DE202004012841U1 - Adaptives Herunterregeln des Motors unter Verwendung einer Glühkerze als Temperatursensor - Google Patents

Adaptives Herunterregeln des Motors unter Verwendung einer Glühkerze als Temperatursensor Download PDF

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Abstract

Verbrennungsmotor, der folgendes aufweist:
eine Brennkammer;
ein Heizelement mit einer Temperatur abhängig von dem elektrischen Widerstand, wobei das Heizelement zumindest indirekt einer Temperatur der Brennkammer ausgesetzt ist,
ein Brennstoffsystem, welches variable Brennstoffraten zu der Brennkammer liefern kann, wobei das Brennstoffsystem angepaßt ist, daß es auf den elektrischen Widerstand des Heizelementes oder auf ein Signal entsprechend dem elektrischen Widerstand des Heizelementes anspricht.

Description

  • Während des Betriebs eines kompressionsgezündeten Verbrennungsmotors auf hohen Höhen kann eine niedrigere Luftdichte ein Luft-Brennstoff-Verhältnis zur Folge haben, welches fetter als erwünscht ist, was wiederum eine Schäden verursachende hohe Abgastemperatur zur Folge haben kann. Ein solcher Schaden kann verbrannte Ventile, Versagensfälle der Kopfdichtung, eine Verzerrung des Motorblockes, gerissene Sammelleitungen und Zylinderköpfe, Verbrennungen und Freßvorgänge der Kolben, Kohlenstoffablagerungen hinter den Kolbenringen und auf den Einspritzvorrichtungsspitzen, Versagensfälle von Kolbenringen mit daraus resultierendem hohen Ölverbrauch und Vorbeiblasvorgängen, eine Lösung von Schmieröl, Risse in der Turboladereinheit und die Ausdehnung von Aluminiumkolben aufweisen, was Aluminiumablagerungen an den Zylinderwänden und ein Fressen des Kolbens zur Folge haben kann. Um das Risiko einer Beschädigung aufgrund von höheren Abgastemperaturen zu vermeiden, können Motormanagementsysteme programmiert werden, um den Motor herunterzuregeln (d.h. eine niedrigere maximale Leistungsausgabe vorzusehen). Beispielsweise haben frühere Veröffentlichungen eine Abriegelungsstrategie bzw. Herunterregelungsstrategie für einen Motor in Verbindung mit einem versperrten Luftfilter beschrieben, was zu Schäden verursachenden hohen Abgastemperaturen in der gleichen Weise führen kann, wie oben für einen Betrieb auf großer Höhe beschrieben worden ist. Bekannte Systeme tendieren dazu, basierend auf verschiedenen Eingangsparametern zu funktionieren, die einen Atmosphärendruck (eine Anzeige der Höhe) und eine Einlaßlufttemperatur aufweisen. Weiterhin werden Brennstoffkarten zum Abriegeln für volle Last/Nennlast empirisch in bekannten Systemen verbreitet, um die erwünschte Herunterregelungsbrennstofflieferung zu liefern, und eine solche empirische Verbreitung erfordert beträchtliche vorherige Arbeit, um die Herunterregelungsstrategien einzurichten.
  • Um ein optimales Herunterregeln des Motors vorzusehen, kann man es dem Motor gestatten, adaptiv mit einer maximalen Ausgangsgröße entsprechend der erwünschten maximalen Auslaßtemperatur zu arbeiten. Diese Erfindung verwendet eine existierende Motorkomponente, um ein Signal zu liefern, welches die Temperatur im Zylinder oder die Abgastemperatur darstellt, nämlich die Vorheizung der Glühkerze, die gewöhnlicherweise in Dieselmotoren oder anderen verdichtungsgezündeten Motoren eingebaut ist. Bei vielen Motoranwendungen wird die Glühkerze nur während des Voranlaufs, des Anlaufs des Motors und für eine kurze Periode nach dem Start mit Energie versorgt. Es ist bekannt, daß eine Beziehung zwischen der Temperatur der Glühkerze und dem elektrischen Widerstand existiert, der an der Glühkerze zu messen ist. Beispielsweise verwendet DE4014966 die Glühkerze als eine Anzeige der Motorbelastung. Gemäß dieser Erfindung wird der gemessene Widerstand an der Glühkerze verwendet, um ein Signal zu erhalten, welches die Glühkerzentemperatur darstellt. Während normaler Betriebsbedingungen (während die Glühkerze nicht erregt ist) kann die Glühkerzentemperatur als repräsentativ für die Temperatur im Zylinder oder des Abgases angesehen werden. Somit sieht die Anwendung der Glühkerze einen kostengünstigen Weg vor, um die Temperatur im Zylinder oder des Abgases zu bestimmen, und zwar durch Verwendung einer zuvor existierenden Motorkomponente, die in erster Linie für andere Zwecke vorhanden ist, jedoch effektiv während längerer Perioden des Motorbetriebs ohne Verwendung ist. Das System kann die Stärke der Brennstoffversorgung des Motors oder andere Betriebsparameter basierend auf der Rückkoppelung steuern, beispielsweise in einer Steuerungsrückkoppelung (closed loop), wobei es die Abgastemperatur berücksichtigt, wie sie durch Anwendung der Glühkerze bestimmt wird, wie oben beschrieben. Diese Steuerung des Brennstoffniveaus kann in Verbindung mit einem elektronischen Steuermodul erreicht werden, welches das Glühkerzensignal aufnimmt, oder kann in anderer Weise als Auslöser dienen, um das Brennstoffversorgungsniveau des Motors zu begrenzen. Gemäß dieser Erfindung wird keine Bestimmung der Höhe oder des Meeresspiegels erforderlich, und der Motor kann mit der maximalen Leistung arbeiten, die durch die voreingestellte Abgastemperaturgrenze gestattet wird.
  • Keine vor dem Einbau vorhandene empirische Verbreitung von Brennstoffkarten ist erforderlich, jedoch kann das elektronische Steuermodul auch unterschiedliche Brennstoffkarten auswählen, falls dies erwünscht ist. Dieser Ansatz sieht eine automatische Abriegelung des Motors im Falle von irgend einem Zustand vor, der eine Steigerung der Abgastemperatur erzeugt, wie beispielsweise ein verstopfter Luftfilter oder irgend ein anderer abnormer Zustand (beispielsweise ein hoher Rückdruck), der bewirkt, daß die Abgastemperatur über einer festgelegten Grenze ist.
  • Die offenbarte Lösung sieht eine optimierte Herunterregelung des Motors vor, um eine maximale Leistung zu gestatten, ohne die vorbestimmten Abgastemperaturgrenzen zu überschreiten. Durch Verwendung einer existierenden Komponente, um die Temperatursensorfunktion vorzusehen, wird die Notwendigkeit von zusätzlichen Komponenten vermieden. Darüber hinaus ist bekannt, daß Glühkerzen robust sind und die harte Umgebung der Brennkammer überleben können. Ein empirischer Test und eine Verbreitung von Brennstoffkarten zum Herunterregeln werden auch vermieden.

Claims (21)

  1. Verbrennungsmotor, der folgendes aufweist: eine Brennkammer; ein Heizelement mit einer Temperatur abhängig von dem elektrischen Widerstand, wobei das Heizelement zumindest indirekt einer Temperatur der Brennkammer ausgesetzt ist, ein Brennstoffsystem, welches variable Brennstoffraten zu der Brennkammer liefern kann, wobei das Brennstoffsystem angepaßt ist, daß es auf den elektrischen Widerstand des Heizelementes oder auf ein Signal entsprechend dem elektrischen Widerstand des Heizelementes anspricht.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Heizelement eine Glühkerze ist.
  3. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Widerstand des Heizelementes mit steigender Temperatur ansteigt.
  4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein hoher elektrischer Widerstand des Heizelementes eine schlechte Versorgung mit Verbrennungsluft anzeigen kann.
  5. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennstoffsystem ein elektronisches Steuermodul besitzt, welches geeignet ist, den elektrischen Widerstand des Heizelementes zu detektieren und die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer durch Manipulation des Brennstoffsystems zu steuern.
  6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, wobei das elektronische Steuermodul einen Teil eines Motormanagementsystems bildet.
  7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die elektronische Steuereinheit die Leistungsausgabe des Motors ansprechend auf eine Steigerung des elektrischen Widerstandes des Heizelementes reduziert.
  8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die elektronische Steuereinheit die Leistungsausgabe des Motors ansprechend auf eine Steigerung des elektrischen Widerstandes des Heizelementes reduziert, nach dem der elektrische Widerstand des Heizelementes eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
  9. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer progressiv reduziert wird, wenn der elektrische Widerstand des Heizelementes ansteigt.
  10. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer progressiv reduziert wird, wenn der elektrische Widerstand des Heizelementes ansteigt, nachdem der elektrische Widerstand des Heizelementes eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
  11. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer schrittweise reduziert wird, wenn der elektrische Widerstand des Heizelementes ansteigt.
  12. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffrate der Brennkammer schrittweise reduziert wird, wenn der elektrische Widerstand des Heizelementes ansteigt, nach dem der elektrische Widerstand des Heizelementes eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
  13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die elektronische Steuereinheit eine geeignete Brennstoffkarte ansprechend auf den elektrischen Widerstand des Heizelementes auswählt.
  14. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei das Heizelement und die elektronische Steuereinheit ein Rückkoppelungssteuersystem mit geschlossener Steuerschleife (closed loop) bilden.
  15. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei die elektronische Steuereinheit die Leistungsausgabe des Motors ansprechend auf eine Steigerung des elektrischen Widerstandes des Heizelementes reduziert.
  16. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement als eine Temperaturüberwachung in Perioden arbeitet, wenn es nicht als Heizelement wirkt.
  17. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer ansprechend auf ein unerwünscht hohes Verhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft reduziert wird.
  18. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer ansprechend auf ein unerwünscht hohes Verhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft aufgrund eines Mangels von Verbrennungsluft reduziert wird.
  19. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer ansprechend auf ein unerwünscht hohes Verhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft aufgrund dessen reduziert wird, daß der Verbrennungsmotor angepaßt wurde, um bei großen Höhen zu arbeiten.
  20. Verbrennungsmotor, der folgendes aufweist; eine Brennkammer, ein Heizelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, wobei das Heizelement zumindest indirekt einer Temperatur der Brennkammer ausgesetzt ist, um die Temperatur der Brennkammer durch Anwendung des temperaturabhängigen elektrischen Widerstandes des Heizelementes zu bestimmen, und ein Brennstoffsystem, um die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer in Beziehung zum elektrischen Widerstand des Heizelementes zu variieren.
  21. Elektronische Steuereinheit zur Anwendung bei einem Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor folgendes aufweist; eine Brennkammer ein Heizelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, wobei das Heizelement zumindest indirekt einer Temperatur der Brennkammer ausgesetzt ist, um die Temperatur der Brennkammer zu bestimmen, wobei die elektronische Steuereinheit geeignet ist, den temperaturabhängigen Widerstand des Heizelementes zu bestimmen, und dem Brennstoffsystem zu signalisieren, die Brennstoffversorgungsrate der Brennkammer mit Bezug zu dem temperaturabhängigen Widerstand zu variieren.
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