DE4108034A1 - Zuendelektrode mit heizeinrichtung - Google Patents
Zuendelektrode mit heizeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer elektrischen Beheizung von Zündelektroden, wobei die Beheizung aus ei
nem elektrischen Widerstandsmaterial besteht, das um den Elektrodenisolator
gewickelt ist.
Zündelektroden, insbesondere von Brennern und Regenerierungsbrennern für
Partikelfilter sind Brenn- bzw. -Abgasen ausgesetzt, durch die die Keramikisola
tion der Zündelektrode mit Rußpartikeln überzogen wird. Das hat zur Folge, daß
die zwischen Elektroden geschaltete Hochspannung aufgrund der elektrischen
Leitfähigkeit des Rußes abgeleitet und ein Lichtbogen nicht oder nicht zuverläs
sig ausgebildet wird.
Zur Behebung dieses Effektes wird bekannterweise eine Beheizung des Isolators
der Elektrode vorgenommen, die aus einer elektrischen Widerstandswicklung be
steht, die um den Isolator gewickelt und zur Verbrennung des Rußbelages mit
Spannung versorgt wird.
Der Widerstandswert einer derartigen Beheizung wird so ausgelegt, daß auch bei
ungünstigen Bedingungen, wie z. B. zu hohe Spannung und hohe Umgebungs
temperatur (im Fall eines Fahrzeugs hohe Bordnetzspannung und hohe Motorab
gase), eine Überschreitung der maximal zulässigen Temperatur an der Elektrode
von ca. 800-1000°C in jedem Fall unterbleibt. Dies hat zur Folge, daß bei relativ
niedriger Bordnetzspannung und niedriger Abgastemperatur eine relativ lange
Aufheizzeit zur Erreichung der Rußabbrandtemperatur von ca. 550°C erforderlich
wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genann
ten Art zu schaffen, bei der trotz wechselnder Betriebsbedingungen eine zuver
lässige Beheizung von Zündelektroden möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Anspruches 1 ge
löst.
Durch den temperaturkontrollierten Betrieb der Heizeinrichtung ist eine Ausle
gung des Widerstandswertes gemäß dem Stand der Technik nicht mehr erforder
lich, so daß der Schwerpunkt auf eine kurze Aufheizzeit gelegt werden kann, wo
bei außerdem eine stabile Isolatortemperatur bei wechselnden Betriebsbedin
gungen gewährleistet ist. Das heißt, die Rußabbrandtemperatur kann bei Inbe
triebnahme rasch erreicht und während des gesamten Betriebes, trotz wechseln
der Randbedingungen wie Spannung und Temperatur, konstant gehalten wer
den.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Heizeinrichtung mit periodischen
Spannungsimpulsen betrieben, während zwischen Spannungsimpulsen je
weils eine Temperaturmessung vorgenommen wird. Die Temperaturmessung
kann dabei in jeder Spannungspause oder in jeder zweiten, dritten oder n-ten
Spannungspause erfolgen.
Die Heizleistungsregelung erfolgt vorzugsweise durch temperaturabhängige Mo
dulierung der Spannungspulsweiten.
Auf die Weise läßt sich mit fertigungs- und regelungstechnisch einfachen Maß
nahmen eine wirkungsvolle Regelung der Isolatortemperatur von Zündelektro
den realisieren, ohne daß zusätzliche Temperaturfühler verwendet werden müs
sen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß eine Unterbre
chung bzw. ein Kurzschluß in der Elektrodenwicklung mitdiagnostiziert werden
kann.
Die Erfindung erstreckt sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah
rens, das durch die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 gekennzeichnet ist.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus
führungsbeispieles näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Abgassystem 10 einer Verbrennungsmaschine mit einem Partikel
filter 11, der vom Abgas 12 durchströmt wird. Zur Anhebung der Abgastempera
tur ist im Abgassystem 10 ein Elektrodenpaar 13, 14 angeordnet, das an einer
nicht dargestellten Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Die Zünd
elektroden 13, 14 bestehen jeweils aus einer Elektrode 15 und einem Keramikisolator
16, der den Abgasen 12 ausgesetzt an seiner Außenfläche 17 mit Ruß belegt
werden kann. Um dieses zu verhindern, ist im Isolator 16 eine aus einem elektri
schen Widerstandsdraht 20 bestehende Beheizung vorgesehen, die von einer
Gleichstromquelle 21 versorgt wird.
Für eine kontrollierte Beheizung der Isolatoren 16 ist ein Steuergerät 26 vorgese
hen, das eine Widerstandstemperatur-Meßeinrichtung 28 und einen Prozessor 29
aufweist. Die Temperatur-Meßeinrichtung 28 besteht aus einer Widerstands-
Meßbrücke R1-R4, wobei R4 der Widerstand des Heizdrahtes 20 der jeweiligen
Elektrode 13 ist. Mit dem Prozessor 29 wird ein Temperatur-Meßschalter 31 und
eine Heizschaltung 35 gesteuert. Das Steuergerät 26 enthält ferner eine entspre
chende Schaltung für die zweite Elektrode 14. Beide Schaltungen sind als Parallel
schaltungen ausgebildet und werden von einem Prozessor 29 gesteuert.
Für Temperatur-Meßaufnahmen wird mittels eines Steuerpulses der Temperatur-
Meßschalter 31 geschlossen und damit die Widerstandsbrücke an die Spannung
UB gelegt, die potentiale U34 und U12 der Widerstandsbrücke 28 vom Prozessor 29
aufgenommen und zur Berechnung des augenblicklichen Widerstandswertes R4
des Heizdrahtes 20 nach folgender Formel ausgewertet:
die sich aus dem Verhältnis U12/U34 ableiten läßt. Über den Widerstandswert R4
des Drahtes 20 und der nachstehenden Widerstands-Temperaturfunktion wird
schließlich die augenblickliche Temperatur T am Isolator berechnet.
In der Formel bedeuten R40 den Widerstandwert der Wicklung bei 0°C, n eine vom
Widerstandsmaterial abhängige ganze Zahl und a ein Temperaturkoeffizient.
In Abhängigkeit der auf diese Weise gemessenen Temperatur wird die Heizlei
stung für die Isolatorbeheizung 20 vom Prozessor 29 geregelt. Dieses erfolgt
durch durch Veränderung der Pulsweiten einer pulsartigen Spannungsaufschal
tung für den Widerstandsdraht.
In Fig. 2 ist die am Heizdraht 20 anstehende Spannung U in Abhängigkeit von der
Zeit t dargestellt. Während der Meßperiode, d. h. bei geschlossenem Temperatur-
Meßschalter 31, steht am Heizdraht 20 eine Spannung U34 an. Für Temperatur
messungen werden Meßimpulse 40 von konstanter Zeitdauer tT ausgegeben. Für
die Lastaufschaltung wird der Schalter 35 geschlossen, wodurch der Heizdraht 20
die Batteriespannung UB erhält. Diese Lastaufschaltung erfolgt pulsartig mit ei
ner von der gemessenen Temperatur T abhängenden Zeitdauer t(T). Durch eine
feste Vorgabe des maximalen Stromwertes für den Heizdraht 20 kann somit
durch entsprechende Pulsweitenmodulation eine Strombegrenzung für den Last
kreis erreicht werden. In der Zeitspanne Δt zwischen zwei Lastpulsen 41 kann je
weils eine Temperaturmessung vorgenommen werden. In diesem Fall ist es vor
teilhaft, wenn die Temperaturmessung und die Lastaufschaltung abwechselnd
bei fest vorgegebener Taktfrequenz durchgeführt werden. Die Periodendauer D
des Taktes richtet sich nach der maximal erforderlichen Pulsbreite t(T)max des
Lastpulses 41.
Es sind selbstverständlich andere Regelungsarten möglich, wie z. B. daß die Wi
derstands bzw. Temperaturmessung zwar regelmäßig aber nicht nach jedem Last
impuls 41 durchgeführt wird. Es ist auch eine kontinuierliche Spannungsregelung
für den Lastbetrieb möglich, wobei für Temperaturmessungen der Lastbetrieb
kurzzeitig unterbrochen wird.
Aufgrund der vorgegebenen Widerstandswerte der Heizdrähte 20 bzw.
-wicklungen kann aus der Widerstandsmessung zusätzlich der Zustand des Wider
standsdrahtes 20 überwacht werden, indem Unterbrechungen und Kurzschlüsse
erfaßt werden können.
Claims (7)
1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Beheizung von Zünd
elektroden, wobei die Beheizung aus einem elektrischen Widerstandsmate
rial besteht, das um den Elektrodenisolator gewickelt ist und an einer Last
spannung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (T)
der Isolatorbeheizung (20) über den Widerstandswert (R4) des Widerstands
materials (20) gemessen und die Heizleistung in Abhängigkeit der gemesse
nen Temperatur geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastspan
nung (UB) für Messungen der Temperatur (T) der Isolatorbeheizung (20)
periodisch unterbrochen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Last
spannung (UB) pulsweitenmodulierte Spannungspulse (41) sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsweite
(t(T)) in Abhängigkeit der jeweils gemessenen Temperatur (T) verändert
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
Last-Spannungspulsen (41) Temperaturmessungen vorgenommen werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer
Spannungsquelle für die Lastspannung der Elektrodenbeheizung, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Prozessor (29) und parallel zur Lastspannung (UB)
mindestens eine Schaltung (28) für ein Widerstandsthermometer vorgesehen
sind, wobei die Schaltung für das Widerstandsthermometer sowie die Last
spannung über jeweils einen prozessorgesteuerten Schalter (31 bzw. 35) an
die Spannungsquelle anschließbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung
für das Widerstandsthermometer eine Widerstandsbrücke (28) ist, in die das
Widerstandsmaterial (20) der Isolatorbeheizung integriert ist.
Priority Applications (2)
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