DE19718750A1

DE19718750A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturmessung von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19718750A1
Application number: DE19718750A
Authority: DE
Inventors: Bernd Ehlers
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2017-05-03
Also published as: DE19718750B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturmessung von Glühkerzen einer selbst zündenden Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen, bei dem die Heizmittel der Glühkerzen mit einer pulsweitenmodulierten Spannungssignalfolge angesteuert werden, sowie eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Selbstzündende Brennkraftmaschinen benötigen zum Kaltenstarten eine Vorheizung der Brennräume durch Glühkerzen, welche bei einer Spannungsbeaufschlagung ihrer Heizmittel die Brennräume auf eine entsprechende Temperatur aufheizen. Bei längerem Betrieb dürfen die Glühkerzen aber nicht wegen Überhitzung durchbrennen. Aus diesem Grund werden die Heizmittel der Glühkerzen pulsweitenmoduliert mit einer Spannung beaufschlagt. In der deutschen Offenlegungsschrift DE 36 08 602 A1 wird als Maß für die Temperatur der durch die Glühkerze fließende Strom herangezogen, der mit zunehmender Temperatur und damit auch zunehmendem Widerstand der Heizmittel abnimmt. Bei vorgegebener Spannung kann somit durch eine Strommessung mit Hilfe eines Shunt-Widerstandes auf die Temperatur im Brennraum rückgeschlossen werden.

Des weiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 38 055 A1 ein Verfahren zur Temperaturregelung von Glühkerzen über Pulsbreitenmodulation bekannt, bei dem in den Pausen zwischen den Spannungsimpulsen der pulsbreitenmodulierten Spannungssignal folge die Temperatur der Glühkerzen über die Messung der Thermospannung an den Glüh kerzen ermittelt wird. Eine solche Erfassung der Temperatur ist sehr genau, die Glühkerzen müssen jedoch mit Thermoelementen, die in Abhängigkeit ihrer Temperatur eine bestimmte Spannung abgeben, ausgerüstet werden. Solche Thermoelemente sind relativ kosteninten siv und damit für den Serieneinsatz in Kraftfahrzeugen kaum verwendbar.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturmessung von Glühkerzen zu schaffen, welche für den Serieneinsatz im Kraftfahrzeug Anwendung finden können.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung werden in definierten Pausenzeiten zwischen den Spannungsimpul sen der die Heizmittel der Glühkerzen ansteuernden pulsweitenmodulierten Spannungs signalfolge die Heizmittel der zur Temperaturmessung herangezogenen Glühkerzen mit einem Konstantstrom oder einer Gleichspannung vorgegebener Zeitdauer beaufschlagt. Durch die Beaufschlagung ist über den Heizmitteln der Glühkerze ein Spannungsabfall meßbar, der als Maß für die momentane Isttemperatur der Glühkerze erfaßt wird. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß sich der ohmsche Widerstand der Heizmittel und damit der meßbare Spannungsabfall temperaturabhängig ändert.

Die Zeitdauer, innerhalb der die Heizmittel mit dem Konstantstrom oder der Gleichspannung beaufschlagt werden, sollte sehr viel kleiner sein, als die Pausenzeiten zwischen den Span nungsimpulsen der pulsweitenmodulierten Spannungssignalfolge. Vorteilhafterweise ist sie derart bemessen, daß der Einfluß des Konstantstroms bzw. der Gleichspannung auf die Änderung der momentanen Isttemperatur der Glühkerze vernachlässigbar ist.

Zur Beaufschlagung der Heizmittel der Glühkerze mit einem Konstantstrom sind diese, vor zugsweise über eine Schalteinrichtung, in den definierten Pausenzeiten zwischen den Span nungsimpulsen der pulsweitenmodulierten Spannungssignalfolge mit einer Konstantstrom quelle verbindbar. Eine Beaufschlagung mit Gleichspannung kann über eine herkömmlich vorgesehene Schalteinrichtung, mit der die Heizmittel mit einer Spannungsversorgung puls weitenmoduliert verbunden werden, erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann sowohl die Temperatur nur einer Glühkerze ermittelt werden, wobei die Ansteuerung aller Glühkerzen der Brennkraftmaschi ne dann aufgrund der Temperatur dieser Glühkerze erfolgt, als auch die Temperatur jeder der Glühkerzen erfaßt werden, wobei dann die Glühkerzen aufgrund ihrer eigenen Tempera turmessung angesteuert werden.

Zur Regelung der Temperatur der Glühkerzen wird der über den Heizmitteln gemessene Spannungsabfall als Maß für die momentane Isttemperatur einer Regeleinrichtung zugeführt, welche über einen Vergleich des gemessenen Spannungsabfalls mit einer Sollspannung, welche der Solltemperatur der Glühkerze entspricht, die pulsweitenmodulierte Spannungs signalfolge zur Ansteuerung der Heizmittel erzeugt. Dabei können die Glühkerzen von der Regeleinrichtung sowohl synchron als auch phasenversetzt angesteuert werden.

Die Erfindung gibt die Möglichkeit einer kostengünstigen Erfassung der Temperatur der Glühkerzen, welche auch im Serieneinsatz bei Kraftfahrzeugen verwendbar ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Glühkerze,

Fig. 2 einen beispielhaften Verlauf eines pulsweitenmodulierten Ausgangs signals der Regeleinrichtung sowie ein Verlauf des Konstantstroms zur Erfassung der momentanen Isttemperatur der Heizwendel und

Fig. 3 einen Verlauf des Spannungsabfalls oa über den Heizmitteln der Glühkerze in Abhängigkeit der Temperatur der Glühkerze.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist der Glühkerze 1 mit ihren Heizmit teln 2 (Heizwendel) eine Schalteinrichtung 4, welche vorzugsweise als Feldeffekttransistor ausgebildet ist, vorgeschaltet. Im geschlossenen Zustand verbindet die Schalteinrichtung 4 die Heizwendel 2 der Glühkerze 1 mit einer Spannungsversorgung 3, die in Kraftfahrzeugen vorzugsweise der Bordspannung entspricht. Weiterhin weist die Schaltungsanordnung eine Regeleinrichtung 8 auf, welche über ihr Ausgangssignal U_imp die Schalteinrichtung 4 ansteuert. Parallel zur Schalteinrichtung 4 weist die Schaltungsanordnung eine weitere ebenfalls vorzugsweise als Feldeffekttransistor ausgebildete Schalteinrichtung 10 auf, die die Heizwendel 1 der Glühkerze in ihrem geschlossenem Zustand mit einer Konstantstrom quelle 9 verbindet und ebenfalls von der Regeleinrichtung 8 geschaltet wird. Die Klemmen 5, 6 der Glühkerze 1 sind jeweils mit den Eingängen 11, 12 eines Verstärkers 7 verbunden, dessen Ausgangssignal U_A′, der Regeleinrichtung 8 als Eingangssignal zugeführt wird.

Im weiteren wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung näher beschrieben. Dazu zeigt Fig. 2 sowohl einen beispielhaften Verlauf des pulsweitenmodulierte Ausgangssignals U_imp der Regeleinrichtung 8 zur Ansteuerung der Schalteinrichtung 4 als auch den Verlauf des Konstantstroms I_Meß zur Erfassung der momentanen Isttemperatur der Heizwendel 2.

Für die Zündung des Kraftstoffs im Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine ist eine bestimmte Solltemperatur an der Glühkerze 1 notwendig, welche durch die Ansteue rung der Heizwendel 2 der Glühkerze 2 eingestellt wird. Dazu wird die Schalteinrichtung 4 mit der pulsweitenmodulierte Spannungssignalfolge U_imp von der Regeleinrichtung 8 ange steuert, die entsprechend dieser Ansteuerung die Heizwendel 2 mit der Spannungsversor gung 3 verbindet. Um eine Überhitzung der Glühkerze 1 und damit ein Durchbrennen der Heizwendel 2 zu verhindern, wird das pulsweitenmodulierte Spannungssignal U_imp in Abhängigkeit der Größe der Versorgungsspannung U_B, was hier jedoch nicht näher beschrieben werden soll, als auch in Abhängigkeit der momentanen Isttemperatur der Glüh kerze 1 gebildet. Zur Ermittlung der momentanen Isttemperatur wird in den vorgegebenen Pausen t_p zwischen den Spannungsimpulsen der pulsweitenmodulierte Spannungssignal folge U_imp d. h. die Schalteinrichtung 4 ist geöffnet, die Heizwendel 2 der Glühkerze über die Schalteinrichtung 10 mit der Konstantstromquelle 9 über die Zeitdauer t_Meß verbunden. Damit fließt der Strom I_Meß durch die Heizwendel 2 und erzeugt einen Spannungsabfall U_A über der Heizwendel 2, die an den Klemmen 5, 6 abgreifbar ist und dem Verstärker 7 zuge führt wird. Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung den Verlauf des Spannungsabfalls U_A über den Heizmitteln 2 der Glühkerze in Abhängigkeit der Temperatur T der Glühkerze. Das Aus gangssignal U_A, des Verstärkers 7 wird danach als Maß für die momentane Isttemperatur der Glühkerze der Regeleinrichtung 8 zugeführt, die in Abhängigkeit des Vergleichs der Isttemperatur mit der Solltemperatur der Glühkerze die pulsweitenmodulierte Spannungs signalfolge U_imp zur Ansteuerung der Schalteinrichtung 4 bildet.

Bezugszeichenliste

1 Glühkerze
2 Heizmittel, Heizwendel
3 Spannungsversorgung
4 Schalteinrichtung
5 Klemme
6 Klemme
7 Verstärker
8 Regeleinrichtung
9 Konstantstromquelle
10 Schalteinrichtung
11 Eingang
12 Eingang
U_A Spannungsabfall über den Heizmitteln
U_A′ Ausgangssignal des Verstärkers
U_imp pulsweitenmodulierte Spannungssignalfolge
I_Meß Konstantstrom
U_B Versorgungsspannung
t_Meß Zeitdauer
t_p Pausenzeit
T Temperatur

Claims

1. Verfahren zur Temperaturmessung von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraft maschine von Kraftfahrzeugen, bei dem die Heizmittel der Glühkerzen mit einer pulswei tenmodulierten Spannungssignalfolge angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in definierten Pausenzeiten (t_p) zwischen den Spannungsimpulsen der pulsweitenmo dulierten Spannungssignalfolge (U_imp) die Heizmittel (2) der Glühkerzen (1) mit einem Konstantstrom (I_Meß) oder einer Gleichspannung vorgegebener Zeitdauer (t_Meß) beauf schlagt werden und der durch die Beaufschlagung erzeugte Spannungsabfall (U_A) über dem Heizmittel (2) der Glühkerze (1) als Maß für die momentane Isttemperatur der Glüh kerze erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (t_Meß) inner halb der die Heizmittel (2) mit dem Konstantstrom (I_Meß) oder der Gleichspannung beaufschlagt werden, sehr viel kleiner ist, als die Pausenzeit (t_p) zwischen den Span nungsimpulsen der pulsweitenmodulierten Spannungssignalfolge (U_imp).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und/oder die Zeitdauer (t_Meß), innerhalb der die Heizmittel (2) der Glühkerze (1) mit dem Konstant strom (I_Meß) oder der Gleichspannung zur Erfassung der momentanen Temperatur der Glühkerze (1) beaufschlagt werden, derart bemessen ist, daß der Einfluß auf die Ände rung der momentanen Isttemperatur der Glühkerze (1) vernachlässigbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Span nungsabfall (U_A) über den Heizmitteln (2) mindestens einer Glühkerze (1) der Brenn kraftmaschine ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Span nungsabfall (U_A) über den Heizmitteln (2) jeder Glühkerze (1) der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Span nungsabfall (U_A) über den Heizmitteln (1) der Glühkerze (1), einer Regeleinrichtung (8) zugeführt wird, welche mindestens über einen Vergleich des erfaßten Spannungsabfalls (U_A) mit einer Sollspannung, welche der Solltemperatur der Glühkerze (1) entspricht, die pulsweitenmodulierte Spannungssignalfolge (U_imp) zur Ansteuerung der Heizmittel (2) erzeugt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel (2) der Glühker zen (1) von der Regeleinrichtung (8) synchron angesteuert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel (2) der Glühker zen (1) von der Regeleinrichtung phasenversetzt angesteuert werden.

9. Vorrichtung zur Temperaturmessung von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraft maschine von Kraftfahrzeugen, bei der die Heizmittel der Glühkerzen mit einer pulswei tenmodulierten Spannungssignalfolge ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in definierten Pausenzeiten (t_p) zwischen den Spannungsimpulsen der pulsweitenmodulier ten Spannungssignalfolge (U_imp) die Heizmittel (2) der Glühkerzen (1) über eine vorgeb bare Zeitdauer (t_Meß) mit einer Konstantstromquelle (9) verbindbar sind und der aufgrund des fließenden Konstantstroms (I_Meß) erzeugte Spannungsabfall (U_A) über den Heizmit teln (2) der Glühkerze (1) als Maß für die momentane Isttemperatur der Glühkerze (1) erfaßbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Konstant stromquelle (9) und den Heizmitteln (2) der Glühkerze (1) eine Schalteinrichtung (10) vor gesehen ist, welche von der Regeleinrichtung (8) steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (10) als Feldeffekttransistor ausgebildet ist.