DE102008040971B4 - Method and device for regulating the temperature of glow plugs in an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Regeln der Temperatur von Glühstiftkerzen in einer Brennkraftmaschine, bei dem in einem Referenzbetrieb der Maschine ein mathematischer Zusammenhang zwischen gemessenen Temperaturen und gemessenen Widerständen wenigstens einer Glühkerze gebildet wird, wobei der Referenzbetrieb durch einen Stillstand und/oder einen Leerlauf und/oder einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gebildet wird, wobei sich die Widerstände aus einer tatsächlich anliegenden Spannung und einem tatsächlichem Stromfluss an dieser Glühkerze ergeben, und dieser mathematische Zusammenhang über die gesamte Lebensdauer der Kerze dynamisch angepasst und im gesamten Betrieb der Brennkraftmaschine herangezogen wird, um eine Basisansteuerung der Glühkerze zu korrigieren, bei dem zum Korrigieren der Basisansteuerung ein tatsächlicher Widerstand der wenigstens einen Glühstiftkerze bestimmt wird, unter Vorgabe dieses Widerstands eine tatsächliche Temperatur der Glühkerze aus dem mathematischen Zusammenhang ermittelt wird, und diese Ist-Temperatur mit einer Soll-Temperatur verglichen wird, um eine Energiebeaufschlagung der Glühkerze so zu verändern, dass die Soll-Temperatur erreicht wird.Method for regulating the temperature of sheathed-element glow plugs in an internal combustion engine, in which a mathematical relationship between measured temperatures and measured resistances of at least one glow plug is formed in a reference mode of the machine Internal combustion engine is formed, the resistances result from an actually applied voltage and an actual flow of current at this glow plug, and this mathematical relationship is dynamically adapted over the entire life of the plug and used throughout the operation of the internal combustion engine to correct a basic control of the glow plug , in which an actual resistance of the at least one sheathed-element glow plug is determined to correct the basic control, an actual temperature of the glow plug is determined from the mathematical relationship by specifying this resistance is elt, and this actual temperature is compared with a target temperature in order to change the application of energy to the glow plug so that the target temperature is reached.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Brennkraftmaschinen und insbesondere die Steuerung bzw. Regelung der Temperatur von Glühstiftkerzen in einer solchen Maschine.The present invention relates to the field of internal combustion engines, and more particularly to the control of the temperature of glow plugs in such a machine.
Diese Temperaturen werden üblicherweise über Kennlinien und Kennfelder eingestellt. Als Eingangsparameter werden Motordrehzahl, Kühlwassertemperatur, Motordrehmoment bzw. Einspritzmenge, Luftdruck und Lufttemperatur verwendet. Es handelt sich dabei um eine klassische Steuerung, die mit hohem Aufwand an jeden Motor angepasst werden muss. Diese Steuerung kann nicht selbständig auf Systemänderungen und Toleranzen reagieren.These temperatures are usually set via characteristic curves and maps. The engine speed, cooling water temperature, engine torque or injection quantity, air pressure and air temperature are used as input parameters. It is a classic control that has to be adapted to each engine with great effort. This controller can not independently respond to system changes and tolerances.
Die Patentschrift
Die Patentschrift
Die Veröffentlichung einer ETG-Fachtagung des VDE vom 26.–28. September 2001 beschreibt, dass sich durch die Dimensionierung einer Glühkerze hin zu höheren Strömen mit gleichzeitig reduzierter thermischer Kapazität deren Glühkopf sehr schnell erhitzt. Um ein Durchbrennen zu vermeiden, wird der Temperaturverlauf durch Messen des Stromverlaufs ermittelt und eine Leistungsminderung mittels Puls-Weiten-Modulation im geschlossenen Regelkreis durchgeführt.The publication of an ETG symposium of the VDE from 26.-28. September 2001 describes that the glow head heats up very quickly due to the dimensioning of a glow plug towards higher currents with simultaneously reduced thermal capacity. In order to avoid burning through, the temperature profile is determined by measuring the current profile and a power reduction is performed by means of pulse-width modulation in a closed loop.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Regeln der Temperatur von Glühstiftkerzen in einer Brennkraftmaschine liegen in seiner automatischen Anpassungsfähigkeit und verbesserten Applikationsgüte bei sich ändernden Betriebsbedingungen der Maschine, sowie in seiner Zuverlässigkeit und seinem einfachen Ablauf, der zudem besonders kostengünstig implementierbar ist.The advantages of the method according to the invention for regulating the temperature of glow plugs in an internal combustion engine lie in its automatic adaptability and improved quality of application with changing operating conditions of the machine, as well as its reliability and its simple operation, which is also particularly cost-implementable.
Diese Vorteile werden durch ein Verfahren erzielt, bei dem in einem Referenzbetrieb der Maschine ein mathematischer Zusammenhang zwischen gemessenen Temperaturen und gemessenen Widerständen wenigstens einer Glühkerze gebildet wird, wobei sich die Widerstände aus einer tatsächlich anliegenden Spannung und einem tatsächlichem Stromfluss an dieser Glühkerze ergeben, und dieser mathematische Zusammenhang über die gesamte Lebensdauer der Kerze dynamisch angepasst und im gesamten Betrieb der Brennkraftmaschine herangezogen wird, um eine Basisansteuerung der Glühkerze zu korrigieren.These advantages are achieved by a method in which a mathematical relationship between measured temperatures and measured resistances of at least one glow plug is formed in a reference mode of the machine, the resistances resulting from an actually applied voltage and an actual current flow at this glow plug, and this mathematical relationship over the lifetime of the candle dynamically adjusted and used in the entire operation of the internal combustion engine to correct a basic control of the glow plug.
Die vorliegende Erfindung geht dabei davon aus, dass es mit Hilfe des Kerzenwiderstandes möglich ist, die Glühkerzentemperatur ohne Temperaturmessung der Glühkerze im Motor zu bestimmen. Darauf basierend besteht ein wesentlicher Punkt der Erfindung darin, dass der Widerstand der Glühkerze als Führungsgröße einer Temperaturregelung dient. Der mathematische Zusammenhang zwischen dem Widerstand einer Glühkerze und ihrer Temperatur wird dynamisch an den jeweils optimalen Arbeitspunkt des Motors angepasst. Da somit zu jedem Zeitpunkt die tatsächliche Ist-Temperatur einer Kerze bekannt ist, kann diese zur Korrektur einer Basisansteuerung genutzt werden.The present invention is based on the assumption that with the aid of the plug resistance it is possible to determine the glow plug temperature without measuring the temperature of the glow plug in the engine. Based thereon, an essential point of the invention is that the resistance of the glow plug serves as a reference variable of a temperature control. The mathematical relationship between the resistance of a glow plug and its temperature is dynamically adjusted to the optimum operating point of the glow plug Motors adapted. Since the actual actual temperature of a candle is thus known at any time, it can be used to correct a basic control.
Die Messung einer Spannung und eines Stroms zur Ermittlung eines aktuellen Kerzenwiderstands ist dabei nicht auf ein bestimmtes Zeitraster eingeschränkt. Dadurch vereinfacht sich die Glühkerzenapplikation erheblich. Zudem steht der tatsächliche Widerstand der Kerzen jederzeit zur Verfügung.The measurement of a voltage and a current to determine a current candle resistance is not limited to a specific time grid. This considerably simplifies the glow plug application. In addition, the actual resistance of the candles is available at any time.
Der mathematische Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur, sozusagen das mathematische Modell einer Kerze, lässt dabei eine weitaus genauere Steuerung der Kerzen als im Stand der Technik zu.The mathematical relationship between resistance and temperature, so to speak the mathematical model of a candle, allows a much more precise control of the candles than in the prior art.
Dies zeigt sich insbesondere im automatischen Ausgleich von Toleranzen der Glühkerzen und des Motors, womit die angeforderte Glühtemperatur exakt erreicht wird. So können insbesondere Fertigungsstreuungen der Glühkerzen und Motorstreuungen zylinderselektiv reduziert werden. Aber auch Toleranzen des Kabelbaums und unterschiedliche Motorbetriebsarten können ausgeglichen werden. Da die Kerzentemperatur immer bekannt ist, kann die Glühsteuerung (GCU, Glow Control Unit) eine konstante Soll-Temperatur selbständig halten. In der Folge können erlaubte Glühtemperaturen auch bei unvorhergesehenen Ereignissen ohne Applikationsänderung wie z. B. durch Umschalten der Motorbetriebsarten eingehalten werden. Damit ist die Glühtemperatur an den optimalen Arbeitspunkt des Motors anpassbar.This is particularly evident in the automatic compensation of tolerances of the glow plugs and the engine, whereby the requested annealing temperature is reached exactly. In particular, manufacturing variations of the glow plugs and engine scattering can be reduced in a cylinder-selective manner. But also tolerances of the wiring harness and different engine operating modes can be compensated. Since the candle temperature is always known, the glow control (GCU, Glow Control Unit) can keep a constant target temperature independently. As a result, allowed annealing temperatures even in unforeseen events without application change such. B. be maintained by switching the engine operating modes. Thus, the annealing temperature is adaptable to the optimum operating point of the engine.
Außerdem ist ein Schutz vor Überhitzung und eine einfache Kerzendiagnose über den Kerzenwiderstand möglich. Da die verfahrensgemäß ermittelte Temperatur der Glühkerzen zudem unabhängig von Kühleinflüssen ist, sind keine Messkerzen erforderlich.In addition, protection against overheating and simple candle diagnosis via the candle resistance is possible. In addition, since the temperature of the glow plugs determined according to the method is independent of the effects of cooling, no measuring candles are required.
Insgesamt ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren damit eine gleichsam hochdynamische wie hochadaptive, vollautomatische und besonders genaue Glühkerzenapplikation realisierbar.Overall, it is thus possible with the method according to the invention to realize a highly dynamic as well as highly adaptive, fully automatic and particularly accurate glow plug application.
Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred developments of the method are specified in the subclaims.
Danach ist in einer vorteilhaften Ausprägung des Verfahrens vorgesehen, dass zum Korrigieren der Basisansteuerung ein tatsächlicher Widerstand der wenigstens einen Glühstiftkerze bestimmt wird, unter Vorgabe dieses Widerstands eine tatsächliche Temperatur der Glühkerze aus dem mathematischen Zusammenhang ermittelt wird, und diese Ist-Temperatur mit einer Soll-Temperatur verglichen wird, um eine Energiebeaufschlagung der Glühkerze so zu verändern, dass die Soll-Temperatur erreicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann damit einer schon vorhandenen Basisansteuerung ohne weiteres überlagert, d. h. auch nachgerüstet werden, und diese Basisansteuerung mit den genannten Vorteilen ausstatten.According to an advantageous embodiment of the method, an actual resistance of the at least one glow plug is determined in order to correct the base drive, an actual temperature of the glow plug is determined from the mathematical relationship while specifying this resistance, and this actual temperature is determined with a setpoint temperature. Temperature is compared to change an energization of the glow plug so that the target temperature is reached. The method according to the invention can thus readily be superimposed on an already existing base drive, ie. H. be retrofitted, and equip this base drive with the advantages mentioned.
Bevorzugt ergibt sich der mathematische Zusammenhang als interpolierende Funktion zwischen wenigstens zwei Temperatur- und Widerstandsmesspaaren der wenigstens einen Glühstiftkerze. Bei Interpolation mehrerer dieser Wertepaare wird dabei ein Polynom erzeugt, während bei Messung von nur zwei Wertepaaren – und damit im einfachsten Fall – eine Gerade entsteht. Natürlich ist es auch denkbar, von nur einem Wertepaar auszugehen, durch das eine vorgegebene Gerade gelegt wird. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik an sich bekannten Kennlinienfeldern bildet das Polynom oder diese Gerade jedenfalls eine einfach und schnell auswertbare Basisfunktion, welche die individuelle Glühkerze durch Angabe ihres speziellen Widerstands- und Temperaturverhaltens modelliert.The mathematical relationship preferably results as an interpolating function between at least two temperature and resistance measuring pairs of the at least one glow plug. When interpolating several of these pairs of values, a polynomial is generated, while when measuring only two value pairs - and thus in the simplest case - a straight line is created. Of course, it is also conceivable to start from just one pair of values, through which a given straight line is laid. In contrast to the characteristic fields known per se from the prior art, the polynomial or this straight line in any case forms an easily and quickly evaluable basic function which models the individual glow plug by specifying its specific resistance and temperature behavior.
Besonders bevorzugt werden Temperaturen und Widerstände der wenigstens einen Glühstiftkerze bei vorbestimmten, unterschiedlichen Ansteuerspannungen gemessen bzw. bestimmt, insbesondere bei 3, 5, 7 oder 11 Volt Referenzspannung. Damit lässt sich der mathematische Zusammenhang bzw. die Funktion zwischen Widerstand und Temperatur einer Glühkerze entweder auf eine bestimmte Arbeitsspannung hin messen oder auch über einen Arbeitsbereich hinweg mitteln, was eine optimale Ansteuerung der Glühkerzen im Arbeitspunkt des Motors zulässt.Particularly preferably, temperatures and resistances of the at least one glow plug are measured or determined at predetermined, different drive voltages, in particular at 3, 5, 7 or 11 V reference voltage. Thus, the mathematical relationship or the function between the resistance and temperature of a glow plug can either be measured to a certain working voltage or averaging over a working range, which allows optimal control of the glow plugs at the operating point of the engine.
Besonders bevorzugt werden die Temperaturen und Widerstände der wenigstens einen Glühstiftkerze bei Stillstand und/oder bei Leerlauf und/oder im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gemessen. In diesen Referenzbetrieben ist eine besonders aussagekräftige Messung möglich, das sie sich durch stabile thermische Verhältnisse auszeichnen. Außerdem treten sie auch oft genug auf, um eine zeitnahe Aktualisierung des mathematischen Zusammenhangs bzw. der Funktion vorzunehmen. Damit ist eine genaue und gleichzeitig schnelle Anpassung einer zunächst ermittelten Basisfunktion über die Laufzeit des Motors hinweg möglich. Auch dadurch wird eine optimale Ansteuerung der Glühkerzen im Arbeitspunkt des Motors möglich.Particularly preferably, the temperatures and resistances of the at least one glow plug are measured at standstill and / or at idle and / or in overrun operation of the internal combustion engine. In these reference plants, a particularly meaningful measurement is possible, which is characterized by stable thermal conditions. In addition, they also occur often enough to make a timely update of the mathematical relationship or function. This makes possible an exact and at the same time rapid adaptation of an initially determined basic function over the running time of the engine. This also makes optimal control of the glow plugs in the operating point of the engine possible.
Die vorstehenden Vorteile werden auch durch eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur von Glühstiftkerzen in einer Brennkraftmaschine erzielt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.The above advantages are also achieved by a device for controlling the temperature of glow plugs in an internal combustion engine, which is designed for carrying out the method according to the invention.
Ein wesentlicher Punkt der Vorrichtung besteht dabei darin, dass diese einfach realisierbar ist und insbesondere an bereits bestehenden Basissteuerungen nachrüstbar ist.An essential point of the device is that it is easy to implement and in particular can be retrofitted to existing base controls.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei deren modularer Aufbau vorgesehen, mit einer Vorsteuerungseinheit, Regelungseinheit, Diagnoseeinheit, Korrektureinheit und Temperaturvorgabeeinheit. Dieser Aufbau ist konstruktiv besonders einfach realisierbar und zudem wartungsfreundlich.In a preferred embodiment, the modular structure thereof is provided, with a pilot control unit, control unit, diagnostic unit, correction unit and temperature specification unit. This structure is structurally particularly easy to implement and also easy to maintain.
Grundsätzlich kann diese Vorrichtung in allen Systemen eingesetzt werden, die Glühkerzen für einen Zündvorgang vorsehen, z. B. in jeglicher Art von Brennern. Bevorzugt soll die Vorrichtung aber zur Regelung der Temperatur von Glühstiftkerzen in der Brennkraftmaschine und/oder in dem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Konditionierung von Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden, in letzterem Fall z. B. bei Kraftstoffvorwärmung für Bio-Diesel oder bei Kühlwassererwärmung für eine Innenraumheizung.Basically, this device can be used in all systems that provide glow plugs for an ignition, z. B. in any kind of burners. Preferably, however, the device should be used to control the temperature of glow plugs in the internal combustion engine and / or in the exhaust system of a motor vehicle and / or for the conditioning of liquids in a motor vehicle use, in the latter case z. As in fuel preheating for bio-diesel or cooling water heating for an interior heating.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Glühstiftkerzen in einer Brennkraftmaschine, in der das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht ist.The present invention will be explained below with reference to an embodiment. The single FIGURE shows a device for controlling glow plugs in an internal combustion engine, in which the inventive method is realized.
Die Vorrichtung ist dabei als Regelkreis
Die mathematischen Funktionen MF bilden dabei ein Glühkerzentemperaturmodell ab, das eine schnelle und wirklichkeitsnahe Ermittlung der Ist-Temperatur Tist ermöglicht. Die im Referenzpunkt bestimmten Modellparameter werden von der Diagnoseeinheit
Damit die Regelung auch in nichtlinearen Bereichen der Glühkerze GLP verwendet werden kann, sind auch Korrekturen des gemessenen Widerstandes RMess möglich. Die Korrekturen werden ebenfalls über mathematische Funktionen berechnet. Mit der Bestimmung des Glühkerzenwiderstands RMess kann eine Temperaturklassifizierung jeder Glühkerze GLP durchgeführt werden und die fertigungsbedingte Temperaturdifferenz der Glühkerzen GLP und der Zylinder selbst zylinderselektiv ausgeglichen werden.So that the control can also be used in non-linear regions of the glow plug GLP, corrections of the measured resistance RMess are also possible. The corrections are also calculated using mathematical functions. With the determination of the glow plug resistance RMess, a temperature classification of each glow plug GLP can be carried out and the production-related temperature difference of the glow plugs GLP and of the cylinders themselves can be compensated cylinder-selectively.
Durch Bereitstellung eines einfachen und wirkungsvollen Glühkerzenmodells steht damit ein Regelkreis zur Ansteuerung der Glühstiftkerzen zur Verfügung, der sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit und Genauigkeit sowie schnelle Reaktionsfähigkeit auszeichnet.By providing a simple and effective glow plug model, a control circuit for controlling the glow plugs is available, which is characterized by high adaptability and accuracy as well as rapid response capability.
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R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20131120 |
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R028 | Decision that opposition inadmissible now final |
Effective date: 20140905 |