EP2292921A1 - Verfahren zum Betreiben einer Glühkerze - Google Patents

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EP2292921A1
EP2292921A1 EP10005477A EP10005477A EP2292921A1 EP 2292921 A1 EP2292921 A1 EP 2292921A1 EP 10005477 A EP10005477 A EP 10005477A EP 10005477 A EP10005477 A EP 10005477A EP 2292921 A1 EP2292921 A1 EP 2292921A1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
chamber pressure
value
effective voltage
crankshaft
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EP10005477A
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EP2292921B1 (de
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Olaf Toedter
Ulrich Stephan
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
BorgWarner Beru Systems GmbH
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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
    • F02P19/026—Glow plug actuation during engine operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • 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
    • F02P19/021—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 characterised by power delivery controls
    • F02P19/023—Individual control of the glow plugs

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a glow plug with the engine running, wherein an effective voltage is generated from a vehicle electrical system voltage and applied to the glow plug.
  • the object of the present invention is to show a way in which costs can be saved in motor vehicles with diesel engines.
  • a plurality of measured values of the combustion chamber pressure prevailing in the cylinder are measured during a working cycle of the cylinder, and in each case the angular position of the crankshaft is determined for the individual measured values.
  • a parameter of the combustion process is determined, the ascertained value of the parameter is compared with a desired value and the effective voltage is set to a minimum value required to reach the desired value.
  • the angular position of the crankshaft at a maximum of the combustion chamber pressure can be used.
  • the service life of a glow plug can be substantially extended without the quality of the combustion being impaired.
  • the temperature of the glow plug can be reduced to the minimum value required for optimum combustion by reducing the effective voltage. A possibly too great reduction can be recognized and corrected almost immediately.
  • the thermal load of the glow plug can be reduced in this way to a minimum and the life can be increased accordingly.
  • a motor-condition dependent minimum temperature of the glow plug is required. While a too low temperature of the glow plug leads to a considerable deterioration of the combustion behavior, exceeding the minimum temperature has no or only a negligible influence on the quality of the combustion.
  • an operating temperature of the glow plugs is set, which corresponds to the minimum temperature required in the worst case and therefore most of the time is unnecessarily high.
  • the desired value of the parameter of the combustion process can be fixed and stored, for example, as a fixed constant in the memory of a glow plug control device.
  • the desired value is predetermined as a function of the engine speed and / or as a function of the engine load.
  • the desired value of the parameter of the combustion process can be specified by the glow plug control unit of an engine control unit.
  • the glow plug control unit determines the target value as a function of the engine speed itself. This is possible without much effort since the glow plug control unit determines the angular position of the crankshaft for the individual measured values of the combustion chamber pressure and therefore has the information required for determining the rotational speed. From the engine speed and / or the engine load, the target value can be determined for example by means of a characteristic curve or a characteristic field.
  • crankshaft angle at which the combustion chamber pressure is maximum can be used as a parameter of the combustion process. Since individual measured values are inevitably subject to measurement errors and therefore often show considerable fluctuation, in some cases the exact position of the maximum can only be determined from the available measured values with considerable inaccuracy. To counter this problem can be used as a parameter, for example Also, the ratio between two integrals of the combustion chamber pressure over different crankshaft angle ranges can be used.
  • the integral of the combustion chamber pressure from a first crankshaft angle for example, the beginning of the duty cycle or the maximum pressure
  • a second crankshaft angle for example, the crankshaft angle, at which an ignition of the fuel mixture should optimally take place
  • the parameter from the combustion chamber pressure is thus determined by a first integral of the combustion chamber pressure between two predetermined crankshaft angles is calculated, a second integral between two predetermined crankshaft angles is calculated and the parameter is calculated as a quotient of the two integrals.
  • the upper integration limit of the first integral may match the lower integration limit of the second integral, but this is not mandatory.
  • the lower integral limit of the first integral the beginning of the duty cycle or any later value of the crankshaft angle may be used. Accordingly, as the upper integration limit of the second integral, the end of the duty cycle or a smaller value of the crankshaft angle may be used.
  • An integral of the combustion chamber pressure can be calculated numerically with little effort, for example by summing the pressure measured values lying between the respective integration limits.
  • the characteristic of the combustion process can be calculated, for example, as the ratio between values of the combustion chamber pressure at predetermined values of the crankshaft angle and the ratio of integrals of the combustion chamber pressure over predetermined crankshaft angle ranges.
  • a parameter of the combustion process can also be determined by differentiation of the course of the combustion chamber pressure, for example, a maximum of the first derivative of the combustion chamber pressure after the crankshaft angle can be used as the parameter.
  • various variables describing the combustion for example the heat conversion of the combustion
  • Typical variables for characterizing the heat conversion of a combustion are, for example, AQ5, AQ50 or AQ90.
  • the numerical value in each case indicates the percentage of the heat conversion effected up to the relevant crankshaft angle.
  • the size AQ50 is thus the crankshaft angle at which 50% of the heat conversion has occurred during a work cycle.
  • the value of the parameter can be regulated to a setpoint value, thus improving combustion.
  • the engine is a diesel engine or another self-igniting Combustion engine.
  • the engine is a crankshaft that is coupled to the pistons that are movable in the engine cylinders and converts their reciprocating motion into a rotational movement.
  • the engine has at least one, usually 2, 4 or more cylinders.
  • the value of the effective voltage can be set individually for the individual glow plugs of the cylinders.
  • a plurality of measured values of the combustion chamber pressure prevailing in the cylinder are measured during a working cycle of the cylinder, and the angular position of the crankshaft is determined in each case for the individual measured values.
  • the glow plug used is preferably a pressure-measuring glow plug, which measures the combustion chamber pressure with an integrated sensor and can therefore provide measured values of the combustion chamber pressure to a glow plug control device.
  • a suitable Druckmessglühkerze is for example from the DE 10 2005 026 074 A1 known.
  • the combustion chamber pressure is measured continuously or quasi-continuously, so that the measured values follow one another in time.
  • at least 20, particularly preferably at least 50, in particular at least 100, measured values of the combustion chamber pressure are preferably measured.
  • the glow plug control device is informed of the instantaneous position of the angular position at least once. For example, it is sufficient to inform the glow plug control device in each case the zero crossing of the crankshaft, so tell if the angular position of the crankshaft is 0 ° or has another predetermined value.
  • a glow plug control device can then assign values of the crankshaft angle to the measured values of the combustion chamber pressure determined between two such signals of a crankshaft sensor.
  • Curve 1 indicates the course of the combustion chamber pressure in bar as a function of the crankshaft angle in degrees. From the course of combustion chamber pressure, a parameter of the combustion process is determined. As a parameter of the combustion process, for example, the angular position of the crankshaft can be used, which occurs when the combustion chamber pressure reaches its maximum during the work cycle Has. In the illustrated example, the combustion chamber pressure at a crankshaft angle of about 17.5 ° maximum.
  • the determined value of the parameter is compared with a desired value and the effective voltage is set to a minimum value required to reach the desired value. If the determined value of the characteristic value corresponds to the predetermined desired value, the effective voltage is lowered. If it has been determined at a later working cycle that the effective voltage has been lowered too far and therefore the value of the characteristic now deviates from the desired value, the effective voltage is increased. In this way, the rms voltage can be set to a minimum value required to reach the setpoint.
  • the effective voltage can be lowered when the maximum of the combustion chamber pressure occurs at a crank angle smaller than or equal to a target value, and the effective voltage is increased when the maximum of the combustion chamber pressure occurs at a crank angle greater than the target value.
  • the effective voltage is changed in steps less than 5%, more preferably less than 2%; in particular, less than 1%, the vehicle electrical system voltage.
  • the effective voltage is reduced by shortening the duration of the voltage pulses relative to the intervals between them.
  • the respectively current determined value can be compared with the desired value or a statistical evaluation of the values determined for a predetermined number of preceding cycles can be carried out.
  • the statistical Means of the determined values of the characteristic are compared with a desired value.
  • the set point may be set to a glow plug control device by an engine control unit in dependence on the engine speed and the engine load.
  • Curve 2 indicates the proportion of fuel already burned in the work cycle, that is to say the degree of energy conversion. At the beginning of the work cycle, the proportion is 0, since no fuel has been burned. At the end of the working cycle, the proportion is 1, since the fuel is then completely burned.
  • the curve 2 or its value at a given crankshaft angle can therefore also be used as a parameter of the combustion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer Glühkerze bei laufendem Motor, der eine Kurbelwelle und mindestens einen Zylinder aufweist, wobei aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung erzeugt wird, die an die Glühkerze angelegt wird, während eines Arbeitszyklus des Zylinders jeweils mehrere Messwerte des in dem Zylinder herrschenden Brennraumdrucks gemessen werden und für die einzelnen Messwerte jeweils die Winkelstellung der Kurbelwelle ermittelt wird, aus dem Verlauf des in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Kurbelwelle gemessenen Brennraumdruckes eine Kenngröße des Verbrennungsvorgangs ermittelt wird, der ermittelte Wert der Kenngröße mit einem Sollwert verglichen und die Effektivspannung auf einen zum Erreichen des Sollwerts erforderlichen Mindestwert eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Glühkerze bei laufendem Motor, wobei aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung erzeugt und an die Glühkerze angelegt wird.
  • Für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen sind beispielsweise aus der DE 10 2005 026 074 A1 Glühkerzen bekannt, die einen integrierten Brennraumdrucksensor aufweisen. Derartige Druckmessglühkerzen werden verwendet, um den Brennraumdruck kontinuierlich oder quasi kontinuierlich zu messen und einem Motorsteuerungsgerät zu melden, welches die Einspritzung von Kraftstoff unter Berücksichtigung des Brennraumdrucks regelt.
  • Mit modernen Motorsteuerungsgeräten kann auf diese Weise ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch und eine höhere Lebensdauer des Motors erzielt werden. Allerdings werden durch die Integration eines Brennraumdrucksensors die Herstellungskosten von Glühkerzen erhöht. Dies fällt umso stärker ins Gewicht, je kürzer die Lebensdauer einer Glühkerze ist. Ständiges Ziel bei der Entwicklung von Glühkerzen und Glühkerzensteuergeräten ist es deshalb, einerseits Herstellungskosten zu senken und andererseits die Lebensdauer von Glühkerzen zu erhöhen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren Kosten eingespart werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren werden während eines Arbeitszyklus des Zylinders jeweils mehrere Messwerte des in dem Zylinder herrschenden Brennraumdrucks gemessen und für die einzelnen Messwerte jeweils die Winkelstellung der Kurbelwelle ermittelt. Aus dem Verlauf des in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Kurbelwelle gemessenen Brennraumdrucks wird eine Kenngröße des Verbrennungsvorgangs ermittelt, der ermittelte Wert der Kenngröße mit einem Sollwert verglichen und die Effektivspannung auf einen zum Erreichen des Sollwerts erforderlichen Mindestwert eingestellt. Als Kenngröße des Verbrennungsvorgangs kann beispielsweise die Winkelstellung der Kurbelwelle bei einem Maximum des Brennraumdrucks verwendet werden.
  • Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Lebensdauer einer Glühkerze wesentlich verlängert werden, ohne dass die Qualität der Verbrennung beeinträchtigt wird. Indem bei einem erfindungsgemäßen Verfahren durch Auswertung des in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel gemessenen Brennraumdrucks die Qualität der Verbrennung fortlaufend überwacht werden kann, lässt sich die Temperatur der Glühkerze durch Reduzieren der Effektivspannung auf den für eine optimale Verbrennung erforderlichen Mindestwert reduzieren. Eine eventuell zu starke Absenkung kann praktisch sofort erkannt und korrigiert werden. Die thermische Belastung der Glühkerze kann auf diese Weise auf ein Mindestmaß reduziert und die Lebensdauer entsprechend gesteigert werden.
  • Für eine gute Verbrennung des Kraftstoffs in einem selbstzündenden Motor ist eine vom Motorzustand abhängige Mindesttemperatur der Glühkerze erforderlich. Während eine zu niedrige Temperatur der Glühkerze zu einer erheblichen Verschlechterung des Verbrennungsverhaltens führt, hat ein Überschreiten der Mindesttemperatur keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Qualität der Verbrennung. Bei bekannten Glühkerzensteuergeräten wird deshalb eine Betriebstemperatur der Glühkerzen eingestellt, die der im ungünstigsten Fall erforderlichen Mindesttemperatur entspricht und deshalb die meiste Zeit unnötig hoch ist. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Kerzentemperatur in allen Betriebszuständen des Motors auf die für eine optimale Verbrennung erforderliche Mindesttemperatur gesenkt werden. Insbesondere kann eine Glühung praktisch sofort beendet werden, wenn kein Bedarf mehr besteht.
  • Der Sollwert der Kenngröße des Verbrennungsvorgangs kann fest vorgegeben werden und beispielsweise als unveränderliche Konstante in dem Speicher eines Glühkerzensteuergeräts gespeichert sein. Vorteilhaft ist es aber auch möglich, dass der Sollwert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und/oder in Abhängigkeit von der Motorlast vorgegeben wird. Der Sollwert der Kenngröße des Verbrennungsvorgangs kann dem Glühkerzensteuergerät von einem Motorsteuergerät vorgegeben werden. Möglich ist es aber auch, dass das Glühkerzensteuergerät den Sollwert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl selbst ermittelt. Dies ist ohne größeren Aufwand möglich, da das Glühkerzensteuergerät für die einzelnen Messwerte des Brennraumdrucks jeweils die Winkelstellung der Kurbelwelle ermittelt und deshalb die zur Bestimmung der Drehzahl erforderlichen Informationen vorliegen hat. Aus der Motordrehzahl und/oder der Motorlast kann der Sollwert beispielsweise mittels einer Kennlinie oder eines Kennlinienfeldes ermittelt werden.
  • Wie bereits erwähnt, kann als Kenngröße des Verbrennungsvorgangs der Kurbelwellenwinkel, bei dem der Brennraumdruck maximal ist, verwendet werden. Da einzelne Messwerte unvermeidlich mit Messfehlern behaftet sind und deshalb oft eine erhebliche Fluktuation zeigen, kann in manchen Fällen die genaue Lage des Maximums aus den zur Verfügung stehenden Messwerten nur mit einer erheblichen Ungenauigkeit ermittelt werden. Um diesem Problem zu begegnen kann als Kenngröße beispielsweise auch das Verhältnis zwischen zwei Integralen des Brennraumdrucks über verschiedenen Kurbelwellenwinkelbereichen verwendet werden.
  • Beispielsweise kann das Integral das Brennraumdrucks von einem ersten Kurbelwellenwinkel, beispielsweise dem Beginn des Arbeitszyklus oder des Maximaldruckes, bis zu einem zweiten Kurbelwellenwinkel, beispielsweise dem Kurbelwellenwinkel, bei dem eine Zündung des Kraftstoffgemisches optimalerweise erfolgen sollte, in Relation zu einem zweiten Intergral, das bevorzugt an das erste Integral unmittelbar anschließt, ins Verhältnis gesetzt werden. Bei einer solchen Vorgehensweise wird die Kenngröße aus dem Brennraumdruck also ermittelt, indem ein erstes Integral des Brennraumdrucks zwischen zwei vorgegebenen Kurbelwellenwinkeln berechnet wird, ein zweites Intergral zwischen zwei vorgegebenen Kurbelwellenwinkeln berechnet wird und die Kenngröße als Quotient aus den beiden Integralen berechnet wird. Die obere Integrationsgrenze des ersten Integrals kann mit der unteren Integrationsgrenze des zweiten Integrals übereinstimmen, jedoch ist dies nicht zwingend erforderlich. Als untere Integrationsgrenze des ersten Integrals kann der Beginn des Arbeitszyklus oder ein beliebiger späterer Wert des Kurbelwellenwinkels verwendet werden. Entsprechend kann als obere Integrationsgrenze des zweiten Integrals das Ende des Arbeitszyklus oder ein kleinerer Wert des Kurbelwellenwinkels verwendet werden.
  • Ein Integral des Brennraumdrucks kann numerisch mit geringem Aufwand berechnet werden, beispielsweise durch Summation der zwischen den jeweiligen Integrationsgrenzen liegenden Druckmesswerte.
  • Allgemein gesagt kann die Kenngröße des Verbrennungsvorgangs beispielsweise als Verhältnis zwischen Werten des Brennraumdrucks bei vorgegebenen Werten des Kurbelwellenwinkels bzw. als Verhältnis von Integralen des Brennraumdrucks über vorgegebenen Kurbelwellenwinkelbereichen berechnet werden. Eine Kenngröße des Verbrennungsvorgangs kann auch durch Differenziation des Verlaufs des Brennraumdrucks bestimmt werden, beispielsweise kann als Kenngröße ein Maximum der ersten Ableitung des Brennraumdrucks nach dem Kurbelwellenwinkel verwendet werden.
  • Durch Auswertung des Verlaufs des in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Kurbelwelle gemessenen Brennraumdrucks können verschiedene die Verbrennung beschreibende Größen, beispielsweise die Wärmeumsetzung der Verbrennung, ermittelt werden. Übliche Größen zur Charakterisierung der Wärmeumsetzung einer Verbrennung sind beispielsweise AQ5, AQ50 oder AQ90. Dabei gibt der Zahlenwert jeweils den Prozentsatz der bis zu dem betreffenden Kurbelwellenwinkel erfolgten Wärmeumsetzung an. Die Größe AQ50 ist also der Kurbelwellenwinkel, bei welchem 50% der Wärmeumsetzung während eines Arbeitszyklus erfolgt ist.
  • Beim Starten eines Motors wird in der Regel einige Zeit benötigt, bis eine Glühkerze ihre Betriebstemperatur erreicht hat und sich Motorbauteile in der Umgebung der Glühkerze soweit erwärmt haben, dass einigermaßen stabile Verhältnis vorliegen. Das Aufheizverhalten beim Starten kann in manchen Fällen durch eine fest vorgegebenen Aufheizroutine besser als mit dem beschriebene Verfahren durchgeführt werden. Es kann deshalb vorteilhaft sein, mit dem erfindungsgemäßes Verfahren erst zu beginnen, wenn nach dem Starten des Motors, also der beginnenden Drehung der Kurbelwelle, eine vorgegebene Zeitspanne, beispielsweise 20 Sekunden oder mehr, vergangen ist. Diese Zeitspanne kann auch als eine festgelegte Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle vorgegeben werden, so dass das Verfahren beispielsweise begonnen wird, wenn die Kurbelwelle seit dem Motorstart mindestens 100 Umdrehungen durchgeführt hat.
  • Vorteilhaft kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zudem der Wert der Kenngröße auf einen Sollwert geregelt und so die Verbrennung verbessert werden.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
    • Figur 1
    zeigt beispielhaft den Verlauf des Brennraumdrucks und einiger verbren- nungsabhängiger Größen in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel.
  • Zum Betreiben einer Glühkerze bei laufendem Motor wird aus einer Bordnetzspannung durch Pulsweitenmodulation eine Effektivspannung erzeugt, die an die Glühkerze angelegt wird. Der Motor ist ein Dieselmotor oder ein anderer selbstzündender Verbrennungsmotor. Der Motor eine Kurbelwelle, die an die in den Motorzylindern beweglichen Kolben gekoppelt ist und deren Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung umsetzt. Der Motor hat mindestens einen, im Regelfall 2, 4 oder mehr Zylinder.
  • Der Wert der Effektivspannung kann individuell für die einzelnen Glühkerzen der Zylinder festgelegt werden. Dafür werden während eines Arbeitszyklus des Zylinders jeweils mehrere Messwerte des in dem Zylinder herrschenden Brennraumdrucks gemessen und für die einzelnen Messwerte jeweils die Winkelstellung der Kurbelwelle ermittelt. Als Glühkerze wird bevorzugt eine Druckmessglühkerze verwendet, die den Brennraumdruck mit einem integrierten Sensor misst und deshalb einem Glühkerzensteuergerät Messwerte des Brennraumdrucks zur Verfügung stellen kann. Eine geeignete Druckmessglühkerze ist beispielsweise aus der DE 10 2005 026 074 A1 bekannt.
  • Bevorzugt wird der Brennraumdruck kontinuierlich oder quasi kontinuierlich gemessen, so dass die Messwerte zeitlich dicht aufeinander folgen. Bevorzugt werden während eines Arbeitszyklus mindestens 20, besonders bevorzugt mindestens 50, insbesondere mindestens 100, Messwerte des Brennraumdrucks gemessen. Um für die einzelnen Messwerte jeweils die Winkelstellung der Kurbelwelle zu ermitteln, genügt es, wenn dem Glühkerzensteuergerät mindestens einmal die momentane Position der Winkelstellung mitgeteilt wird. Beispielsweise genügt es, dem Glühkerzensteuergerät jeweils den Nulldurchgang der Kurbelwelle zu melden, also mitzuteilen, wenn die Winkelstellung der Kurbelwelle 0° ist oder einen anderen vorgegebenen Wert hat. Durch eine einfache Zeitmessung kann ein Glühkerzensteuergerät dann den zwischen zwei solchen Signalen eines Kurbelwellensensors ermittelten Messwerten des Brennraumdrucks Werte des Kurbelwellenwinkels zuordnen.
  • In Figur 1 gibt die Kurve 1 den Verlauf des Brennraumdrucks in bar in Abhängigkeit von den Kurbelwellenwinkel in Grad an. Aus dem Verlauf Brennraumdrucks wird eine Kenngröße des Verbrennungsvorgangs ermittelt. Als Kenngröße des Verbrennungsvorgangs kann beispielsweise die Winkelstellung der Kurbelwelle verwendet werden, die auftritt, wenn der Brennraumdruck während des Arbeitszyklus sein Maximum erreicht hat. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Brennraumdruck bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa 17,5° maximal.
  • Der ermittelte Wert der Kenngröße wird mit einem Sollwert verglichen und die Effektivspannung auf einen zum Erreichen des Sollwerts erforderlichen Mindestwert eingestellt. Wenn der ermittelte Wert der Kenngröße dem vorgegebenen Sollwert entspricht, wird die Effektivspannung abgesenkt. Wenn bei einem späteren Arbeitszyklus festgestellt wurde, dass die Effektivspannung zu weit abgesenkt wurde und deshalb der Wert der Kenngröße nun von dem Sollwert abweicht, wird die Effektivspannung erhöht. Auf diese Weise kann die Effektivspannung auf einen zum Erreichen des Sollwerts erforderlichen Mindestwert eingestellt werden.
  • Beispielsweise kann die Effektivspannung gesenkt werden, wenn das Maximum des Brennraumdrucks bei einem Kurbelwellenwinkel auftritt, der kleiner als oder gleich wie ein Sollwert ist, und die Effektivspannung erhöht werden, wenn das Maximum des Brennraumdrucks bei einem Kurbelwellenwinkel auftritt, der größer als der Sollwert ist.
  • Es ist zweckmäßig, die Effektivspannung in kleinen Schritten abzusenken, wenn festgestellt wird, dass der ermittelte Wert der Kenngröße dem Sollwert entspricht. Bevorzugt wird die Effektivspannung in Schritten geändert, die weniger als 5%, besonders bevorzugt weniger als 2%; insbesondere weniger als 1%, der Bordnetzspannung betragen. Die Effektivspannung wird reduziert, indem die Dauer der Spannungspulse relativ zu den dazwischen liegenden Pausen verkürzt wird.
  • Um die Stabilität des Verfahrens zu erhöhen kann es vorteilhaft sein, eine Änderung der Effektivspannung nicht bei jedem Arbeitszyklus vorzunehmen, sondern den Vergleich zwischen dem ermittelten Wert der Kenngröße und dem Sollwert oder eine Absenkung bei Übereinstimmung erst nach einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitszyklen, beispielsweise nach 3 oder mehr, etwa nach 5 Arbeitszyklen, vorzunehmen. Dabei kann der jeweils aktuelle ermittelte Wert mit dem Sollwert verglichen werden oder eine statistische Auswertung der für eine vorgegebene Anzahl von vorangegangenen Zyklen ermittelten Werte vorgenommen werden. Beispielsweise kann das statistische Mittel der ermittelten Werte der Kenngröße mit einem Sollwert verglichen werden.
  • Der Sollwert kann einem Glühkerzensteuergerät von einem Motorsteuergerät in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast vorgeben werden.
  • Aus dem Verlauf des Brennraumdrucks 1 kann beispielsweise der Anteil des bereits verbrannten Kraftstoffs berechnet werden. In Figur 1 gibt die Kurve 2 den Anteil des in dem Arbeitszyklus bereits verbrannten Kraftstoffs an, also den Grad der Energieumwandlung. Zu Beginn des Arbeitszyklus ist der Anteil 0, da noch kein Kraftstoff verbrannt wurde. Am Ende des Arbeitszyklus ist der Anteil 1, da der Kraftstoff dann vollständig verbrannt ist. Die Kurve 2 bzw. ihr Wert bei einem gegebenen Kurbelwellenwinkel kann deshalb ebenfalls als Kenngröße der Verbrennung verwendet werden.
  • Zusätzlich ist in Figur 1 die Wärmeabgabe in willkürlichen Einheiten als Kurve 3 eingetragen. Das Maximum der Wärmeabgabe fällt in Figur 1 mit dem Druckmaximum zusammen. Bei dem entsprechenden Kurbelwellenwinkel ist die Hälfte des Kraftstoffes verbrannt.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Glühkerze bei laufendem Motor, der eine Kurbelwelle und mindestens einen Zylinder aufweist, wobei
    aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung erzeugt wird, die an die Glühkerze angelegt wird,
    während eines Arbeitszyklus des Zylinders jeweils mehrere Messwerte des in dem Zylinder herrschenden Brennraumdrucks gemessen werden und für die einzelnen Messwerte jeweils die Winkelstellung der Kurbelwelle ermittelt wird,
    aus dem Verlauf des in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Kurbelwelle gemessenen Brennraumdruckes eine Kenngröße des Verbrennungsvorgangs ermittelt wird,
    der ermittelte Wert der Kenngröße mit einem Sollwert verglichen und die Effektivspannung auf einen zum Erreichen des Sollwerts erforderlichen Mindestwert eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl vorgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert in Abhängigkeit von der Motorlast vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße die Winkelstellung der Kurbelwelle bei einem Maximum des Brennraumdruckes ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Effektivspannung gesenkt wird, wenn das Maximum des Brennraumdrucks bei einem Kurbelwellenwinkel auftritt, der kleiner als ein Sollwert ist, und die Effektivspannung erhöht wird, wenn das Maximum des Brennraumdrucks bei einem Kurbelwellenwinkel auftritt, der größer als der Sollwert ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße aus dem Brennraumdruck ermittelt wird, indem ein erstes Integral des Brennraumdruckes zwischen zwei vorgegebenen Kurbelwellenwinkeln berechnet wird,
    ein zweites Integral zwischen zwei vorgegebenen Kurbelwellenwinkeln berechnet wird, und
    die Kenngröße als Quotient aus den beiden Integralen berechnet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Effektivspannung abgesenkt wird, wenn festgestellt wird, dass der ermittelte Wert der Kenngröße dem Sollwert entspricht.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Effektivspannung zum Einstellen auf den zum Erreichen des Sollwerts erforderlichen Mindestwert während eines Arbeitszyklus höchstens um 5%, bevorzugt weniger als 2%, insbesondere weniger als 1 %, abgesenkt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Kenngröße durch Regeln auf einen Sollwert optimiert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Effektivspannung durch ein Verfahren der Pulsweitenmodulation erzeugt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren erst begonnen wird, wenn seit dem Motorstart einen vorgegebene Zeitspanne vergangen ist.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße des Verbrennungsvorgangs der Zündzeitpunkt ist.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Wert der Kenngröße von einem Motorsteuergerät mit einem Sollwert verglichen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ergebnis des Vergleichs an ein Glühkerzensteuergerät gemeldet wird, welches die Effektivspannung in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ändert, um die Effektivspannung auf einen zum Erreichen des Sollwerts erforderlichen Mindestwert einzustellen.
  15. Verwendung einer Glühkerze, die einen integrierten Brennraumdrucksensor aufweist, für ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.
EP10005477A 2009-07-14 2010-05-27 Verfahren zum Betreiben einer Glühkerze Not-in-force EP2292921B1 (de)

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DE102009032959A DE102009032959B4 (de) 2009-07-14 2009-07-14 Verfahren zum Betreiben einer Glühkerze

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Publication Number Publication Date
EP2292921A1 true EP2292921A1 (de) 2011-03-09
EP2292921B1 EP2292921B1 (de) 2012-01-18

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10005477A Not-in-force EP2292921B1 (de) 2009-07-14 2010-05-27 Verfahren zum Betreiben einer Glühkerze

Country Status (6)

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US (1) US8374767B2 (de)
EP (1) EP2292921B1 (de)
JP (1) JP2011021603A (de)
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