JP6027126B2 - 内燃機関のシース形グロープラグの表面温度を測定する方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関のシース形グロープラグの表面温度を測定する方法であって、表面温度を検出するために物理的パラメータを使用する方法、およびこの方法を実施するための装置に関する。
燃料・空気混合物を点火するために内燃機関で使用されるシース形グロープラグは、燃料・空気混合物を点火するために十分に高い温度まで、低温のシース形グロープラグをあらかじめ加熱するヒータを備える。しかしながら、ヒータによる温度分布はシース形グロープラグ全体にわたって極めて不均一であり、シース形グロープラグの内部に位置するヒータの温度と、シース形グロープラグの表面の温度との間に温度差が生じる。
シース形グロープラグは内燃機関の燃焼室内に突入しているので、シース形グロープラグの表面は、内燃機関の作動時にはシース形グロープラグの傍らを流れる燃料・空気混合物によって常に冷却され、したがって、シース形グロープラグの表面は、決してシース形グロープラグの内部のヒータの温度を示すことはない。
シース形グロープラグの温度を調整したい場合、このよう調整は、温度の調整実測値が検出されるシース形グロープラグの内部のヒータの抵抗に依存して行われる。この場合、電流を伝導するワイヤとして形成されたヒータの温度が高い程、抵抗は大きい。生じた温度差により、シース形グロープラグ温度の調整の質は不十分である。なぜなら、この調整は、シース形グロープラグの表面に実際に生じている温度に基づいていないからである。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００９０４７６５０により、内燃機関のシース形グロープラグの温度を測定する方法が既知である。この方法では、ヒータの外部の位置におけるシース形グロープラグの温度と、シース形グロープラグのヒータにおける温度との間の温度差が、内燃機関の作動パラメータに依存して測定される。この手法は演算処理に手間がかかり、高い開発コストを必要とする。
本発明の課題は、内燃機関のシース形グロープラグの表面温度を測定する方法および装置において、演算もしくは開発コストが低く、正確な表面温度が検出可能な方法および装置を提供することである。
本発明によれば、この課題は、シース形グロープラグのみの少なくとも２つの物理的パラメータがシース形グロープラグの表面温度を測定するために使用されることにより解決される。このことは、部分的に単に推定された内燃機関の作動パラメータを使用したことに起因する具体的でない情報を排除できるという利点を有する。これにより、適用が容易になり、より良好な機能特性が得られる。シース形グロープラグにのみ関係した物理的パラメータを使用した場合、シース形グロープラグの表面温度測定における開発コストが低減される。これによりシース形グロープラグの表面温度の正確な測定が非定常作動時にも定常作動時にも可能となる。シース形グロープラグに配置され、表面温度のための測定素子として用いられる付加的な熱電素子を使用することなしに適用が可能となる。
好ましくは、シース形グロープラグ作動時にシース形グロープラグでシース形グロープラグの表面温度を測定するために、少なくとも２つの物理的パラメータのうちの少なくとも１つが測定される。シース形グロープラグの最新の物理的パラメータによるシース形グロープラグの最新の作動状態から表面温度が検出されるので、検出された表面温度の精度は改善される。
一実施形態では、シース形グロープラグの２つの物理的パラメータのうちの少なくとも１つが、シース形グロープラグの作動時にシース形グロープラグで測定される少なくとも１つの他の物理的パラメータから計算される。したがって、計算された物理的パラメータがシース形グロープラグの最新の作動状態に直接に関係しており、これにより、シース形グロープラグの実際の作動パラメータから導かれた正確な表面温度が検出されることが常に確保される。
さらに、計算された少なくとも１つの物理的パラメータが特性マップに保存され、この場合にこの少なくとも１つの物理的パラメータはシース形グロープラグの表面温度を計算するために特性マップから読み取られる。このような表面温度の間接的な測定により、それぞれ使用されるシース形グロープラグのための特性マップを一回だけ測定することが可能となり、シース形グロープラグの作動時に表面温度を測定するためにいつでもこの特性マップを使用することができる。
一実施形態では、少なくとも２つの物理的パラメータとして、シース形グロープラグの抵抗および／またはシース形グロープラグによって消費された電力および／またはシース形グロープラグの実効電流および／またはシース形グロープラグの電圧が使用される。これらの物理的パラメータのうち２つを選択することにより、シース形グロープラグの表面温度を簡単かつ確実に測定することができる。
一変化態様では、シース形グロープラグの抵抗および／またはシース形グロープラグによって消費された電力は、測定されたシース形グロープラグの電流および電圧から計算される。したがって、シース形グロープラグにおける２つの物理的変数のみを測定すればよく、これらの物理的変数から、シース形グロープラグの他の物理的パラメータを検出することができる。これにより、測定にかかるコストが著しく低減される。
他の一実施形態では、検出された表面温度が、特に内燃機関の少なくとも１つの作動パラメータに依存した補正係数を用いて補正される。表面温度の補正では、シース形グロープラグが内燃機関の作動時に冷却されることが考慮される。表面温度が、もはやシース形グロープラグの内部に配置されたヒータの温度に対して線形の関係にないことにより生じる矛盾は、補正係数によって解消される。
好ましくは、内燃機関の回転数および／または噴射量および／または空気質量および／または空気質量の充填圧力が作動パラメータとして使用される。内燃機関のこれらの作動パラメータを考慮することにより、表面温度の正確な補正が可能となる。なぜなら、これらのパラメータは内燃機関のシース形グロープラグの実際の周辺条件を再現するからである。これらの作動パラメータは内燃機関の他の状況を評価するためにも検出されるので、これらの測定データを得るためにハードウェアに関する付加的なコストをかけることは不可欠ではない。
一実施形態では、検出されたシース形グロープラグの表面温度は、実際温度としてシース形グロープラグの温度調整のために使用される。この温度調整は、特にシース形グロープラグの非定常作動時には有利である。このように表面温度が高精度に検出されることにより、調整の質が改善される。
本発明の一実施形態は、内燃機関のシース形グロープラグの表面温度を測定するための装置において、物理的パラメータが表面温度の検出のために使用される装置に関する。演算もしくは開発コストが減じられていても正確な表面温度を検出するために、シース形グロープラグの表面温度を測定するためにシース形グロープラグのみの少なくとも２つの物理的パラメータを使用する手段が設けられている。このことは、特に簡単に、しかも正確に表面温度を測定することができるという利点を有する。内燃機関の変化する作動条件下に、したがってシース形グロープラグの特性が変化した場合に、自動車の内部に提供された装置自体によって表面温度が簡単に測定される。
好ましくは、内燃機関の燃焼室内に突入するシース形グロープラグに制御器が接続されており、この場合、制御器は少なくとも２つの物理的パラメータを測定する。このようにして制御器によって極めて正確に検出された表面温度をシース形グロープラグの温度制御もしくは温度調整のために評価することができる。
本発明は、多数の実施形態を許容する。これらの実施形態のうちの１つを図面に基づいて説明する。
低温の内燃機関、特にディーゼルエンジンは、周辺温度が４０℃未満の場合にはディーゼルエンジンに取り込まれる燃料・空気混合物を点火するために始動補助を必要とする。始動補助としては、シース形グロープラグと、グロー時間制御器と、エンジン制御器内に格納されたグローソフトウェアとからなるグローシステムが使用される。
図１は、上述のようなグローシステム１を示す。シース形グロープラグ２がディーゼルエンジン４の燃焼室３に突入している。シース形グロープラグ２は、一方ではグロー時間制御器５に接続されており、他方では、例えば１１ボルトの定格電圧によりシース形グロープラグ２を制御する供給電圧６に接続されている。グロー時間制御器５はエンジン制御器７に接続されており、エンジン制御器７はディーゼルエンジン４に接続されている。
燃料・空気混合物を点火するためには、シース形グロープラグ２が、１、２秒間続くプッシュフェーズにおいて過電圧の印加によりあらかじめ加熱される。これによりシース形グロープラグ２に供給された電気エネルギーは、シース形グロープラグ２のヒータ（さらに図示しない）によって熱に変換される。この場合、シース形グロープラグ２の先端部の温度は急峻に上昇する。ヒータの加熱電力は、電子式のグロー時間制御器５によりそれぞれのディーゼルエンジン４の要求に適合される。
燃料・空気混合物は、シース形グロープラグ２の高温の先端部の傍らを通って運ばれ、その際に加熱される。同時にシース形グロープラグ２の先端部は冷却される。ディーゼルエンジン４の圧縮サイクルにおける吸気加熱に伴って燃料・空気混合物の点火温度が得られる。
ディーゼルエンジン４で経過する燃焼プロセスに適用する場合、シース形グロープラグ２の正確な表面温度Ｔプラグを知ることが不可欠である。表面温度Ｔプラグの測定を図２の経過図に基づいて説明する。ブロック１０１で、シース形グロープラグ２において電流および電圧が測定される。ブロック１０２で、この電流および電圧から、シース形グロープラグ２の抵抗Ｒプラグおよびシース形グロープラグ２によって現在消費された電力Ｐプラグが計算される。計算された値、すなわち、シース形グロープラグ２の抵抗Ｒプラグおよびシース形グロープラグ２によって消費された電力Ｐプラグがブロック１０３で特性マップに保存される。計算されたシース形グロープラグ２の抵抗Ｒプラグおよびシース形グロープラグ２によって現在消費された電力Ｐプラグから表面温度Ｔプラグが計算される。数学的関係は：
Ｔプラグ＝Ｔプラグ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）
となる。
Ｔプラグ＝Ｔプラグ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）
となる。
ブロック１０４では、ブロック１０３で計算された表面温度Ｔプラグの補正が行われる。なぜなら、シース形グロープラグ２はディーゼルエンジン４の作動時に冷却され、エンジン作動時の表面温度Ｔプラグは、もはやヒータの温度に対して線形関係とはならないからである。したがって、表面温度Ｔプラグの検出については、次の関係：
Ｔプラグ＝Ｔプラグ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）＋ΔＴ（ｑ，ｎ，ｍ空気，．．．）
が生じる。
Ｔプラグ＝Ｔプラグ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）＋ΔＴ（ｑ，ｎ，ｍ空気，．．．）
が生じる。
この場合、シース形グロープラグ２の表面温度Ｔプラグは、回転数ｎ、吸気量ｍ空気もしくは空気質量の充填圧力Ｔに依存して補正される。ディーゼルエンジン４のこれらの作動パラメータによって、シース形グロープラグ２の表面温度Ｔプラグの精度が改善される。
このような手法に基づいて、大きい演算コストなしに、より簡単かつ確実に、シース形グロープラグ２の表面温度Ｔプラグを測定することが可能である。エンジン回転数ｎ、吸気量ｍ空気、噴射量ｑなどを介したシース形グロープラグ２の表面温度Ｔプラグの補正は、例外的な場合にのみ不可欠となる。なぜなら、シース形グロープラグ２の表面温度Ｔプラグは、シース形グロープラグ２のみの少なくとも２つの物理パラメータにより既に極めて正確に測定されるからである。
シース形グロープラグ２の表面温度Ｔプラグの測定は、シース形グロープラグ２の抵抗Ｒプラグおよびシース形グロープラグ２によって現在消費された電力Ｐプラグの組合せによる測定に制限されていない。他の多数の組合せ、例えば、シース形グロープラグ２の抵抗とシース形グロープラグ２の電圧、またはシース形グロープラグ２の抵抗とシース形グロープラグ２の電流などの組合せが可能である。シース形グロープラグ２の表面温度Ｔプラグを測定するために使用される物理的変数が、シース形グロープラグ２のそれぞれの作動状態にのみ起因することが重要である。
Claims (9)
- 内燃機関のシース形グロープラグの表面温度を測定する方法であって、表面温度（Ｔプラグ）を検出するために物理的パラメータ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）を使用し、シース形グロープラグ（２）の表面温度（Ｔプラグ）を測定するために、前記シース形グロープラグ（２）のみの少なくとも２つの物理的パラメータ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）、および、前記表面温度（Ｔ プラグ ）と前記少なくとも２つの物理的パラメータ（Ｒ プラグ ，Ｐ プラグ ）との間の関係（Ｔ プラグ ＝Ｔ プラグ （Ｒ プラグ ，Ｐ プラグ ））を使用する方法において、
前記少なくとも２つの物理的パラメータとして、前記シース形グロープラグ（２）の抵抗（Ｒプラグ）および前記シース形グロープラグ（２）によって消費された電力（Ｐプラグ）、または前記シース形グロープラグ（２）の抵抗（Ｒプラグ）および前記シース形グロープラグ（２）の実効電流、または前記シース形グロープラグ（２）の抵抗（Ｒプラグ）および前記シース形グロープラグ（２）の電圧を使用することを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の方法において、
前記シース形グロープラグ（２）の前記表面温度（Ｔ プラグ ）を測定するために、前記シース形プラグ（２）の作動時に前記シース形グロープラグ（２）において前記少なくとも２つの前記物理的パラメータ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）のうちの少なくとも１つを測定する方法。 - 請求項１に記載の方法において、
前記シース形グロープラグ（２）の作動時に前記シース形グロープラグ（２）において測定される少なくとも１つの他の物理的パラメータから、前記シース形グロープラグ（２）の前記２つの前記物理的パラメータ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）のうちの少なくとも１つを計算する方法。 - 請求項１に記載の方法において、
測定された前記シース形グロープラグ（２）の電流および電圧から、前記シース形グロープラグ（２）の抵抗（Ｒプラグ）および／または前記シース形グロープラグ（２）によって消費された電力（Ｐプラグ）を計算する方法。 - 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
特に前記内燃機関（４）の少なくとも１つの作動パラメータ（ｎ，ｑ，ｍ空気）に依存した補正係数（ΔＴ）を用いて、検出された前記表面温度（Ｔプラグ）を補正する方法。 - 請求項５に記載の方法において、
前記作動パラメータとして、前記内燃機関（４）の回転数（ｎ）および／または噴射量（ｑ）および／または空気質量（ｍ空気）および／または空気質量の充填圧力を使用する方法。 - 請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、
検出された前記シース形グロープラグ（２）の表面温度（Ｔプラグ）を実際温度として前記シース形グロープラグ（２）の温度調整のために使用する方法。 - 内燃機関のシース形グロープラグの表面温度を測定するための装置であって、表面温度（Ｔプラグ）を検出するために物理的パラメータ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）が使用され、シース形グロープラグ（２）の表面温度（Ｔプラグ）を測定するために、前記シース形グロープラグ（２）のみの少なくとも２つの物理的パラメータ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）、および、前記表面温度（Ｔ プラグ ）と前記少なくとも２つの物理的パラメータ（Ｒ プラグ ，Ｐ プラグ ）との間の関係（Ｔ プラグ ＝Ｔ プラグ （Ｒ プラグ ，Ｐ プラグ ））を使用する手段（５，７）が設けられている装置において、
前記手段が、前記少なくとも２つの物理的パラメータとして、前記シース形グロープラグ（２）の抵抗（Ｒプラグ）および前記シース形グロープラグ（２）によって消費された電力（Ｐプラグ）、または前記シース形グロープラグ（２）の抵抗（Ｒプラグ）および前記シース形グロープラグ（２）の実効電流、または前記シース形グロープラグ（２）の抵抗（Ｒプラグ）および前記シース形グロープラグ（２）の電圧を使用することを特徴とする装置。 - 請求項８に記載の装置において、
制御器（５，７）が、前記内燃機関（４）の燃焼室（３）内に突入する前記シース形グロープラグ（２）に接続されており、前記制御器（５，７）が前記少なくとも２つの前記物理的パラメータ（Ｒプラグ，Ｐプラグ）を測定する装置。
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