Verfahren zum Glühen einer Glühkerze für einen Dieselmotor

Abstract

 Verfahren zum Glühen einer Glühkerze für einen Dieselmotor auf ihre Solltemperatur, indem die Glühkerze gesteuert bestromt wird. Während einer bestimmten Zeitspanne nach Abschluss eines vorhergehenden Glühvorgangs wird zur Ermittlung der Werte für die Bestromung der Glühkerze ein mathematisches Modell der Glühkerze herangezogen, in das die Werte des aktuellen thermischen Zustandes der Glühkerze, die seit dem Abschluss des vorhergehenden Glühvorgangs vergangene Zeit und die für einen Glühvorgang relevanten Parameter des Dieselmotors eingehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glühen einer Glühkerze für einen Dieselmotor auf ihre Solltemperatur, indem die Glühkerze gesteuert bestromt wird.

[0002] Ein derartiges Verfahren dient dazu, eine Glühkerze eines Dieselmotors auf die Solltemperatur zu bringen, bei der der Motor gestartet werden kann.

[0003] Aus MTZ 10/2000 "Das elektronisch gesteuerte Glühsystem ISS für Dieselmotoren" ist ein Verfahren zum Steuern der Aufheizung einer Glühkerze für einen Dieselmotor bekannt, bei dem der Glühbefehl oder die Glühanforderung nach abgeschlossener Initialisierung der Motorsteuerung, nach erfolgter Bestimmung der Temperatur der Motorelemente über die Motorsteuerung und anschließendem erfolgreichen Aufbau einer Kommunikation zwischen der Motorsteuerung und dem Glühsteuergerät gegeben wird.

[0004] Zur Steuerung der Aufheizung einer Glühkerze eines Dieselmotors ist es wichtig, den thermischen Zustand der Glühkerze insbesondere bei einer Schnellstartglühkerze, beispielsweise die Resttemperatur der Glühkerze nach einem vorherigen Glühvorgang beim Wiederholstart zu kennen und in die folgende Steuerung einzubeziehen.

[0005] Eine Schnellstartglühkerze, die zur Erreichung einer kurzen Aufheizzeit so ausgelegt ist, dass ihre Nominalspannung weit unter der zur Verfügung stehenden Netzspannung liegt, und die beispielsweise auf eine Spannung von 5 V zur Erreichung einer Beharrungstemperatur von 1000°C bei einer Netzspannung von 12 V ausgelegt ist, wird bisher so betrieben, dass eine Überprüfung des Widerstandes der Glühkerze vor dem Einleiten der Schnellglühphase vorgenommen wird, um einen eventuell vorausgegangenen Glühvorgang festzustellen. Wird eine bereits heiße Glühkerze geglüht, kann sie nämlich durch eine Übertemperatur beschädigt werden. Daher wird aus Sicherheitsgründen bei Erkennung einer heißen Glühkerze, beispielsweise bei einem Wiederholstart, diese nur mit einer niedrigen Spannung, z. B. der Nominalspannung beaufschlagt, um eine Überhitzung zu vermeiden. Das hat allerdings den Nachteil, dass dieser folgende Glühvorgang sehr langsam erfolgt, so dass die Glühkerze eine sehr lange Zeit benötigt, um die Solltemperatur zu erreichen. Wenn beispielsweise der Zündschlüssel kurz hintereinander zweimal betätigt wird, benötigt die Vorglühphase des zweiten Vorglühvorgangs etwa 10 Sekunden verglichen mit einem Wert von 2 Sekunden beim ersten Glühversuch, um auf die gleiche Temperatur zu kommen.

[0006] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, dass bei einem Wiederholstart eine Überhitzung der Glühkerze vermeidet und dennoch die Glühkerze in kürzester Zeit auf die Solltemperatur bringt.

[0007] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Verfahren gelöst, das im Anspruch 1 angegeben ist.

[0008] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein verbesserter Wiederholstartschutz z. B. bei einer Schnellstartglühkerze oder einer Niedervoltglühkerze gegeben, besteht die Möglichkeit des Einsatzes als preemptive Regelung und ist ein schnellstmögliches Aufheizen der Glühkerze auch bei Wiederholstarts unter Berücksichtigung der in ihr noch enthaltenen Energie möglich.

[0009] Dazu wir die aktuelle thermische Situation der Glühkerze dadurch berücksichtigt, dass sie in das mathematische Modell eingeht, und wird mittels des mathematischen Modells in Abhängigkeit der Vorgeschichte, d. h. eines oder mehrerer vorausgegangener Glühvorgänge und der dazwischen liegenden Pausezeiten bestimmt, welche Bestromung der Glühkerze notwendig und erlaubt ist, um die Glühkerze schnellstmöglich auf die Solltemperatur zu bringen, ohne eine Überhitzung zu riskieren.

[0010] Nach Abschluss eines Glühvorganges wird somit die Glühsteuerung nicht abgeschaltet, sondern über ein bestimmte Zeit durch beispielsweise eine externe oder interne Spannungserhaltung weiter betrieben. Diese Zeit ist beispielsweise die Zeitspanne, die verstreichen muss, bevor eine vorher bereits geglühte Glühkerze wieder gefahrenlos mit dem vollen Energieeintrag bestromt werden kann.

[0011] Jeder Glühvorgang wird erfasst und mit seinen relevanten Eingangsgrößen für das mathematische Modell gespeichert. Diese Größen werden dem Modell eingegeben und zur Verfügung gestellt. In das Modell gehen weiterhin die verstrichene Pausezeit, d. h. die Zeit seit dem letzten Glühvorgang ohne Bestromung der Glühkerzen, sowie die für einen Glühvorgang relevanten Parameter, beispielsweise der Zustand des Dieselmotors wie die Drehzahl, die Temperatur, die Einspritzmenge usw. ein, die erfasst oder entweder analog gespeichert oder direkt dem Modell zur Verfügung gestellt werden. Das Modell errechnet dann anhand dieser Parameter den zulässigen und notwendigen Energieeintrag, um die Glühkerze in der kürzest möglichen oder für die Glühkerze optimalen Zeit wieder auf die Solltemperatur zu bringen, ohne dass ein Überhitzung zu befürchten ist.

[0012] Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

[0013] Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.

[0014] Die einzige Figur zeigt in einem schematischen Schaltbild eine Steuervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0015] Die in der Zeichnung dargestellte Steuervorrichtung umfasst ein Motorsteuergerät 1 und ein Glühsteuergerät 2, an dem eine Glühanforderung vom Motorsteuergerät 1 über eine geeignete Schnittstelle liegt. Das Glühsteuergerät 2 interpretiert die Glühanforderung und bestromt die Glühkerzen 3 dementsprechend.

[0016] Es ist ein physikalisches Modell 4 der Glühkerze im Glühsteuergerät 2 vorgesehen, das parallel zu den Glühkerzen 3 so angesteuert wird, dass der thermische Zustand der Glühkerzen 3 durch dieses physikalische Modell 4 abgebildet wird. Das physikalische Modell 4 ist so ausgelegt, dass es zumindest bei stehendem Motor, d. h. ohne Gaswechsel oder Befeuerung die Temperatur der Heizstabspitze einer üblichen Glühkerze gut abbildet. Das gilt sowohl für die Aufheizung als auch für die Abkühlung der Glühkerze.

[0017] Als Maß für den thermischen Zustand der Glühkerze kann z. B. der Widerstand eines entsprechend dimensionierten PTC- oder NTC-Elementes innerhalb des physikalischen Modells 4 dienen. Stattdessen kann auch ein elektrischer Speicher verwandt werden, dessen Ladezustand mit dem thermischen Zustand korreliert. Der thermische Zustand des physikalischen Modells 4 wird ausgewertet und liegt als Eingangsgröße 5 an der Glühkerzensteuerung 12.

[0018] Mit Hilfe des physikalischen Modells 4, das in das Glühsteuergerät 2 implementiert ist, wird die Dynamik der Glühkerzen 3 genau erfasst, so dass eine genaue Information über die tatsächlich an den Glühkerzen 3 vorliegende Temperatur gegeben ist.

[0019] Die Genauigkeit kann weiter dadurch gesteigert werden, dass die Temperatur des physikalischen Modells 4 mit einer weiteren Temperatur verglichen wird, die an einer Stelle erfasst wird, die die Umgebungstemperatur widerspiegelt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Messstelle am Metallstanzgitter handeln, das keinen großen Strom führt (Schnittstelle / Kommunikation 11). Bei dem physikalischen Modell 4, das in das Glühsteuergerät 2 implementiert ist, kann während der Fertigung problemlos ein Abgleich des Modells bzw. der integrierten elektronischen Bauelemente erfolgen, wodurch die Genauigkeit weiter gesteigert wird.

[0020] Die Auswertung des Widerstandes der Glühkerzen 3 über die Messung des Stromes ist zwar ungenügend, um die Temperatur insbesondere in dynamischen Phasen zu messen, in hinreichend stationären Phasen kann aber der Widerstand der Glühkerzen 3 mit den Werten des physikalischen Modells 4 verglichen und dadurch die Genauigkeit erhöht bzw. die Plausibilität überprüft werden. Eine entsprechende Funktionalität im Glühsteuergerät 2 zum gezielten Abgleich zwischen dem Glühkerzenwiderstand und dem Ausgang des physikalischen Modell 4 kann im Glühsteuergerät 2 einfach durch entsprechende Software und Speicher in der elektronischen Glühsteuerung 12 implementiert werden.

[0021] Der Zustand des physikalischen Modells 4 wird durch eine geeignete Elektronik ausgewertet und steht als Signal zur Wieterverarbeitung für die Glühsteuerung 12 zur Verfügung.

[0022] Das physikalische Modell 4 wird somit parallel zu den Glühkerzen 3 betrieben, so dass es einen äquivalenten bzw. proportionalen Energieeintrag erfährt und das Aufheizverhalten der Glühkerzen 3 nachbildet. Die Nachbildung ist so abgestimmt, dass das Aufheiz- und Abkühlverhalten bei stehendem Motor nachgebildet wird.

[0023] Das physikalische Modell 4 im Glühsteuergerät 2 erfährt aber nicht den Energiezufluss bzw. Energieabfluss der an einer Glühkerze im Brennraum durch die Verbrennungsenergie bzw. die zusätzliche Abkühlung wie beispielsweise im Schubbetrieb auftritt. Damit das physikalische Modell 4 seinen Zweck erfüllt und die Temperatur der Glühkerzen 3 so gut wie möglich nachbildet, wird daher neben der Parallelansteuerung des physikalischen Modells 4 gleichzeitig der zusätzliche positive oder negative Energieeintrag durch äußere Einflüsse, die vom Standardfall abweichen, mathematisch berücksichtigt. Hierzu ist beispielsweise ein Korrekturmodul 13 vorgesehen, das den aktuellen Motorzustand, beispielsweise seine Drehzahl, sein Drehmoment, die Einspritzmenge und Temperatur usw. berücksichtigt und die Ansteuerung des physikalischen Modells 4 entsprechend so modifiziert, dass die vom physikalischen Modell 4 ausgegebene Glühkerzentemperatur mit der tatsächlichen aktuellen Temperatur der Glühkerzen gut übereinstimmt.

[0024] Im einfachsten Fall wird die Ansteuerung mit einem Festwert begrenzt. Es ist z. B. bekannt, dass Glühkerzen während des Motorbetriebs zumindest in direkt einspritzenden Dieselmotoren außer im Randbereich niedriger Drehzahl und bei sehr hoher Last ein gegenüber dem stehenden Motor höheren Energiebedarf haben, um die Solltemperatur zu halten. Üblicherweise wird die Glühsteuerung 12 die Energiezufuhr zu den Glühkerzen 3 so regeln, dass die Glühkerzentemperatur unabhängig von den Motorbetriebsbedingungen konstant gehalten wird. Damit kann bei laufendem Motor und damit in der Regel höherem Energiefluss an die Glühkerzen 3 als bei stehendem Motor davon ausgegangen werden, dass die Glühkerzen 3 genau die Solltemperatur haben. Das physikalische Modell 4 kann somit durch das Korrekturmodul 13 für diese einfach zu erfassenden Fälle auf den der Solltemperatur entsprechenden Zustand gezwungen werden.

[0025] Wenn eine genauere Abbildung der tatsächlichen Glühkerzentemperatur bzw. des Energieinhaltes durch das physikalische Modell 4 erforderlich ist oder beispielsweise bei indirekt einspritzenden Motoren oder anderen Motoren, bei denen die oben erwähnte einfache Begrenzung des Modells durch einen Festwert nicht ausreicht, wird der zusätzliche positive oder negative Energieeintrag messtechnisch erfasst und in Korrelation zu dem im Motorsteuergerät 1 oder im Glühsteuergerät 2 verfügbaren Parametern wie beispielsweise der Einspritzmenge, der Drehzahl, dem inneren Drehmoment, der Luft-, Motor-, Wasser- oder Öltemperatur gesetzt. Aufgrund der erhaltenen Daten wird ein Algorithmus erstellt und in das Korrekturmodul 13 integriert, welches das Ansteuersignal für das physikalische Modell 4 parallel zur Glühkerzenbestromung derart modifiziert, dass das physikalische Modell 4 der tatsächlichen Temperatur der Glühkerze bestmöglich folgt. In dieser Weise kann die Temperatur der Glühkerze geregelt werden, indem durch die Erfassung der Temperatur des physikalischen Modells 4 ein geschlossener Regelkreis entsteht. Damit lassen sich Überbeanspruchungen, Fehlansteuerungen usw. vermeiden. Eine beispielsweise vom Motorsteuergerät 1 an das Glühsteuergerät 2 gesendete Solltemperatur kann dann relativ einfach umgesetzt und überwacht werden, wobei die Erreichung dieser Temperatur wieder an das Motorsteuergerät 1 rückgesandt werden kann.

[0026] Durch diese Regelung besteht weiterhin die Möglichkeit, die Glühkerzen 3 schneller auf eine Solltemperatur zu bringen, da der dazu notwendige Energieeintrag auf der Grundlage des physikalischen Modells 4 der Glühkerze bzw. dessen Softwareimplementierung genau bekannt ist. Damit muss nicht wegen der fehlenden Rückkopplung der resultierenden Temperatur an der Glühkerze 3 nur eine langsamere Aufheizgeschwindigkeit zugelassen werden, wie es bisher üblich ist, so dass an Sicherheit gewonnen wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Glühen einer Glühkerze für einen Dieselmotor auf ihre Solltemperatur, indem die Glühkerze gesteuert bestromt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer bestimmten Zeitspanne nach Abschluss eines Glühvorgangs zur Ermittlung der Werte für die Bestromung der Glühkerze ein mathematisches Modell der Glühkerze herangezogen wird, in das die Werte des aktuellen thermischen Zustandes der Glühkerze, die seit dem Abschluss des Glühkerzenvorgangs vergangene Zeit und die für einen Glühvorgang relevanten Parameter des Dieselmotors eingehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeitspanne die Zeit ist, die nach dem Abschluss eines vorhergehenden Glühvorganges vergehen muss, bevor die Glühkerze voll bestromt werden kann, ohne dass die Gefahr einer Überhitzung besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle thermische Zustand der Glühkerze anhand eines physikalischen Modells der Glühkerze ermittelt wird, das parallel zur Glühkerze bestromt wird.

Zeichnung