KR102496585B1 - 글로우 플러그의 온도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

내연 기관 엔진의 글로우 플러그의 온도 제어 방법이 기술되고, 여기서 모든 글로우 플러그는 상기 엔진의 모든 글로우 플러그에 대해 균일하게 특정된 프로파일에 따른 전기 에너지의 입력에 의해 엔진 시동을 위해 가열되고, 저항의 변화 ΔR은 적어도 하나의 특정 시간 범위 동안 글로우 플러그 각각에 대해 확인되고, 그리고 목표 저항 값은 적어도 하나의 저항의 변화 ΔR로부터 글로우 플러그 각각에 대해 계산되고, 이 값은 이것이 목표 온도에 도달할 때 글로우 플러그에 대해 예상되는 값이고, 상기 목표 저항 값은 글로우 플러그의 온도를 목표 온도로 제어하는데 사용된다.

Description

글로우 플러그의 온도 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF GLOW PLUGS}

본 발명은 내연 기관의 글로우 플러그의 온도를 제어하는 방법에 관한 것이다.

글로우 플러그를 목표 온도로 제어하기 위한 다양한 방법이 선행 기술에, 예를 들어, DE 10 2012 102 013 A1 및 DE 10 2006 060 632 A1에 개시되어있다. 글로우 플러그의 온도 제어와 관련된 일반적인 문제점은 글로우 플러그, 특히 세라믹 글로우 플러그의 전기 저항이 제조 공차로 인해 크게 변동될 수 있다는 것이다. 그리고 사용된 저항 온도 특성의 부정확성은 온도 제어에서의 상응하는 부정확성을 야기하므로, 목표 온도에서 글로우 플러그의 전기 저항을 가장 정확하게 알 수 있는 것이 바람직하다.

글로우 플러그의 저항 온도 특성을 결정하기 위한 하나의 선택 방법은 엔진을 몇 분 동안 정지 상태로 유지한 다음, 글로우 플러그가 평형 상태에 도달할 때까지 일정한 양의 특정 전력을 사용하여 일정 시간 동안, 예컨대 대략 1분 동안 글로우 플러그를 가열하는 것으로 이루어지고, 글로우 플러그의 온도는 엔진이 정지 상태에 있을 때 열 출력과 열 방출에 의해 결정되며 따라서 측정을 통해 모든 향후의 케이스에 대해 알려지거나 확인될 수 있다. 그러나, 이러한 진행 방식은 매우 비싸다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 글로우 플러그의 온도를 제어하는 방법에 있어서, 목표 온도와 관련된 전기 저항이 매우 신속하게 결정될 수 있는 방법을 보여주는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 충족된다. 본 발명의 유리한 또 다른 개선점은 하위 청구항의 대상이다.

본 발명에 따른 방법에 있어서, 엔진이 시동될 때, 모든 글로우 플러그는, 엔진의 모든 글로우 플러그에 대해 균일하게 규정된 프로파일에 따라 전기 에너지를 입력함으로써 가열된다. 이 프로파일은 바람직하게는 전력 프로파일이며, 즉 플러그에 공급되는 전력의 시간 관련 진행(time-related progression)을 특정한다. 대안으로, 그 프로파일은 전류 프로파일 또는 전압 프로파일일 수 있다.

선택된 프로파일에 따라 전기 에너지를 입력할 때, 각각의 글로우 플러그에 대해 저항의 변화가 측정되고, 목표 저항 값이 이 저항의 변화 및 목표 온도 값으로부터 계산된다. 목표 저항 값은 글로우 플러그가 목표 온도에 있을 때 글로우 플러그에 대한 예상 값이다. 그 다음, 목표 저항 값은, 예컨대 PID 방법을 이용하여, 글로우 플러그의 온도를 이 목표 작동 온도로 제어하는데 사용된다. 본 발명에 따른 방법은 특히 세라믹 글로우 플러그에 적합하다.

본 발명에 따른 방법의 중요한 이점은 작동에 필요한 목표 저항 값이 엔진 시동시 글로우 플러그가 가열되는 동안에 확인된다는 것인데, 이는 추가 시간이 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 각 엔진 시동시 목표 저항 값이 재확인되어 글로우 플러그의 있을 수 있는 변화 또는 글로우 플러그의 노화 관련 변화가 문제가 되지 않는다.

세라믹 글로우 플러그의 전기 저항은 제조상의 공차에 따라 크게 달라진다. 따라서, 모터의 모든 글로우 플러그에 균일한 전압을 인가하는 것이 이상적인 것은 아니다. 균일한 가열 프로파일, 특히 개별 글로우 플러그에 균일한 전력 프로파일을 인가함으로써, 서로다른 저항 온도 특성이 글로우 플러그의 가열 거동에 미치는 영향을 제거할 수 있다. 본 발명의 일부로서, 목표 온도와 관련된 저항이 글로우 플러그의 가열 동안의 저항의 변화 값의 하나 이상으로부터 계산될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는 이것은 저항의 변화 값에 대한 목표 저항 값의 선형 의존성을 정의하는 경험 식을 사용하여 수행되거나, 또는 즉 목표 저항 값이 저항의 변화에 비례하는 경우에 수행된다. 다음 수학식은 저항의 변화 ΔR의 함수로서 목표 저항 값 R_Soll을 계산하는데 매우 적절하다:

R_Soll = a·ΔR + b,

여기서, a 및 b는 모범의 일련의 글로우 플러그의 목표 온도에 대해, 예를 들어 제조자에 의해 실험적으로 확인되고, 그리고 본 발명에 따른 상기 방법을 수행하는 글로우 플러그 제어 유닛에, 각각의 글로우 플러그 유형에 대해, 저장될 수 있는 파라미터이다. 저항의 시간적인 전개(derivation)는 저항의 변화 ΔR로서 사용될 수 있다.

엔진 시동을 위한 가열용 글로우 플러그에 공급되는 전기적 프로파일은 전체 가열 기간 동안 일정할 수 있으며, 즉 전력 프로파일의 경우 일정한 전력을 제공하거나 몇 개의 일정한 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 엔진 시동을 위해 글로우 플러그를 그것의 작동 온도까지 가열할 때, 사용된 전력 프로파일은 가열과정 동안 전력을 변경시키는 것이며, 예를 들어 미리 설정된 시간 범위에 따라 단계적으로 전력을 낮추는 것이다. 특히 가열 과정에서 지속적으로 전력을 감소시키는 전력 프로파일이 가장 적합하다. 전력 프로파일은 예를 들어 미리 설정된 시간 범위 내에서 대략 선형의 저항 변화가 발생하도록 선택될 수 있다. 그 다음, 글로우 플러그의 목표 온도에서 글로우 플러그에 대해 예상되는 목표 저항 값은 바람직하게는, 미리 설정된 전력 프로파일로 인해 시간 단위당 저항의 대략적인 일정한 변화가 발생하는, 그러한 미리 설정된 기간(time span)에 대한 저항의 변화를 측정함으로써, 계산된다.

본 발명의 유리한 추가의 개선은 가열 개시 후 처음 800 ms 동안에 측정된 측정 값으로부터 확인되는 저항의 변화를 제공한다. 이것은 얻어진 저항 값이 연료 분사에 의한 것과 같은 엔진 작동의 시작에 의해 영향을 받지 않는다는 이점을 갖는다.

본 발명의 또 다른 유리한 추가 개선은 여러 시간 간격에 걸쳐 각 글로우 플러그에 대해 얻어지는 저항의 변화 값을 제공한다. 이들 값은 글로우 플러그가 목표 온도에 도달했을 때 글로우 플러그에 대해 예상되는 목표 저항 값의 계산에 개별적으로 포함될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 전체 값은 저항의 변화의 몇몇 값으로부터 확인되고, 전체 값은 글로우 플러그가 목표 온도에 도달할 때 글로우 플러그에 대해 예상되는 목표 저항 값의 계산에 사용된다. 가열 과정의 시작에서는 저항의 변화가 거의 일정하다는 것이 본 발명의 일부로서 발견되었다. 가열 과정의 시작에서, 예를 들어 처음 800ms 동안에, 측정된 다수의 저항 변화 값을 평균함으로써, 저항의 변화에 대한 보다 정확한 값, 예를 들어 저항의 시간적 전개(derivation)가 얻어질 수 있다. 개별 시간 간격은 서로 인접하거나 중첩될 수 있다. 중첩되는 시간 간격의 사용은 제한된 측정 창(measuring window)에서 보다 다수의 저항 변화 값으로부터 평균값이 계산되어 정확도를 향상시킨다는 이점을 갖는다.

측정 창, 각각의 개별 시간 간격 또는 시간 지속 기간은 각각 명시적인 타이밍에 의해 정의될 수 있다. 프로파일이 전력 프로파일인 경우, 그것은 미리 설정된 에너지 입력과 동의어이다. 그러나, 프로파일이 전류 프로파일 또는 전압 프로파일인 경우에는 그렇지 않다. 그러므로, 유리한 선택 방법은, 소정 양의 전기 에너지가 글로우 플러그에 공급된 때에, 측정 창, 시간 지속 기간/개별 시간 간격의 목표(end)에 도달하도록, 에너지의 양에 의해 측정 창, 시간 지속 기간 및/또는 시간 간격을 정의하는 것을 포함한다.

본 발명의 추가 세부 사항 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이며,
도 1은 모든 글로우 플러그에 대해 균일하고 화살표로 제공된 선으로 표시된 전력 프로파일을 갖는 가열 동안의 시간의 함수로서 상이한 세라믹 글로우 플러그의 저항 R을 도시하고,
도 2는 가열 과정의 종료 시에 서로 다른 세라믹 글로우 플러그들에 의해 도달된 저항 R_end 대 가열 과정 동안의 저항의 변화 ΔR를 도시한다.

도 1은 모든 글로우 플러그에 대해 균일하게 특정된 전력 프로파일로 가열하는 동안의 시간의 함수로서 저항 R(mΩ)을 나타낸 것이다. 시간의 함수로서의 전력 프로파일은 또한 전력 P가 와트 단위로 주어지는 오른쪽 세로축을 가리키는 화살표와 연관된 선에 의해 도 1에 도시된다. 이 전력 프로파일에 따라 글로우 플러그에 공급되는 전력은 단조로운 방식으로 감소한다. 도시된 실시형태에서, 전력 프로파일은 인가된 전력이 상이한 속도로 선형적으로 강하하는 3개의 구획으로 대략 나뉠 수 있다. 글로우 플러그의 가열은 대체 전력 프로파일들, 예를 들어 전력이 단계적으로 변경되고 장기간에 걸쳐 일정하게 유지되는 전력 프로파일들을 사용하여 수행될 수도 있다.

사용된 전력 프로파일과는 독립적으로, 가열 과정의 종료시에 얻어진 저항 R_end와 가열 과정 또는 가열 기간의 특정 부분에서의 저항의 변화 ΔR 사이에는 대략 선형 상관 관계가 있다. 이 사실은 도 2에 개략적으로 나타나며, 가열 과정의 종료시에 도달한 저항 R_end(Ω)는 저항의 변화 ΔR(mΩ/s)에 대해 표시된다. 따라서, 도 2는 미리 설정된 시간 간격에서 엔진 시동을 위해 글로우 플러그를 가열하는 동안 발생하는 저항의 변화 ΔR와, 가열 과정의 종료시에서의 글로우 플러그의 저항 R_end, 즉 그것의 목표 온도에서의 저항 사이에 선형 상관 관계가 있음을 보여준다.

엔진의 모든 글로우 플러그에 대해 균일하게 특정된 전력 프로파일의 입력에 의해 엔진 시동을 위해 엔진의 모든 글로우 플로그를 가열하고, 적어도 하나의 특정 기간 동안 각각의 글로우 플러그에 대한 저항의 변화 ΔR를 확인함으로써, 목표 저항 값은 목표 온도에 도달할 때 각 글로우 플러그에 대해 예상되는 저항의 변화 ΔR로부터 계산될 수 있다. 따라서, 이 방법으로 계산된 목표 저항 값은 글로우 플러그의 온도를 목표 온도로 제어하는데 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 내연 기관 엔진의 글로우 플러그의 온도 제어 방법으로서,
   모든 글로우 플러그는 상기 엔진의 모든 글로우 플러그에 대해 균일하게 규정된 프로파일에 따른 전기 에너지의 입력에 의해 엔진 시동을 위해 가열되고,
   저항의 변화 ΔR은 적어도 하나의 특정 기간 동안 글로우 플러그 각각에 대해 확인되고, 그리고
   목표 저항 값은 적어도 하나의 저항의 변화 ΔR로부터 글로우 플러그 각각에 대해 계산되고, 상기 목표 저항값은 글로우 플러그가 목표 온도에 도달하는 경우 글로우 플러그에 대해 예상되는 값이고,
   상기 목표 저항 값은 글로우 플러그의 온도를 목표 온도로 제어하는데 사용되고, 그리고
   상기 목표 저항 값은, 상기 목표 저항 값이 상기 저항의 변화 ΔR에 비례하는 것으로 가정되는 식을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 저항의 변화 ΔR은 엔진이 아직 시동되지 않은 기간 내에서 측정된 측정 값으로 확인되는 것인, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저항의 변화 ΔR은 가열 개시 후 처음 800 ms 동안에 측정된 측정 값으로부터 확인되는 것인, 방법.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로파일은 전력 프로파일인, 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저항의 변화 ΔR의 값은 몇몇 시간 간격 동안 글로우 플러그 각각에 대해 확인되는 것인, 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 전력 프로파일은 상기 글로우 플러그의 대략적으로 선형인 저항의 변화 ΔR을 산출하도록 선택되는 것인, 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 몇몇 시간 간격 동안의 상기 저항의 변화 ΔR의 값들을 평균함으로써 전체 값이 계산되고, 상기 전체 값은 상기 목표 저항 값의 계산에 사용되는 것인, 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 시간 간격은 가열 과정의 개시 후에 처음 800 ms 내에 있는 것인, 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 시간 간격은 중첩되는 것인, 방법.

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