DE3502966A1 - Einrichtung zur steuerung und regelung der temperatur einer gluehkerze - Google Patents

Einrichtung zur steuerung und regelung der temperatur einer gluehkerze

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Description

*3 Ό Λ Ο i^
17.1.1985 Sr/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Temperatur einer Glühkerze
Stand der Technik
Bei der Erfindung handelt es sich um eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Temperatur einer Glühkerze nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, während der Startphase einer Brennkraftmaschine das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum der Brennkraftmaschine mit -Hilfe einer Glühkerze zur Entzündung zu bringen. Nach erfolgtem Start, also bei ohne die Unterstützung des Starters laufender Brennkraftmaschine werden die Glühkerzen wieder abgeschaltet. Dabei ist es bekannt, diesen Abschaltvorgang drehzahl- und/oder temperaturabhängig durchzuführen.
Der Grund für ein sofortiges Abschalten.der Glühkerzen nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine liegt in der Gefahr der Zerstörung der Glühkerzen. Diese Gefahr wird
_^_ 1 J H L D i.p.
dadurch hervorgerufen, daß bei laufender Brennkraftmaschine unter Umständen zu hohe Spannungen an die Glühkerze und durch die gleichzeitig herrschenden hohen Verbrennungstemperaturen die Glühkerzen thermisch überlastet "werden können.
Der Nachteil der beschriebenen, bisher bekannten Einrichtungen besteht nun darin, daß durch das sofortige Abschalten der Glühkerzen nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine nicht mehr die Möglichkeit besteht, mit Hilfe der Glühkerzen die Verbrennungen in den Brennräumen der Brennkraftmaschine solange und in der Art zu unterstützen, wie dies für einen ruhigen und gleichmäßigen Lauf der Brennkraftmaschine erforderlich wäre. '
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Temperatur einer Glühkerze mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik den Vorteil, daß durch die Berücksichtigung weiterer, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierender Betriebskenngrößen die Möglichkeit geschaffen wird, die Verbrennung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine mit Hilfe der Glühkerzen so zu beeinflussen, daß ein ruhiger und gleichmäßiger Lauf der Brennkraftmaschine in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
Dies wird dadurch erreicht, daß durch die zusätzliche Berücksichtigung eines Signales bezüglich der Zuführung von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine die Glühkerzen vor thermischen Überlastungen geschützt werden. Durch die Berücksichtigung des genannten zusätzlichen Signals wird also der Überlastung der Glühkerze durch die hohen Verbrennungstemperaturen entgegengewirkt.
6 ** C i.P
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß durch die weitere Berücksichtigung der an der Glühkerze anliegenden Spannung auch die Erhöhung dieser Spannung bei laufender Brennkraftmaschine und die dadurch mögliche Überlastung der Glühkerze ausgeglichen werden kann.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung sind durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Temperatur einer Glühkerze.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, bei der während der Startphase das Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum der Brennkraftmaschine mit Hilfe von Glühkerzen zur Entzündung gebracht wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Temperatur dieser Glühkerzen ist jedoch ganz allgemein bei jeglichen Arten von Brennkraftmaschinen entsprechend anwendbar.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Temperatur einer Glühkerze. Mit der Bezugsziffer 10
2 I £? "? 4. ^ i.P.
ist ein Steuergerät bezeichnet, das in analoger Schaltungstechnik aufgebaut sein kann, das aber auch aus einer entsprechend programmierten digitalen Recheneinrichtung bestehen kann. Die Kennziffer 11 trägt ein Stromsteuerorgan, das z.B. ein Relais, oder eine entsprechende Transistorschaltung umfassen kann. Eine Glühkerze ist mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Das Steuergerät 10 ist von einer Reihe von Eingangssignalen beaufschlagt, so z.B. von der Drehzahl N, von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine TM, von der der Brennkraftmaschine.zugeführten Kraftstoffmenge QK, von der Einspritzdauer SD, während der der Brennkraftmaschine Kraftstoff zugeführt wird, von dem Spritzbeginn SB, in dem der Einspritzvorgang beginnt, usw. Weiter sind dem Steuergerät 10 noch Werte bezüglich des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine zugeführt, so z.B. ein Signal bezüglich der Laufruhe der Brennkraftmaschine LR, ein Signal bezüglich der Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine AW. usw. Zuletzt wird dem Steuergerät 10 noch ein Signal UG zugeführt. Das Ausgangs signal des Steuergeräts 10 ist an das Stromsteuerorgan 11 angeschlossen. Des weiteren ist das Stromsteuerorgan 11 zum einen mit einer Versorgungsspannung UR sowie zum anderen über die Glühkerze 12 mit Masse verbunden. Zuletzt wird von dem Stromsteuerorgan 11 das Signal UG, das die Glühkerzenspannung darstellt, zum Steuergerät 10 zurückgekoppelt.
Für eine wirkungsvolle Unterstützung der Verbrennung in der Brennkraftmaschine ist es notwendig, daß die Temperatur der Glühkerze TG nicht unter einen bestimmten unteren Temperaturwert TU abfällt, z.B. etwa 900° C. Gleichzeitig muß jedoch unter allen Bedingungen vermieden werden, daß die Temperatur der Glühkerze TG über eine bestimmte
obere Temperaturgrenze TO ansteigt, z.B. etwa 1050° C, da durch das Übersteigen dieser Grenztemperatur die Lebensdauer der Glühkerze wesentlich verkürzt werden würde. Es ist nun möglich, mit Hilfe von entsprechenden Testanordnungen und Versuchsreihen den Einfluß von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine auf die Temperatur der Glühkerze zu bestimmen, also z.B. die Abhängigkeit der Temperatur der Glühkerze TG von der Drehzahl der Brennkraftmaschine N, von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine TM, von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge QK, von der Spritzdauer SD, vom Spritzbeginn SB, usw. Das Steuergerät 10 erzeugt nun in Abhängigkeit von den genannten und ihm zugeführten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ein Ausgangssignal, das dem Stromsteuerorgan 11 zugeführt ist, und mit dessen Hilfe die Energiezufuhr zur Glühkerze beeinflußt wird. Bei diesem Ausgangssignal des Steuergeräts 10 kann es sich z.B. um einen zweiwertigen, also digitalen Impuls handeln, bei dem die der Glühkerze zuzuführende Energie durch das Tastverhältnis, also dem Verhältnis von Ein- und Auszeit definiert ist. Es ist jedoch auch möglich, daß es sich bei dem Ausgangssignal des Steuergeräts 10 um eine analoge Spannung handelt, mit der z.B. eine Transistorleistungsendstufe angesteuert wird,
Die Größe des Ausgangssignals des Steuergeräts 10, und damit die Größe der Energiezufuhr zur Glühkerze wird dabei vom Steuergerät 10 gerade so bestimmt, daß die Temperatur der Glühkerze TG sich immer oberhalb der unteren Temperaturgrenze TU und unterhalb der oberen Temperaturgrenze TO befindet. Dabei ist der Zusammenhang zwischen der der Glühkerze zugeführten Energie und der daraus resultierenden Temperaturänderung durch Versuche ebenfalls bekannt.
— si — Q
Die Zeitdauer der Zuführung von Energie zur Glühkerze kann, muß .jedoch nicht zwingend in Abängigkeit von wenigstens der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine begrenzt und/ oder ganz abgeschaltet werden.
Mit der bisher beschriebenen Einrichtung ist es also möglich, die Temperatur der Glühkerze TG so zu steuern, daß sie sich fortwährend innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs befindet. Möglich wird dies durch die Berücksichtigung von Signalen bezüglich der Zuführung von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine, also durch die Berücksichtigung der hohen Verbrennungstemperaturen nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine .
Besonders vorteilhaft ist es nun, zusätzlich zur bisher beschriebenen Einrichtung auch noch die an der Glühkerze 12 anliegende Spannung zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck ist die Glühkerzenspannung UG zum Steuergerät 10 zurückgekoppelt, und wird von dem Steuergerät 10 bei der Bildung des Ausgangssignals zum Stromsteuerorgan 11, und damit bei der der Glühkerze zuzuführenden Energie berücksichtigt. Insgesamt ist also durch die Rückkopplung der Glühkerzen-Spannung UG die Steuerung der Temperatur der Glühkerze TG bei gleichzeitiger Berücksichtigung der an der Glühkerze anliegenden Spannung UG möglich. Eventuelle Schwankungen der Versorgungsspannung U~ können dadurch also ausgeregelt werden. Dabei ist es auch möglich, als Signal bezüglich der der Glühkerze zugeführten Energie statt der an der Glühkerze anliegenden Spannung den Strom durch die Glühkerze heranzuziehen. Ebenfalls ist es möglieh, die Versorgungsspannung U1, direkt zu messen und direkt bei der der Glühkerze zuzuführenden Energie zu berücksichtigen.
Q 4 2
-10
Eine weitere, ganz besonders vorteilhafte Weiterbildung der Einrichtung zur Steuerung und Regelung der 'Temperatur einer Glühkerze besteht nun darin,, nicht die Glühkerzenspannung UG zurückzukoppeln, sondern,direkt die tatsächliche Temperatur der Glühkerze z.B. mittels eines Thermoelements zu messen, und dieses Temperatur signal dem Steuergerät 10 zuzuführen. Im Steuergerät 10 wird dann die gemessene Isttemperatur der Glühkerze mit der in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelten Solltemperatur der Glühkerze verglichen, und abhängig vom Ergebnis dann ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des Stromsteuerorgans 11 so erzeugt, daß die Isttemperatur gleich der Solltemperatur der Glühkerze ist. Durch die Weiterbildung wird also eine exakte Regelung der Temperatur der Glühkerze möglich.
Als weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung.ist es möglich, dem Steuergerät 10 weitere , Signale bezüglich bestimmter Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine zuzuführen. Dabei kann es sich z.B. um ein Signal bezüglich der Laufruhe der Brennkraftmaschine LR, um ein Signal bezüglich der Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine AW, oder ähnliches handeln. Mit Hilfe dieser Signale ist es nun möglich, daß das Steuergerät den erlaubten Betriebsbereich der Temperatur der Glühkerze verändert. So ist es z.B. vorteilhaft, bei steigender Laufruhe LR den erlaubten Betriebsbereich der Temperatur der Glühkerze zu verringern. Insgesamt verändert also das Steuergerät die obere und die untere Temperaturgrenze TO und TU ζ.B. in Abhängigkeit von dem Signal LR und dem Signal AW, Dabei darf Jedoch die obere Temperaturgrenze, nur insoweit verändert werden, als sie nicht die Grenze überschreitet, bei der die Lebensdauer der Glühkerze verringert wird. Dies hat zur Folge, daß sich die
., R. 19^25 i. P.
Temperatur.der Glühkerze TG in einem engeren Betriebsbereich befindet, was sich auf den ruhigen und gleichmäßigen Lauf der Brennkraftmaschine positiv auswirkt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands handelt es sich um die Berücksichtigung der momentanen Brennraumtemperatur der Brennkraftmaschine bei der Beeinflussung der der Glühkerze zugeführten Energie. Da die momentane Brennraumtemperatur der Brennkraftmaschine jedoch sehr schwer oder gar nicht zu messen ist, wird sie üblicherweise durch die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ersetzt. Bei warmgelaufener Brennkraftmaschine ist dies problemlos möglich, da in diesem Betriebszustand der Unterschied zwischen Betriebs- und Brennraumtemperatur etwa konstant ist. Während der Warmlaufphase hingegen, insbesondere während der ersten Minuten nach dem Start der Brennkraftmaschine, ist dieser Unterschied nicht konstant, sondern verändert sich. In dieser Betriebsphase kann daher die Brennraumtemperatur nicht ohne weiteres durch die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ersetzt werden. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, insbesondere für die ersten Minuten des Betriebes der Brennkraftmaschine die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine zeitabhängig zu beeinflussen. Dies geschieht dadurch, daß eine die Warmlaufdauer der Brennkraftmaschine darstellende zeitabhängige Funktion mit der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine so verknüpft wird, daß dadurch ein Signal entsteht, das die momentane Brennraumtemperatur der Brennkraftmaschine möglichst genau wiedergibt. Ist die Brennkraftmaschine warmgelaufen, sind also die ersten Minuten des Betriebs vorüber, so kann der Einfluß der zeitabhängigen Funktion nahezu verschwinden, da nach der Warmlaufdauer die Brennraumtemperatur sehr genau
allein aus der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine hergeleitet werden kann. Besonders vorteilhaft ist es bei der zuletzt beschriebenen Weiterbildung, die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, also die Motortemperatur, mit Hilfe bzw. in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlers der Brennkraftmaschine, der 01-temperatur der Brennkraftmaschine,. usw. zu ermitteln.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß es möglich ist, auch noch andere den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Größen als Eingangs signale dem Steuergerät 10 zuzuführen, so z.B. die Kraftstoff- und/oder Lufttemperatur und/oder die Kraftstoff- und/oder Luftdichte und/oder die Abgastemperatur und/oder Abgasrückführrate und/oder die Luftmenge, usw.

Claims (13)

  1. R. ~
    17.1.1985 Sr/Hm
    ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART
    Ansprüche
    1 J Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur einer Glühkerze oder allgemein einer heißen Stelle mit einem Steuergerät zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von Eingangssignalen sowie mit einem Stromsteuerorgan zur Steuerung der Energiezufuhr zur Glühkerze in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Steuergeräts, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Eingangssignalen des Steuergeräts um wenigstens ein Signal bezüglich der Zuführung von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine handelt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Signal bezüglich der Zuführung von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine um ein Signal bezüglich der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge und/oder um die Einspritzdauer und/oder um den Spritzbeginn handelt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät als weiteres Eingangssignal die an der Glühkerze anliegende Spannung und/oder der die Glühkerze durchfließende Strom zugeführt ist.
  4. k. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät als weiteres Eingangssignal die tatsächliche Temperatur der Glühkerze zugeführt ist.
  5. 5· Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis U,- dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät als weitere Eingangssignale z.B. ein Signal bezüglich der Laufruhe der Brennkraftmaschine und/oder ein Signal bezüglich der Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine zugeführt ist.
  6. 6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Glühkerze innerhalb eines bestimmten optimalen Betriebsbereichs gehalten wird.
  7. T. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Glühkerze nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine, also bei laufender Brennkraftmaschine, in einem bestimmten, optimalen Betriebsbereich gehalten wird.
  8. 8. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis T, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät als weiteres Eingangssignal die Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeführt ist.
  9. 9. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät weitere Eingangssignale zugeführt sind, so z.B. die Temperatur des Kraftstoffs, die Temperatur der Luft, die Dichte des Kraftstoffs, die Dichte der Luft, aie Luftmenge, die Batteriespannung, die Temperatur der Abgase, die Abgasrückführrate und/oder die Luftmenge, usw.
    42
  10. 10. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät als ■weiteres Eingangssignal die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine zugeführt ist.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigsgens abhängig von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine die Energiezufuhr zur Glühkerze begrenzt und/oder abgeschaltet wird.
  12. Ϊ2. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß dem Steuergerät als weiteres Eingangssignal die momentane Brennraumtemperatur zugeführt ist.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane Brennraumtemperatur mit Hilfe der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und einer die Warmlaufdauer der Brennkraftmaschine darstellenden zeitabhängigen Funktion simuliert w-ird.
    11+. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstempe-.—* ratur der Brennkraftmaschine z.B. mit Hilfe der Kühlwassertemperatur, der Öltemperatur der Brennkraftmaschine, usw. ermittelt wird.
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