KR20030027745A - 전기 가열 요소, 특히 내연 기관용 글로우 플러그를가열하는 방법 - Google Patents

Abstract

전기 가열 요소, 예를 들면 내연 기관용 글로우 플러그를 최초 온도로부터 작동 온도로 가열하는 방법이 개시된다. 최초 온도가 근거로서 정상적으로 취해진 설정 온도 이상인 경우에 가열 요소가 과열되는 것을 방지하기 위하여, 가열 요소의 실질적인 최초 온도가 처음에 정해지고, 그리고 결정된 최초 온도의 레벨에 따른 전력량이 가열 요소에 공급된다. 이러한 방식으로, 보다 높은 최초 온도에서의 전력 공급량이 감소되며, 따라서 손상이 발생될 수 있는 온도로 가열 요소가 과열되는 것이 방지된다.

Description

전기 가열 요소, 특히 내연 기관용 글로우 플러그를 가열하는 방법{A method for heating up an electrical heating element, in particular a glow plug for an internal combustion engine}

본 발명은 특히 내연 기관용 글로우 플러그(glow plug)와 같은 전기 가열 요소를 최초 온도로부터 작동 온도로 가열하는 방법에 관한 것이다.

예를 들면, 강철 또는 세라믹 디자인의 글로우 플러그와 같은 전기 가열 요소, 또는 히터 또는 가열 플랜지와 같은 다른 가열 요소를 작동 온도까지 급속히가열하기 위하여, 가열 요소는 항상 가열 요소의 작동 전압 또는 설정 전압에 걸쳐서 놓여있는 전압에서 제한된 시간동안 작동된다. 이러한 경우에, 가열 요소의 설정 전압은 가열 요소가 정지 상태에서 그것의 작동 변수에 도달하여 그것을 유지하는 전압이며, 특히 그것의 소망하거나 또는 필요로 하는 표면 온도에 도달하여 그것을 유지하는 전압이다. 일반적으로, 방출된 열적 동력은 정지 상태에서 소비된 전기 동력과 같다.

따라서, 보다 높은 동력이 제한된 시간 동안 가열 요소로 돌려진다는 점에서 가열 과정은 정지 작동 상태와 상이하다. 이것은 가열 요소가 질량을 가지며, 따라서 열적 캐패시턴스를 형성하기 때문에 필요하다. 이러한 열적 캐패시턴스는 가열 과정 동안에 채워져야 한다. 이것은 가열 과정 동안에 특정한 양의 에너지가 가열 요소에 공급되어야 하는 것을 필요로 한다. 가열 과정 동안에, 이러한 부가적인 에너지의 양은 가열 요소의 온도를 그것의 최초 온도로부터 작동 온도로 증가시킨다.

그러나, 만약 가열 요소의 디자인에 의해 정해지는 작동 온도가 너무 높다면, 그리고 가열 요소를 포함하는 재료의 용융점에 비해서 단지 약간의 온도 편차만이 존재한다면, 예를 들면, 글로우 플러그에 대한 작동 온도가 1200℃ 이고 용융점이 1400℃ 라면, 너무 많은 에너지가 가열 과정중에 공급되는 위험성이 있으며, 그에 의해서 가열 요소가 작동 온도를 초과하는 온도로 가열된다. 가열 요소의 용융점이 과정중에 도달된다면, 가열 요소는 파괴된다. 그러나, 가열 요소의 온도가 용융점 범위에 왔을 때, 즉, 도달된 가열 요소의 온도가 예를 들면 용융점 아래인 100 K 바로 아래에 있을 때 이미 가열 요소에 대한 손상이 항상 있게 된다.

상기에 설명된 문제점, 즉, 가열 과정 동안에 너무 많은 에너지가 가열 요소에 공급되는 문제점은 가열 과정의 시작시에 가열 요소가 설정된 최초 온도에 있지 않고 오히려 그보다 높지만 작동 온도보다는 아래인 온도에 있었기 때문에 야기될 수 있다. 가열에 필요한 에너지는 작동 온도와 개시 온도 사이의 온도 편차에 의존하기 때문에, 너무 많은 에너지가 가열 요소에 공급되고, 따라서 가열 요소는 작동 온도를 초과하는 온도로 가게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 가열 요소가 과열되는 것을 방지하도록, 즉, 가열 요소가 손상되거나 또는 심지어는 파괴되는 온도인, 가열 요소의 작동 온도를 넘는 온도로 가열되는 것을 방지하도록 처음에 언급된 바와 같은 방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 가열 요소에 가해지는 전압과, 시간의 함수로서의 가열 요소의 온도에 대한 다이아그램이다.

도 2 는 전기적인 가열 요소를 가열하기 위한 전기 회로의 회로 다이아그램이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

1. 가열 요소 2. 스위치

3. 측정 저항기 7. 마이크로 프로세서

이러한 목적은 본 발명에 따라서 가열 요소의 개시 온도를 정하고 그리고 가열 목적을 위하여 가열 요소에 전기 에너지를 공급함으로써 달성되는데, 상기 전기 에너지의 레벨은 정해진 개시 온도에 따른다.

따라서, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 가열 요소의 최초 온도가 정해지며, 따라서 온도 편차가 극복되고, 그에 따라 가열 요소를 정해진 최초 온도로부터 작동 온도로 가져가는데 필요한 전기 에너지는 주어진 작동 온도를 이용하여 정해질 수 있다. 이것은 과열을 배제시킬 수 있다.

청구 범위 제 2 항 내지 제 4 항은 본 발명에 따른 방법의 바람직한 구성및, 다른 전개에 관한 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 특히 바람직한 구현예를 설명하도록 아래에 사용될 것이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 정지 상태에서 가열 요소에 가해지는 전압(U_B1)보다 높은 전압(U_B2)이, 전기 가열 요소를 특정한 시간(t_A)동안 가열할 때 정상적으로 가열 요소에 적용된다.

도 1에서 부가적으로 도시된 바로서, 최초 온도가 T₀₁을 초과하는 경우에, 예를 들면 T₀₂와 같은 경우에, 가열 요소는 같은 레벨의 공급 전기 동력에서 작동 온도(T_B)를 넘게 위치하는 온도(T_S)로 가열된다. 이러한 온도가 가열 요소 재료의 용융점에 근접하게 놓이거나, 또는 심지어는 용융점에 도달한다면, 가열 요소는 손상되거나 또는 파손된다.

본 발명에 따른 방법에서는, 가열 요소의 최초 온도를 결정하고, 그리고 가열 요소에 가열 목적을 위한 전력을 공급하며, 전력의 레벨이 정해진 최초 온도에 따르게 함으로써 위와 같은 점이 방지된다. 따라서, 예를 들면, T₀₂의 최초 온도가 결정되었을 때, 최초 온도가 T₀₁로 측정되었을 경우보다 낮은 양의 전기 동력이 가열 요소에 공급된다. 결과적으로, 최초 온도(T₀₂)가 온도 (T₀₁) 이상일 때 조차도, 온도는 가열 과정 동안에 단지 작동 온도(T_B)로 증가된다.

특히, 이것은 가열 요소를 그것의 정해진 최초 온도로부터 작동 온도로 가열하려면, 가열 요소는 정해진 시간 동안 보다 높은 작동 전압(U_B2)에서 작동되고, 그 이후에는 전압이 작동 전압(U_B1)으로 상기 주기 이후에 감소되는 것을 의미한다. 이러한 경우에, 가열 요소가 보다 높은 작동 전압(U_B2)에서 작동되는 시간은 정해진 최초 온도의 함수로서 정해진다. 즉, 보다 높은 최초 온도(T₀₂)에서의 전압(U_B2)은, 만약 최초 온도가 설정 온도(T₀₁)와 같다면 상기 전압이 적용되는 시간보다 짧은 주기 동안에만 제공된다. 따라서, 보다 높은 전압(U_B2)이 적용되는 시간은 가열 요소의 열적 과부하를 방지하는 식으로 선택된다.

가열 목적으로 가열 요소에 제공되는 전력의 양을 전압(U_B2)의 적절한 레벨을 선택함으로써 최초 온도의 함수로서 정하는 것도 기본적으로 가능하다.

차량의 전기 시스템 전압을, 예를 들면 글로우 플러그용의 보다 높은 전압(U_B2)으로서 선택하고, 그리고 상기 전압 아래에 놓인 작동 전압(U_B1)을 클록킹(clocking)에 의해서, 예를 들면 전압(U_B2)을 펄스 폭 변조시켜서 발생시킴으로써 두 개의 전압(U_B1,U_B2)이 달성될 수 있다. 이것은 작용 전압, 즉, 가열 요소상의 유효 전압을 U_B2로부터 U_B1으로 효과적으로 감소시킨다.

도 2 는 본 발명에 따른 방법을 수행하는 회로 구성의 회로 다이아그램을 도시한다. 도 2 는 전기 가열 시스템(1)을 도시한다. 대부분의 모든 전기 가열 요소들은 물리적인 특성에 기초한 온도 의존 저항을 가지는데, 예를 들면 그들의 재료및/또는 그들의 내부 구조의 저항 온도 계수와 같은 것이다. 이것은 금속성의 히터, 히터와 제어 코일을 가진 글로우 플러그, 냉 가열 요소 PTC(cold heating elements PTC)를 가지는 히터 및, 유사한 전기 가열 요소들에 적용된다.

가열 요소(1)의 최초 온도를 결정하기 위하여, 그것의 전기적인 저항(R_T)은 가열 과정 이전에 결정되며, 그것으로부터 가열 요소 재료의 온도 계수를 통해서 최초 온도가 정해진다. 전기 저항(R_T)을 결정하도록, 가열 요소의 전류(I_K) 및, 전압(U_K)이 측정되며, 저항(R_T)이 그로부터 계산된다.

도 2 에 도시된 회로 구성은 측정 저항기(3)의 양쪽에서 전압 탭(4,5)에 연결된 아날로그/디지탈 콘버터를 가진 마이크로프로세서(7)를 더 구비하는데, 이것은 스위치(2)를 통해서 가열 요소(1)와 연결된다. 마이크로프로세서(7)는 제어 신호(6)를 스위치(2)에 적용하는데, 이것은 스위치를 개폐한다. 작동 전압(U_B)은 측정 저항기(3)에 적용된다.

본 발명은 내연 기관의 연소기 플러그에서 글로우 플러그등이 장시간 사용시에 손상되는 위험을 방지하는 효과 및, 기타 다른 여러 가지 효과가 있다.

Claims (4)

1. 전기 가열 요소, 특히 내연 기관용 글로우 플러그를 최초 온도로부터 작동 온도로 가열하는 방법에 있어서,

   가열 요소의 최초 온도가 정해지고, 전력은 가열 목적을 위해 가열 요소에 공급되며, 전력의 레벨은 정해진 최초의 온도에 따르는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   일정한 전력이 최초 온도에 따른 시간의 주기에 걸쳐서 가열 요소에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   최초 온도에 따른 전력은 일정한 시간의 주기에 걸쳐 가열 요소에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 전기한 항들중 한 항에 있어서,

   전압은 작동 전압의 이하로 가열 요소에 적용되며, 이것은 작동 온도가 도달된 이후에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.