KR20010110332A

KR20010110332A - 글로 플러그를 가열하기 위한 방법 및 회로

Info

Publication number: KR20010110332A
Application number: KR1020010031410A
Authority: KR
Inventors: 울귄터
Original assignee: 루에쯔 울리히; 베루 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2001-12-13
Also published as: EP1162368A3; KR100589222B1; EP1162368A2; DE10028073A1; JP2002039043A; US20010050275A1; DE10028073C2; US6635851B2

Abstract

내연 엔진에서 주어진 장치의 주어진 글로 플러그 형태의 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하기 위한 방법 및 회로가 제공된다. 전원 전압은 측정 저항(12)과 스위치(11)를 경유하여 상기 글로 플러그 상에 존재한다. 제어 및 조정 유니트(16)는 상기 측정 저항(12)을 통해 전압 강하를 끌어내고 거기서부터 그리고 상기 글로 플러그 상의 마찬가지로 끌어내진 전압으로부터 상기 글로 플러그에 공급되는 열 에너지를 결정한다. 상기 유니트(16)의 출력(15)에서 발생하는 신호는 상기 스위치(11)를 제어한다. 상기 스위치(11)를 닫은 후, 상기 유니트(16)는 상기 유니트(16)에서 합산되는 열 에너지를 상기 글로 플러그에 공급한다. 소정 온도까지 가열하기 위해 요구되는, 그리고 상기 글로 플러그의 기지의 파라미터들과 상기 시작 온도로부터 미리 결정되는 상기 열 에너지가 도달되자마자, 상기 스위치는 상기 출력(15)에서의 상기 출력 신호에 의해 다시 개방된다.

Description

글로 플러그를 가열하기 위한 방법 및 회로{Process and circuit for heating up a glow plug}

본 발명은 내연 엔진에서 주어진 장치의 주어진 글로 플러그 형태의 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하기 위한 방법 및 회로에 관한 것이다.

글로 플러그들은 예를 들어 기동시 연료를 점화하거나 디젤 엔진의 연소실에서 이온 전류 획득을 위해 디젤 엔진에서 사용된다.

하나의 이러한 글로 플러그가 그 기능을 수행할 수 있도록, 가열 단계에서 글로 플러그는 어떤 온도까지 가열되어야 한다.

글로 플러그들은 자기-조정 가열 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 글로 플러그들은 전원 전압에 시간-제어되어 연결되고 그들의 자기-조정 행동의 결과로서 그들은 어떤 온도까지 가열된다.

상기 글로 플러그의 가열의 전자 제어가 또한 알려져 있다. 이 경우 상기 글로 플러그로의 전력 공급은, 규정되고 결정된 온도가 가능한 한 빨리 도달되고 초과되지 않도록 전자 제어 회로를 통해 제어된다.

그러나 자기 조정 및 전자 제어의 기지의 방법들은 상기 글로 플러그가 고온까지 매우 빨리, 예를 들어 1000℃까지 2초에 가열되려할 때 실패한다. 전자 제어에 있어서 예를 들어 이것은, 모든 상황하에서 비록 단지 짧더라도 상기 글로 플러그의 가열이 회피되어야 하기 때문에 상기 가열 과정의 고 역학의 결과로서, 제조 허용 한계를 고려하여 중요한 문제들이 떠오른다는 사실에 기인한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 매우 짧은 시간 간격내에 비교적 고온까지의 가열이 달성될 수 있는 글로 플러그를 가열하기 위한 방법 및 회로를 제공하는 것이다.

도 1은 디젤 엔진에서 연료 혼합물을 점화시키기 위한 기지의 스틸 글로 플러그의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 디젤 엔진에서 이온 전류 획득을 위한 측정 전극으로서 사용되는 기지의 스틸 글로 플러그를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 글로 플러그를 가열하기 위한 본 발명에 의한 회로의 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 소정 온도까지 가열하는데 필요한 열 에너지가, 주어진 장치의 각 글로 플러그 형태의 파라미터들과 초기 온도로부터 결정되고, 선택된 가열 시간 간격내에 상기 글로 플러그에 공급되는 글로 플러그 가열 방법을 제공한다.

본 발명에서 청구되는 바와 같은 상기 방법의 바람직한 일 실시예는 청구항 2항의 주제이다.

본 발명에서 청구된 회로는 청구항 4항의 주제이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 내연 엔진에서 주어진 장치의 주어진 글로 플러그 형태의 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하기 위한 회로에 있어서, 직렬로 연결되고 그것을 거쳐 전원 전압이 상기 글로 플러그 상에 존재하는 스위치(11)와 측정 저항(12) 및 상기 전압이 상기 측정 저항(12)을 통해 존재하고, 거기서부터 상기 글로 플러그에 공급되는 상기 열 에너지를 결정하는 전압이 상기 글로 플러그 상에 존재하며, 상기 요구되는 열 에너지가 선택된 가열 시간 간격내에 상기 글로 플러그에 공급되도록 출력 신호(15)에 의해 상기 스위치(11)를 제어하는 전자 제어 및 평가 유니트(16)를 포함하는 글로 플러그 가열 회로를 제공한다.

적절한 도면들을 사용하여 본 발명의 특정 일 실시예가 하기에 설명된다.

도 1에 도시된 기존의 스틸 글로 플러그(1)에 있어서, 전기적으로 동작되는 가열 수단(4)이 글로 튜브(3)에 내장된다. 상기 글로 튜브(3)는 상기 글로 플러그(1)가 상기 엔진 블록에 나사로 체결되는 글로 플러그 본체(5)에 자리잡는다. 전류가, 전기적인 가열 수단(4)에 연결된 전기 단자(7)를 거쳐 상기 전기적인 가열 수단(4)에 공급된다. 상기 가열 수단(4)의 제2 전기 단자는, 상기 회로가 상기 글로 튜브(3)와 상기 글로 플러그 본체(5)를 거쳐 접지(8)까지 접속되도록 상기 글로 튜브(3)에 연결된다.

상기 글로 플러그(1)는 또한 상기 글로 튜브(3)와 상기 가열 수단(4)이 세라믹 가열 요소로서 유니트 형태로 만들어지는 세라믹 글로 플러그로서 만들어질 수 있다.

도 2에 도시된 상기 글로 플러그(2)는 내연 엔진의 연소 공간에서 이온 전류 획득을 위하여 전기적으로 절연되어 만들어지는 스틸 글로 플러그이다. 상기 글로 튜브(3)는 상기 플러그 본체(5)에 관하여 전기적으로 절연되어 배열되고 이온 전류 획득에 있어서 측정 전극으로서 사용된다. 상기 글로 플러그(2)에 반도체 스위치(9)와 전압 평가 회로(10)가 존재하는데, 상기 전압 평가 회로(10)는 상기 글로 플러그(2) 상의 전압에 따라, 상기 반도체 스위치(9)를 전도 상태로 진행시키거나 또는 이온 전류 획득을 위해 차단 상태로 진행시킨다.

자기-조정 가열 특성을 가진 글로 플러그에 있어서, 가열은 상기 전원 전압에서 시간-제어 방법으로 일반적으로 배치되는 상기 글로 플러그에 의해 종래의 방법으로 일어난다. 상기 자기-조정 행동의 결과로서 상기 글로 플러그의 팁은 기계적인 그리고 전기적인 치수에 의해 규정된 온도까지 가열된다. 상기 자기-조정 가열 특성은 예를 들어 가열 나선과 제어 나선으로 만들어진 상기 가열 수단에 의해 달성될 수 있다. 상기 나선들은 직렬로 연결된다. 상기 가열 나선은 무시해도 좋을 정도로 작은 온도 계수를 가진 물질로 구성되고, 반면에 상기 제어 나선은 독특한 온도 계수를 가진 물질로 구성된다. 상기 가열 나선과 제어 나선을 통해 흐르는 전류는 상기 두 나선들이 가열되게 한다. 그렇게 함으로써 상기 제어 나선은, 상기 전류 밀도가 상기 가열 나선과 상기 제어 나선을 통해 흐르는 전류를 감소시키도록그 저항을 증가시킨다. 그렇게 함으로써 상기 글로 플러그가 일정한 규정 온도로 남는 평형 상태가 형성된다.

상기 글로 플러그의 가열은 또한 전기적으로 제어되어 진행할 수 있는데, 이 경우 규정 온도가 가능한 한 빨리 도달되고 초과되지 않도록 상기 글로 플러그에 공급되는 전력은 전자 제어 회로에 의해 제어된다. 상기 가열 수단이 기지의 저항 온도 특성을 가진 물질로 만들어질 때, 상기 저항과 상기 가열 수단의 온도는 상기 전류와 전압 측정으로부터 결정될 수 있다.

그러나, 기지의 자기 조정 프로세스들 또는 전자 제어들은, 글로 플러그가 고온까지 매우 빨리, 예를 들어 1000℃까지 2초내에 가열되려할 때 사용될 수 없다.

그러므로 본 발명에 청구되는 바와 같은 상기 방법에서, 전력 제어는 사용되지 않지만, 주어진 장치의 각 글로 플러그의 파라미터들과 상기 글로 플러그의 초기 온도로부터 결정되는 소정 온도까지 가열하기 위해 요구되는 열 에너지를 확인함으로써 그리고 그것을 선택된 가열 시간 간격내에 상기 글로 플러그에 공급함으로써 상기 글로 플러그의 가열이 에너지-제어되어 발생한다.

여기에서 기지의 초기 조건들하에서 동일한 열 에너지가, 바라던 최종 온도, 즉, 소정 온도까지 동일한 글로 플러그 형태의 글로 플러그를 가열하기 위해 항상 요구된다고 가정하자. 이들 초기 조건들은, 시작 온도, 냉각 조건들 및 가열될 글로 플러그의 영역의 열 용량인데, 상기 영역은 상기 글로 플러그의 묘사된 영역, 즉 상기 글로 플러그와 주로 상기 글로 플러그 팁일 수 있다. 상기 영역은 규정된열 용량을 가진다. 상기 냉각 조건들은 상기 장치 또는 상기 엔진에서의 상기 글로 플러그의 설치에 의해 결정되고 계산 또는 측정에 의해 결정될 수 있다. 상기 글로 플러그의 열 용량, 즉 상기 글로 플러그 팁 상에 가열될 영역은 기하학에 의해 결정되고 마찬가지로 계산 또는 측정에 의해 결정될 수 있다. 그렇게 함으로써 대량의 글로 플러그들의 생산에 관하여 동일한 글로 플러그 형태의 글로 플러그들의 냉각 조건들과 열 용량이 단지 작은 변동만을 받기 쉽다고 가정될 수 있다.

이것은, 시작 온도로부터 바라던 또는 소정의 최종 온도까지 상기 글로 플러그를 가열하는 것에 대한 에너지 요구가 측정 및/또는 계산에 의해 결정될 수 있다는 것을 초래하고, 동일한 장치의 동일한 글로 플러그 형태의 글로 플러그에 있어서, 가열 단계에서 측정 또는 계산에 의해 결정되고 상기 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하기 위해 요구되는 동일한 소정의 열 에너지가 항상 공급되도록 가열이 제어될 수 있다는 것을 초래한다. 다른 요구되는 열 에너지들은 다른 시작 온도 또는 최종 온도로 지정될 수 있다. 열 에너지의 공급이 전자적으로 제어될 때, 시간에 걸친 열 에너지의 공급, 즉 전력의 소비는 임의로 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 소비는 일정하게 유지될 수 있거나, 처음에는 많게 그리고는 적게, 또는 처음에는 적게 그리고는 많게 전력이 공급될 수 있다.

도 3은 주어진 장치의 주어진 글로 플러그 형태의 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하기 위한 본 발명에서 청구되는 바와 같은 장치의 일 실시예를 개략적으로 보여준다.

도 1 또는 도 2에 도시된 형태의 글로 플러그(1,2)가 스위치(S,11)와 전류측정 저항(,12)을 거쳐 전원 전압()에 연결된다. 따라서, 글로 플러그 전류()에 비례하는 전압()이 탭들(13,14) 상의 저항(,12)에 의해 끌어내질 수 있다. 더욱이 상기 글로 플러그 상의 전압()은 상기 탭(14)에 의해 측정될 수 있다. 상기 끌어내진 전압들은, 예를 들어 집적된 아날로그/디지털 변환기를 가진 마이크로프로세서의 형태로 만들어질 수 있는 제어 및 평가 유니트(16) 상에 존재한다. 상기 제어 및 평가 유니트(16)는 그 출력 신호(15)를 통해 상기 스위치(11)를 제어한다. 상기 스위치(11)와 상기 전류 측정 저항(12)의 결합은 부하 전류 신호 출력을 가진 완전 집적 전력 반도체로서 만들어지는 것이 바람직하다.

상술된 회로는 다음과 같이 동작한다.

상기 글로 플러그를 가열하기 위하여, 상기 스위치(11)를 닫기 위한 신호가 상기 제어 및 평가 유니트(16)에 의해 인가된다. 이렇게 하여 상기 전원 전압()은 상기 글로 플러그에 존재한다. 전체 가열 시간 간격은 예를 들어 개개의, 짧은 성분 시간 간격들()로 나누어지고 상기 글로 플러그 상의 전압()과 그 전력 소비()는 탭들(13,14)에 의해 결정된다. 상기 성분 시간 간격()은 작을 수 있고 예를 들어 1㎳ 미만일 수 있다. 이러한 하나의 짧은 시간 간격() 내에 상기 글로 플러그에 의해 소비되는 전류()는 일정하게 유지된다. 상기 성분 시간 간격()에 공급되는 에너지()는로 결정될 수 있다.

그다음 전체적으로 공급되는 열 에너지가 짧은 성분 시간 간격들()에서 상기 개개의 열 에너지들을 합산함으로써 획득된다.

열 에너지의 공급은 예를 들어 10개의 시간 간격들()로 나누어지는 상기 전체 가열 시간 간격과 모든 10개의 시간 간격들()에서가 아니라 10개의 시간 간격들 중 단지 3개의 시간 간격들에서 닫히는 스위치(11)에 의해 제어될 수 있어서, 시간 간격 당 일정한 에너지 공급에서 상기 글로 플러그는 최대 가능한 열 에너지의 단지 30%만이 공급되도록 한다. 즉, 상기 글로 플러그를 가열하기 위하여 각 성분 시간 간격에 공급되는 열 에너지의 성분 양이 결정되고 합산되며, 상기 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하는데 필요한 상기 요구되는 소정의 총 열 에너지가 도달될 때까지 상기 스위치(11)는 닫힌채 남는다.

본 발명에서 청구되는 바와 같은 상기 방법에서 그리고 본 발명에서 청구되는 바와 같은 회로에서, 예를 들어 상기 가열 시간 및/또는 가열 에너지의 공급 형태의 대응적인 선택은 열 에너지가 공급될 때 일어나는 열 출력에 의해 상기 글로 플러그에 대한 손상을 막는다는 것은 말할 것도 없다.

상기 목적을 위하여, 상기 글로 플러그의 글로 튜브에서의 가열 요소, 예를 들어 상기 가열 나선 및 제어 나선의 최대 온도의 규정된 한계값이 제공되는데, 상기 최대 온도의 한계값은 그것의 용융점을 초과하지 않는다. 상기 글로 튜브내에 상기 가열 요소의 배치와 상기 글로 튜브에의 상기 가열 요소의 내장은, 급한 가열 동안 상기 가열 요소의 온도가 상기 글로 튜브의 온도에 비해 더욱 더 빨리 상승하는 열 저역통과를 나타내는 하나의 가능한 실시예이다. 급한 가열시 에너지 공급은, 상기 가열 요소의 온도가 상기 규정된 경계값을 절대로 초과하지 않도록 제어된다. 상기 글로 플러그의 저역통과 행동은 그 구조에 의해 지시된다. 이렇게 하여 급한 가열시 상기 가열 요소의 과열을 방지하는 에너지-시간 또는 전력-시간 프로파일이 확립될 수 있다.

본 발명에 의한 글로 플러그를 가열하기 위한 방법 및 회로는, 매우 짧은 시간 간격내에 비교적 고온까지의 가열이 달성될 수 있다.

Claims

내연 엔진에서 주어진 장치의 주어진 글로 플러그 형태의 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하기 위한 방법에 있어서, 소정 온도까지 가열하는데 필요한 열 에너지가 상기 주어진 장치의 각 글로 플러그 형태의 파라미터들과 초기 온도로부터 결정되고 상기 글로 플러그에 공급되는 것을 특징으로 하는 글로 플러그 가열 방법.
제1항에 있어서, 상기 결정된 열 에너지는 선택된 가열 시간 간격내에 상기 글로 플러그에 공급되는 것을 특징으로 하는 글로 플러그 가열 방법.
제2항에 있어서, 상기 가열 시간 간격은 성분 시간 간격들로 나누어지고 상기 각 성분 시간 간격들에서 상기 글로 플러그에 전송되는 상기 열 에너지가 결정되고 합산되는 것을 특징으로 하는 글로 플러그 가열 방법.
내연 엔진에서 주어진 장치의 주어진 글로 플러그 형태의 글로 플러그를 소정 온도까지 가열하기 위한 회로에 있어서,

직렬로 연결되고 그것을 거쳐 전원 전압이 상기 글로 플러그 상에 존재하는 스위치(11)와 측정 저항(12); 및

상기 전압이 상기 측정 저항(12)을 통해 존재하고, 거기서부터 상기 글로 플러그에 공급되는 상기 열 에너지를 결정하는 전압이 상기 글로 플러그 상에 존재하며, 상기 요구되는 열 에너지가 선택된 가열 시간 간격내에 상기 글로 플러그에 공급되도록 출력 신호(15)를 통해 상기 스위치(11)를 제어하는 전자 제어 및 평가 유니트(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그 가열 회로.