Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze

Abstract

 Bei einem Verfahren zum Steuern der Temperatur einer Glüh­kerze wird auf einen Bezugs-Betriebspunkt Bezug genommen. Für diesen wird ein Grundleistungswert bestimmt, der dem Wert derjenigen Leistung entspricht, die der Glühkerze zuzuführen ist, damit diese gerade eine gewünschte Temperatur erreicht. Weicht ein tatsächlicher Betriebspunkt vom Bezugs-Betriebs­punkt ab, wird für ausgewählte Betriebsparameter jeweils der Wert der Differenz des aktuellen Wertes zum zugehörigen Be­zugswert bestimmt, wie er im Bezugs-Betriebspunkt vorlag. Mit Hilfe dieser Differenz wird ein Leistungsänderungsanteil für jeden berücksichtigten Betriebsparameter durch Multipli­zieren des zugehörigen Differenzwertes mit einer zugehörigen Konstanten berechnet. Mit den berechneten Leistungsänderungs­anteilen wird der Grundleistungswert modifiziert. Vorzugs­weise erfolgt eine Zusatzkorrektur unter Berücksichtigung der Abweichung der tatsächlichen Drehzahl von der Drehzahl im Be­zugs-Betriebspunkt.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß dann, wenn eine Brenn­kraftmaschine im praktischen Betrieb den Bezugs-Betriebspunkt erreicht, die Glühkerzentemperatur mit großer Genauigkeit auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Bei Abweichungen vom Bezugs-Betriebspunkt treten nur geringe Fehler gegenüber der gewünschten Temperatur und der tatsächlich erreichten Temperatur auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze, wie sie verwendet wird, um an selbstzündenden Brennkraftmaschinen den Zündvor­gang in der Startphase und der Warmlaufphase zu unterstützen.

Stand der Technik

[0002] Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze sind aus DE 35 02 966 A1 (US 4.658.772) be­kannt. Die Temperatur der Glühkerze wird abhängig vom Wert mindestens eines Betriebsparameters einer Brennkraftmaschine gesteuert, wobei mit den berücksichtigten Werten diejenige Soll-Leistung berechnet wird, bei der die Glühkerze eine Tem­peratur in einem vorgegebenen Bereich einnehmen soll. Der vor­gegebene Bereich liegt zwischen 900 °C und 1050 °C. Als Be­triebsparameter werden insbesondere die zugeführte Kraftstoff­masse, die Einspritzdauer, der Spritzbeginn, aber auch die Drehzahl oder verschiedene Temperaturen berücksichtigt. In der genannten Schrift ist offengelassen, wie die Abhängigkeit der der Glühkerze zuzuführenden Leistung von den Werten berück­sichtigter Betriebsparameter beschaffen sein soll.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze anzugeben, mit dem die Temperatur der Kerze sehr zuverlässig in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens anzugeben.

Vorteile der Erfindung

[0004] Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von An­spruch 6 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 - 5.

[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Soll-Leistung ausgehend von einem Grundleistungswert be­rechnet wird. Der Grundleistungswert wurde für einen Bezugs-­Betriebspunkt bestimmt, bei dem alle berücksichtigten Betriebs­parameter jeweils einen Bezugswert einnahmen. Zum Grundlei­stungswert werden Leistungsänderungsanteile addiert. Diese werden dadurch berechnet, daß zunächst der Wert der Differenz des aktuellen Wertes jedes berücksichtigten Betriebsparameters zum zugehörigen Bezugswert bestimmt wird. Dann wird der Dif­ferenzwert mit einer Konstanten multipliziert. Beim Addieren der Leistungsänderungsanteile und des Grundleistungswertes wird berücksichtigt, ob die Änderungsanteile bei zugehörigem positivem Differenzwert zu einer Leistungserhöhung oder einer Leistungserniedrigung führen sollen. Dieses Berücksichtigen erfolgt durch entsprechende Wahl des Vorzeichens bei der Addi­tion oder entsprechende Wahl des Vorzeichens der zugehörigen Konstanten.

[0006] Durch das Beziehen auf einen Bezugs-Betriebspunkt hat das Verfahren den Vorteil, daß um diesen Punkt herum kaum Ände­rungen um den Grundleistungswert herum erforderlich sind. Der Grundleistungswert wurde jedoch so bestimmt, daß im Bezugs-­Betriebspunkt die Glühkerze gerade die gewünschte Temperatur erreichte. Der Bezugs-Betriebspunkt wird vorzugsweise für Be­triebsbedingungen festgelegt, für die ein Unterstützen der Zündung durch die Glühkerze besonders wichtig ist, um ruhigen Motorlauf mit möglichst geringer Rauchentwicklung zu erzielen. Läuft die Brennkraftmaschine, an der das Verfahren angewandt wird, nahe dem Bezugs-Betriebspunkt, werden nur geringe Ände­rungen gegenüber dem Grundleistungswert vorgenommen, wodurch die gewünschte Glühkerzentemperatur auch dann noch recht genau gehalten wird, wenn die berechnete Leistungsänderung die eigentlich erforderliche Änderung zum genauen Halten der ge­wünschten Temperatur nicht genau trifft. Je weiter die Werte von Betriebsparametern in einem aktuellen Betriebspunkt von den Werten im Bezugs-Betriebspunkt entfernt liegen, desto größer werden mit großer Wahrscheinlichkeit die Abweichungen zwischen der berechneten Leistungsänderung der eigentlich er­forderlichen Leistungsänderung zum Aufrechterhalten der ge­wünschten Temperatur. Diese mit Entfernung vom Bezugs-Betriebs­punkt zunehmenden Fehler sind aber in aller Regel zunehmend unkritisch.

[0007] Von besonderem Vorteil ist es, wenn für mindestens einen der berücksichtigten Betriebsparameter nicht nur ein drehzahlun­abhängiger, sondern auch ein drehzahlabhängiger Leistungsän­derungsanteil berechnet wird. Hierzu wird der Wert der Diffe­renz der aktuellen Drehzahl von einer Bezugsdrehzahl bestimmt und der Betriebsparameter-Differenzwert, der Drehzahl-Diffe­renzwert und eine Konstante werden miteinander multipliziert. Bei größeren Abweichungen der aktuellen Drehzahl von der Be­zugsdrehzahl werden die drehzahlabhängigen Leistungsänderungs­anteile ihrem Wert nach vergleichbar mit den drehzahlunabhän­gigen Leistungsänderungsanteilen. Besonders stark wirkt sich die drehzahlabhängige Korrektur in bezug auf den Einfluß der Einspritzmenge aus. Nur eine vernachlässigbare drehzahlab­ hängige Korrektur ist dagegen zum Beheben des Einflusses des Spritzbeginns erforderlich.

[0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Treiberstufe und verschiedene Mittel für die oben genannten Berechnungsvorgänge auf. Diese Mittel sind vorzugsweise in einem Steuergerät zu­sammengefaßt, das einen Mikroprozessor aufweist. Dieser gibt einen Soll-Leistungswert aus, aufgrund dessen die Treiber­stufe die Glühkerze so ansteuert, daß dieser die Soll-Lei­stung zugeführt wird.

Zeichnung

[0009] 

Fig. 1 Blockschaltbild zum Erläutern einer Vorrichtung zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze; und

Fig. 2 Flußdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

[0010] Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt ein Steuergerät 10, eine Treiberstufe 11 und eine als Widerstand dargestellte Glühkerze 12. Dem Steuergerät 10 werden Werte von Betriebs­größen zugeführt, im Beispielsfall Werte der Drehzahl N, der Motortemperatur (eigentlich Kühlmitteltemperatur) TW, der Lufttemperatur TL, des Spritzbeginns SB und der Kraftstoff­masse QK. Aus diesen aktuellen Werten und gespeicherten vor­gegebenen Werten bestimmt das Steuergerät 10 eine Soll-Lei­stung P_S an die Treiberstufe 11. Diese berechnet mit Hilfe dieser Soll-Leistung und der Batteriespannung UB ein solches Tastverhältnis zum Ansteuern der Glühkerze 12, daß dieser gerade die gewünschte Soll-Leistung P_S zugeführt wird.

[0011] Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 führt ein Verfahren aus, wie es im folgenden anhand von Fig. 2 erläutert wird. Das Verfahren verfügt über sieben Schritte s1 - s7, von denen die Schritte s1 - s6 im Steuergerät 10 durchgeführt werden und Schritt s7 in der Treiberstufe 11 ausgeführt wird.

[0012] Nach dem Starten des Verfahrens gemäß Fig. 2 werden zunächst Werte einer Grundleistung, von Bezugsgrößen und von Konstan­ten auf vorgegebene Werte gesetzt. Die Bezugsgrößen und ihre zugehörigen Bezugswerte sind im Beispielsfall für einen 2,5 l-­Dieselmotor die folgenden:
N_B: 750 U/min = Wert für die Bezugsdrehzahl
TW_B: - 5°C = Wert für die Bezugs-Kühlwassertemperatur
TL_B: - 16 °C = Wert für die Bezugs-Ansauglufttemperatur
SB_B: - 6°KW = Wert für den Bezugs-Spritzbeginn (Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt)
QK_B: 4 mg = Wert für die Bezugs-Kraftstoffeinspritzmasse

[0013] Wird eine Brennkraftmaschine genau mit diesen Bezugswerten betrieben, muß der Glühkerze eine ganz bestimmte Leistung zu­geführt werden, damit sie genau die gewünschte Temperatur, z. B. 1000°C annimmt. Der Wert dieser Leistung wird im fol­genden als Grundleistungswert P_G bezeichnet.

[0014] Die Konstanten, die im Beispielsfall in Schritt s1 gesetzt werden:
K_N: 2,7 x 10⁻³ V/min = Konstante zur Korrektur des Drehzahl­einflusses
K_TW: 7,3 x 10⁻³ V/°C = Konstante zur Korrektur des Kühlwas­ser-Temperatureinflusses
K_TW_N: - 14,2 x 10⁻⁶ V/°C min = Konstante zur Korrektur des drehzahlabhängigen Kühlwasser-Tempe­ratureinflusses
K_TL: - 11,9 x 10⁻³ V/°C = Konstante zur Korrektur des Ansaug­luft-Temperatureinflusses
K_TL_N: - 19,1 x 10⁻⁶ V/°C min = Konstante zur Korrektur des drehzahlabhängigen Ansaugluft-­Temperatureinflusses
K_SB: 0,15 V/°KW = Konstante zur Korrektur des Spritzbeginn­einflusses
K_SB_N: 0 = Konstante zur Korrektur des drehzahlabhängigen Spritzbeginneinflusses
K_QK: - 32,1 x 10⁻³ V/mg = Konstante zur Korrektur des Kraft­stoffeinspritzmassen-Einflusses
K_QK_N: - 126,4 x 10⁻⁶ V/mg min = Konstante zur Korrektur des drehzahlabhängigen Kraftstoffein­spritzmassen-Einflusses

[0015] Im Schritt s2 werden die Werte von Betriebsparametern gemes­sen, wobei es im Beispielsfall auf die Werte der Drehzahl N, der Kühlmitteltemperatur TW, der Ansauglufttemperatur TL, des Spritzbeginns SB und der Kraftstoffmasse QK ankommt. In einem Schritt s3 wird der Wert der jeweiligen Differenz des aktuel­len Wertes jedes berücksichtigten Betriebsparameters zum zu­gehörigen Bezugswert gebildet, also:
N_D = N - N_B
TW_D = TW - TW_B
TL_D = TL - TL_B
SB_D = SB - SB_B und
QK_D = QK - QK_B.

[0016] In einem Schritt s4 werden Leistungsänderungsanteile berech­net, d. h. für jeden berücksichtigten Betriebsparameter wird diejenige Leistung berechnet, die zusätzlich oder weniger zugeführt werden muß, um denjenigen Effekt in der Leistungs­bilanz der Glühkerze auszugleichen, der dadurch hervorgerufen wird, daß sich der jeweilige Wert eines Betriebsparameters vom Bezugswert entfernt hat. Die Berechnung wird beispiels­haft für die Drehzahl aufgeführt; für die anderen Betriebs­parameter gilt die Berechnung entsprechend:
P_D_N = K_N x N_D.

[0017] In einem Schritt s5 werden drehzahlabhängige Leistungsände­rungsanteile für die berücksichtigten Betriebsparameter be­rechnet. Für die Drehzahl selbst entfällt eine derartige Be­rechnung, da hier bereits der Grund-Leistungsänderungsanteil, wie in Schritt s4 berechnet, der drehzahlabhängige Leistungs­änderungsanteil ist. Die Formel für die Berechnung wird nun für den drehzahlabhängigen Kühlwassertemperatureinfluß ange­geben, gilt aber für alle anderen berücksichtigten Betriebs­parameter entsprechend:
P_D_TW_N = K_TW_N x TW_D x N_D

[0018] Im Schritt s6 schließlich wird die Soll-Leistung P_S aus der Grundleistung P_G und der Summe der Leistungsänderungsanteile P_D berechnet, wobei diese Leistungsänderungsanteile sowohl drehzahlunabhängige wie auch drehzahlabhängige sind, also alle in den Schritten s4 und s5 berechnete Anteile:
P_S = P_G + Σ P_D

[0019] Die berechnete Soll-Leistung P_S wird, wie oben angegeben, an die Treiberstufe 11 gegeben. Diese führt den Schritt s7 aus, gemäß dem das Tastverhältnis für die Ansteuerung der Glühkerze unter Berücksichtigung der Batteriespannung UB und der Soll-Leistung P_S berechnet wird. Dieser letzte Schritt ist ein herkömmlicher Schritt.

[0020] Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß sich dann, wenn der Bezugs-Betriebspunkt durch Ändern der Bezugswerte der berück­sichtigten Betriebsparameter geändert wird, der Grundleistungs­ wert ändert, der zum Erzielen der gewünschten Temperatur in diesem Bezugs-Betriebspunkt erforderlich ist. Der Bezugs-Be­triebspunkt kann beliebig gewählt werden. Von Vorteil ist es, ihn durch solche Werte berücksichtigter Betriebsparameter festzulegen, die problematischen Motorlauf zur Folge haben, also die Neigung zu unrundem Lauf und Rauchentwicklung begün­stigen. Es sind dies insbesondere tiefe Temperaturen und nie­dere Drehzahlen. Da für den Bezugs-Betriebspunkt die Leistung genau bestimmt wird, die erforderlich ist, um diejenige Glüh­kerzentemperatur zu erzielen, bei der der Motor optimal läuft, ohne daß die Lebensdauer der Glühkerze leidet, ist gewährlei­stet, daß beim Wiedererreichen dieses Betriebspunktes im prak­tischen Betrieb optimale Verhältnisse eingestellt werden. Dies gilt auch für Betriebspunkte, die dicht bei diesem kritischen Bezugs-Betriebspunkt liegen. Wird vom Bezugs-Betriebspunkt weiter abgewichen, steigt die Wahrscheinlichkeit, daß die Soll-Leistung nicht mehr so berechnet wird, daß sie tatsäch­lich der erforderlichen Leistung für optimale Glühkerzentem­peratur entspricht. Wenn jedoch der Grundleistungswert für verhältnismäßig niedrige Drehzahlen und Temperaturen festge­legt worden ist, ist zu noch geringeren Drehzahlen und Tempe­raturen nicht mehr viel Raum. Entsprechend können nur geringe Fehler auftreten. Zu größeren Drehzahlen und höheren Tempera­turen hin können zwar größere Fehler entstehen, jedoch sind diese nicht allzu kritisch, da bei höheren Temperaturen und größeren Drehzahlen das Laufverhalten des Motors unkritischer wird.

[0021] Die zuzuführende Leistung hängt letztendlich von der gewünsch­ten Temperatur der Glühkerze ab. Wie oben angegeben, ist für viele Brennkraftmaschinen eine Glühkerzentemperatur von etwa 1000°C von Vorteil. Es sind jedoch auch Glühkerzentemperatu­ren von z. B. 900 °C oder 1100 °C möglich. Grundsätzlich wird man bemüht sein, die Temperatur möglichst hoch zu wählen. Je­doch nimmt mit zunehmender Temperatur die Lebensdauer ab, weswegen ein Kompromiß zu schließen ist.

[0022] Aus den Vorzeichen der oben angegebenen Konstanten ist erkenn­bar, daß ein Erhöhen der Drehzahl zu einem Erhöhen der Soll-­Leistung führt, daß dagegen das Erhöhen der Kühlwassertempe­ratur oder der Ansauglufttemperatur ein Erniedrigen zur Folge hat. Statt durch die Vorzeichen der Konstanten kann die Rich­tung der Korrektur auch dadurch bestimmt werden, daß bei der Addition unterschiedliche Vorzeichen gewählt werden, oder daß der aktuelle Wert eines Betriebsparameters vom Bezugswert ab­gezogen wird statt umgekehrt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze, ab­hängig vom Wert mindestens eines Betriebsparameters einer Brennkraftmaschine, wobei mit den Werten berücksichtigter Be­triebsparameter diejenige Soll-Leistung berechnet wird, bei der die Glühkerze eine Temperatur in einem vorgegebenen Be­reich einnehmen soll, mit folgendem Schritt:
- Anlegen elektrischer Spannung an die Glühkerze in solcher Weise, daß dieser die berechnete Soll-Leistung zugeführt wird,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Bestimmen des Wertes der Differenz des aktuellen Wertes jedes berücksichtigten Betriebsparameters zu einem zugehö­rigen Bezugswert,
- Berechnen eines Leistungsänderungsanteils für jeden berück­sichtigten Betriebsparameter durch Verknüpfen des zugehöri­gen Differenzwertes mit einer zugehörigen Konstanten,
- Modifizieren eines Grundleistungswertes mit allen Leistungs­änderungsanteilen, wodurch die Soll-Leistung gebildet wird, wobei der Grundleistungswert für einen Bezugs-Betriebspunkt bestimmt wurde, in dem alle berücksichtigten Betriebspara­meter jeweils ihren Bezugswert einnahmen und die Glühkerze eine gewünschte Temperatur erreichte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß das Modifzieren des Grundleistungswertes dadurch erfolgt, daß der Grundleistungswert und alle Leistungsände­rungsanteile addiert werden, wobei diejenigen Leistungsände­rungsanteile, die bei positivem zugehörigem Differenzwert zu einer Leistungserhöhung führen sollen, positiv in die Addition eingehen, dagegen diejenigen Leistungsänderungsanteile, die bei positivem zugehörigem Differenzwert zu einer Leistungs­erniedrigung führen sollen, negativ in die Addition einge­hen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Drehzahl als be­rücksichtigter Betriebsparameter verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens einen der berück­sichtigten Betriebsparameter, der nicht die Drehzahl ist, der zugehörige Leistungsänderungsanteil durch einen drehzahlab­hängigen Leistungsänderungsanteil korrigiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß jeder drehzahlabhängige Leistungsänderungsanteil für einen zugehörigen Betriebsparameter dadurch bestimmt wird, daß
- der Wert der Differenz der aktuellen Drehzahl zu einer Be­zugsdrehzahl bestimmt wird, und
- der Betriebsparameter-Differenzwert, der Drehzahl-Differenz­wert und eine Konstante miteinander verknüpft werden.

6. Vorrichtung zum Steuern der Temperatur einer Glühkerze abhängig vom Wert mindestens eines Betriebsparameters einer Brennkraftmaschine, wobei mit den Werten berücksichtigter Betriebsparameter diejenige Soll-Leistung berechnet wird, bei der die Glühkerze eine Temperatur in einem vorgegebenen Bereich einnehmen soll, mit
- einer Treiberstufe (11), in die der jeweils aktuelle Wert für die Soll-Leistung eingegeben wird, zum Anlegen elektri­scher Spannung an die Glühkerze (12) in solcher Weise, daß dieser die Soll-Leistung zugeführt wird,
gekennzeichnet durch
- ein Mittel (10) zum Bestimmen des Wertes der Differenz des aktuellen Wertes jedes berücksichtigten Betriebsparameters zu einem zugehörigen Bezugswert,
- ein Mittel (10) zum Berechnen eines Leistungsänderungs­anteils für jeden berücksichtigten Betriebsparameter durch Verknüpfen des zugehörigen Differenzwertes mit einer zuge­hörigen Konstanten, und
- ein Mittel (10) zum Modifizieren eines Grundleistungswertes mit allen Leistungsänderungsanteilen.

Zeichnung