Technology Llc Quasi-resonant plasma voltage generator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014224493A (ja) 2013-05-16 2014-12-04 株式会社日本自動車部品総合研究所 点火装置

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US20190186454A1 (en) 2019-06-20

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