DE102012101999B4

DE102012101999B4 - Verfahren zum Betreiben einer keramischen Glühkerze

Info

Publication number: DE102012101999B4
Application number: DE102012101999.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Eberhardt
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2032-03-10
Also published as: DE102012101999A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer keramischen Glühkerze bei laufendem Motor, um eine gewünschte Solltemperatur zu halten, wobei die Glühkerze eine Heizstabspitze mit einem reduzierten Durchmesser aufweist, deren elektrischer Widerstand bei 0°C wenigstens 50% des elektrischen Gesamtwiderstands des Heizstabs beträgt und deren elektrischer Widerstand bei einer Temperatur von mehr als 700°C wenigstens 80% des elektrischen Gesamtwiderstands des Heizstabes beträgt, wobei durch Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eines Fahrzeugs eine Effektivspannung erzeugt und an die Glühkerze angelegt wird, aus einem Heizungsbedarf ein Sollwert für die elektrische Heizleistung ermittelt wird, die Stärke des elektrischen Heizstroms gemessen und der Tastgrad der Pulsweitenmodulation auf einen Wert eingestellt wird, bei dem das Produkt aus der Stärke des Heizstroms und der Effektivspannung mit dem Sollwert der elektrischen Heizleistung übereinstimmt, der Heizungsbedarf bei laufendem Motor unter Berücksichtigung von Motorbetriebsdaten ermittelt wird und aus dem Heizungsbedarf der Sollwert für die elektrische Heizleistung unabhängig von dem Kaltwiderstand der Glühkerze ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer keramischen Glühkerze, wobei durch Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eines Fahrzeugs eine Effektivspannung erzeugt und an die Glühkerze angelegt wird.
Aus der DE 10 2009 041 749 A1 ist es bekannt, Glühkerzen mit pulsweiten modulierten Spannungspulsen zu beheizen und dabei die Spannung mehrmals während eines jeden Spannungspulses zu messen. Schwankungen der Versorgungsspannung können dann ausgeglichen werden, indem die Dauer jedes einzelnen Pulses verkürzt oder verlängert wird, so dass die mit einem Puls in die Glühkerze eingespeiste Heizenergie einem vorgegebenen Sollwert entspricht.
Aus der DE 10 2009 047 650 A1 ist es bekannt, bei der Temperaturregelung einer Glühkerze den Einfluss von Motorbetriebsparametern auf die Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur einer Glühkerze und der sich aus dem elektrischen Widerstand ergebenden Temperatur zu berücksichtigen.
Aus der EP 1 162 368 A2 ist ein Verfahren zum Aufheizen einer Glühkerze bekannt, bei dem die zum Aufheizen auf eine Zieltemperatur benötigte Energie aus einer Ausgangstemperatur der Glühkerze und dem Glühkerzentyp ermittelt und dann innerhalb eines gewählten Aufheizzeitintervalls der Glühkerze zugeführt wird.
Der elektrische Widerstand von keramischen Glühkerzen lässt sich bei der Fertigung nicht präzise vorgeben, so dass sich keramische Glühkerzen einer Bauserie in ihrem Widerstand erheblich unterscheiden können. Üblicherweise werden Glühkerzen deshalb nach ihrem Kaltwiderstand in Widerstandsklassen eingeteilt, die jeweils eine mehr oder weniger schmale Bandbreite des elektrischen Widerstands vorgeben. Ein Glühkerzensteuergerät kann dann an eine Glühkerze gemäß ihrer Widerstandsklasse eine Heizspannung anlegen, um die Glühkerze mit einer Solltemperatur zu betreiben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie die Glühfunktion keramischer Glühkerzen mit geringem Aufwand besser an den Bedarf eines Verbrennungsmotors angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren sind fertigungsbedingte Schwankungen des elektrischen Widerstands der Glühkerzen weitgehend unerheblich, da aus einem Heizungsbedarf jeweils ein Sollwert der elektrischen Heizleistung ermittelt und der Tastgrad der Pulsweitenmodulation dann auf einen Wert eingestellt wird, bei dem der Glühkerze im zeitlichen Mittel über eine Periode der Pulsweitenmodulation der Sollwert der elektrischen Leistung zugeführt wird. Der Tastgrad der Pulsweitenmodulation wird also auf einen Wert eingestellt, bei dem das Produkt aus Strom und Effektivspannung mit dem Sollwert der elektrischen Leistung übereinstimmt.
Der Aufwand, Glühkerzen nach ihrem Widerstand in Widerstandsklassen einzuteilen, kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eingespart werden. Unabhängig vom Kaltwiderstand einer Glühkerze wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren stets dasselbe Ergebnis erzielt. Vorteilhaft werden durch ein erfindungsgemäßes Verfahrne sogar alterungsbedingte Änderungen des elektrischen Widerstands kompensiert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird bei laufendem Motor durchgeführt, um eine gewünschte Solltemperatur zu halten. Besonders präzise lässt sich eine Solltemperatur halten, indem der Motorbetriebszustand bei der Ermittlung der Heizleitung berücksichtigt wird. Beispielsweise kann bei Schubbetrieb des Motors ohne Kraftstoffeinspritzung eine Glühkerze durch Ansaugluft abgekühlt und bei Motorbetrieb im Volllastbereich durch Kraftstoffverbrennung zusätzlich erwärmt werden. Der Heizungsbedarf wird unter Berücksichtigung von Motorbetriebsdaten ermittelt. Besonders bedeutsame Motorbetriebsdaten sind Drehzahl, Einspritzmenge und Motorlast. Besonders bevorzugt wird deshalb der Heizungsbedarf und somit der Sollwert der elektrischen Leistung unter Berücksichtigung von Drehzahl, Einspritzmenge und/oder Motorlast ermittelt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Heizungsbedarf von einem Motorsteuergerät ermittelt wird. Einem Motorsteuergerät liegen Motorbetriebsdaten wie Drehzahl, Einspritzmenge oder Motorlast vor, so dass dieses einen Heizungsbedarf der Glühkerze insbesondere in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors effizient ermitteln kann. Das Motorsteuergerät kann aus dem Heizungsbedarf einen Sollwert der Heizleistung berechnen. Möglich ist es aber auch, dass ein Glühkerzensteuergerät einen Sollwert der Heizleistung aus einem Heizungsbedarf ermittelt, der beispielsweise von einem Motorsteuergerät mitgeteilt wird.
Bei stillstehendem Motor ergibt sich ein Heizungsbedarf zum Starten des Motors, da die Glühkerze dazu auf ihre Solltemperatur aufgeheizt werden muss. Auch diesen Heizungsbedarf kann das Motorsteuergerät präzise ermitteln, beispielsweise indem aus der Kühlwassertemperatur oder früheren Motorbetriebsdaten auf die momentane Glühkerzentemperatur geschlossen und diese bei der Ermittlung des Heizungsbedarfs berücksichtigt wird. Ein wichtiger Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei auch, dass durch das Vorgeben der Heizleistung die Gefahr einer Überhitzung von Glühkerzen deutlich reduziert ist. Dies gilt insbesondere auch beim Aufheizen einer Glühkerze vor einem Motorstart.
Der Heizungsbedarf, aus dem ein Sollwert für die Heizleistung ermittelt wird, kann sich aus einer vorgegeben Solltemperatur ergeben. Eine explizite Angabe eine Solltemperatur ist aber nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise kann bei einer suboptimalen Verbrennung die Glühkerzentemperatur und somit die Heizleistung graduell erhöht werden, ohne dass die momentane Glühkerzentemperatur oder eine angestrebte Glühkerzentemperatur bekannt sind. Eine heißere Glühkerze unterstützt den Verbrennungsprozess nämlich generell besser als eine weniger heiße Glühkerze. Wenn also beispielsweise ein Motorsteuergerät an Motorbetriebsdaten feststellt, dass die Verbrennung derzeit nicht optimal ist, kann es daraus einen erhöhten Heizungsbedarf ableiten und den Sollwert der Heizleistung kontinuierlich oder auch schrittweise erhöhen bzw. ein Glühkerzensteuergerät anweisen dies zu tun.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für keramische Glühkerzen. Das Verfahren wird für eine Glühkerze verwendet, die eine Heizstabspitze aufweist, deren elektrischer Widerstand bei 0°C wenigstens 50% des elektrischen Gesamtwiderstands des Heizstabs beträgt. Das Verfahren wird bei Glühkerzen eingesetzt, bei denen bei einer Temperatur vom mehr als 700°C wenigstens 80% des elektrischen Gesamtwiderstands des Heizstabs auf den elektrischen Widerstand der Heizstabspitze entfallen. Unter der Heizstabspitze wird dabei ein Endabschnitt des Heizstabs verstanden, der wirksam zur Verbrennungsunterstützung beiträgt und ganz oder zumindest teilweise frei in den Brennraum hinragt und dadurch von Brennstoffluftgemisch umspült wird. Die Heizspitze hat bevorzugt einen reduzierten Durchmesser.
1 zeigt für zufällig aus einer Bauserie ausgewählte keramische Glühkerzen, welche Effektivspannungen zum Erreichen und Halten einer Zieltemperatur erforderlich ist. Ersichtlich schwankt die für eine gegebene Solltemperatur erforderliche Effektivspannung bei an sich baugleichen Glühkerzen um etwa 50%.
Zum Vergleich zeigt 2, welche Heizleistung bei diesen Glühkerzen erforderlich ist, um die auf der Abszisse aufgetragenen Temperaturen zu erreichen und zu halten. Ein Vergleich der 1 und 2 zeigt eindrücklich, dass sich die für die verschiedenen Glühkerzen erforderlichen Heizleistungen wesentlich weniger unterscheiden als die elektrischen Spannungen. Dies liegt daran, dass die Widerstandswerte der einzelnen Glühkerzen zwar stark streuen und eine gegebene Effektivspannung deshalb stark verschiedene Heizleistungen zur Folge hat. In ihrer Form und Wärmekapazität unterscheiden sich die einzelnen Glühkerzen einer Bauserie aber kaum, so dass die für eine gegebene Solltemperatur erforderliche Heizleistung wohl definiert ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer keramischen Glühkerze bei laufendem Motor, um eine gewünschte Solltemperatur zu halten, wobei die Glühkerze eine Heizstabspitze mit einem reduzierten Durchmesser aufweist, deren elektrischer Widerstand bei 0°C wenigstens 50% des elektrischen Gesamtwiderstands des Heizstabs beträgt und deren elektrischer Widerstand bei einer Temperatur von mehr als 700°C wenigstens 80% des elektrischen Gesamtwiderstands des Heizstabes beträgt, wobei durch Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eines Fahrzeugs eine Effektivspannung erzeugt und an die Glühkerze angelegt wird, aus einem Heizungsbedarf ein Sollwert für die elektrische Heizleistung ermittelt wird, die Stärke des elektrischen Heizstroms gemessen und der Tastgrad der Pulsweitenmodulation auf einen Wert eingestellt wird, bei dem das Produkt aus der Stärke des Heizstroms und der Effektivspannung mit dem Sollwert der elektrischen Heizleistung übereinstimmt, der Heizungsbedarf bei laufendem Motor unter Berücksichtigung von Motorbetriebsdaten ermittelt wird und aus dem Heizungsbedarf der Sollwert für die elektrische Heizleistung unabhängig von dem Kaltwiderstand der Glühkerze ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbetriebsdaten Drehzahl, Einspritzmenge und/oder Motorlast sind.