EP0505696A2

EP0505696A2 - Zündelektrode mit Heizeinrichtung

Info

Publication number: EP0505696A2
Application number: EP92101758A
Authority: EP
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Kreutmair; Herbert Dipl.-Ing. Kleeblatt
Original assignee: Zeuna Starker GmbH and Co KG; MAN Technologie AG
Current assignee: Arvin Industries Deutschland GmbH
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1992-09-30
Also published as: EP0505696A3; DE4108034A1

Abstract

Rußatmosphären ausgesetzte Zündelektroden werden mit einem beheizbaren Isolator (20, 16) ausgestattet. Zur Regelung der Heizleistung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem mittels widerstandstemperatur-Meßmethoden (28) die Temperatur an der Heizwicklung (20) in regelmäßigen Abständen gemessen und die Spannungszufuhr zur Wicklung entsprechend geregelt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Beheizung von Zündelektroden, wobei die Beheizung aus einem 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 Keramikisolation 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 zuverlässig ausgebildet wird.
Zur Behebung dieses Effektes wird bekannterweise eine Beheizung des Isolators der Elektrode vorgenommen, die aus einer elektrischen Widerstandswicklung besteht, 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 Umgebungstemperatur (im Fall eines Fahrzeugs hohe Bordnetzspannung und hohe Motorabgase), 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. 550⁰C erforderlich wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der trotz wechselnder Betriebsbedingungen eine zuverlässige Beheizung von Zündelektroden möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.
Durch den temperaturkontrollierten Betrieb der Heizeinrichtung ist eine Auslegung des Widerstandswertes gemäß dem Stand der Technik nicht mehr erforderlich, so daß der Schwerpunkt auf eine kurze Aufheizzeit gelegt werden kann, wobei außerdem eine stabile Isolatortemperatur bei wechselnden Betriebsbedingungen gewährleistet ist. Das heißt, die Rußabbrandtemperatur kann bei Inbetriebnahme rasch erreicht und während des gesamten Betriebes, trotz wechselnder Randbedingungen wie Spannung und Temperatur, konstant gehalten werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Heizeinrichtung mit periodischen Spannungsimpulsen betrieben, während zwischen Spannungsimpulsen jeweils 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 Modulierung der Spannungspulsweiten.
Auf die Weise läßt sich mit fertigungs- und regelungstechnisch einfachen Maßnahmen eine wirkungsvolle Regelung der Isolatortemperatur von Zündelektroden realisieren, ohne daß zusätzliche Temperaturfühler verwendet werden müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß eine Unterbrechung bzw. ein Kurzschluß in der Elektrodenwicklung mitdiagnostiziert werden kann.
Die Erfindung erstreckt sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, das durch die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 gekennzeichnet ist.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Abgassystem 10 einer Verbrennungsmaschine mit einem Partikelfilter 11, der vom Abgas 12 durchströmt wird. Zur Anhebung der Abgastemperatur ist im Abgassystem 10 ein Elektrodenpaar 13, 14 angeordnet, das an einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Die Zündelektroden 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 elektrischen Widerstandsdraht 20 bestehende Beheizung vorgesehen, die von einer Gleichstromquelle 21 versorgt wird.
Für eine kontrollierte Beheizung der Isolatoren 16 ist ein Steuergerät 26 vorgesehen, 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 entsprechende Schaltung für die zweite Elektrode 14. Beide Schaltungen sind als Parallelschaltungen 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 U_B 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 0⁰C, n eine vom Widerstandsmaterial abhängige ganze Zahl und a ein Temperaturkoeffizient.
In Abhängigkeit der auf diese Weise gemessenen Temperatur wird die Heizleistung für die Isolatorbeheizung 20 vom Prozessor 29 geregelt. Dieses erfolgt durch durch Veränderung der Pulsweiten einer pulsartigen Spannungsaufschaltung 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 Temperaturmessungen werden Meßimpulse 40 von konstanter Zeitdauert t_T ausgegeben. Für die Lastaufschaltung wird der Schalter 35 geschlossen, wodurch der Heizdraht 20 die Batteriespannung U_B erhält. Diese Lastaufschaltung erfolgt pulsartig mit einer von der gemessenen Temperatur T abhängenden Zeitdauert t(T). Durch eine feste Vorgabe des maximalen Stromwertes für den Heizdraht 20 kann somit durch entsprechende Pulsweitenmodulation eine Strombegrenzung für den Lastkreis erreicht werden. In der Zeitspanne Δt zwischen zwei Lastpulsen 41 kann jeweils eine Temperaturmessung vorgenommen werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, 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 Widerstands bzw. Temperaturmessung zwar regelmäßig aber nicht nach jedem Lastimpuls 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 Widerstandsdrahtes 20 überwacht werden, indem Unterbrechungen und Kürzschlüsse erfaßt werden können.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Beheizung von Zündelektroden, wobei die Beheizung aus einem elektrischen Widerstandsmaterial besteht, das um den Elektrodenisolator gewickelt ist und an einer Lastspannung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (T) der Isolatorbeheizung (20) über den Widerstandswert (R₄) des Widerstandsmaterials (20) gemessen und die Heizleistung in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastspannung (U_B) für Messungen der Temperatur (T) der Isolatorbeheizung (20) periodisch unterbrochen wird.
Verfahren nachAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastspannung (U_B) pulsweitenmodulierte Spannungspulse (41) sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsweite (t(T)) in Abhängigkeit der jeweils gemessenen Temperatur (T) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Last-Spannungspulsen (41) Temperaturmessungen vorgenommen werden.
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 (U_B) mindestens eine Schaltung (28) für ein Widerstandstherometer vorgesehen sind, wobei die Schaltung für das Widerstandstherometer sowie die Lastspannung über jeweils einen prozessorgesteuerten Schalter (31 bzw. 35) an die Spannungsquelle anschließbar sind.
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.