EP1910669A1 - Plasma-zündsystem und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Plasma-zündsystem und verfahren zu dessen betrieb

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Publication number
EP1910669A1
EP1910669A1 EP06792718A EP06792718A EP1910669A1 EP 1910669 A1 EP1910669 A1 EP 1910669A1 EP 06792718 A EP06792718 A EP 06792718A EP 06792718 A EP06792718 A EP 06792718A EP 1910669 A1 EP1910669 A1 EP 1910669A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma
resonator
voltage source
ignition system
impedance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06792718A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jobst Verleger
Günter LINS
Thomas Hammer
Reinhard Freitag
Daniel Evers
Robert Baumgartner
Georg Bachmaier
Oliver Hennig
Klaus Pistor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1910669A1 publication Critical patent/EP1910669A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/01—Electric spark ignition installations without subsequent energy storage, i.e. energy supplied by an electrical oscillator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • F02P9/007—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression by supplementary electrical discharge in the pre-ionised electrode interspace of the sparking plug, e.g. plasma jet ignition

Definitions

  • the invention relates to the power supply of an electrically generated plasma for the ignition of fuel-air mixtures, wherein for the initiation of the plasma, the electrical breakdown, a high voltage at high impedance at the discharge gap between usually two electrodes is neces sary.
  • the ignition of lean ( ⁇ > 1) directly injected and layer-charged air-fuel mixtures makes high demands on the ignition system.
  • a large as far as possible projecting into the combustion chamber ignition volume is required, but also a high ignition energy to ignite the flame retardant mixtures can.
  • An electrical supply that is designed to achieve a high voltage for the electrical breakdown is usually unsuitable to effectively supply the plasma during the further gas discharge course. The reason for this is the substantial impedance change after the formation of a conductive plasma channel at an ignition device.
  • the ignition should usually be carried out under pressures between 5 to 50 bar.
  • the characteristic ambient pressure at the spark gap is to be considered.
  • the specified ignition point must be reached at every pressure with the same tolerance of a few ⁇ s.
  • Ignition point is also very variable.
  • the operating room / combustion chamber is not oxygen-free and the components are exposed to strong corrosion.
  • the choice of materials used is thus severely limited.
  • Existing fluid flows up to 100 m / s must not interfere with the initiation of the plasma nor the further supply of the plasma channel with energy.
  • the plasma must not go out for a required burning time.
  • the ignition is usually carried out serially or periodically with a frequency of, for example, 8-70 Hz. The requirement for the ignition is to ignite non-ionized gas, in each case in the cold state.
  • Conventional ignition systems with ignition coil and spark plug represent, among other things, a compromise between spark duration, high voltage and electrode burn-up. After the breakthrough phase in the arc discharge, they supply the energy still stored in the system. This process is typically after one ⁇ s completed. In the following glow discharge, the energy stored in an ignition coil is converted in the plasma channel. The temperature of the plasma decreases in this phase. The duration depends on electrical parameters and can not be actively influenced in a given system. A to be adapted due to variable operating conditions power supply is not feasible. Conventional ignition systems can not be used for high pressures because, due to the material, the electrical feedthrough does not meet the voltage requirements that increase with pressure.
  • a plasma ignition for gasoline engines which supplies in a combustion chamber a spatially extended plasma for igniting a fuel / air mixture. It consists of a series resonant circuit with an inductance, a high-frequency source for resonant excitation and a capacitance, wherein the capacitance is represented by inner and outer electrodes with intervening dielectrics and these electrodes with their outer ends at a predetermined mutual distance extend into the combustion chamber.
  • an ignition system is thus represented which initiates the plasma ignition by ionization of the gas mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine by energy injection by means of high-frequency voltage.
  • a resonant circuit extending through the spark plug shaft is excited by a high-frequency generator, so that a sufficiently high field strength for the generation of a plasma is established by the corresponding resonant phenomenon at the electrodes whose outermost ends extend into the combustion chamber.
  • This system therefore solves the problem of high voltage performance with respect to increasing the high voltage amplitude demand with increasing pressure.
  • the component of the system consisting of the inductance and the capacitance-forming electrodes with ceramic dielectric is hereinafter referred to as "resonator”.
  • the system can be considered essentially in terms of its input-side and its output-side parameters.
  • the consideration of the impedance is essential here. After the electrical breakdown, the input impedance of the resonator changes, whereby the coupling of the energy from an amplifier or a voltage source in the resonator and thus in the plasma is very difficult.
  • the prior art also includes Spiker and Sustainer existing systems, in which a distinction is made between the breakdown and the subsequent burning phase for the electrical supply of a plasma.
  • Such systems are used in sheet or high-pressure gas lamps, gas lasers and sputtering equipment and are therefore adapted to largely constant operating conditions (pressure, temperature, gas mixture). Therefore, these systems in the known form do not meet the requirements resulting from the different engine operating conditions.
  • the applications mentioned here differ in terms of their operating parameters so far from the engine application, that none of these systems would simultaneously meet all conditions for a steady-state operating point in the combustion process in terms of supply frequency, voltage amplitude, pulse duration, etc.
  • the power to be injected into a resonator for the generation of a plasma must exceed a minimum value, which depends on the current conditions in the combustion chamber (pressure, temperature, mixture).
  • the ignition voltage must exceed a minimum value due to the applied pressures and minimum distances of the electrodes, which also depends on the current conditions in the
  • Combustion chamber pressure, temperature, mixture
  • -A coupling through the conductive and grounded cylinder head is necessary.
  • the invention has for its object to provide a plasma ignition system and an operating method for this, with an effective energy input into the resonator and thus into the plasma is possible.
  • the solution to this problem is achieved by the respective combination of features of claims 1 or 2 or 15 or 16.
  • the invention is based on the finding that a supply of the resonator for generating and maintaining a plasma for the ignition of fuel-air mixtures by means of high-frequency alternating voltage is required whose impedance changes in time so that the voltage amplitude is optimized for the electrical breakdown, for the development of the plasma, however, the power over the desired operating time, ie, the energy deposited in the plasma is adjusted.
  • This can be achieved according to the invention in that either the output impedance of the source of energy after the electrical breakdown has to be adapted to the changed conditions on the input side of the resonator or a second, independent energy source for the
  • the "voltage supply” serves to initiate the electrical breakdown, ie the plasma generation, while the "energy supply” serves to maintain a spatially expanding plasma.
  • the separation of the functions voltage supply and power supply is ensured according to the invention by the choice of different frequencies. It is irrelevant whether these functions are fulfilled by two separate supplies for the different frequencies or by a single, frequency-switchable supply.
  • the impedance is adjusted - also independently - by a crossover.
  • the power supply with frequency fl is adapted to the resonator without plasma, ie has a low impedance, and the power supply with frequency f2 to an operation of the resonator with plasma, ie to a high impedance compared to the previous case ,
  • the power supply generates a short, in the duration not necessarily adjustable high-frequency pulse whose amplitude can be adapted to the operating conditions of the engine.
  • the power supply provides as long as high-frequency AC voltage until the ignition of the fuel-air mixture is done safely. It is therefore adjustable in duration. Furthermore, their amplitude is temporally controllable.
  • the power requirement which increases as the volume of the plasma increases, can be taken into account, thus optimizing the expansion of the plasma into the combustion chamber.
  • the impedance of the power supply via the crossover is adjusted so that optimum energy coupling into the resonator and thus into the plasma, with respect to a large-volume plasma with high power requirements results.
  • the system of plasma and supply shows partially self-regulating properties, whereby a continuously variable impedance of the supply is not required.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a plasma ignition system with two energy sources in the form of the high-voltage sources 12, 13, which are followed by matching circuits 120, 130;
  • FIG. 2 shows a block diagram of a plasma ignition system with a single energy source in the form of the high-voltage source 16, which is followed by a matching circuit 160 and which is switchable.
  • Figure 3 shows a resonator as disclosed in the unpublished prior art.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a plasma ignition system which has two voltage sources 12, 13. Both are controlled by a common control / regulation. downstream are so-called matching circuits 120, 130 which adjust the signals supplied to the resonator 15 at least in the impedance to the input of the resonator at the respective time.
  • high frequency source 12 for the burst signal and matching circuit 120 from the system of the high frequency source 13 for the supply signal and the matching circuit 130 from each other can advantageously be used a crossover 14.
  • Voltage sources in this case have different frequencies, so that they are relatively easy to separate.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a plasma ignition system with a single energy source in the form of the high-voltage source 16, which is followed by a matching circuit 160.
  • a burst signal 8 and a supply signal 9 can be generated. Both are offset in time, but generated immediately after one another and fed to the resonator 15.
  • this plasma ignition system according to FIG. 2 has fewer components, it requires switching over of the high-frequency voltage source 16. However, since the output voltage signals to be switched carry a substantial energy content, this is not trivial.
  • the matching circuit 160 causes an adjustment of the output signal of the voltage source 16 with respect to the input impedance of the resonator. The input impedance of the resonator in turn depends on whether a plasma is ignited at the electrodes or not.
  • FIG. 3 shows a resonator 15, as described in the non-prior-art prior art.
  • the high-frequency voltage source 17 generates an input signal into the resonator, which is adapted to its input impedance. This input impedance is in the event that no plasma ignition has occurred, have a certain value.
  • the electrodes 1, 2 the Ka 4 built-in resonant circuit is given the basis for the generation of a resonant state. If the resonant circuit is brought to resonance, the formation of a plasma 6 takes place in that the high voltage built up at the ends of the electrodes has exceeded a limit value at which an opening occurs.
  • the input impedance present at this time from the input of the resonator requires an adaptation of the signal supplied by the high-frequency voltage source 17. These two phases should run consecutively in order to prevent the plasma from extinguishing.
  • FIG. 1 A detailed description of the mode of operation and advantages of the present invention will be made with reference to FIG. 1:
  • Figure 1 illustrates two high frequency sources, which are connected via a crossover to the resonator. Both high-frequency sources are connected simultaneously, wherein the structure of a plasma, the output first frequency fl is equal to the resonant frequency of the resonator.
  • the electrical breakdown occurs due to the signal of the resonant tuned first high frequency source. Since this signal is reflected after the electrical breakdown, with plasma present at the resonator for the most part because of the changed input impedance of the resonator, only a fraction of this signal is converted into the plasma.
  • the signal of the second high-frequency source with frequency f2 can already be present at the input of the resonator during the initiation of the plasma.
  • High frequency source is matched via the crossover to an input impedance that is characteristic of the resonator after the electrical breakdown.
  • the second high frequency source takes over the power supply of the plasma with electrical power through the resonator and the first high frequency source can be turned off. It delivers power to the resonator as long as it is desired to maintain the plasma.
  • Energy and power, which can be coupled into the plasma, is thus significantly increased with the same electrical input and thus creates the necessary condition for the desired plasma volume growth in the combustion chamber. It can be minimized so targeted parasitic effect as electrode erosion.
  • the burning time of the plasma can easily be set to values of up to 5 ms.
  • the plasma which reaches far into a combustion chamber, is able to run homogeneously lean
  • Frequencies and impedances can advantageously be tuned so that with input voltages ⁇ 1 kV burst signals with a voltage of at least 40 kV are generated. Due to the continuous energy supply, the plasma can be extended far beyond the electrodes into the combustion chamber without the electrodes protruding.
  • the power supply is clocked: Instead of maintaining the power supply until the ignition is done, the energy is supplied only as long as it is to produce a far in the combustion chamber protruding plasma is required. Then the power supply is interrupted for a few 10 ⁇ s to several 100 ⁇ s and then switched on again. In the process, an energy-rich plasma suitable for the ignition is formed again from the slowly decaying plasma in a short time. This pulsed operation is continued until an ignition of the fuel-air mixture is detected in the combustion chamber.
  • matching circuits 120, 130, 160 are advantageous for the generation of signals adapted to the input impedance of the resonator 15. With appropriate design of the voltage sources, these can be integrated into the voltage source or into the resonator as required. Since in the case of the use of a single voltage source according to Figure 2, a substantial switching during operation is required, the matching circuit 860 can be advantageously used as an external device.
  • FIG. 3 shows a resonator 15, as described in the non-prior-art prior art.
  • the high-frequency voltage source 17 generates an input signal into the resonator, which is adapted to its input impedance. This input impedance is in the event that no plasma ignition has occurred, have a certain value.
  • the electrodes 1, 2, the capacitance 4 constructed resonant circuit is given the basis for the generation of a resonant state.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a plasma ignition system which has two voltage sources 12, 13. Both are controlled by a common control / regulation. Downstream are so-called matching circuits 120, 130, which adjust the signals supplied to the resonator 15 at least in the impedance to the input of the resonator at the respective time.
  • High frequency source 12 for the burst signal and matching circuit 120 from the system of the high frequency source 13 for the supply signal and the matching circuit 130 from each other NEN advantageously a crossover 14 can be used.
  • the high-frequency signals of the different voltage sources in this case have different frequencies, so that they are relatively easily separable.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a plasma ignition system with a single energy source in the form of the high-voltage source 16, which is followed by a matching circuit 160.
  • a burst signal 8 and a supply signal 9 can be generated. Both are offset in time, but generated immediately after one another and fed to the resonator 15.
  • this plasma ignition system according to FIG. 2 has fewer components, it requires switching over of the high-frequency voltage source 16. However, since the output voltage signals to be switched carry a substantial energy content, this is not trivial.
  • the matching circuit 160 causes an adjustment of the output signal of the voltage source 16 with respect to the input impedance of the resonator. The input impedance of the resonator in turn depends on whether a plasma is ignited at the electrodes or not.

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Abstract

Plasmazündsystem mit einem Resonator (15) zur Erzeugung von hochfrequenter Spannung an Elektroden in einem Verbrennungsraum, einer Hf-Spannungsquelle (12) zur Erzeugung eines Burst-Signals (8), welches dem Resonator zuführbar ist, zur Erzeugung eines Plasmas (6), deren Ausgangsimpedanz an die Eingangsimpedanz des Resonators vor der Zündung eines Plasmas angepasst ist, einer HF-Spannungsquelle (13) zur Erzeugung eines Versorgungssignals (9), welches dem Resonator (15) zuführbar ist, zur Aufrechterhaltung des Plasmas (6), wobei die Ausgangsimpedanz der Spannungsquelle etwa so groß ist wie Impedanz des Resonators bei vorhandenem Plasma mit optimaler Ausdehnung und Leistungsaufnahme, einer Frequenzweiche (14) zur ausgangsseitigen Trennung der Spannungsquelle (12) und der HF-Spannungsquelle (13), einer Steuer-/Regeleinheit (10) zur relativen zeitlichen Steuerung von Burst-Signal (8) und Versorgungs-Signal (9).

Description

Beschreibung
Plasma-Zündsystem und Verfahren zu dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft die Spannungsversorgung eines elektrisch erzeugten Plasmas für die Zündung von Brennstoff-Luft- Gemischen, wobei für die Initiierung des Plasmas, den elektrischen Durchbruch, eine hohe Spannung bei hoher Impedanz am Entladungsspalt zwischen in der Regel zwei Elektroden erfor- derlich ist.
Die Direkteinspritzung von Brennstoff in einen Verbrennungsmotor ermöglicht eine Schichtladung im Verbrennungsraum. Um dieses Potential hinsichtlich einer Verbrauchsreduktion aus- zunutzen ist ein leistungsfähiges Plasmazündsystem zur Erzeugung eines Plasmas im Verbrennungsraum erforderlich. Da jedoch durch nicht homogene Gemischbildung im Brennraum erhöhte Anforderungen an ein eingesetztes Zündsystem hinsichtlich einer zuverlässigen Zündung zum geeigneten Zeitpunkt vorliegen, muss die Qualität von bekannten Zündvorrichtungen verbessert werden. Dies wirkt sich auf den Wirkungsgrad des gesamten Motors aus. Insgesamt soll eine sichere Erzeugung des Plasmas sowie dessen Positionierung im Brennraum betrachtet werden.
Die Initiierung eines elektrisch erzeugten Plasmas innerhalb eines Brennraums einer Verbrennungskraftmaschine erfordert insbesondere eine hohe Spannung. Eine besondere Problematik besteht in der Hochspannungsdurchführung durch einen Zylinderkopf in einen Brennraum hinein.
Insbesondere die Entflammung von mageren (λ > 1) direkt eingespritzten und schicht-geladenen Luft-Kraftstoff-Gemischen stellt hohe Anforderungen an das Zündsystem. Hier ist nicht nur ein großes möglichst weit in den Brennraum hineinragendes Zündvolumen erforderlich, sondern auch eine hohe Zündenergie, um die nur schwer entflammbaren Gemische zünden zu können. Eine elektrische Versorgung, die darauf ausgelegt ist, eine hohe Spannung für den elektrischen Durchbruch zu erreichen, ist in der Regel ungeeignet, das Plasma während des weiteren Gasentladungs-Verlaufs wirksam zu versorgen. Die Ursache da- für ist die wesentliche Impedanz-Veränderung nach der Entstehung eines leitenden Plasmakanals an einer Zündeinrichtung.
Die Anforderungen an ein Zündsystem sind vielfältig und beispielsweise wie folgt gestaltet:
Die Zündung soll in der Regel unter Drücken zwischen 5 bis 50 bar erfolgen. Insbesondere ist der charakteristische Umgebungsdruck an der Funkenstrecke zu betrachten. Es muss der vorgegebene Zündzeitpunkt bei jedem Druck mit der gleichen Toleranz von wenigen μs erreicht werden.
Die Zusammensetzung und die Temperatur der Atmosphäre am
Zündort ist ebenfalls stark veränderlich.
Um die erforderlichen hohen Standzeiten von Elektroden zu erreichen, ist ein Elektrodenabbrand zu minimieren. Eine kontinuierliche Elektrodennachführung ist in der Praxis nicht möglich.
Der Betriebsraum/Brennraum ist nicht Sauerstofffrei und die Bauteile sind starker Korrosion ausgesetzt. Die Auswahl der verwendeten Materialien ist somit stark eingeschränkt. Vorhandene Fluid Strömungen mit bis zu 100 m/s dürfen weder die Initiierung des Plasmas noch die weitere Versorgung des Plasmakanals mit Energie beeinträchtigen. Das Plasma darf während einer geforderten Brenndauer nicht erlöschen. Die Zündung erfolgt üblicherweise seriell bzw. periodisch mit einer Frequenz von beispielsweise 8-70 Hz. Die Anforderung an die Zündung besteht darin, insbesondere jeweils in kaltem Zustand noch nicht ionisiertes Gas zu entzünden.
Konventionelle Zündsysteme mit Zündspule und Zündkerze stel- len u.a. einen Kompromiss zwischen Funkendauer, hoher Spannung und Elektrodenabbrand dar. Sie liefern nach der Durch- bruchphase in der Bogenentladung die im System noch gespeicherte Energie. Dieser Vorgang ist typischerweise nach einer μs abgeschlossen. In der folgenden Glimmentladung wird die in einer Zündspule gespeicherte Energie im Plasmakanal umgesetzt. Die Temperatur des Plasmas nimmt in dieser Phase ab. Die Dauer ist von elektrischen Parametern abhängig und kann bei einem gegebenen System nicht aktiv beeinflusst werden. Eine aufgrund von variablen Betriebsbedingungen anzupassende Energiezufuhr ist hiermit nicht realisierbar. Für hohe Drücke sind konventionelle Zündsysteme nicht einsetzbar, weil materialbedingt die elektrische Durchführung den mit dem Druck steigenden Spannungsanforderungen nicht genügt.
In der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004 058 925.9 wird eine Plasmazündung für Ottomotoren beschrieben, die in einem Verbrennungsraum ein räumlich ausgedehntes Plasma zur Zündung eines Kraftstoff/Luft- Gemisches liefert. Sie besteht aus einem Serien-Schwingkreis mit einer Induktivität, einer Hochfrequenzquelle zur resonan- ten Anregung und einer Kapazität, wobei die Kapazität durch Innen- und Außenelektroden mit zwischen liegendem Dielektri- kum dargestellt ist und diese Elektroden mit ihren äußeren Enden mit einem vorgegeben gegenseitigen Abstand bis in den Verbrennungsraum hineinreichen. Es wird also auf der Basis einer Hochfrequenz-Gasentladung ein Zündsystem dargestellt, welches die Plasmazündung durch Ionisation des Gasgemisches in einem Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine durch Energieeinkoppelung mittels hochfrequenter Spannung einleitet. Dabei wird ein sich durch den Zündkerzenschacht erstreckender Schwingkreis durch einen Hochfrequenzgenerator in Resonanz angeregt, so dass durch die entsprechende Reso- nanzerscheinung an den Elektroden, deren äußerste Enden bis in den Verbrennungsraum reichen, sich eine ausreichend hohe Feldstärke für die Erzeugung eines Plasmas einstellt. Dieses System löst deshalb das Problem der Hochspannungsdurchführung bezüglich der mit steigendem Druck steigenden Anforderung an die Hochspannungsamplitude. Die Komponente des Systems, die aus der Induktivität und den eine Kapazität bildenden Elektroden mit keramischem Dielektrikum besteht, wird im Folgenden mit „Resonator" bezeichnet. Für die weitere Betrachtungsweise kann das System im Wesentlichen in Bezug auf seine eingangsseitigen und seine aus- gangsseitigen Parameter betrachtet werden. Hier ist insbeson- dere die Betrachtung der Impedanz wesentlich. Nach dem elektrischen Durchbruch ändert sich die Eingangsimpedanz des Resonators, wodurch die Einkoppelung der Energie von einem Verstärker oder einer Spannungsquelle in den Resonator und damit in das Plasma stark erschwert ist.
Bei diesen Systemen nach dem Stand der Technik wird entweder auf die Einkoppelung weiterer Energie verzichtet, oder es muss, um die Impedanz-Fehlanpassung zu kompensieren, die entsprechende Energiequelle deutlich überdimensioniert werden, um genügend Energie in das Plasma koppeln zu können und um Reflexionen und erhöhten Verlust auszugleichen.
Zum Stand der Technik zählen auch aus Spiker und Sustainer bestehende Systeme, bei denen für die elektrische Versorgung eines Plasmas zwischen der Durchbruchs- und der anschließenden Brennphase unterschieden wird. Solche Systeme werden bei Bogen- bzw. Hochdruck-Gaslampen, Gaslasern und Sputter- Anlagen verwendet und sind dementsprechend an weitgehend konstante Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur, Gasgemisch) angepasst. Diese Systeme erfüllen in der bekannten Form deshalb nicht die sich aus den unterschiedlichen Motor- Betriebsbedingungen ergebenden Anforderungen. Außerdem unterscheiden sich die hier genannten Anwendungen hinsichtlich ihrer Betriebsparameter soweit von der Motor-Anwendung, dass keines dieser Systeme gleichzeitig alle Bedingungen für einen stationären Betriebspunkt im Verbrennungsablauf hinsichtlich Versorgungsfrequenz, Spannungsamplitude, Pulsdauer, etc. erfüllen würde.
Die direkte und unveränderte Anwendung dieser Technologien führt deshalb, insbesondere aufgrund folgender Kriterien, in einem System für eine Plasmazündung an Verbrennungsmotoren nicht zum Erfolg: —Gleichstrompulse, wie sie z.B. für konventionelle Zündungen verwendet werden, sind ausreichend kurz zu halten, um vermehrten Abbrand an den Elektroden zu vermeiden. —Die Wechselfeld-Versorgungsfrequenz eines Plasmakanals muss aufgrund des hohen Druckes einige MHz betragen, um ein Erlöschen des Plasmakanals in den Nulldurchgängen der Spannung zu vermeiden und um den Elektrodenabbrand ebenfalls zu minimieren.
—Die in einen Resonator einzukoppelnde Leistung für die Er- zeugung eines Plasmas muss einen Mindestwert übersteigen^ der von den momentanen Bedingungen im Brennraum (Druck, Temperatur, Gemisch) abhängt.
—Die Zündspannung muss aufgrund der anliegenden Drücke und minimalen Abstände der Elektroden einen Minimalwert über- steigen, der ebenfalls von den momentanen Bedingungen im
Brennraum (Druck, Temperatur, Gemisch) abhängt. —Eine Einkoppelung durch den leitenden und geerdeten Zylinderkopf ist notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plasmazündsystem sowie ein Betriebsverfahren dafür bereitzustellen, mit dem eine effektive Energieeinkoppelung in den Resonator und somit in das Plasma möglich ist. Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die jeweilige Merkmalskombination der Ansprü- che 1 oder 2 bzw. 15 oder 16.
Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Ver- sorgung des Resonators zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Plasmas für die Zündung von Kraftstoff-Luftgemischen mittels hochfrequenter Wechselspannung erforderlich ist, deren Impedanz sich zeitlich so ändert, dass für den elektrischen Durchbruch die Spannungsamplitude optimiert wird, für die Entwicklung des Plasmas jedoch die Leistung über die gewünschte Betriebsdauer, d.h. die im Plasma deponierte Energie angepasst wird. Das kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass entweder die Ausgangsimpedanz der Energie liefernden Quelle nach dem elektrischen Durchbruch sich den veränderten Verhältnissen an der Eingangsseite des Resonators anzupassen hat oder dass eine zweite, unabhängige Energiequelle für die
Aufrechterhaltung des einmal gebildeten leitenden Plasmakanals eingesetzt wird.
Wesentlich ist, dass als Energiequelle bzw. Spannungsquelle jeweils eine Hochfrequenz-Spannungsquelle eingesetzt wird. Wünschenswert wäre eine kontinuierliche Impedanzanpassung der Energieversorgung an das wachsende Plasma. Weil das technisch mit vertretbarem Aufwand nicht durchführbar ist, wird in der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit offenbart, mit nur zwei u.a. durch die Impedanz der Versorgung gekennzeichneten Betriebszustände, elektrischer Durchbruch und Energieversorgung des Plasmas, optimal und an den Betriebspunkt des Motors angepasst zu betreiben.
Im Folgenden wird das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip beschrieben. Dazu werden folgende Definitionen verwendet: Die „Spannungsversorgung" dient der Initiierung des elektrischen Durchbruchs, d.h. der Plasma-Erzeugung, während die „Energieversorgung" der Aufrechterhaltung eines sich räumlich ausdehnenden Plasmas dient. Die Trennung der Funktionen Spannungs- Versorgung und Energieversorgung wird erfindungsgemäß durch die Wahl unterschiedlicher Frequenzen gewährleistet. Dabei ist es unwesentlich, ob diese Funktionen von zwei getrennten Versorgungen für die unterschiedlichen Frequenzen oder durch eine einzige, in ihrer Frequenz umschaltbare Versorgung er- füllt werden. Die Impedanzanpassung erfolgt - ebenfalls unabhängig davon - durch eine Frequenzweiche. Diese ist so ausgelegt, dass die Spannungsversorgung mit Frequenz fl an den Resonator ohne Plasma angepasst ist, d.h. an eine niedrige Impedanz aufweist, und die Energieversorgung mit Frequenz f2 an eine Betrieb des Resonators mit Plasma, d.h. an eine verglichen mit dem vorhergehenden Fall hohe Impedanz . Die Spannungsversorgung generiert einen kurzen, in der Dauer nicht notwendig einstellbaren Hochfrequenzimpuls, dessen Amplitude den Betriebszuständen des Motors angepasst werden kann. Die Energieversorgung stellt solange hoch frequente Wechselspannung bereit, bis die Zündung des Kraftstoff- Luftgemisches sicher erfolgt ist. Sie ist deshalb in der Dauer regelbar. Weiterhin ist ihre Amplitude zeitlich steuerbar. Damit kann dem mit wachsendem Volumen des Plasmas wachsenden Leistungsbedarf Rechnung getragen und so die Ausdehnung des Plasmas in den Brennraum optimiert werden. Insbesondere wird zu diesem Zweck die Impedanz der Energieversorgung über die Frequenzweiche so angepasst, dass sich optimale Energie- Einkopplung in den Resonator und damit in das Plasma, hin- sichtlich eines großvolumigen Plasmas mit hohem Leistungsbedarf, ergibt. Das System aus Plasma und Versorgung zeigt teilweise selbst regelnde Eigenschaften, wodurch eine stufenlos regelbare Impedanz der Versorgung nicht erforderlich ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Figuren beschrieben:
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Plasmazündsystems mit zwei Energiequellen in Form der Hochspannungs- quellen 12,13, denen Anpassschaltungen 120,130 nachgeschaltet sind,
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Plasmazündsystems mit einer einzigen Energiequelle in Form der Hoch- Spannungsquelle 16, der eine AnpassSchaltung 160 nachgeschaltet ist und die umschaltbar ist,
Figur 3 zeigt einen Resonator, wie er im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik offenbart ist.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Plasmazündsystems, welches zwei Spannungsquellen 12, 13 aufweist. Beide werden über eine gemeinsame Steuerung/Regelung gesteuert. Nachge- schaltet sind so genannte Anpassungsschaltungen 120, 130, die die dem Resonator 15 zugeführten Signale zumindest in der Impedanz dem Eingang des Resonators zur jeweiligen Zeit anpassen. Um die beiden Systeme, einerseits Hochfrequenzquelle 12 für das Burstsignal und Anpassschaltung 120 von dem System der Hochfrequenzquelle 13 für das Versorgungssignal und der Anpassschaltung 130 voneinander zu trennen kann vorteilhaft eine Frequenzweiche 14 eingesetzt werden. Somit sind Rückwirkungen von energiereichen Signalen auf andere Systeme ausge- schlössen. Die Hochfrequenzsignale der unterschiedlichen
Spannungsquellen weisen in diesem Fall unterschiedliche Frequenzen auf, so dass sie relativ einfach trennbar sind.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Plasmazündsystems mit einer einzigen Energiequelle in Form der Hochspannungsquelle 16, der eine Anpassschaltung 160 nachgeschaltet ist. Durch die Hochspannungsquelle 16 sind ebenso wie im vorausgegangenen Ausführungsbeispiel ein Burst-Signal 8 und ein Versorgungssignal 9 erzeugbar. Beide werden zeitlich versetzt, je- doch unmittelbar hintereinander generiert und dem Resonator 15 zugeführt. Dieses Plasmazündsystem nach Figur 2 weist zwar weniger Bauelemente auf, erfordert aber eine Umschaltung der Hochfrequenzspannungsquelle 16. Nachdem die zu schaltenden Ausgangsspannungssignale einen wesentlichen Energieinhalt mitführen, ist dies jedoch nicht trivial. Die Anpassschaltung 160 bewirkt, eine Anpassung des Ausgangssignals der Spannungsquelle 16 hinsichtlich der Eingangsimpedanz des Resonators. Die Eingangsimpedanz des Resonators ist wiederum davon abhängig, ob an den Elektroden ein Plasma gezündet ist oder nicht.
In Figur 3 ist ein Resonator 15 dargestellt, wie er im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik beschrieben ist. Die Hochfrequenzspannungsquelle 17 erzeugt ein Eingangssignal in den Resonator, welches an dessen Eingangsimpedanz angepasst ist. Diese Eingangsimpedanz wird für den Fall, dass noch keine Plasmazündung erfolgt ist, einen bestimmten Wert aufweisen. Durch den durch die Spule 3 die Elektroden 1, 2 die Ka- pazität 4 aufgebauten Schwingkreis ist die Grundlage für die Erzeugung eines resonanten Zustandes gegeben. Wird der Schwingkreis zur Resonanz gebracht, so erfolgt die Bildung eines Plasmas 6 dadurch, dass die an den Enden der Elektroden aufgebaute Hochspannung einen Grenzwert überschritten hat, an dem ein Durchbruch erfolgt. Die ab diesem Zeitpunkt am Eingang des Resonators vorhandene Eingangsimpedanz erfordert eine Anpassung des von der Hochfrequenzspannungsquelle 17 gelieferten Signals. Diese beiden genannten Phasen sollten lü- ckenlos hintereinander ablaufen, um das Plasma nicht zum Erlöschen zu bringen.
Eine detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise und Vorteile der vorliegenden Erfindung erfolgt anhand Figur 1 :
Figur 1 stellt zwei Hochfrequenzquellen dar, die über eine Frequenzweiche an den Resonator angeschlossen sind. Beide Hochfrequenzquellen werden gleichzeitig angeschlossen, wobei zum Aufbau eines Plasmas die abgegebene erste Frequenz fl gleich der Resonanzfrequenz des Resonators ist. Der elektrische Durchbruch erfolgt aufgrund des Signals der auf Resonanz abgestimmten ersten Hochfrequenzquelle. Da dieses Signal nach dem elektrischen Durchbruch, bei vorhandenem Plasma am Resonator zum Großteil wegen der geänderten Eingangsimpedanz des Resonators reflektiert wird, wird von diesem Signal nur noch ein Bruchteil im Plasma umgesetzt.
Das Signal der zweiten Hochfrequenzquelle mit Frequenz f2 kann bereits während der Initiierung des Plasmas am Eingang des Resonators anliegen. Die Ausgangsimpedanz der zweiten
Hochfrequenzquelle ist über die Frequenzweiche auf eine Eingangsimpedanz angepasst, die für den Resonator nach dem e- lektrischen Durchbruch charakteristisch ist. Somit übernimmt die zweite Hochfrequenzquelle die Energie-Versorgung des Plasmas mit elektrischer Leistung über den Resonator und die erste Hochfrequenzquelle kann abgeschaltet werden. Sie liefert solange Leistung an den Resonator, wie es zum Aufrechterhalten des Plasmas gewünscht wird. Alternativ können sich die Signale von Spannungs- und Energieversorgung teilweise überlappen, oder die Energieversorgung wird erst zugeschaltet, wenn die Spannungsversorgung abgeschaltet wird. Im letztgenannten Fall ist zu beachten, dass der Umschaltzeit- punkt so gewählt wird, dass sich der Plasmakanal bereits voll entwickelt hat und nicht erlischt.
Wird wie in Figur 2 lediglich eine einzige, jedoch anpassbare Quelle zur_Spannungs- bzw. Energielieferung verwendet, so ist eine zeitliche Überlappung ausgeschlossen. Für ein derartiges System besteht die wesentliche Anforderung darin, die notwendige Impedanzanpassung zum Zeitpunkt der Plasmazündung beispielsweise durch einen Schalter, so schnell wie möglich umzusetzen, so dass die gleiche Versorgung mit an den Resonator angepasster Impedanz ein Plasma initiiert und in einen Plasma-Aufrechterhaltungs-Status übergeht. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass Verluste durch die Ansteuerung minimierbar sind: Bei geeigneter Auswahl der Impedanzen durch die Frequenzen fl und f2 können reflektierte Leistungen durch Betriebspunkt abhängige Umschaltung minimiert werden. Die
Energie und Leistung, welche in das Plasma gekoppelt werden kann, ist dadurch bei gleichem elektrischem Eingang deutlich erhöht und schafft so die notwendige Voraussetzung für das erwünschte Plasma-Volumenwachstum in den Brennraum hinein. Es können so gezielt parasitäre Effekt wie Elektrodenerosion minimiert werden.
Gegenüber einem Gleichstromimpuls treten bei einem Hochfrequenz-Ansatz im System geringere Spannungen auf, das heißt die Anforderungen an die Spannungsfestigkeit der verwendeten Bauteile sind deutlich geringer.
Die Brenndauer des Plasmas ist ohne weiteres auf Werte bis zu 5 ms einstellbar. Das weit in einen Verbrennraum hineinrei- chende Plasma ist in der Lage, homogen mager betriebene
Verbrennungsmotoren oder Schicht geladene sicher zu zünden. Frequenzen und Impedanzen lassen sich vorteilhafterweise so abstimmen, dass mit EingangsSpannungen < 1 kV Burstsignale mit einer Spannung von mindestens 40 kV erzeugt werden. Durch die kontinuierliche Energieversorgung kann das Plasma weit über die Elektroden hinaus in den Verbren-Nungsraum ausgedehnt werden, ohne dass die Elektroden hineinragen.
Es ist besonders vorteilhaft, die durch die Erfindung geschaffene Möglichkeit auszunutzen, die Energiezufuhr während des Anlegens des Versorgungssignals zu regeln. Im Gegensatz zum Stand der Technik existiert während dieser Zeit nicht lediglich eine Glimmentladung, die nicht kontrollierbar ist, sondern der Energieimpuls lässt sich durch die Steuerung bzw. Regelung 10, 11 für den Fall, dass ein geschlossener Regel- kreis mit der Rückführung eines Signals vom Resonator 15 über die Signalleitung 7 erfolgt, nachregeln. Somit kann die Teiloder Gesamtenergie für einen Teil oder Gesamtimpuls, bestehend aus Spiker-Impuls und Sustainer-Impuls, vom Betrag und von der Dauer her angepasst werden.
Zur Reduzierung der mittleren Plasmaleistung und zur Verlängerung der Lebensdauer der Elektroden ist es vorteilhaft, wenn die Energieversorgung getaktet erfolgt: Statt die Energieversorgung solange aufrecht zu erhalten, bis die Zündung erfolgt ist, wird die Energie nur solange zugeführt, wie es zur Erzeugung eines weit in den Brennraum hineinragenden Plasmas erforderlich ist. Dann wird die Energiezufuhr für einige 10 μs bis einige 100 μs unterbrochen und dann wieder eingeschaltet. Dabei wird aus dem langsam zerfallenden Plasma in kurzer Zeit wieder ein energiereiches, für die Zündung geeignetes Plasma gebildet. Dieser getaktete Betrieb wird solange fortgesetzt, bis eine Zündung des Kraftstoff- Luftgemisches im Brennraum detektiert wird.
Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, die unterschiedlichen zur Versorgung des Resonators notwendigen Hochspannungssignale in ihren Frequenzen zu unterscheiden. Für den Serienbetrieb lässt sich damit eine gegenseitige Beeinflussung ver- meiden.
Die Verwendung von Anpassschaltungen 120, 130, 160 ist für die Erzeugung von an die Eingangsimpedanz des Resonators 15 angepasste Signale vorteilhaft. Bei entsprechender Auslegung der Spannungsquellen können diese je nach Anforderungen in die Spannungsquelle oder in den Resonator integriert werden. Da im Fall der Verwendung einer einzigen Spannungsquelle entsprechend Figur 2 eine wesentliche Umschaltung während des Betriebes erforderlich ist, kann die Anpassungsschaltung 860 vorteilhaft als externes Gerät eingesetzt werden.
In Figur 3 ist ein Resonator 15 dargestellt, wie er im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik beschrieben ist. Die Hochfrequenzspannungsquelle 17 erzeugt ein Eingangssignal in den Resonator, welches an dessen Eingangsimpedanz angepasst ist. Diese Eingangsimpedanz wird für den Fall, dass noch keine Plasmazündung erfolgt ist, einen bestimmten Wert aufweisen. Durch den durch die Spule 3 die Elektroden 1, 2 die Kapazität 4 aufgebauten Schwingkreis ist die Grundlage für die Erzeugung eines resonanten Zustandes gegeben. Wird der
Schwingkreis zur Resonanz gebracht, so erfolgt die Bildung eines Plasmas 6 dadurch, dass die an den Enden der Elektroden aufgebaute Hochspannung einen Grenzwert überschritten hat, an dem ein Durchbruch erfolgt. Die ab diesem Zeitpunkt am Ein- gang des Resonators vorhandene Eingangsimpedanz erfordert eine Anpassung des von der Hochfrequenzspannungsquelle 17 gelieferten Signals. Diese beiden genannten Phasen sollten lückenlos hintereinander ablaufen, um das Plasma nicht zum Erlöschen zu bringen. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Plasmazündsystems, welches zwei Spannungsquellen 12, 13 aufweist. Beide werden über eine gemeinsame Steuerung/Regelung gesteuert. Nachgeschaltet sind so genannte Anpassungsschaltungen 120, 130, die die dem Resonator 15 zugeführten Signale zumindest in der Impedanz dem Eingang des Resonators zur je- weiligen Zeit anpassen. Um die beiden Systeme, einerseits
Hochfrequenzquelle 12 für das Burstsignal und Anpassschaltung 120 von dem System der Hochfrequenzquelle 13 für das Versorgungssignal und der Anpassschaltung 130 voneinander zu tren- nen kann vorteilhaft eine Frequenzweiche 14 eingesetzt werden. Somit sind Rückwirkungen von energiereichen Signalen auf andere Systeme ausgeschlossen. Die Hochfrequenzsignale der unterschiedlichen Spannungsquellen weisen in diesem Fall un- terschiedliche Frequenzen auf, so dass sie relativ einfach trennbar sind.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Plasmazündsystems mit einer einzigen Energiequelle in Form der Hochspannungsquelle 16, der eine Anpassschaltung 160 nachgeschaltet ist. Durch die Hochspannungsquelle 16 sind ebenso wie im vorausgegangenen Ausführungsbeispiel ein Burst-Signal 8 und ein Versorgungssignal 9 erzeugbar. Beide werden zeitlich versetzt, jedoch unmittelbar hintereinander generiert und dem Resonator 15 zugeführt. Dieses Plasmazündsystem nach Figur 2 weist zwar weniger Bauelemente auf, erfordert aber eine Umschaltung der Hochfrequenzspannungsquelle 16. Nachdem die zu schaltenden Ausgangsspannungssignale einen wesentlichen Energieinhalt mitführen, ist dies jedoch nicht trivial. Die Anpassschaltung 160 bewirkt, eine Anpassung des Ausgangssignals der Spannungsquelle 16 hinsichtlich der Eingangsimpedanz des Resonators. Die Eingangsimpedanz des Resonators ist wiederum davon abhängig, ob an den Elektroden ein Plasma gezündet ist oder nicht .

Claims

Patentansprüche
1. Plasmazündsystem mit:
- einem Resonator (15) zur Erzeugung von hochfrequenter Span- nung an Elektroden in einem Verbrennungsraum,
- einer HF-Spannungsquelle (12) zur Erzeugung eines Burst- Signals (8), welches dem Resonator zuführbar ist, zur Erzeugung eines Plasmas (6) , deren Ausgangsimpedanz an die Eingangsimpedanz des Resonators vor der Zündung eines Plasmas angepasst ist,
- einer HF-Spannungsquelle (13) zur Erzeugung eines Versorgungssignals (9) , welches dem Resonator (15) zuführbar ist, zur Aufrechterhaltung des Plasmas (6), wobei die Ausgangsimpedanz der Spannungsquelle etwa so groß ist wie die Ein- gangs-Impedanz des Resonators bei vorhandenem Plasma mit optimaler Ausdehnung und Leistungsaufnahme,
- einer Frequenzweiche (14) zur ausgangsseitigen Trennung der HF-Spannungsquellen (12,13),
- einer Steuer-/Regeleinheit (10) zur relativen zeitlichen Steuerung von Burst-Signal (8) und Versorgungs-Signal (9) .
2. Plasmazündsystem mit:
- einem Resonator (15) zur Erzeugung von hochfrequenter Spannung an Elektroden in einem Verbrennungsraum, - einer ein Burst-Signal (8) und ein Versorgungssignal (9) separat erzeugenden HF-Spannungsquelle (16)
- wobei zur Erzeugung des Burst-Signales die HF- Spannungsquelle (16) an die Eingangsimpedanz des Resonators vor der Plasmaerzeugung angepasst ist und bei der Erzeugung des Versorgungssignals die Ausgangsimpedanz der HF- Spannungsquelle (16) etwa so groß ist wie die Impedanz des Resonators bei vorhandenem Plasma mit optimaler Ausdehnung und Leistungsaufnahme,
- die Signale jeweils dem Resonator zuführbar sind, - einer Steuer-/Regeleinheit (11) zur relativen zeitlichen Steuerung von Burst-Signal (8) und Versorgungs-Signal (9) .
3. Plasmazündsystem nach Anspruch 1, bei dem zur Vermeidung gegenseitiger Einflüsse von HF-Ausgangssignalen auf jeweils andere Spannungsquelle eine Frequenzweiche (14) entsprechend zwischengeschaltet ist.
4. Plasmazündsystem nach Anspruch 3, bei dem die Frequenzen von Hochspannungsquellen sich gleichzeitig oder aufeinander folgend unterscheiden.
5. Plasmazündsystem nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei dem die Betriebsfrequenz mindestens einer der HF-Spannungsquellen zur Impedanzanpassung veränderbar ist.
6. Plasmazündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, bei dem die Energiezufuhr während der Dauer des Versorgungssignals (9) regelbar ist.
7. Plasmazündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zündspannung in Abhängigkeit von Brennraum- Druck und/oder -Temperatur regelbar ist.
8. Plasmazündsystem nach Anspruch 7, bei dem die Zündspannung eines Burst-Signals mindestens 40 kV beträgt.
9. Plasmazündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die die Brenndauer des Plasmas bis zu 5 ms beträgt .
10. Plasmazündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, bei dem die Frequenz des Versorgungssignals mindestens 1
MHz beträgt.
11. Plasmazündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Plasma tief in den Brennraum eines Verbren- nungsmotors platzierbar ist.
12. Plasmazündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das System für eine Folge von Plasma-Zündungen innerhalb eines Taktes eines Motors ausgelegt ist.
13. Plasmazündsystem nach Anspruch 12, bei dem die Folge von Plasma-Zündungen eine Frequenz von mindestens 1 kHz aufweist.
14. Plasmazündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Anpassung der HF-Spannungsquellen auf den Eingang des Resonators Anpassschaltungen (120, 130, 160) zwischen geschaltet sind.
15. Verfahren zum Betrieb eines entsprechend einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 14 aufgebauten Plasmazündsystems mit folgenden Schritten:
- Ansteuerung der HF-Spannungsquelle (12) zur Erzeugung eines Burst-Signals (8) mittels einer Steuer-/Regeleinheit (10) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt und Zuführung des Burst-Signals (8) zum Resonator (15) , und - Ansteuerung der HF-Spannungsquelle (13) zur Erzeugung eines Versorgungssignals (9) beginnend unmittelbar vor der Erzeugung des Burst-Signals oder während der Dauer des Burst- Signals oder spätestens zum Ende des Burst-Signals und Zuführung des Versorgungssignals (9) zum Resonator (15), wobei die Ausgangsimpedanz der HF-Spannungsquelle etwa so groß ist wie die Impedanz des Resonators bei vorhandenem Plasma mit optimaler Ausdehnung und Leistungsaufnahme.
16. Verfahren zum Betrieb eines entsprechend einem der An- sprüche 2 bis 14 aufgebauten Plasma-Zündssytems, welches wie folgt abläuft:
Ansteuerung einer ein Burst-Signal und ein Versorgungssignal erzeugenden HF-Spannungsquelle (16) mittels einer Steuer- /Regeleinheit (11) , derart, dass die Hochfrequenz- Spannungsquelle (16) bzw. die nachgeschaltete Anpassschaltung (160) im Anschluss an die Erzeugung eines Burst-Signals zur Erzeugung eines Plasmas auf die veränderte Eingangsimpedanz des Resonators bei bestehendem Plasma angepasst ist, wobei das Versorgungssignal unmittelbar auf das Burst-Signal folgt und die Energie-Versorgung des Plasmas für eine vorgebbare Zeitdauer sichert.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem in Abhängigkeit von dem Zustand - vorhandenes Plasma bzw. nicht vorhandene Plasma - die Transformationseigenschaften zur Anpassung von Verstärkerausgängen auf den Resonator-Eingang durch eine entsprechend zwischengeschaltete Schaltung zwischen Resonator und jeweiliger Spannungsquelle geschieht.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der Pegel des Versorgungssignals (9) regelbar ist.
19. Plasmazündystem nach Anspruch einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem eine Impedanzanpassung mittels einer Veränderung der Betriebsfrequenz einer HF-Spannungsquelle geschieht .
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005036968A1 (de) 2005-08-05 2007-02-15 Siemens Ag Plasma-Zündsystem und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102006027204B3 (de) * 2006-06-12 2007-11-22 Siemens Ag Verfahren zur Überwachung eines Brennvorganges in einer Brennkraftmaschine
FR2913297B1 (fr) * 2007-03-01 2014-06-20 Renault Sas Optimisation de la generation d'une etincelle d'allumage radio-frequence
FR2913298B1 (fr) 2007-03-01 2009-04-17 Renault Sas Pilotage d'une pluralite de bobines bougies via un unique etage de puissance
FR2913299B1 (fr) * 2007-03-01 2009-04-17 Renault Sas Pilotage d'une pluralite de bobines bougies via un unique etage de puissance.
FR2914530B1 (fr) 2007-03-28 2014-06-20 Renault Sas Pilotage optimal a la frequence de resonance d'un resonateur d'un allumage radiofrequence.
EP2012004A1 (de) * 2007-07-03 2009-01-07 Delphi Technologies, Inc. Hochfrequenzzündeinrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
FR2919901B1 (fr) * 2007-08-08 2010-02-26 Renault Sas Dispositif de generation de plasma radiofrequence
FR2928240B1 (fr) * 2008-02-28 2016-10-28 Renault Sas Optimisation de la frequence d'excitation d'une bougie radiofrequence.
CN102149917B (zh) 2008-07-23 2015-05-20 博格华纳公司 点燃可燃的混合物
FR2934942B1 (fr) * 2008-08-05 2010-09-10 Renault Sas Controle de la frequence d'excitation d'une bougie radiofrequence.
WO2010043546A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-22 Delphi Technologies, Inc. High frequency ignition system
US9181920B2 (en) * 2011-04-04 2015-11-10 Federal-Mogul Ignition Company System and method for detecting arc formation in a corona discharge ignition system
DE202012004602U1 (de) * 2012-05-08 2013-08-12 Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg Hochfrequenz-Plasmazündvorrichtung
DE102012104642B4 (de) * 2012-05-30 2015-10-15 Borgwarner Ludwigsburg Gmbh Verfahren zum Überwachen eines Brennraums eines taktweise arbeitenden Verbrennungsmotors
DE102013015063B3 (de) * 2013-09-09 2015-03-05 Michael Reimann Verfahren und Vorrichtung zum Zünden eines Gas-Kraftstoff-Gemischs
KR20160097340A (ko) 2013-12-12 2016-08-17 페더럴-모굴 이그니션 컴퍼니 코로나 점화 전원용 제어 시스템
DE102016006782A1 (de) * 2016-06-02 2017-12-07 Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg Zündvorrichtung und Verfahren zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0211133A1 (de) 1985-07-27 1987-02-25 Bernd Holz Verfahren zur Einbringung thermischer Energie in einen mit einem Medium gefüllten Raum und Einrichtung hierzu
DE102005036968A1 (de) 2005-08-05 2007-02-15 Siemens Ag Plasma-Zündsystem und Verfahren zu dessen Betrieb

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10157029A1 (de) * 2001-11-21 2003-06-05 Bosch Gmbh Robert Hochfrequenzzündung für eine Brennkraftmaschine
DE10207446B4 (de) * 2002-01-22 2004-02-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, Zündungssteuerungsvorrichtung und Zündvorrichtung
DE10243271A1 (de) * 2002-09-18 2003-12-04 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Verbrennungsmotor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0211133A1 (de) 1985-07-27 1987-02-25 Bernd Holz Verfahren zur Einbringung thermischer Energie in einen mit einem Medium gefüllten Raum und Einrichtung hierzu
DE102005036968A1 (de) 2005-08-05 2007-02-15 Siemens Ag Plasma-Zündsystem und Verfahren zu dessen Betrieb

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2007017481A1

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