VERFAHREN UND STEUERGERÄT ZUR EINSTELLUNG EINER TEMPERATUR EINER GLÜHSTIFTKERZE

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Temperatur einer Glühstiftkerze, insbesondere zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor, bei welchem die Temperatur der Glühstiftkerze in Abhängigkeit eines Widerstandes der Glühstiftkerze mittels einer Regelung eingestellt wird, sowie ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Glühstiftkerzen, welche in Verbrennungsmotoren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches eingesetzt werden, werden in kaltem Zustand vorgeglüht, bevor ihre Temperatur so hoch ist, dass es für die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausreicht. Die Glühstiftkerze weist dazu einen Heizer auf, welcher die kalte Glühstiftkerze in einer kurzen Zeitspanne von 1 bis 2 Sekunden mit einer überhöhten Heizspannung beaufschlagt, so dass die Glühstiftkerze zu diesem Zeitpunkt überbeansprucht wird. Nach Abschluss dieser sogenannten Push-Phase hat die Spitze der Glühstiftkerze eine Temperatur von über 1000°C erreicht, während der restliche Teil der Glühstiftkerze noch eine Temperatur aufweist, die weit unterhalb dieser Temperatur von 1000°C liegt.

[0003] Durch die Ansteuerung der Glühstiftkerze mit einer überhöhten Heizspannung entsteht ein Temperaturüberschwinger an der Glühstiftkerze. Die in der Vorheizphase erlangte Temperatur der Glühstiftkerze stellt eine Eingangsgröße für eine Regelung dar, mit welcher die Temperatur der Glühstiftkerze eingestellt wird, wie z.B. in EP 1 936 183 A2 beschrieben wird. Da diese Eingangsgröße für die Regelung aber während eines Einschwingvorganges ermittelt wird, führt dies in der nachfolgenden Regelung zu Fehlern.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Glühstiftkerze anzugeben, bei welchem der während der Vorheizphase auftretende Temperaturüberschwinger zuverlässig unterbunden wird, obwohl die Glühstiftkerze mit einer überhöhten Heizspannung beaufschlagt wird.

[0005] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Temperatur in einer Vorheizphase der Glühstiftkerze, in welcher eine Überspannung an die Glühstiftkerze angelegt wird, geregelt wird. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Glühtemperatur über den gesamten Glühvorgang der Glühstiftkerze nun mit hoher Güte moduliert wird und die Regelung der Glühtemperatur zu jedem Zeitpunkt der Glühphase, vorteilhafterweise auch in der Vorheizphase (Push-Phase) erfolgt, bei welcher der Heizer der Glühstiftkerze die kalte Glühstiftkerze in einer kurze Zeitspanne von 1 bis 2 Sekunden mit einer überhöhten Heizspannung beaufschlagt. Dies ermöglicht eine bessere Beherrschung der Vorheizphase sowohl beim Schlüsselstart als auch bei langen Startphasen. Erfindungsgemäß wird zur Regelung der Temperatur der Glühstiftkerze in der Vorheizphase eine Widerstandsdifferenz, welche am Ende der Vorheizphase zu einem gemessenen Widerstand besteht, mit Hilfe eines physikalischen Modells während der Vorheizphase vorausschauend bestimmt. Somit wird die Temperatur in der Vorheizphase, in welcher eine Überspannung an die Glühstiftkerze angelegt wird, mit Hilfe des prädiktiven Modells geregelt. Dadurch ist die Vorheizphase der Glühstiftkerze robuster, da keine oder nur geringe Temperaturüberschwinger auftreten und es werden exakte Eingangswerte für die Regelung auch im weiteren Glühverlauf der Glühstiftkerze bereitgestellt. Somit wird die Regelung bereits in der Vorheizphase eng auf den gewünschten Temperatursollwert ausgerichtet. Durch die Bestimmung der Widerstandsdifferenz wird die Eingangsgröße des Widerstandes für die Regelung initialisiert und der Zeitpunkt bei der Erstbestromung der Glühstiftkerze mit berücksichtigt. Weiterhin wird der Entwicklungsaufwand reduziert, da keine Applikation für ein gesteuertes Vorheizen notwendig wird und die Eingangsparameter nur einmal bestimmt und für die Lebensdauer der Glühstiftkerze beibehalten werden. Erfindungsgemäß wird der gemessene Widerstand der Glühstiftkerze mit der Widerstandsdifferenz addiert und die aus dem gemessenen Widerstand und der Widerstandsdifferenz gebildete Summe der Regelung zugeführt. Dadurch wird der gemessene Widerstand um einen vorausschauend bestimmten Betrag erhöht, welcher der tatsächlich während der Vorheizphase in der Glühstiftkerze auftretenden Temperatur entspricht. Erindungsgemäß wird aus einer Kennlinie, welche individuell für jede Glühstiftkerze im aufgeheizten, stationären Betrieb der Glühstiftkerze bestimmt wird, anhand der Summe aus dem gemessenen Widerstand und der Widerstandsdifferenz, ein Temperaturistwert ermittelt, welcher vom Temperatursollwert subtrahiert wird, wobei die so ermittelte Temperaturdifferenz der Regelung zugeführt wird, aus welcher eine Ansteuerspannung für die Glühstiftkerze ermittelt wird, um den gewünschten Temperatursollwert einzustellen. Die Einbindung der Widerstandsdifferenz in die Bestimmung des Temperaturistwertes führt dazu, dass auch während der schnellen Vorheizphase eine Regelung der Temperatur der Glühstiftkerze gewährleistet werden kann.

[0006] In einer Weiterbildung besteht die Widerstandsdifferenz aus mehreren, insbesondere summierten, Teilwiderstandsdifferenzen, wobei jede Teilwiderstandsdifferenz in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Glühstiftkerze bestimmt wird. Dadurch wird der Zustand der Glühstiftkerze zum Start eines Glühvorganges bei der Erstbestromung der Glühstiftkerze charakterisiert und unter Anwendung von entsprechenden Kennlinien optimiert.

[0007] In einer Variante wird eine erste Teilwiderstandsdifferenz in Abhängigkeit eines Energiegehaltes der Glühstiftkerze bestimmt, welchen diese zum Zeitpunkt des Startes des Glühvorganges aufweist. Dadurch wird die Anfangscharakteristik der Glühstiftkerze zum Zeitpunkt des Starts des Glühvorganges bei der Bestimmung der Widerstandsdifferenz berücksichtigt.

[0008] Insbesondere wird der Energiegehalt der Glühstiftkerze durch einen Anfangswiderstand, eine Anfangswärmemenge oder eine Anfangsleistung charakterisiert. Somit wird der Wärmehaushalt der kalten Glühstiftkerze vor der Erstbestromung berücksichtigt. Da beispielsweise bei einer kalten Glühstiftkerze der Anfangswiderstand sehr klein ist, während bei einer Glühstiftkerze, die schon einmal angeheizt wurde, der Anfangswiderstand größer ist, wird sichergestellt, dass immer die korrekte Eingangsgröße bei der Bestimmung der Widerstandsdifferenz herangezogen wird.

[0009] In einer anderen Ausführungsform wird eine zweite Teilwiderstandsdifferenz in Abhängigkeit eines Temperatursollwertes der Glühstiftkerze bestimmt, welchen diese am Ende des Glühvorganges aufweisen soll. Durch die Einbeziehung des Temperatursollwertes wird bei der Modellierung sichergestellt, dass auch der zu erreichende Endzustand der Glühstiftkerze in Form des Temperatursollwertes, welcher der Temperatur entspricht, die am Ende des der Vorheizphase folgenden Aufheizvorganges der Glühstiftkerze eingestellt sein soll, berücksichtigt wird.

[0010] Ferner wird eine dritte Teilwiderstandsdifferenz in Abhängigkeit einer Ausgangstemperatur der Glühstiftkerze bestimmt, welchen diese zum Zeitpunkt des Startes des Glühvorganges aufweist. Da die Glühstiftkerze bei unterschiedlichen Temperaturen beim Erststart ein unterschiedliches Verhalten aufweist, wird diese Ausgangstemperatur der Glühstiftkerze ebenfalls berücksichtigt, um das richtige Verhalten der Glühstiftkerze modellieren zu können.

[0011] Insbesondere entspricht die Ausgangstemperatur einer Umgebungstemperatur der Glühstiftkerze zum Zeitpunkt des Startes des Glühvorganges. Die Umgebungstemperatur der Glühstiftkerze ist einfach zu ermitteln, da Kraftfahrzeuge, in dessen Verbrennungsmotoren die Glühstiftkerzen eingebaut sind, über eine Außentemperaturanzeige verfügen. Somit kann auf weitere Hardware zur Bestimmung der Umgebungstemperatur verzichtet werden.

[0012] Vorteilhafterweise wird eine vierte Teilwiderstandsdifferenz in Abhängigkeit eines, dem Start des Glühvorganges unmittelbar vorausgegangenen Glühvorganges der Glühstiftkerze bestimmt. Damit wird insbesondere dem Zustand der Glühstiftkerze Rechnung getragen, welcher die Glühstiftkerze aufweist, wenn die Zündung des Verbrennungsmotors, welche ein Aufheizen der Glühstiftkerze nach sich zieht, erfolgt ist, diese kurze Zeit später aber wieder ausgeschaltet wurde und innerhalb weniger Augenblicke wiederum aktiviert wurde.

[0013] In einer Ausgestaltung wird der unmittelbar vorausgegangene Glühvorgang durch dessen Glühdauer oder Glühenergie charakterisiert, wobei in Abhängigkeit eines Anfangswiderstandes der Glühstiftkerze ein Faktor bestimmt wird, welcher mit der vierten Teilwiderstandsdifferenz multipliziert wird und zu der Widerstandsdifferenz addiert wird. Die Glühdauer, welche der Einschaltdauer der Glühstiftkerze entspricht, erlaubt Rückschlüsse darauf, wie viel Energie noch in der Glühstiftkerze gespeichert ist. Je nachdem, wie groß der während der vorausgegangenen Glühdauer der Glühstiftkerze eingestellte Ausgangswiderstand ist, wird die vierte Teilwiderstandsdifferenz, die in Abhängigkeit von der dem Start des Glühvorganges vorausgegangenen Glühdauer ermittelt wurde, zu der Widerstandsdifferenz hinzu addiert.

[0014] Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Einstellung einer Temperatur einer Glühstiftkerze nach Anspruch 10. Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

[0015] Es zeigt:

Figur 1:

Prinzipdarstellung der Anordnung einer Glühstiftkerze in einem Verbrennungsmotor

Figur 2:

schematische Darstellung zur Modellierung der Temperatur einer Glühstiftkerze in einer schnellen Vorheizphase

Figur 3:

Temperatur-Zeit-Diagramm ohne und mit prädiktiver Temperaturmodellierung

[0016] Kalte Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, benötigen bei Umgebungstemperaturen von <40°C eine Starthilfe zur Zündung des in den Dieselmotor eingeleiteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Als Starthilfe werden dann Glühsysteme eingesetzt, welche aus Glühstiftkerzen, einem Glühzeitsteuergerät und einer Glühsoftware, welche in einem Motorsteuergerät oder dem Glühzeitsteuergerät abgelegt ist, bestehen. Außerdem werden Glühsysteme auch zur Verbesserung der Emission des Fahrzeuges genutzt. Weitere Einsatzgebiete des Glühsystems bestehen im Brennerabgassystem, bei der Standheizung, bei der Vorwärmung für Kraftstoff (flex fuel) oder der Vorwärmung des Kühlwassers.

[0017] Figur 1 zeigt ein solches Glühsystem 1. Eine Glühstiftkerze 2 ragt dabei in den Brennraum 3 des Dieselmotors 4. Die Glühstiftkerze 2 ist einerseits mit dem Glühzeitsteuergerät 5 verbunden und führt andererseits an eine Batterie 6, die die Glühstiftkerze 2 mit der Nennspannung von beispielsweise 11 Volt ansteuert. Das Glühzeitsteuergerät 5 ist mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden, welches wiederum an den Dieselmotor 4 führt.

[0018] Zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird die Glühstiftkerze 2 in einer, auch als Push-Phase bezeichneten Vorheizphase, die 1 bis 2 Sekunden dauert, durch das Anlegen einer Überspannung vorgeheizt. Die elektrische Energie, die der Glühstiftkerze 2 somit zugeführt wird, wird in einer nicht weiter dargestellten Heizwendel in Wärme umgewandelt, weshalb die Temperatur an der Spitze der Glühstiftkerze 2 steil ansteigt. Die Heizleistung der Heizwendel wird über das elektronische Glühzeitsteuergerät 5 an die Anforderung des jeweiligen Dieselmotors 4 angepasst. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird an der heißen Spitze der Glühstiftkerze 2 vorbeigeleitet und erwärmt sich dabei. Verbunden mit einer Ansauglufterwärmung während des Verdichtertaktes des Dieselmotors 4 wird die Entflammungstemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches erreicht.

[0019] Die Glühstiftkerze 2 weist verschiedene Glühphasen auf. Wie bereits dargestellt, wird in einer Vorheizphase, die 1 bis 2 Sekunden in Anspruch nimmt, der kalten Glühstiftkerze 2 eine Überspannung zugeführt, welche oberhalb der Nennspannung der Glühstiftkerze 2 liegt. Während dieses kurzen Zeitraumes wird die Spitze der Glühstiftkerze auf annähernd 1000°C erhitzt, während der restliche Teil der Glühstiftkerze 2 noch unterhalb dieser Temperatur liegt, wodurch sich ein instationärer Temperaturverlauf innerhalb der Glühstiftkerze 2 ausbildet. An diese Vorheizphase schließt sich eine Aufheizphase der Glühstiftkerze 2 an, in welcher die instationäre Temperaturverteilung sich zu einer stationären Temperaturverteilung über die gesamte Glühstiftkerze 2 ausgleicht. Eine solche Aufheizphase dauert normalerweise annähernd 30 Sekunden. Nach der Vorheizphase der Glühstiftkerze wird die Widerstandsdifferenz dynamisch in der Aufheizphase angepasst. Daran schließt sich die Glühphase an, bei welcher eine stationäre Temperaturverteilung über die gesamte Glühstiftkerze gewährleistet ist.

[0020] In Figur 2 ist ein schematisches Diagramm zur Temperaturmodellierung der Glühstiftkerze 2 während der schnellen Vorheizphase dargestellt, die als Software in das Motorsteuergerät 7 oder das Glühzeitsteuergerät 5 integriert ist und dort bei einer Temperaturregelung der Glühstiftkerze berücksichtigt wird. Als Regeleingangsgröße für die generelle Temperaturregelung der Glühstiftkerze 2 über den gesamten Glühvorgang wird vom Motorsteuergerät 7 ein Temperatursollwert T_DES bereitgestellt. Gleichzeitig wird ein Widerstand R_m der Glühstiftkerze gemessen, welcher einen Wert für die aktuelle Temperatur an der Glühstiftkerze 2 darstellt. Dieser gemessene Widerstand R_m wird bei jedem Bestromungsvorgang, der in gleichmäßigen zeitlichen Abständen erfolgt, bestimmt. In einem Block 17 wird dieser gemessene Widerstand R_m zu einer Widerstandsdifferenz ΔR addiert, welche mit Hilfe eines prädiktiven Modells 8 bestimmt wird. Dieses prädiktive Modell 8 modelliert die Temperatur der Glühstiftkerze 2 in der schnellen Vorheizphase. Innerhalb des prädiktiven Modells 8 wird zunächst ein Anfangswiderstand R₀₁ der Glühstiftkerze 2 ermittelt. Dieser Anfangswiderstand R₀₁ wird einer Kennlinie 9 zugeführt, welche im stationären Betrieb der Glühstiftkerze ermittelt wurde. Aus dieser Kennlinie 9 wird anhand des gemessenen Anfangswiderstandes R₀₁ eine erste Teilwiderstandsdifferenz ΔR1 ermittelt.

[0021] Als weitere Eingangsgröße des prädiktiven Modells 8 ist der Temperatursollwert T_DES vorgesehen, welcher die zu erreichende Endtemperatur der Glühstiftkerze 2 kennzeichnet. Auch dieser Temperatursollwert T_DES wird auf eine weitere Kennlinie 10 als Eingangsgröße gegeben, aus welcher eine zweite Teilwiderstandsdifferenz ΔR2 ermittelt wird. Die so ermittelten Teilwiderstandsdifferenzen ΔR1 und ΔR2 werden im Block 14 addiert.

[0022] Neben den schon genannten Eingangsgrößen in Form des Anfangswiderstandes R₀₁ und des Temperatursollwertes T_DES wird die Betriebstemperatur T_C der Glühstiftkerze 2 zum Zeitpunkt des Startes des Glühvorganges also zum Zeitpunkt t=0 bestimmt. Aus dieser Temperatur T_C wird mit Hilfe einer dritten Kennlinie 11 die dritte Teilwiderstandsdifferenz ΔR3 bestimmt. Im Block 15 wird die dritte Teilwiderstandsdifferenz ΔR3 zu der ersten und der zweiten Teilwiderstandsdifferenz ΔR1 und ΔR2 hinzu addiert. Diese Eingangsgrößen in Form des Anfangswiderstandes R₀₁, des Temperatursollwertes T_DES und der Umgebungstemperatur T_C werden einmalig zum Zeitpunkt t=0 - bei Aktivierung der Glühstiftkerze 2 - bestimmt und können im Motorsteuergerät 7 oder dem Glühzeitsteuergerät 5 abgespeichert werden.

[0023] Um zu berücksichtigen, dass die Glühstiftkerze 2 bereits kurz vor dem auszuführenden Glühvorgang schon einmal einem Glühvorgang unterworfen wurde, aus welchem die Glühstiftkerze 2 noch nicht ausreichend abgekühlt ist, wird eine Glühzeit/Glühenergie E (E = U * l * t) des, dem aktuellen Glühvorgang unmittelbar vorausgegangenen Glühvorgangs der Glühstiftkerze 2 berücksichtigt. Aus der Glühzeit/ Glühenergie E wird mit Hilfe einer vierten Kennlinie 12 eine vierte Teilwiderstandsdifferenz ΔR4 bestimmt. Da aufgrund der Glühzeit/Glühenergie E des unmittelbar vorangegangenen Glühvorganges sich der Widerstand der Glühstiftkerze 2 verändert, wenn die Wärme, die sich während des vorausgegangenen Glühvorganges innerhalb der Glühstiftkerze 2 aufgebaut hat, noch nicht abgekühlt ist, wird der Widerstand R₀₁ einer weiteren Kennlinie 13 zugeführt, welcher als Ergebnis einen Faktor F liefert, der im Block 22 mit der vierten Teilwiderstandsdifferenz ΔR4 multipliziert wird. Der Faktor F ist dabei so gewählt, dass wenn der einmal gemessene Anfangswiderstand R₀₁ größer als ein vorgegebener Schwellwert des Widerstandes R₀₁ ist, dieser gleich 1 beträgt. Der Faktor F strebt gegen den Wert Null, wenn der Anfangswiderstand R₀₁ kleiner ist als der vorgegebene Schwellwert des Widerstandes R₀₁. Dies bedingt, dass die Eingangsgrößen der Glühzeit/Glühenergie E mit der dabei verbundenen Veränderung des Anfangswiderstandes R₀₁ nur dann zur Bestimmung der Widerstandsdifferenz ΔR herangezogen werden, wenn die Glühstiftkerze 2 aufgrund eines vorangegangenen Glühvorganges noch einen entsprechend großen Widerstand aufweist, welcher mit einer veränderten Temperatur der Glühstiftkerze 2 einhergeht. Die vierte Teilwiderstandsdifferenz ΔR4 wird im Block 16 zu den zuvor beschriebenen Teilwiderstandsdifferenz ΔR1, ΔR2 und ΔR3 hinzuaddiert, woraus sich eine Widerstandsdifferenz ΔR ergibt, die einer vorausbestimmten Temperatur entspricht, welche zum Ende des Vorheizvorganges an der Glühstiftkerze 2 auftritt.

[0024] Die im prädiktiven Modell 8 bestimmte Widerstandsdifferenz ΔR wird im Block 17 zu dem gemessenen Widerstand R_m hinzuaddiert. Diese Summe aus der Widerstandsdifferenz ΔR und dem gemessenen Widerstand R_m wird einer Kennlinie 18 zugeführt, in welcher der Widerstand über der Temperatur aufgetragen ist. Bei dieser Kennlinie 18 handelt es sich um eine individuell, für jede Glühstiftkerze 2 bei einer stationären Temperaturverteilung ermittelte Kennlinie, da Glühstiftkerzen aufgrund von Produktionstoleranzen eine eigenständige Übertragungsfunktion aufweisen. Aus dieser Widerstands-/Temperatur-Kennlinie 18 wird eine Basistemperatur T_BAS der Glühstiftkerze 2 ermittelt. Diese Basistemperatur T_BAS wird im Block 19 mit einem Wärmeleitungsmodell abgeglichen, bei welchem berücksichtigt wird, inwieweit eine Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Heizers der Glühstiftkerze 2 und der Oberflächentemperatur der Glühstiftkerze 2 besteht. Dabei wird im Block 19 der Basistemperatur T_BAS eine Temperaturdifferenz zugeführt, aus deren Summe sich die Isttemperatur T_ACT der Glühstiftkerze 2 ergibt. Diese Isttemperatur T_ACT wird nun in dem Regelzyklus verwendet, wo sie im Block 20 von dem Temperatursollwert T_DES subtrahiert wird. Die Differenz zwischen dem Temperatursollwert T_DES und der Isttemperatur T_ACT wird einem Regler 21 zugeführt, welcher eine Spannung U_GOV bestimmt, die der Glühstiftkerze 2, insbesondere dem Heizer der Glühstiftkerze 2, zur schnellen Einstellung des Temperatursollwertes T_DES zugeführt wird.

[0025] Figur 3 zeigt zwei Temperatur-Zeit-Diagramme, bei welchen die gemessene Temperatur Tm einmal ohne prädiktiver Modellierung (Figur 3a) und einmal mit prädiktiver Modellierung (Figur 3b) dargestellt ist. Aus Figur 3a ist ersichtlich, dass die gemessene Temperatur Tm, welche an den Temperatursollwert T_Des angepasst werden soll, kurz nach dem Beginn des Glühvorganges einen Temperaturüberschwinger aufweist, welcher erst nach einer Zeit von ungefähr 30 Sekunden sich dem Temperatursollwert T_Des annähert. Zum Vergleich dazu ist die mathematisch nach Figur 2 ohne Modell 8 modellierte Temperatur Tmo dargestellt, welche nach der Vorheizphase, ungefähr nach 5 Sekunden das Niveau des Temperatursollwertes T_Des erreicht und um diesen geregelt wird.

[0026] Im Gegensatz dazu zeigt Figur 3b den Verlauf der gemessenen Temperatur Tm bei der Berücksichtigung der mittels des prädiktiven Temperaturmodells 8 vorausschauend bestimmten Widerstandsdifferenz ΔR. Die gemessene Temperatur Tm zeigt keinen Temperaturüberschwinger, sondern nähert sich sofort nach der Vorheizphase der modellierten Temperatur Tm an. Bereits nach ungefähr 4 Sekunden ist mittels dieser Regelung der Temperatursollwert T_Des erreicht und wird um diesen geregelt.

[0027] Aufgrund des prädiktiven Modells 8 ist es möglich, dass eine Temperaturregelung der Glühstiftkerze 2 nicht nur während des stationären Betriebes, bei welchem keine Schwankungen zwischen Widerstand und Temperatur mehr auftreten, sondern auch im instationären Betrieb, vorzugsweise in der schnellen Vorheizphase zu Beginn des Glühvorganges und während der Aufheizphase durchzuführen. Bei der Temperaturmodellierung der Glühstiftkerze 2 in der schnellen Vorheizphase wird modelliert, wie groß die Widerstandsdifferenz ΔR am Ende des Vorheizvorganges sein wird, wobei diese Widerstandsdifferenz ΔR als Eingangsgröße dem Regelvorgang zugeführt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Einstellung einer Temperatur einer Glühstiftkerze, insbesondere zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor, bei welchem die Temperatur (Tm) der Glühstiftkerze (2) in Abhängigkeit eines Widerstandes (Rm) der Glühstiftkerze (2) mittels einer Regelung eingestellt wird, wobei die Temperatur (Tm) in einer Vorheizphase, in welcher eine Überspannung an die Glühstiftkerze (2) angelegt wird, geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Temperatur (Tm) der Glühstiftkerze (2) in der Vorheizphase eine Widerstandsdifferenz (ΔR), welche am Ende der Vorheizphase zu einem gemessenen Widerstand (Rm) besteht, mit Hilfe eines physikalischen Modells (8) während der Vorheizphase vorausschauend bestimmt wird, dass der gemessene Widerstand (Rm) der Glühstiftkerze (2) mit der Widerstandsdifferenz (ΔR) addiert wird und die aus dem gemessenen Widerstand (Rm) und der Widerstandsdifferenz (ΔR) gebildete Summe der Regelung zugeführt wird, dass aus einer Kennlinie (18), welche für jede Glühstiftkerze (2) individuell im aufgeheizten, stationären Betrieb der Glühstiftkerze (2) bestimmt wird, anhand der Summe aus dem gemessenen Widerstand (Rm) und der Widerstandsdifferenz (ΔR), ein Temperaturistwert (T_ACT) ermittelt wird, welcher von einem Temperatursollwert (T_Des) der Glühstiftkerze subtrahiert wird, wobei die so ermittelte Temperaturdifferenz der Regelung zugeführt wird, aus welcher eine Ansteuerspannung (U_GOV) für die Glühstiftkerze (2) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsdifferenz (ΔR) aus mehreren, insbesondere summierten, Teilwiderstandsdifferenzen (ΔR1, ΔR2, ΔR3, ΔR4) besteht, wobei jede Teilwiderstandsdifferenz (ΔR1, ΔR2, ΔR3, ΔR4) in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters (R₀₁, T_Des, T_C, E, R₀₂) der Glühstiftkerze (2) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilwiderstandsdifferenz (ΔR1) in Abhängigkeit eines Energiegehaltes der Glühstiftkerze (2) bestimmt wird, welchen diese zum Zeitpunkt des Startens des Glühvorganges aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiegehalt der Glühstiftkerze (2) durch einen Anfangswiderstand (R₀₁), eine Anfangswärmemenge oder eine Anfangsleistung der Glühstiftkerze (2) charakterisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Teilwiderstandsdifferenz (ΔR2) in Abhängigkeit eines Temperatursollwertes (T_Des) der Glühstiftkerze (2) bestimmt wird, welchen diese am Ende des Glühvorganges aufweist.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Teilwiderstandsdifferenz (ΔR3) in Abhängigkeit einer Ausgangstemperatur (T_C) der Glühstiftkerze (2) bestimmt wird, welchen diese zum Zeitpunkt des Starts des Glühvorganges aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangstemperatur (T_C) einer Umgebungstemperatur der Glühstiftkerze (2) zum Zeitpunkt des Startes des Glühvorganges entspricht.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Teilwiderstandsdifferenz (ΔR4) in Abhängigkeit eines, dem Start des Glühvorganges unmittelbar vorausgegangenen Glühvorganges der Glühstiftkerze (2) bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der unmittelbar vorausgegangene Glühvorgang durch dessen Glühdauer oder Glühenergie (E) charakterisiert wird, wobei insbesondere in Abhängigkeit des Anfangswiderstandes (R₀₁) der Glühstiftkerze (2) ein Faktor (F) bestimmt wird, welcher mit der vierten Teilwiderstandsdifferenz (ΔR4) multipliziert und zu der Widerstandsdifferenz (ΔR) addiert wird.

10. Steuergerät zur Einstellung einer Temperatur einer Glühstiftkerze, insbesondere zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor, welches die Temperatur (Tm) der Glühstiftkerze (2) in Abhängigkeit eines Widerstandes (Rm) der Glühstiftkerze (2) mittels einer Regelung einstellt, wobei Mittel (8, 21) vorhanden sind, welche die Temperatur (Tm) in einer Vorheizphase, in welcher eine Überspannung an die Glühstiftkerze (2) angelegt ist, regeln, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Regelung der Temperatur (Tm) der Glühstiftkerze (2) in der Vorheizphase derart ausgebildet sind, dass sie eine Widerstandsdifferenz (ΔR), welche am Ende der Vorheizphase zu einem gemessenen Widerstand (Rm) besteht, mit Hilfe eines physikalischen Modells (8) während der Vorheizphase vorausschauend bestimmen, den gemessenen Widerstand (Rm) der Glühstiftkerze (2) mit der Widerstandsdifferenz (ΔR) addieren und die aus dem gemessenen Widerstand (Rm) und der Widerstandsdifferenz (ΔR) gebildete Summe der Regelung zuführen, aus einer Kennlinie (18), welche für jede Glühstiftkerze (2) individuell im aufgeheizten, stationären Betrieb der Glühstiftkerze (2) bestimmt wird, anhand der Summe aus dem gemessenen Widerstand (Rm) und der Widerstandsdifferenz (ΔR), einen Temperaturistwert (T_ACT) ermitteln und von einem Temperatursollwert (T_Des) der Glühstiftkerze subtrahieren, und die so ermittelte Temperaturdifferenz der Regelung zuführen, aus welcher eine Ansteuerspannung (U_GOV) für die Glühstiftkerze (2) ermittelt wird.

Claims

1. Method for adjusting a temperature of a glow plug, in particular for igniting a fuel/air mixture in an internal combustion engine, in which the temperature (Tm) of the glow plug (2) is adjusted as a function of a resistance (Rm) of the glow plug (2) by means of a regulating device, wherein the temperature (Tm) is regulated in a pre-heating phase in which an overvoltage is applied to the glow plug (2), characterized in that in order to regulate the temperature (Tm) of the glow plug (2) in the pre-heating phase a difference in resistance (ΔR), which is present with respect to a measured resistance (Rm) at the end of the pre-heating phase, is determined predictably using a physical model (8) during the pre-heating phase, in that the measured resistance (Rm) of the glow plug (2) is added to the difference in resistance (ΔR), and the sum which is formed from the measured resistance (Rm) and the difference in resistance (ΔR) is fed to the regulating device, in that an actual temperature value (T_ACT), which is subtracted from a temperature setpoint value (T_des) of the glow plug, is determined from a characteristic curve (18), which is determined individually for each glow plug (2) during the heated, steady-state operation of the glow plug (2), on the basis of the sum of the measured resistance (Rm) and the difference in resistance (ΔR), wherein the temperature difference which is determined in this way is fed to the regulating device and is used to determine an actuation voltage (U_GOV) for the glow plug (2).

2. Method according to Claim 1, characterized in that the difference in resistance (ΔR) is composed of a plurality of, in particular summed, partial resistance differences (ΔR1, AR2, ΔR3, ΔR4), wherein each partial resistance difference (ΔR1, AR2, ΔR3, ΔR4) is determined as a function of at least one operating parameter (R₀₁, T_Des, T_c, E, R₀₂) of the glow plug (2).

3. Method according to Claim 2, characterized in that a first partial resistance difference (ΔR1) is determined as a function of an energy content of the glow plug (2) which said glow plug (2) has at the time of starting the glowing process.

4. Method according to Claim 3, characterized in that the energy content of the glow plug (2) is characterized by an initial resistance (R₀₁), an initial quantity of heat or an initial power of the glow plug (2).

5. Method according to Claim 2, 3 or 4, characterized in that a second partial resistance difference (ΔR2) is determined as a function of a temperature setpoint value (T_Des) of the glow plug (2) which said glow plug (2) has at the end of the glowing process.

6. Method according to at least one of the preceding Claims 2 to 5, characterized in that a third partial resistance difference (ΔR3) is determined as a function of an initial temperature (T_c) of the glow plug (2) which said glow plug (2) has at the time of the start of the glowing process.

7. Method according to Claim 5, characterized in that the initial temperature (T_c) corresponds to an ambient temperature of the glow plug (2) at the time of the start of the glowing process.

8. Method according to at least one of the preceding Claims 2 to 7, characterized in that a fourth partial resistance difference (ΔR4) is determined as a function of a glowing process of the glow plug (2) which directly precedes the start of the glowing process.

9. Method according to Claim 8, characterized in that the directly preceding glowing process is characterized by the glowing duration or glowing energy (E) thereof, wherein a factor (F) which is multiplied by the fourth partial resistance difference (ΔR4) and added to the resistance difference (ΔR) is determined, in particular, as a function of the initial resistance (R₀₁) of the glow plug (2).

10. Control device for adjusting a temperature of a glow plug, in particular for igniting a fuel/air mixture in an internal combustion engine which adjusts the temperature (Tm) of the glow plug (2) as a function of a resistance (Rm) of the glow plug (2) by means of a regulating device, wherein means (8, 21) are present which regulate the temperature (Tm) in a pre-heating phase in which an overvoltage is applied to the glow plug (2), characterized in that means for regulating the temperature (Tm) of the glow plug (2) in the pre-heating phase are embodied in such a way that they predictively determine a difference in resistance (ΔR), which is present with respect to a measured resistance (Rm) at the end of the pre-heating phase, using a physical model (8) during the pre-heating phase, add the measured resistance (Rm) of the glow plug (2) to the difference in resistance (ΔR) and feed the sum which is formed from the measured resistance (Rm) and the difference in resistance (ΔR) to the regulating device, determine an actual temperature value (T_ACT) from a characteristic curve (18), which is determined individually for each glow plug (2) during the heated, steady-state operation of the glow plug (2), on the basis of the sum of the measured resistance (Rm) and the difference in resistance (ΔR) and subtract it from a temperature setpoint value (T_Des) of the glow plug, and feed the temperature difference, which is determined in this way and is used to determine an actuation voltage (U_GOV) for the glow plug (2), to the regulating device.

Revendications

1. Procédé d'ajustement d'une température d'une bougie-crayon de préchauffage, en particulier pour l'allumage d'un mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne, dans lequel la température (Tm) de la bougie-crayon de préchauffage (2) est ajustée en fonction d'une résistance (Rm) de la bougie-crayon de préchauffage (2) au moyen d'un réglage, la température (Tm) étant réglée dans une phase de préchauffage dans laquelle une surtension est appliquée à la bougie-crayon de préchauffage (2), caractérisé en ce que pour le réglage de la température (Tm) de la bougie-crayon de préchauffage (2), dans la phase de préchauffage, une différence de résistance (ΔR) qui existe à la fin de la phase de préchauffage par rapport à une résistance mesurée (Rm) est déterminée de manière anticipée à l'aide d'un modèle physique (8) pendant la phase de préchauffage, en ce que la résistance mesurée (Rm) de la bougie-crayon de préchauffage (2) est ajoutée à la différence de résistance (ΔR) et la somme formée de la résistance mesurée (Rm) et de la différence de résistance (ΔR) est acheminée au réglage, en ce qu'à partir d'une courbe caractéristique (18) qui est déterminée individuellement pour chaque bougie-crayon de préchauffage (2) pendant le fonctionnement chauffé stationnaire de la bougie-crayon de préchauffage (2), on détermine, à l'aide de la somme constituée de la résistance mesurée (Rm) et de la différence de résistance (ΔR), une valeur réelle de température (T_ACT) qui est soustraite d'une valeur de consigne de température (T_Des) de la bougie-crayon de préchauffage, la différence de température ainsi déterminée étant acheminée au réglage, à partir duquel une tension de commande (U_GOV) pour la bougie-crayon de préchauffage (2) est déterminée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de résistance (ΔR) se compose de plusieurs différences de résistance partielles (ΔR1, ΔR2, ΔR3, ΔR4), en particulier additionnées, chaque différence de résistance partielle (ΔR1, AR2, ΔR3, ΔR4), étant déterminée en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement (R₀₁, T_Des, T_C, E, R₀₂) de la bougie-crayon de préchauffage (2).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une première différence de résistance partielle (ΔR1) est déterminée en fonction d'un niveau d'énergie que présente la bougie-crayon de préchauffage (2) au moment du démarrage de l'opération de préchauffage.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le niveau d'énergie de la bougie-crayon de préchauffage (2) est caractérisé par une résistance initiale (R₀₁), une quantité de chaleur initiale, ou une puissance initiale de la bougie-crayon de préchauffage (2).

5. Procédé selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une deuxième différence de résistance partielle (ΔR2) est déterminée en fonction d'une valeur de consigne de température (T_Des) que présente la bougie-crayon de préchauffage (2) à la fin de l'opération de préchauffage.

6. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'une troisième différence de résistance partielle (ΔR3) est déterminée en fonction d'une température initiale (T_c) que présente la bougie-crayon de préchauffage (2) au moment du démarrage de l'opération de préchauffage.

7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température initiale (T_C) correspond à une température de l'environnement de la bougie-crayon de préchauffage (2) au moment du démarrage de l'opération de préchauffage.

8. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes 2 à 7, caractérisé en ce qu'une quatrième différence de résistance partielle (ΔR4) est déterminée en fonction d'une opération de préchauffage de la bougie-crayon de préchauffage (2) précédant immédiatement le démarrage de l'opération de préchauffage.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'opération de préchauffage immédiatement précédente est caractérisée par la durée de son préchauffage ou par son énergie de préchauffage (E), un facteur (F) étant déterminé notamment en fonction de la résistance initiale (R₀₁) de la bougie-crayon de préchauffage (2), lequel facteur est multiplié par la quatrième différence de résistance partielle (ΔR4) et est ajouté à la différence de résistance (ΔR).

10. Appareil de commande pour ajuster une température d'une bougie-crayon de préchauffage, en particulier pour l'allumage d'un mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne, qui ajuste la température (Tm) de la bougie-crayon de préchauffage (2) en fonction d'une résistance (Rm) de la bougie-crayon de préchauffage (2) au moyen d'un réglage, des moyens (8, 21) étant prévus, lesquels règlent la température (Tm) dans une phase de préchauffage dans laquelle une surtension est appliquée à la bougie-crayon de préchauffage (2), caractérisé en ce que des moyens pour régler la température (Tm) de la bougie-crayon de préchauffage (2) dans la phase de préchauffage sont réalisés de telle sorte qu'ils déterminent de manière anticipée une différence de résistance (ΔR) qui existe à la fin de la phase de préchauffage par rapport à une résistance mesurée (Rm) à l'aide d'un modèle physique (8) pendant la phase de préchauffage, qu'ils ajoutent la résistance mesurée (Rm) de la bougie-crayon de préchauffage (2) à la différence de résistance (ΔR) et acheminent au réglage la somme formée de la résistance mesurée (Rm) et de la différence de résistance (ΔR), qu'ils déterminent, à l'aide de la somme constituée de la résistance mesurée (Rm) et de la différence de résistance (ΔR), à partir d'une courbe caractéristique (18) qui est déterminée individuellement pour chaque bougie-crayon de préchauffage (2) pendant le fonctionnement chauffé stationnaire de la bougie-crayon de préchauffage (2), une valeur réelle de température (T_ACT) et la soustraient d'une valeur de consigne de température (T_Des) de la bougie-crayon de préchauffage, et acheminent la différence de température ainsi déterminée au réglage, à partir duquel une tension de commande (U_GOV) pour la bougie-crayon de préchauffage (2) est déterminée.

Zeichnung