EP1852604A1 - Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen in Dieselmotoren - Google Patents

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EP1852604A1
EP1852604A1 EP07008993A EP07008993A EP1852604A1 EP 1852604 A1 EP1852604 A1 EP 1852604A1 EP 07008993 A EP07008993 A EP 07008993A EP 07008993 A EP07008993 A EP 07008993A EP 1852604 A1 EP1852604 A1 EP 1852604A1
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temperature
glow
engine
control unit
glow plug
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Olaf Dr. Toedter
Markus Kernwein
Andreas Bleil
Jörg Stöckle
Franz Pachner
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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Definitions

  • the invention is based on a method having the features specified in the preamble of claim 1. Such a method is in the article "The electronically controlled glow system ISS for diesel engines, published in the DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 61, (2000) 10, pp. 668-675 , known.
  • FIG. 1 shows the block diagram of a glow plug control unit 1 for carrying out the known method.
  • This control unit includes a microprocessor 2 with integrated digital-to-analog converter, a number of MOSFET power semiconductor 3 for switching on and off an equal number of glow plugs 4, an electrical interface 5 for connection to a motor control unit 6 and an internal power supply 7 for the microprocessor 2 and for the interface 5.
  • the internal power supply 7 has connection with the vehicle battery via the "terminal 15" of the vehicle.
  • the microprocessor 2 controls the power semiconductors 3, reads their status information and communicates via the electrical interface 5 with the engine control unit 6.
  • the interface 5 makes an adjustment of the signals required for communication between the engine control unit 6 and the microprocessor 2.
  • the power supply 7 supplies a stable voltage for the microprocessor 2 and for the interface 5.
  • Glow plugs have the task of causing a cold start of the diesel engine, a secure ignition of the fuel-air mixture and then effect in a Nachglühphase a smooth running of the diesel engine until it is so warm that it runs evenly without support by glow plugs ,
  • the afterglow phase lasts up to several minutes.
  • the glow plug should assume a constant temperature, the steady-state temperature, for which with steel glow plugs approximately 1000 ° C is a typical value.
  • modern glow plugs do not require the full voltage from the vehicle electrical system, but only a voltage of typically 5 volts to 6 volts.
  • the microprocessor 2 controls the power semiconductors 3 for this purpose by a method of pulse width modulation, with the result that the voltage from the electrical system, which is the power semiconductors 3 via the "terminal 30" of the vehicle is modulated so that the desired voltage is applied to the glow plugs in the time average.
  • the control unit 1 supplies the glow plugs 4 with a higher heating voltage of, for example, 11 volts in order to achieve a temperature of the glow plugs as quickly as possible in the amount of steady-state temperature or - preferably - still some 10 ° C temporarily.
  • the rapid heating of the glow plugs in the pre-glow phase is energy-controlled, ie, the respective glow plug is supplied with an energy which is predetermined so that the steady-state temperature is reached in any case.
  • the steady-state temperature is initially exceeded once and then decreases to the steady-state temperature.
  • the engine After a cold start, the engine is for a certain period of time in the so-called cold run phase, which is characterized by an idle speed, which is above the idle speed with warm engine.
  • the effective voltage applied to the glow plugs i.e. the voltage averaged over time due to pulse width modulation, is determined by the initial heating voltage of e.g. 11 volts (the "initial value") gradually lowered to a voltage of e.g. 6 volts (the "final value" of the voltage) at which the steady state temperature of the glow plugs of e.g. 1000 ° C can be maintained. Fluctuations in the vehicle electrical system voltage can be compensated during pulse width modulation by changing the switch-on time.
  • the gradual lowering of the voltage applied in the mean time to the glow plugs 4 voltage in the cold running phase takes place during a predetermined period of time according to empirical values that are stored in the microprocessor 2.
  • the period of time during which the effective stress is raised in the cold-running phase is at most as long as the cold-running phase itself, preferably shorter than this.
  • the glow plugs are cooled to different degrees.
  • the electric power supplied to the glow plugs is adjusted to the changing conditions. This is done in accordance with the specifications of the engine control unit 6 by raising or lowering the final value of the voltage applied to the glow plugs 4 on average over time.
  • the engine control unit decides on the basis of evaluations that it makes itself, when annealing processes are triggered and how long they last.
  • the engine control unit has an intelligence that is exercised by means of a state machine, which is integrated in the engine control unit.
  • the state machine operates according to a rigid, fixed scheme and generates command signals which are transmitted to the usually mounted on the engine block glow plug control unit, which implements the specification of the engine control unit and taking into account a stored in the glow plug control unit Model of the glow plugs controls the electrical power supplied to the glow plugs. This requires a mutual adaptation of the two control devices and the algorithms running in them, as far as they relate to the control of the glow plugs.
  • the present invention has for its object to reduce the cost of realizing the control of glow plugs.
  • the inventive method for operating glow plugs which have a housing and a projecting over the housing glow element, in a diesel engine, which cooperates with a motor control unit and a glow plug control device, which following a Vorglühphase the glow plugs supplied electrical power in response to a Controlled by the engine control unit specification is controlled, characterized in that the engine control unit determines a size which is a measure of a temperature that is to occur on the glow element.
  • This quantity is transmitted by the engine control unit as a target to the glow plug control device, which converts this target specification with an algorithm stored in the glow plug control device and taking account of characteristic values which are likewise stored in the glow plug control device.
  • the engine control unit determines the target temperature for the glow element of the glow plug in an advantageous manner depending on the operating state of the diesel engine. It is not only a consideration of the current operating condition of the diesel engine in question, but also the previous development of the operating condition of the diesel engine, which can observe the engine control unit with the aid of sensors associated with it, be taken into account in determining the target for the temperature. This allows a faster response to changes in the operating state of the diesel engine, which can be predicted based on the observed past development even for a certain period of time.
  • the effectiveness of a glow plug depends primarily on the surface temperature of the glow element of the glow plugs.
  • the surface temperature is therefore the primary objective for the specification to be determined by the engine control unit.
  • the surface temperature of the glow element of the glow plugs can not be measured directly in the diesel engine.
  • the glow plug controller includes the type of engine, the glow plug type, the electrical resistance of the glow plugs at a reference temperature, the dependence of the electrical resistance of the glow plug on the temperature
  • the heat capacity of the glow plugs the cooling behavior of the glow plugs in dependence on the speed of the engine, the coolant temperature and the sign of a speed change of the engine, and the heat supply from burns under one or more selected load conditions of the engine.
  • Limit and threshold values which limit the conversion of the target specification transmitted by the engine control unit in the annealing control unit can also be taken into account with advantage; so z.
  • Example be ensured that a transmitted from the engine control unit target for the temperature of the heating element, which would overload the glow plugs used, is limited to a value that is still beneficial for the glow plugs used.
  • the target of the engine control unit for the temperature of the glow element can therefore be interpreted in an advantageous development of the invention of the glow plug control and adapted to the type of glow plug used after the glow plug control device has determined himself or he has been entered the glow plug control unit.
  • the adaptation may be an increase or decrease in the temperature specification and a change in the temperature curve leading thereto, which could be determined from a pattern characteristic curve of a glow plug stored in the glow controller by modifying the pattern characteristic.
  • the coolant temperature can be used to form a limit, z. B. in such a way that a target of the engine control unit for a higher glow plug temperature is disregarded to protect the glow plugs when and as long as the coolant temperature exceeds a threshold.
  • the glow plug control device can take into account in the implementation of the target with advantage parameters which are supplied to it from the outside, preferably from the engine control unit, namely z.
  • the fuel injection rate per clock the coolant temperature, the speed of the diesel engine, the sign of a speed change of the diesel engine and the temperature of the incoming into the cylinder of the diesel engine combustion air.
  • the Glüh horrinology can also the maximum possible temperature z. B. consider when using steel glow plugs. It may limit or interpret the predetermined temperature based on the type of glow plug detected or communicated by the glow controller.
  • the target value for the temperature of the glow element is determined by the engine control unit so that a basic temperature for the afterglow phase is initially set and that a lower temperature than the base temperature in one or more of the following cases is specified as a target:
  • the diesel engine is in overrun mode ( in this case, the fuel supply may be switched off);
  • the coolant temperature exceeds a threshold (the higher the coolant temperature, the more likely it is possible to dispense with hot glow plug combustion support);
  • the temperature of the combustion air entering the cylinders exceeds a threshold (an increase in the temperature of the combustion air increases the ignitability of the mixture and allows the glow plug temperature to be lowered);
  • the voltage of the electrical power source present in the vehicle (vehicle electrical system voltage) falls below a limit (as a precaution, the current drain from the vehicle electrical system is limited if this is too weak).
  • a higher temperature than the previously specified by the engine control unit temperature can from the engine control unit z. B. be given if one or more of the following cases exist:
  • the pollutant content in the exhaust gas of the diesel engine exceeds one or more limits (in this case, an increase in the Glow plug temperature to assist combustion); a coasting phase of the diesel engine is ended (the glow plug, which has become colder during the coasting phase, is reheated for the following load case); the coolant temperature falls below a threshold as it occurs in prolonged stop-and-go operation (an increase in the glow plug temperature promotes combustion and reduces pollutant emissions, which is particularly important in city traffic); the temperature of the combustion air entering the cylinders falls below a threshold (an increase in the glow plug temperature promotes combustion and reduces pollutant emissions); the fuel injection amount or load of the diesel engine increases and / or exceeds a threshold (the glow plug may act to assist combustion at least temporarily with combustion support); during annealing to assist the regeneration of a particulate filter present in the exhaust line of the
  • a matrix of correction values can be stored in the glow plug control device with which the supply of electrical energy to a glow plug intended for a standard case is corrected as a function of the rotational speed and the instantaneous fuel consumption (eg in mm 3 per stroke).
  • the matrix contains the correction values for discrete value pairs of speed and consumption. The energy supply to the glow plugs tends to increase with increasing speed and decreases with increasing consumption.
  • the model of the glow plugs stored in the glow plug control unit in the form of characteristic values, characteristic feathers and their behavior in the diesel engine allows the glow plug control device to implement the target of the engine control unit for the temperature of the glow plug of the glow plugs in an open control loop.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen, welche ein Gehäuse und ein über das Gehäuse vorstehendes Glühelement haben, in einem Dieselmotor, welcher mit einem Motorsteuergerät und mit einem Glühkerzensteuergerät zusammenarbeitet ist, welches im Anschluss an eine Vorglühphase die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer vom Motorsteuergerät erhaltenen Vorgabe steuert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Motorsteuergerät eine Größe ermittelt, welche ein Maß für eine Temperatur ist, die am Glühelement auftreten soll, und diese Größe als Zielvorgabe an das Glühkerzensteuergerät übermittelt, welches diese Zielvorgabe mit einem im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Algorithmus und unter Berücksichtigung von im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Kennwerten umsetzt.
Dabei wird eine niedrigere oder höhere Temperatur als Ziel wärend /abhänging von einer Schubphase, einer Partikelfilters-Regenerierung, kühlmitteltemperatur oder einem Schastoff gehalt im Abgas, etc. vorgegeben.

Description

  • Die Erfindung geht von einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen aus. Ein solches Verfahren ist in dem Aufsatz "Das elektronisch gesteuerte Glühsystem ISS für Dieselmotoren, veröffentlicht in der DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 61, (2000) 10, S. 668-675, bekannt.
  • Figur 1 zeigt das Blockschaltbild eines Glühkerzen-Steuergerätes 1 zum Durchführen des bekannten Verfahrens. Dieses Steuergerät enthält einen Mikroprozessor 2 mit integriertem Digital-Analog-Wandler, eine Anzahl MOSFET-Leistungshalbleiter 3 zum Ein- und Ausschalten einer gleichen Anzahl von Glühkerzen 4, eine elektrische Schnittstelle 5 zum Verbinden mit einem Motorsteuergerät 6 und eine interne Spannungsversorgung 7 für den Mikroprozessor 2 und für die Schnittstelle 5. Die interne Spannungsversorgung 7 hat über die "Klemme 15" des Fahrzeuges Verbindung mit der Fahrzeugbatterie.
  • Der Mikroprozessor 2 steuert die Leistungshalbleiter 3 an, liest deren Statusinformationen und kommuniziert über die elektrische Schnittstelle 5 mit dem Motorsteuergerät 6. Die Schnittstelle 5 nimmt eine Anpassung der Signale vor, die zur Kommunikation zwischen dem Motorsteuergerät 6 und dem Mikroprozessor 2 benötigt werden. Die Spannungsversorgung 7 liefert eine stabile Spannung für den Mikroprozessor 2 und für die Schnittstelle 5.
  • Glühkerzen haben die Aufgabe, bei einem Kaltstart des Dieselmotors eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken und danach in einer Nachglühphase einen gleichmäßigen Lauf des Dieselmotors zu bewirken, bis er so warm ist, dass er auch ohne Unterstützung durch Glühkerzen gleichmäßig rund läuft. Die Nachglühphase dauert bis zu einigen Minuten. In der Nachglühphase soll die Glühkerze eine gleich bleibende Temperatur, die Beharrungstemperatur, annehmen, für welche bei Stahlglühkerzen ca. 1000° C ein typischer Wert ist. Um die Beharrungstemperatur beizubehalten, wird bei modernen Glühkerzen nicht die volle Spannung aus dem Bordnetz des Fahrzeugs benötigt, sondern lediglich eine Spannung von typisch 5 Volt bis 6 Volt. Der Mikroprozessor 2 steuert die Leistungshalbleiter 3 zu diesem Zweck durch ein Verfahren der Pulsweiten-Modulation, was zur Folge hat, dass die Spannung aus dem Bordnetz, welche den Leistungshalbleitern 3 über die "Klemme 30" des Fahrzeugs zugeführt wird, so moduliert wird, dass die gewünschte Spannung an den Glühkerzen im zeitlichen Mittel anliegt.
  • Wird der Dieselmotor kalt gestartet, dann versorgt das Steuergerät 1 die Glühkerzen 4 mit einer höheren Aufheizspannung von z.B. 11 Volt, um möglichst rasch eine Temperatur der Glühkerzen in Höhe der Beharrungstemperatur oder - vorzugsweise - vorübergehend noch einige 10° C mehr zu erreichen. Nach der Offenbarung in MTZ 61 (2000) 10, S. 668.675, erfolgt das schnelle Aufheizen der Glühkerzen in der Vorglühphase energiegesteuert, d. h., der jeweiligen Glühkerze wird eine Energie zugeführt, die so vorbestimmt ist, dass die Beharrungstemperatur auf jeden Fall erreicht wird. Vorzugsweise wird die Beharrungstemperatur zunächst einmal überschritten und sinkt danach auf die Beharrungstemperatur ab.
  • Nach einem Kaltstart befindet sich der Motor für eine gewisse Zeitspanne in der so genannten Kaltlaufphase, welche durch eine Leerlaufdrehzahl gekennzeichnet ist, welche über der Leerlaufdrehzahl bei betriebswarmem Motor liegt. In der Kaltlaufphase wird die an den Glühkerzen liegende effektive Spannung, d.h., die infolge der Pulsweitenmodulation im zeitlichen Mittel anliegende Spannung, von der anfänglichen Aufheizspannung von z.B. 11 Volt (der "Anfangswert") stufenweise abgesenkt auf eine Spannung von z.B. 6 Volt (der "Endwert" der Spannung), mit welcher die Beharrungstemperatur der Glühkerzen von z.B. 1000° C gehalten werden kann. Schwankungen der Bordnetzspannung können bei der Pulsweitenmodulation durch Verändern der Einschaltzeit ausgeregelt werden.
  • Beim Stand der Technik erfolgt das stufenweise Absenken der im zeitlichen Mittel an den Glühkerzen 4 anliegenden Spannung in der Kaltlaufphase während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Erfahrungswerten, die im Mikroprozessor 2 gespeichert sind. Die Zeitspanne, während welcher die effektive Spannung in der Kaltlaufphase angehoben wird, ist höchstens so lang wie die Kaltlaufphase selbst, vorzugsweise kürzer als diese.
  • Je nach Motordrehzahl und Motorlast bzw. Motordrehmoment werden die Glühkerzen unterschiedlich stark abgekühlt. Um nach der Kaltlaufphase, aber vor Erreichen der normalen Betriebstemperatur des Motors, dennoch bei betriebswarmem Motor die Glühkerzentemperatur konstant zu halten, wird die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung den sich ändernden Bedingungen angepasst. Dies geschieht entsprechend den Vorgaben aus dem Motorsteuergerät 6 durch Anheben oder Absenken des Endwertes der im zeitlichen Mittel an den Glühkerzen 4 anliegenden Spannung.
  • Es ist Stand der Technik, dass das Motorsteuergerät auf der Grundlage von Auswertungen, die es selber trifft, entscheidet, wann Glühvorgänge ausgelöst werden und wie lange sie andauern. Zu diesem Zweck verfügt das Motorsteuergerät über eine Intelligenz, die mit Hilfe einer State-Machine ausgeübt wird, welche in das Motorsteuergerät integriert ist. Die State-Machine arbeitet nach einem starren, fest vorgegebenen Schema und erzeugt Befehlssignale, welche dem üblicherweise am Motorblock angebrachten Glühkerzensteuergerät übermittelt werden, welche die Vorgabe des Motorsteuergerätes umsetzt und unter Berücksichtigung eines im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Modells der Glühkerzen die elektrische Leistung steuert, die den Glühkerzen zugeführt wird. Dazu bedarf es einer gegenseitigen Anpassung der beiden Steuergeräte und der in ihnen ablaufenden Algorithmen, soweit sie die Steuerung der Glühkerzen betreffen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für das Verwirklichen der Steuerung von Glühkerzen zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen, welche ein Gehäuse und ein über das Gehäuse vorstehendes Glühelement haben, in einem Dieselmotor, welcher mit einem Motorsteuergerät und mit einem Glühkerzensteuergerät zusammenarbeitet, welches im Anschluss an eine Vorglühphase die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer vom Motorsteuergerät erhaltenen Vorgabe gesteuert, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät eine Größe ermittelt, welche ein Maß für eine Temperatur ist, die am Glühelement auftreten soll. Diese Größe wird vom Motorsteuergerät als Zielvorgabe an das Glühkerzensteuergerät übermittelt, welches diese Zielvorgabe mit einem im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Algorithmus und unter Berücksichtigung von Kennwerten umsetzt, die ebenfalls im Glühkerzensteuergerät gespeichert sind.
  • Das hat wesentliche Vorteile:
    • Das Glühkerzensteuergerät erhält eine Zielvorgabe, nämlich die Temperatur, die am Glühelement auftreten soll, oder eine Größe, welche ein Maß für diese Temperatur ist, welche aus der Sicht des Motorbetriebes die eigentlich funktionsgerechte Zielgröße ist, denn die Temperatur des Glühelementes, insbesondere dessen Oberflächentemperatur ist entscheidend dafür, dass das Kraftstoff-LuftGemisch in der Start- und Kaltlaufphase des Dieselmotors einwandfrei gezündet werden kann und sie kann in weiteren Motor-Betriebspunkten einen entscheidenden Einfluss auf Emission und Motorlauf haben'.
    • Die Mindestanforderung an die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen, um eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen, hängt vom Typ des Motors, von seinem Betriebszustand und von der Fahrweise ab, wohingegen die Abhängigkeit vom Typ der verwendeten Glühkerze vernachlässigbar ist. Es ist deshalb optimal, die Temperatur, die am Glühelement der Glühkerzen auftreten soll, im Motorsteuergerät festzulegen.
    • Das Verhalten von Glühkerzen im Dieselmotor ist abhängig vom Typ der Glühkerze. Es ist deshalb optimal, die Kennwerte und Randbedingungen, unter denen das Glühelement von Glühkerzen eine als Ziel vorgegebene Temperatur annimmt, ausschließlich im Glühkerzensteuergerät zu berücksichtigen, denn dann benötigt das Glühkerzensteuergerät nur eine einzige Zielvorgabe, nämlich die Temperatur, die am Glühelement auftreten soll, oder eine Größe, die ein Maß für diese Temperatur ist.
    • Das Glühkerzensteuergerät kann auf der Grundlage der Zielvorgabe selbständig arbeiten. Umgekehrt kann das Motorsteuergerät ohne besondere Rücksichtnahme auf die konkrete Arbeitsweise des Glühkerzensteuergerätes arbeiten, solange es nur eine Zielvorgabe für die Temperatur liefert, die vom Glühkerzensteuergerät verarbeitet werden kann.
    • Infolgedessen können das Motorsteuergerät auf der einen Seite und das Glühkerzensteuergerät auf der anderen Seite in Aufbau und Arbeitsweise im wesentlichen unabhängig voneinander verwirklicht werden. Wechselseitige Einschränkungen für die Arbeitsweise der beiden Steuergeräte sind minimiert, was bedeutet, dass es für das Gestalten der beiden Steuergeräte und ihrer Arbeitsweisen ein Maximum an Freiheitsgraden gibt. Der Entwickler des Motorsteuergerätes ist insbesondere nicht mehr durch eine nach einem starren Schema arbeitende, auf das Glühkerzensteuergerät abgestimmte State-Machine eingeschränkt.
    • Der Glühkerzenhersteller, welcher prädestiniert dafür ist, das Steuergerät für die von ihm zur Verfügung gestellten Glühkerzen herzustellen und seine Arbeitsweise zu bestimmen, kann dieses ohne besondere Rücksichtnahme auf das Motorsteuergerät tun.
    • Da das Motorsteuergerät die Temperatur, die am Glühelement der Glühkerzen auftreten soll, vorgibt, besteht keine Abhängigkeit der Steuerung der Glühkerzen von einem Zustand der Motorsteuerung oder von einem Zustandsübergang in der Motorsteuerung. Das Glühkerzensteuergerät kann auf jede Vorgabe des Motorsteuergerätes autonom reagieren.
  • Im Stand der Technik werden die Glühkerzen im Anschluss an eine Vorglühphase so gesteuert, dass die Temperatur, die am Glühelement auftritt, nach Möglichkeit auf einem vorgegebenen Wert verharrt, weshalb diese Temperatur als die Beharrungstemperatur bezeichnet wird. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Zielvorgabe, die das Motorsteuergerät für die Temperatur liefert, die am Glühelement auftreten soll, jedoch bei laufendem Dieselmotor veränderlich. Das führt zu einer Reihe weiterer Vorteile:
    • Die Glühkerzentemperatur kann optimiert werden, indem sie an den Betriebszustand des Dieselmotors angepasst wird.
    • Die Glühkerze kann nicht nur in der Startphase und wenige Minuten danach eingesetzt werden, sondern kann über einen längeren Zeitraum verbrennungsunterstützend eingesetzt werden.
    • Das Einsetzen von Glühkerzen zur Verbrennungsunterstützung erlaubt eine Reduzierung des Schadstoffausstoßes des Dieselmotors.
    • Eine Verlängerung der Einsatzdauer von Glühkerzen ist von besonderem Vorteil im Hinblick auf die Bestrebung der Hersteller von Dieselmotoren, die Verdichtung des Dieselmotors herabzusetzen, um den Ausstoß von Stickoxiden zu vermindern. Mit abnehmender Verdichtung verschlechtert sich jedoch das Kaltlaufverhalten des Dieselmotors und die Zündtemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches steigt an. Diesen Nachteilen kann die Weiterbildung der Erfindung abhelfen.
    • Mit zunehmender Erwärmung des Motors kann die Temperatur am Glühelement der Glühkerzen verringert werden. Das führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Glühkerzen.
    • In Schubphasen des Dieselmotors können die Glühkerzen mit stark reduzierter Glühleistung zur Verbrennungsunterstützung betrieben werden, was zur Erhöhung der Lebensdauer der Glühkerzen beiträgt.
    • Bei steigender Motorbelastung, insbesondere bei Volllast, kann die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen zeitweise erhöht werden, um die Verbrennung zu unterstützen und den Schadstoffausstoß zu vermindern sowie um bei noch nicht betriebsamem Motor die Laufruhe des Motors zu verbessern.
    • Fahrzeuge, die im Abgasstrang des Dieselmotors einen Partikelfilter haben, müssen diesen von Zeit zu Zeit regenerieren, z. B. durch zeitweises Erhöhen der Abgas-Temperatur, um die am Filter haftenden Partikel zu verbrennen. Die Temperaturerhöhung kann z. B. durch Nacheinspritzen von Dieselkraftstoff in die Zylinder während der Expansionsphase erreicht werden. Wird in dieser Phase das Glühelemente bei niedriger Temperatur betrieben, begünstigt das die Temperaturerhöhung am Partikelfilter. Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit, die Glühkerzentemperatur dann abzusenken, wenn die im Stand der Technik eingestellte relativ hohe Beharrungstemperatur von z. B. 1000°C bei Stahlglühkerzen nicht benötigt wird. Die sich daraus ergebende verringerte Belastung der Glühkerze kann entweder genutzt werden, um deren Lebensdauer drastisch zu verlängern oder um sie ohne Einbuße an Lebensdauer über längere Zeiträume verbrennungsunterstützend einzusetzen.
  • Das Motorsteuergerät ermittelt die Zielvorgabe für die Temperatur am Glühelement der Glühkerze in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Dieselmotors. Dabei kommt nicht nur eine Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes des Dieselmotors in Frage, vielmehr kann auch die vorausgegangene Entwicklung des Betriebszustandes des Dieselmotors, die das Motorsteuergerät mit Hilfe von ihm zugeordneten Sensoren beobachten kann, bei der Ermittlung der Zielvorgabe für die Temperatur berücksichtigt werden. Das erlaubt eine schnellere Reaktion auf Änderungen des Betriebszustandes des Dieselmotors, die auf der Grundlage der beobachteten vorausgegangenen Entwicklung sogar für einen gewissen Zeitraum prognostiziert werden kann.
  • Für die Wirksamkeit einer Glühkerze kommt es primär auf die Oberflächentemperatur des Glühelements der Glühkerzen an. Die Oberflächentemperatur ist deshalb primäres Ziel für die vom Motorsteuergerät zu ermittelnde Vorgabe.
  • Die Oberflächentemperatur des Glühelementes der Glühkerzen kann im Dieselmotor nicht unmittelbar gemessen werden.
  • Es ist jedoch möglich, aus Erfahrungswerten, welche auf einem Motorprüfstand gewonnen werden können, ein Modell für das Verhalten eines bestimmten Glühkerzentyps in einem bestimmten Dieselmotor zu bilden und dieses in Form von Kennlinien und/oder Kennfeldern im Glühkerzensteuergerät zu speichern und nach den gespeicherten Kennlinien und Kennfeldern die Glühkerzen so anzusteuern, dass sie zu bestimmten Zeiten mit einer bestimmten effektiven Spannung versorgt werden, mit welcher man die Zieltemperatur erreicht oder ihr hinreichend nahe kommt. Für die Auswahl der effektiven Spannung und der Länge der Zeiträume in denen die Glühkerzen mit der ausgewählten effektiven Spannung versorgt werden, werden im Glühkerzensteuergerät Kennwerte und Randbedingungen berücksichtigt, die im Glühkerzensteuergerät gespeichert sind. Zu den Kennwerten und Randbedingungen, die im Glühkerzensteuergerät gespeichert sein können und von denen eine oder mehrere berücksichtigt werden können, gehören der Motortyp, der Glühkerzentyp, der elektrische Widerstand der Glühkerzen bei einer Referenztemperatur, die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes der Glühkerze von der Temperatur, die Wärmekapazität der Glühkerzen, das Abkühlverhalten der Glühkerzen in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors, von der Kühlmitteltemperatur und vom Vorzeichen einer Drehzahländerung des Motors, ferner die Wärmezufuhr aus Verbrennungen unter einem oder mehreren ausgewählten Lastzuständen des Motors. Auch Grenz- und Schwellenwerte, welche die Umsetzung der vom Motorsteuergerät übermittelten Zielvorgabe im Glühsteuergerät begrenzen, können mit Vorteil berücksichtigt werden; so kann z. B. sichergestellt werden, dass eine vom Motorsteuergerät übermittelte Zielvorgabe für die Temperatur des Glühelementes, welche die eingesetzten Glühkerzen überlasten würde, auf einen Wert begrenzt wird, der für die eingesetzten Glühkerzen noch zuträglich ist. Die Zielvorgabe des Motorsteuergerätes für die Temperatur des Glühelementes kann deshalb in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vom Glühkerzensteuergerät interpretiert und an den eingesetzten Glühkerzentyp angepasst werden, nachdem das Glühkerzensteuergerät ihn selbst ermittelt hat oder er dem Glühkerzensteuergerät eingegeben worden ist. Die Anpassung kann in einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperaturvorgabe und in einer Änderung des dahin führenden Temperaturverlaufs liegen, der ausgehend von einer im Glühsteuergerät gespeicherten Musterkennlinie einer Glühkerze durch Abwandlung der Musterkennlinie bestimmt werden könnte. Im Glühkerzensteuergerät wird daraufhin festgelegt, mit welcher Energie die Glühkerzen versorgt werden sollen und werden dann entsprechend gesteuert. Auch die Kühlmitteltemperatur kann zur Bildung eines Grenzwertes herangezogen werden, z. B. in der Weise, dass eine Zielvorgabe des Motorsteuergerätes für eine höhere Glühkerzentemperatur unberücksichtigt bleibt, um die Glühkerzen zu schonen, wenn und solange die Kühlmitteltemperatur einen Grenzwert überschreitet.
  • In Ergänzung zu der Zielvorgabe für die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen kann das Glühkerzensteuergerät bei der Umsetzung der Zielvorgabe mit Vorteil Parameter berücksichtigen, welche ihm von außen, vorzugsweise vom Motorsteuergerät, zugeführt werden, nämlich z. B. die Kraftstoff-Einspritzmenge je Takt, die Kühlmitteltemperatur, die Drehzahl des Dieselmotors, das Vorzeichen einer Drehzahländerung des Dieselmotors und die Temperatur der in die Zylinder des Dieselmotors einströmenden Verbrennungsluft.
  • Das Glühsteuergerät kann ferner die maximal mögliche Temperatur z. B. beim Einsatz von Stahl-Glühkerzen berücksichtigen. Es kann auf Basis des durch das Glühsteuergerät ermittelten oder eines mitgeteilten Glühkerzentyps die vorgegebene Temperatur begrenzen oder interpretieren.
  • Vorzugsweise wird die Zielvorgabe für die Temperatur des Glühelementes vom Motorsteuergerät so ermittelt, dass zunächst eine Grundtemperatur für die Nachglühphase vorgegeben wird und dass eine niedrigere Temperatur als die Grundtemperatur in einem oder mehreren der nachfolgenden Fälle als Ziel vorgegeben wird: Der Dieselmotor befindet sich im Schubbetrieb (in diesem Fall kann die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet sein); die Kühlmitteltemperatur überschreitet einen Schwellenwert (je höher die Kühlmitteltemperatur ist, desto eher kann auf eine Unterstützung der Verbrennung durch eine heiße Glühkerze verzichtet werden); die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft überschreitet einen Schwellenwert (eine Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsluft erhöht die Zündfähigkeit des Gemisches und erlaubt eine Herabsetzung der Glühkerzentemperatur); die Spannung der im Fahrzeug vorhandenen elektrischen Stromquelle (Bordnetzspannung) unterschreitet einen Grenzwert (die Stromentnahme aus dem Bordnetz wird vorsorglich begrenzt, falls dieses zu schwach ist).
  • Eine höhere Temperatur als die bisher vom Motorsteuergerät vorgegebene Temperatur kann vom Motorsteuergerät z. B. dann vorgegeben werden, wenn einer oder mehrere der nachfolgenden Fälle vorliegen: Der Schadstoffgehalt im Abgas des Dieselmotors überschreitet einen oder mehrere Grenzwerte (in diesem Fall kann eine Erhöhung der Glühkerzentemperatur die Verbrennung unterstützen); eine Schubphase des Dieselmotors wird beendet (die in der Schubphase kälter gewordene Glühkerze wird für den folgenden Lastfall wieder aufgeheizt); die Kühlmitteltemperatur unterschreitet einen Schwellenwert, wie es in längerem Stop-and-Go-Betrieb vorkommt (eine Erhöhung der Glühkerzentemperatur unterstützt die Verbrennung und reduziert den Schadstoffausstoß, was insbesondere im Stadtverkehr wichtig ist); die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft unterschreitet einen Schwellenwert (eine Erhöhung der Glühkerzentemperatur unterstützt die Verbrennung und reduziert den Schadstoffausstoß); die Kraftstoff-Einspritzmenge oder die Last des Dieselmotors steigt und/oder überschreitet einen Schwellenwert (die Glühkerze kann mit erhöhter Temperatur mindestens vorübergehend verbrennungsunterstützend wirken); während des Glühens zur Unterstützung der Regeneration eines im Abgasstrang des Dieselmotors vorhandenen Partikelfilters.
  • Beispielsweise kann im Glühkerzensteuergerät eine Matrix aus Korrekturwerten gespeichert sein, mit welchen die für einen Standardfall vorgesehene Zufuhr von elektrischer Energie zu einer Glühkerze in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem momentanen Kraftstoffverbrauch (z. B. in mm3 pro Hub) korrigiert wird. Die Matrix enthält die Korrekturwerte für diskrete Wertepaare von Drehzahl und Verbrauch. Tendenziell wird die Energiezufuhr zu den Glühkerzen mit steigender Drehzahl erhöht und mit steigendem Verbrauch gesenkt.
  • Das im Glühkerzensteuergerät in Gestalt von Kennwerten, Kennfedern gespeicherte Modell der Glühkerzen und ihres Verhaltens im Dieselmotor erlaubt es dem Glühkerzensteuergerät, die Zielvorgabe des Motorsteuergerätes für die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen in einem offenen Regelkreis umzusetzen.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen, welche ein Gehäuse und ein über das Gehäuse vorstehendes Glühelement haben, in einem Dieselmotor, welcher mit einem Motorsteuergerät und mit einem Glühkerzensteuergerät zusammenarbeitet ist, welches im Anschluss an eine Vorglühphase die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer vom Motorsteuergerät erhaltenen Vorgabe steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät eine Größe ermittelt, welche ein Maß für eine Temperatur ist, die am Glühelement auftreten soll, und diese Größe als Zielvorgabe an das Glühkerzensteuergerät übermittelt, welches diese Zielvorgabe mit einem im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Algorithmus und unter Berücksichtigung von im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Kennwerten umsetzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe bei laufendem Dieselmotor veränderlich ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Dieselmotors ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe in Abhängigkeit von der vorauf gegangenen Entwicklung des Betriebszustandes des Dieselmotors ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, das Motorsteuergerät die Entwicklung des Motorzustands prognostiziert und die Zielvorgabe in Abhängigkeit von der prognostizierten Entwicklung des Motorzustands ermittelt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät die Entwicklung des Motorzustands auf der Grundlage der vorauf gegangenen Entwicklung des Motorzustandes prognostiziert.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe ein Maß für die Oberflächentemperatur des Glühelements der Glühkerzen ist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidung, ob ein Vorglühvorgang erfolgen soll, im Glühkerzensteuergerät getroffen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Glühkerzensteuergerät eine Entscheidung, ob der Glühbetrieb getaktet oder kontinuierlich erfolgt, getroffen wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Kennwerten einer oder mehrere der folgenden gehören: Der Motortyp; der Glühkerzentyp; der elektrische Widerstand der Glühkerzen bei einer Referenztemperatur; die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur; die Wärmekapazität der Glühkerzen; das Abkühlverhalten der Glühkerzen in Abhängigkeit von der Drehzahl, von der Kühlmitteltemperatur und vom Vorzeichen einer Drehzahländerung des Dieselmotors; die Wärmezufuhr aus Verbrennungen unter einem oder mehreren ausgewählten Lastzuständen des Motors; Grenzwerte und Schwellenwerte, welche die Umsetzung der vom Motorsteuergerät übermittelten Zielvorgabe im Glühkerzensteuergerät begrenzen, insbesondere Grenzwerte und Schwellenwerte der Temperatur der Glühelemente und des Kühlmittels.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühkerzensteuergerät die maximal mögliche Temperatur für den gegebenen Glühkerzentyp, z. B. beim Einsatz von Stahl-Glühkerzen, berücksichtigt.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühkerzensteuergerät auf der Basis des durch das Glühkerzensteuergerät ermittelten oder eines ihm mitgeteilten Glühkerzentypes die vom Motorsteuergerät vorgegebene Temperatur begrenzt oder interpretiert.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühkerzensteuergerät bei der Umsetzung der Zielvorgabe Parameter berücksichtigt, welche ihm zugeführt werden und zu welchen einer oder mehrere der folgenden gehören: Die Kraftstoff-Einspritzmenge; die Kühlmitteltemperatur; die Drehzahl des Dieselmotors; das Vorzeichen einer Drehzahländerung des Dieselmotors; die Temperatur der in die Zylinder des Dieselmotors einströmenden Verbrennungsluft.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter dem Glühkerzensteuergerät vom Motorsteuergerät zugeführt werden.
  15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, welche ein Maß für die Temperatur ist, welche am Glühelement auftreten soll, die einzige Zielvorgabe ist, welche das Glühkerzensteuergerät von dem Motorsteuergerät erhält.
  16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus einen Entscheidungsbaum beinhaltet.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die an eine Vorglühphase anschließende Phase (Nachglühphase) für das Glühelement der Glühkerzen zunächst eine Grundtemperatur als Ziel vorgegeben wird und dass eine niedrigere Temperatur als die Grundtemperatur in einem oder mehreren der nachfolgenden Fälle als Ziel vorgegeben wird: Der Dieselmotor befindet sich im Schubbetrieb; die Kühlmitteltemperatur überschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft überschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur der im Fahrzeug vorhandenen elektrischen Stromquelle unterschreitet einen Grenzwert.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine höhere als die genannte niedrigere Temperatur oder als die Grundtemperatur als Ziel vorgegeben wird, wenn einer oder mehrere der nachfolgenden Fälle vorliegen: Der Schadstoffgehalt im Abgas des Dieselmotors überschreitet einen oder mehrere Grenzwerte; eine Schubphase des Dieselmotors wird beendet; die Kühlmitteltemperatur unterschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft unterschreitet einen Schwellenwert; die Kraftstoff-Einspritzmenge überschreitet einen Schwellenwert; die Last des Dieselmotors steigt und/oder überschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur eines im Abgasstrang des Dieselmotors vorhandenen Partikelfilters wird zum Zwecke des Regenerierens erhöht.
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