EP1408233A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors - Google Patents

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EP1408233A2
EP1408233A2 EP03022201A EP03022201A EP1408233A2 EP 1408233 A2 EP1408233 A2 EP 1408233A2 EP 03022201 A EP03022201 A EP 03022201A EP 03022201 A EP03022201 A EP 03022201A EP 1408233 A2 EP1408233 A2 EP 1408233A2
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EP
European Patent Office
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glow plugs
temperature
heating
glow
physical model
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EP03022201A
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English (en)
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EP1408233A3 (de
EP1408233B1 (de
Inventor
Olaf Toedter
Heinz-Georg Schmitz
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
Beru AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/025—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs with means for determining glow plug temperature or glow plug resistance

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the heating of the glow plugs of a diesel engine.
  • Such methods and devices serve the Glow plugs of a diesel engine to a target temperature bring at which the engine can be started.
  • the electronically controlled glow system ISS for diesel engines is a method of controlling the Heating the glow plugs of a diesel engine known at the glow command or the glow request after completed Initialization of the engine control, after successful Determining the temperature of the engine elements via the engine control and then successful establishment of a communication between the engine controller and the glow controller is given.
  • the measurement of the glow plug temperature over the glow plug resistance separates as a way of identifying the Glow plug temperature due to the tolerances of the glow plugs in terms of their resistance because of the existing real Tolerances and different dynamic behavior out. Calibration of the glow plugs is over also unthinkable, since it involves large-volume components is.
  • the object of the invention is based Therefore, therein, a method and an apparatus of the initially to create said type, with which the heating of the Glow plugs of a diesel engine incorporating the thermal Behavior of the glow plugs without a measurement signal for Feedback the temperature of the glow plugs are controlled can.
  • the thermal situation to judge the glow plugs as a physical model the glow plugs is implemented in the control unit.
  • This Model for example in the form of a temperature resistance element with positive or negative resistance temperature coefficient may be executed, parallel to the glow plugs with a low voltage and a low Electricity is heated leaves over its resistance one Conclusion on the given temperature.
  • another electronic circuit elements can then be the thermal Heating and steady-state behavior of the glow plugs in their full dynamics are emulated.
  • the core of the physical Model consists of a physical one Energy storage whose energy content to glow plug temperature proportional or inversely proportional. at This physical energy store may be, for example around a heating element with appropriate thermal Ground or around a capacitor for storing electrical Act energy.
  • the invention thus takes a physical Modeling the thermal behavior of the glow plugs, wherein the corresponding physical model in the annealing control is integrated. That can continue the illustration of the Engine operating state on the physical model include.
  • the control of the glow plugs from every imaginable Operating state is optimized by this to shortest possible Response times to achieve the target temperature to achieve.
  • the glow plug temperature becomes indirectly through a closed loop regulated from the control electronics for driving the Glow plugs, the correction module, the physical model leads back to the control electronics.
  • the physical model can continue with measurement signals be coupled, the z. B. the temperature of the environment or at least in stationary operation of the glow plug play.
  • a temperature sensor in the annealing control unit be provided or the signal of a temperature sensor of the engine are evaluated via an interface. to Determination of the temperature during stationary operation of the glow plug a resistance measurement takes place and if necessary an averaging over some or all built-in Glow plugs.
  • the erf indungssiee device and the invention Methods provide improved repeat start protection for quick start glow plugs and low voltage glow plugs and offer the possibility of use as preemptive Controller.
  • the image and thus storage of the temperature state the glow plug is independent of the power supply the electronics possible, so that too after a full reset of the current state of the Glow plugs can be easily and accurately detected and the optimal control can be selected.
  • Das'physikalische Model that can be implemented in the control electronics can beyond that adjusted in the context of the production of the electronics become.
  • Figs. 1 and 2 is a common metal executed Glow plug shown having a variable resistor which, as a rule, increases with increasing temperature increases.
  • a glow plug controller via a suitable interface of one higher-level control unit, such as the engine control unit 1 of an engine 14 an annealing request to the annealing control unit 2, which is interpreted there, so that the glow plugs 3 energized according to the requirements become.
  • one higher-level control unit such as the engine control unit 1 of an engine 14 an annealing request to the annealing control unit 2, which is interpreted there, so that the glow plugs 3 energized according to the requirements become.
  • Fig. 3 is in the illustrated embodiment of the invention parallel to the glow plugs a physical model 4 of the glow plugs in Annealing control unit provided, which serves the thermal Map state of the glow plugs 3.
  • This physical Model 4 is designed so that it is at least at a standstill Engine the temperature at the heater tip of a standard Glow plug depicts. This applies both to the heating as also for the cooling of the glow plug.
  • the physical model 4 consists in principle of one physical energy storage whose energy content to Glow plug temperature proportional or inversely proportional is.
  • This physical energy storage can, for example a capacitor whose state of charge is proportional to the temperature.
  • the glow plug can also have the resistance of one accordingly dimensioned resistance temperature element with positive or negative resistance temperature coefficient serve within the physical model.
  • the physical model 4 can also be complete in the form of computer-stored software, eg. B. as stored Map be formed.
  • the State of the physical model 4 is evaluated and will from this an input variable 5 is formed, which is connected to the glow plug control 12 is located, the glow plugs 3 via a drive 15, z. B. in the form of circuit breakers controls.
  • the engine control unit 1 a Annealing request is sent to the Glüh Kunststoff réelle 2, be the glow plugs 3 and parallel to the physical Model 4 controlled in the glow plug control.
  • the state Model 4 is identified and analyzed and is available as Input 5 to the glow plug control 12 as feedback the glow plug temperature, so the glow plug control 2 the thermal state of the glow plugs during activation consider the glow plugs.
  • the implemented in the glow control 2 physical Model 4 can capture the dynamics very accurately, so that a exact information about the actually on the glow plugs. 3 given temperature is given, giving far-reaching possibilities to capture and guide the temperature of the Glow plugs 3 opened.
  • the temperature can of the physical model 4 with another temperature which is detected at a location that the ambient temperature reflects well.
  • the ambient temperature reflects well.
  • the physical model 4 in the annealing control 2 is implemented during the manufacture of the annealing control 2 easily the model or the integrated electronic Components can be adjusted, creating another Increased accuracy is achieved.
  • the evaluation of the Resistance of the glow plugs 3 on the measurement of the current is not sufficient to the temperature, especially in dynamic To measure phases in sufficiently stationary phases the resistance of the glow plugs with the values of the However, compared to the physical model 4 further increase the accuracy or to check the Can serve plausibility.
  • the controller 2 for targeted adjustment between the glow plug resistor and the output of the physical model 4 can by appropriate software and memory be implemented in the control electronics 12.
  • the state of the physical model 4 thus becomes evaluated by suitable electronics and as a signal for processing for the control electronics 12 available posed.
  • the physical model 4 Since the physical model 4, as mentioned, parallel to the glow plugs 3 is operated, d. H. an equivalent or proportional energy input, it forms that Heating behavior of the glow plugs 3 after. This replica should be designed so that the heating and cooling behavior at least when the engine is emulated.
  • the physical model 4 in the annealing control 2 learns but not the energy inflow or outflow like a glow plug in the Combustion chamber by the combustion energy or the additional Cooling, for example, in overrun mode.
  • the physical Model 4 fulfills its purpose and the temperature of the Glow plugs 3 simulates as well as possible, in addition to the Parallel control of the physical model 4 at the same time the additional positive or negative energy input by external influences, which deviate from the standard case, mathematically be added.
  • the control of the physical model 4 with a fixed value. It is known that glow plugs during engine operation at least for diesel engines with direct injection except in marginal areas of low speed and very high load higher than the conditions with the engine stopped Have energy needs to set the target temperature of the glow plugs too hold. It is customary, the control electronics 12 so train that energy supply to the glow plugs so It is regulated that the glow plug temperature is independent of the engine operating conditions is maintained. This can be done at running engine and thus usually higher energy flow assumed the glow plugs as the engine is stationary be that the glow plugs have exactly the target temperature. The correction module 13 can be easily detected for this If the physical model 4 to one of the setpoint temperature force appropriate state.
  • an even more accurate illustration of the actual Glow plug temperature required by the physical model 4 or in engines with indirect injection or other engines where the above-mentioned simple limit of the model is not sufficient by a fixed value may be the additional positive or negative energy input initially recorded by measurement and in correlation with the Engine control unit 1 or the glow control 2 available parameters, such as B. the injected fuel amount, the Speed, the inner moment, the air, engine, water or Oil temperature can be set. Due to the then received Data becomes an algorithm or a mathematical one Model created and integrated into the correction module 13, so that this the drive signal parallel to the Glühkerzenbestromung modified so that the physical model 4 follows the actual temperature at the glow plug.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors. Um bei der Steuerung der Bestromung der Glühkerzen (3) eines Dieselmotors das thermische Verhalten der Glühkerzen berücksichtigen zu können, wird über ein physikalisches Modell das thermische Verhalten der Glühkerzen (3) emuliert. Aus dem entsprechenden Ausgangssignal des Modells (4), das zur Glühkerzentemperatur proportional ist, wird ein Bezugssignal gebildet, das als Steuergröße an der den Heizstrom der Glühkerzen (3) steuernden Steuerelektronik (12) liegt, die dementsprechend die Aufheizung der Glühkerzen (3) unter Heranziehung der aus der Emulation ermittelten tatsächlichen Glühkerzentemperatur steuert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen dienen dazu, die Glühkerzen eines Dieselmotors auf eine Solltemperatur zu bringen, bei der der Motor gestartet werden kann.
Aus MTZ 10/2000 "Das elektronisch gesteuerte Glühsystem ISS für Dieselmotoren" ist ein Verfahren zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors bekannt, bei dem der Glühbefehl oder die Glühanforderung nach abgeschlossener Initialisierung der Motorsteuerung, nach erfolgter Bestimmung der Temperatur der Motorelemente über die Motorsteuerung und anschließendem erfolgreichen Aufbau einer Kommunikation zwischen der Motorsteuerung und dem Glühsteuergerät gegeben wird.
Zur Steuerung der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors ist es wichtig, den thermischen Zustand der Glühkerzen, insbesondere von Schnellstartglühkerzen, beispielsweise die Resttemperatur der Glühkerzen nach einer vorherigen Aufheizung beim Wiederholstart zu kennen und in die folgende Steuerung einzubeziehen. Der thermische Zustand der Glühkerzen kann jedoch bisher nur aus Erfahrungswerten in das Glühkerzensteuergerät implementiert werden. Um die Resttemperatur der Glühkerze zu berücksichtigen, ist dazu die Kenntnis der gesamten Historie notwendig, was nicht flüchtige Speicher und eine Zeitbasis erfordert, falls Daten vor einer Rücksetzung miteinbezogen werden müssen.
Die Messung der Glühkerzentemperatur über den Glühkerzenwiderstand scheidet als Möglichkeit der Ermittlung der Glühkerzentemperatur auf Grund der Toleranzen der Glühkerzen im Bezug auf ihren Widerstandsverlauf wegen der real existierenden Toleranzen und des unterschiedlichen Dynamikverhaltens aus. Eine Kalibrierung der Glühkerzen ist darüber hinaus nicht denkbar, da es sich dabei um Großserienbauteile handelt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen die Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors unter Einbeziehung des thermischen Verhaltens der Glühkerzen ohne ein Messsignal zur Rückmeldung der Temperatur der Glühkerzen gesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die in den Patentansprüchen 1 und 6 jeweils angegeben ist.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5 bzw. 7 bis 11.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die thermische Situation der Glühkerzen zu beurteilen, da ein physikalisches Modell der Glühkerzen in das Steuergerät implementiert ist. Dieses Modell, das beispielsweise in Form eines Temperaturwiderstandselementes mit positivem oder negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten ausgeführt sein kann, das parallel zu den Glühkerzen mit einer Niederspannung und einem geringen Strom aufgeheizt wird, lässt über seinen Widerstand einen Rückschluss auf die vorliegende Temperatur zu. Mittels weiterer elektronischer Schaltungselemente kann dann das thermische Aufheiz- und Beharrungsverhalten der Glühkerzen in ihrer vollen Dynamik emuliert werden.
Dadurch, dass das physikalische Modell in die Glühkerzensteuerung integriert ist, wird eine Unabhängigkeit von Bordspannungseinbrüchen am Fahrzeug erreicht, so dass der thermische Zustand der Glühkerzen durch die Glühkerzensteuerung auch nach einem vollständigen Rücksetzen der Ansteuerelektronik einfach und genau ermittelt werden kann. Dabei wird der Temperaturbereich der Glühkerze (bis 1.100°C für Stahlglühkerzen, bis 1.500°C für Keramikglühkerzen) vorzugsweise auf den Temperaturbereich der Elektronik (bis 125°C) projiziert.
Das heißt im Einzelnen, dass ein thermisches Modell der Glühkerzen in das Glühsteuergerät dadurch implementiert wird, dass eine Ansteuer- und Auswerteelektronik in Verbindung mit einem Widerstandstemperaturelement oder einem Heizelement oder einer Kombination aus beiden Elementen eingebaut wird. Die Rückmeldung der Glühkerzentemperatur aus dem physikalischen Modell ermöglicht dann eine darauf basierende Steuerung oder Regelung der Glühkerzen. Der Kern des physikalischen Modells besteht dabei aus einem physikalischen Energiespeicher, dessen Energiegehalt zur Glühkerzentemperatur proportional oder dazu umgekehrt proportional ist. Bei diesem physikalischen Energiespeicher kann es sich beispielsweise um ein Heizelement mit entsprechender thermischer Masse oder um einen Kondensator zur Speicherung elektrischer Energie handeln.
Gemäß der Erfindung erfolgt somit eine physikalische Modellierung des thermischen Verhaltens der Glühkerzen, wobei das entsprechende physikalische Modell in die Glühsteuerung integriert ist. Das kann weiterhin die Abbildung des Motorbetriebszustandes auf das physikalische Modell einschließen.
Die Ansteuerung der Glühkerzen aus jedem erdenklichen Betriebszustand heraus wird dadurch optimiert, um kurzmögliche Ansprechzeiten zur Erzielung der Solltemperatur zu erreichen.
Bei Verwendung eines Korrekturmoduls wird die Glühkerzentemperatur indirekt durch einen geschlossenen Regelkreis geregelt, der aus der Ansteuerelektronik zum Ansteuern der Glühkerzen, dem Korrekturmodul, dem physikalischen Modell zurück zur Ansteuerelektronik führt.
Das physikalische Modell kann weiterhin mit Messsignalen gekoppelt werden, die z. B. die Temperatur der Umgebung oder zumindest im stationären Betrieb der Glühkerze wiedergeben. Hierzu kann ein Temperatursensor im Glühsteuergerät vorgesehen sein oder kann das Signal eines Temperatursensors des Motors über eine Schnittstelle ausgewertet werden. Zur Ermittlung der Temperatur im stationären Betrieb der Glühkerze erfolgt eine Widerstandsmessung und gegebenenfalls eine Mittelwertbildung über einige oder alle eingebauten Glühkerzen.
Die erf indungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren liefern einen verbesserten Wiederholstartschutz bei Schnellstartglühkerzen und Niedervoltglühkerzen und bieten die Möglichkeit des Einsatzes als preemptiver Regler. Das heißt im Einzelnen, dass eine bessere und genauere Erfassung der tatsächlichen Glühkerzentemperatur, eine Führung der Glühkerzentemperatur über die genauer und einfacher erfassbare Temperatur des physikalischen Modells möglich werden. Die Abbildung und damit Speicherung des Temperaturzustandes der Glühkerzen ist unabhängig von der Spannungsversorgung der Elektronik möglich, so dass auch nach einem vollständigen Rücksetzen der aktuelle Zustand der Glühkerzen einfach und genau erfasst werden kann und die optimale Ansteuerung gewählt werden kann. Das'physikalische Modell, das in die Steuerelektronik implementiert wird, kann darüber hinaus im Rahmen der Fertigung der Elektronik abgeglichen werden. Gemäß der Erfindung ist kein statischer, sondern ein dynamischer Speicher vorgesehen. Somit ist die Nachbildung des Abkühlverhaltens auch ohne Betriebsspannung möglich, so dass eine optimale Steuerung des Aufheizvorganges der Glühkerzen zur Erreichung der kurzmöglichsten Bereitschaftszeit, d. h. Startfähigkeit des Motors erreicht werden kann.
Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
  • Fig. 1 eine Schnittansicht des Glühstabes einer Glühkerze,
  • Fig. 2 eine Teilschnittansicht einer Glühkerze mit dem in Fig. 1 dargestellten Glühstab und
  • Fig. 3 das schematische Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • In den Fig. 1 und 2 ist eine übliche aus Metall ausgeführte Glühkerze dargestellt, die einen veränderlichen Widerstand aufweist, der in der Regel mit zunehmender Temperatur zunimmt. Bei der beispielsweise in Fig. 2 dargestellten Metallglühkerze 6 mit innenliegender Wendelkombination 7 aus einem Heizelement ohne nennenswertem Temperaturkoeffizienten, nämlich der Heizwendel 8, und einem Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten, nämlich der Regel- oder Messwendel 9, gibt es keine ausreichend schnelle thermische Kopplung, so dass die Dynamik an der brennraumseitigen Kerzenspitze nicht ohne weiteres aus der Änderung des Widerstandes ermittelt werden kann, der besagter Dynamik nur relativ träge folgt. Weiterhin streuen die Widerstände aller Glühkerzen aus der Serienfertigung stark und der Widerstandsverlauf korreliert darüber hinaus nur ungenügend mit dem Temperaturverlauf. Ein Abgleich oder eine Sortierung aller Glühkerzen ist auf Grund der Mehrkosten undenkbar. Es können zwar zusätzliche Temperatursensoren 10 vorgesehen sein, sie sind jedoch mit hohen Kosten verbunden und haben über dies eine begrenzte Lebensdauer. Der Erkennung und der Führung des Aufheizverhaltens der Glühkerzen sind somit enge Grenzen gesetzt, die zum Teil schon durch die Toleranz realer Glühkerzen überdeckt werden, so dass keine zusätzliche Aussage über die vorliegende Temperatur der Glühkerzen bei statistisch verteilten Widerständen gemacht werden kann.
    Eine direkte Rückkopplung über die aktuelle Temperatur an der Heizstabspitze der Glühkerzen ist für den Serieneinsatz somit nicht möglich.
    Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wird bei einer Glühkerzensteuerung über eine geeignete Schnittstelle von einem übergeordneten Steuergerät, beispielsweise vom Motorsteuergerät 1 eines Motors 14 eine Glühanforderung an das Glühsteuergerät 2 gesendet, die dort interpretiert wird, so dass die Glühkerzen 3 entsprechend den Anforderungen bestromt werden.
    Wie es weiterhin in Fig. 3 dargestellt ist, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung parallel zu den Glühkerzen ein physikalisches Modell 4 der Glühkerzen im Glühsteuergerät vorgesehen, das dazu dient, den thermischen Zustand der Glühkerzen 3 abzubilden. Dieses physikalische Modell 4 ist so ausgebildet, dass es zumindest bei stehendem Motor die Temperatur an der Heizstabspitze einer üblichen Glühkerze abbildet. Das gilt sowohl für die Aufheizung als auch für die Abkühlung der Glühkerze.
    Das physikalische Modell 4 besteht im Prinzip aus einem physikalischen Energiespeicher, dessen Energiegehalt zur Glühkerzentemperatur proportional oder umgekehrt proportional ist. Dieser physikalische Energiespeicher kann beispielsweise ein Kondensator sein, dessen Ladezustand proportional zur Temperatur ist. Als Maß für den thermischen Zustand der Glühkerze kann auch der Widerstand eines entsprechend dimensionierten Widerstandstemperaturelementes mit positivem oder negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten innerhalb des physikalischen Modells dienen.
    Das physikalische Modell 4 kann aber auch vollständig in Form einer computergespeicherten Software, z. B. als abgespeichertes Kennfeld ausgebildet sein.
    Wie es in Fig. 3 weiterhin dargestellt ist, wird der Zustand des physikalischen Modells 4 ausgewertet und wird daraus eine Eingangsgröße 5 gebildet, die an der Glühkerzensteuerung 12 liegt, die die Glühkerzen 3 über eine Ansteuerung 15, z. B. in Form von Leistungsschaltern ansteuert.
    Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:
    Sobald über die Schnittstelle von einem übergeordneten Steuergerät, beispielsweise dem Motorsteuergerät 1 eine Glühanforderung an das Glühsteuergerät 2 gesendet wird, werden die Glühkerzen 3 und parallel dazu das physikalische Modell 4 in der Glühkerzensteuerung angesteuert. Der Zustand des Modells 4 wird ermittelt und analysiert und liegt als Eingangsgröße 5 an der Glühkerzensteuerung 12 als Rückmeldung der Glühkerzentemperatur, so dass die Glühkerzensteuerung 2 den thermischen Zustand der Glühkerzen bei der Ansteuerung der Glühkerzen berücksichtigen kann.
    Das in die Glühsteuerung 2 implementierte physikalische Modell 4 kann die Dynamik sehr genau erfassen, so dass eine genaue Information über die tatsächlich an den Glühkerzen 3 vorliegende Temperatur gegeben ist, was weitreichende Möglichkeiten zur Erfassung und Führung der Temperatur der Glühkerzen 3 eröffnet.
    Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, kann die Temperatur des physikalischen Modells 4 mit einer weiteren Temperatur verglichen werden, die an einer Stelle erfasst wird, die die Umgebungstemperatur gut wiederspiegelt. Hierbei kann es sich um eine Messstelle 11 am Metallstanzgitter, das keinen großen Strom erfährt, beispielsweise die Kommunikationsschnittstelle handeln.
    Es ist weiterhin von Vorteil, dass auf Grund der Tatsache, dass das physikalische Modell 4 in die Glühsteuerung 2 implementiert ist, während der Fertigung der Glühsteuerung 2 problemlos das Modell oder die integrierten elektronischen Bauelemente abgeglichen werden können, wodurch eine weitere Steigerung der Genauigkeit erreicht wird. Die Auswertung des Widerstandes der Glühkerzen 3 über die Messung des Stromes ist zwar ungenügend, um die Temperatur, insbesondere in dynamischen Phasen zu messen, in hinreichend stationären Phasen kann der Widerstand der Glühkerzen mit den Werten des physikalischen Modells 4 jedoch verglichen werden, was zur weiteren Steigerung der Genauigkeit bzw. zur Überprüfung der Plausibilität dienen kann. Eine entsprechende Funktionalität der Steuerung 2 zum gezielten Abgleich zwischen dem Glühkerzenwiderstand und dem Ausgangssignal des physikalischen Modells 4 kann durch eine entsprechende Software und Speicher in der Ansteuerelektronik 12 implementiert werden.
    Der Zustand des physikalischen Modells 4 wird somit durch eine geeignete Elektronik ausgewertet und als Signal zur Verarbeitung für die Ansteuerelektronik 12 zur Verfügung gestellt.
    Da das physikalische Modell 4, wie erwähnt, parallel zu den Glühkerzen 3 betrieben wird, d. h. einen äquivalenten bzw. proportionalen Energieeintrag erfährt, bildet es das Aufheizverhalten der Glühkerzen 3 nach. Diese Nachbildung sollte so angelegt sein, dass das Aufheiz- und Abkühlverhalten zumindest bei stehendem Motor nachgebildet wird. Das physikalische Modell 4 in der Glühsteuerung 2 erfährt aber nicht den Energiezu- bzw. abfluss wie eine Glühkerze im Brennraum durch die Verbrennungsenergie bzw. die zusätzliche Abkühlung beispielsweise im Schubbetrieb. Damit das physikalische Modell 4 seinen Zweck erfüllt und die Temperatur der Glühkerzen 3 so gut wie möglich nachbildet, kann neben der Parallelansteuerung des physikalischen Modells 4 gleichzeitig der zusätzliche positive oder negative Energieeintrag durch äußere Einflüsse, die vom Standardfall abweichen, mathematisch zuaddiert werden. Dazu ist vorzugsweise ein Korrekturmodul 13 vorgesehen, das zwischen dem physikalischen Modell 4 und der Ansteuerelektronik 12 liegt und den aktuellen Motorzustand, beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment, die eingespritzte Kraftstoffmenge, die Temperatur usw., berücksichtigt und die Ansteuerung des physikalischen Modells 4 dementsprechend so modifiziert, dass die vom Modell ausgegebene Referenzglühkerzentemperatur mit der tatsächlichen Glühkerzentemperatur gut übereinstimmt.
    Hierzu kann im einfachsten Fall die Ansteuerung des physikalischen Modells 4 mit einem Festwert begrenzt werden. Es ist bekannt, dass Glühkerzen während des Motorbetriebs zumindest bei Dieselmotoren mit direkter Einspritzung außer in Randbereichen niedriger Drehzahl und sehr hoher Last ein gegenüber den Verhältnissen bei stehendem Motor höheren Energiebedarf haben, um die Solltemperatur der Glühkerzen zu halten. Es ist dazu üblich, die Ansteuerelektronik 12 so auszubilden, dass die Energiezufuhr zu den Glühkerzen so geregelt wird, dass die Glühkerzentemperatur unabhängig von den Motorbetriebsbedingungen gehalten wird. Dadurch kann bei laufendem Motor und damit in der Regel höherem Energiefluss an die Glühkerzen als bei stehendem Motor davon ausgegangen werden, dass die Glühkerzen genau die Solltemperatur haben. Das Korrekturmodul 13 kann für diese einfach zu detektierenden Fälle das physikalische Modell 4 auf einen der Solltemperatur entsprechenden Zustand zwingen.
    Wenn eine noch genauere Abbildung der tatsächlichen Glühkerzentemperatur durch das physikalische Modell 4 gefordert wird oder bei Motoren mit indirekter Einspritzung oder anderen Motoren, bei denen die oben erwähnte einfache Begrenzung des Modells durch einen Festwert nicht ausreicht, kann der zusätzliche positive oder negative Energieeintrag zunächst messtechnisch erfasst und in Korrelation mit dem Motorsteuergerät 1 oder der Glühsteuerung 2 verfügbaren Parametern, wie z. B. der eingespritzten Kraftstoffmenge, der Drehzahl, dem inneren Moment, der Luft-, Motor-, Wasseroder Öltemperatur gesetzt werden. Auf Grund der dann erhaltenen Daten wird ein Algorithmus oder ein mathematisches Modell erstellt und in das Korrekturmodul 13 integriert, so dass dieses das Ansteuersignal parallel zur Glühkerzenbestromung dergestalt modifiziert, dass das physikalische Modell 4 der tatsächlichen Temperatur an der Glühkerze folgt. Auf diese Weise kann zusätzlich vorteilhaft die Temperatur der Glühkerzen geregelt werden, indem durch die Erfassung der Temperatur des physikalischen Modells 4 ein geschlossener Regelkreis entsteht. Damit lassen sich Überbeanspruchungen, Fehlansteuerungen usw. vermeiden. Eine beispielsweise vom Motorsteuergerät 1 an die Glühsteuerung 2 gesendete Solltemperatur kann dann relativ einfach umgesetzt und überwacht werden, wobei die Erreichung dieser Temperatur wieder an das Motorsteuergerät 1 rückgekoppelt werden kann. Durch diese Regelung werden weitere Möglichkeiten eröffnet, die Glühkerzen 3 noch schneller als bisher auf die Solltemperatur zu bringen, da derzeit wegen der fehlenden Rückkopplung der resultierenden Temperatur an der Glühkerze 3 nur geringere Aufheizgeschwindigkeiten möglich sind.

    Claims (11)

    1. Verfahren zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Verhalten der Glühkerzen bei der Aufheizung sowie der Abkühlung emuliert wird und die Temperaturrückmeldung der Emulation als Steuergröße zur Steuerung der Aufheizung der Glühkerzen herangezogen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturrückmeldung der Emulation mit einer Referenztemperatur verglichen wird, die der Umgebungstemperatur entspricht.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturrückmeldung der Emulation so korrigiert wird, dass sie von den Motorbetriebsbedingungen unabhängig ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur dadurch erfolgt, dass die Emulation mit einem Festwert begrenzt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur dadurch erfolgt, dass bei der Emulation messtechnisch erfasste Energieeinträge in Korrelation zu verfügbaren Motorbetriebsparametern gesetzt werden und bei der Emulation berücksichtigt werden.
    6. Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen (3) eines Dieselmotors mit einer den Heizstrom der Glühkerzen (3) steuernden Steuerelektronik (12), dadurch gekennzeichnet, dass ein physikalisches Modell (4) der Glühkerzen (3) in Form eines physikalischen Energiespeichers vorgesehen ist, dessen Energiezustand proportional oder umgekehrt proportional zur Glühkerzentemperatur ist und als Bezugssignal an der Steuerelektronik (12) liegt.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Energiespeicher ein Kondensator ist, dessen Ladezustand der Glühkerzentemperatur proportional ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Energiespeicher ein Widerstandstemperaturelement mit positivem oder negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten ist, dessen Widerstand proportional zur Glühkerzentemperatur ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen Speicher, an dem das Ausgangssignal des physikalischen Modells (4) liegt.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch ein Korrekturmodul (13), das die Ansteuerung des physikalischen Modells (4) durch die Steuerelektronik (12) in Abhängigkeit von den Motorbetriebsverhältnissen modifiziert.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch ein Vergleichsmodul, das das Ausgangssignal des physikalischen Modells (4) mit der Umgebungstemperatur vergleicht.
    EP03022201A 2002-10-09 2003-09-30 Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors Expired - Lifetime EP1408233B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
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