WO2011144393A1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung der temperaturtoleranz von glühstiftkerzen - Google Patents

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glow
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Sascha Joos
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02P19/027—Safety devices, e.g. for diagnosing the glow plugs or the related circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the temperature tolerance of glow plugs. Furthermore, the invention relates to a device for reducing the temperature tolerance of glow plugs.
  • a self-igniting internal combustion engine requires a starting aid.
  • the starting aid is required to start the internal combustion engine.
  • glow plugs are used, which are each installed in the cylinder head and protrude into the combustion chamber.
  • the glow plugs usually include a glow plug, which offers a hot spot to the fuel-air mixture to be ignited, at which the fuel-air mixture can ignite.
  • the glow plug comprises a designed as an electrical resistance heating element. A voltage is applied to the heating element, so that a current flows through the heating element, which heats the glow plug to a defined temperature. This temperature is chosen so that it is sufficient to ignite the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the temperature of the glow plug is determined by the applied voltage and the cooling of the glow plug by the running internal combustion engine. Depending on the engine condition, the temperature can be adjusted by the amount of voltage applied.
  • the glow system including glow plug, control unit and software, must be adapted.
  • the temperature to which the glow plug of a glow plug is heated is usually in the range of 800 to 1300 ° C.
  • glow plugs have a production-related temperature tolerance. This is generally around +/- 50 ° C.
  • the temperature differences of the individual glow plugs which result from the temperature tolerance in manufacturing, lead to a negative impact on the combustion behavior in the cold start and the emission mode.
  • the service life of individual glow plugs is reduced by temperature deviations.
  • the method according to the invention for reducing the temperature tolerance of glow plugs comprises the following steps:
  • At least one temperature class comprises a temperature range above a set temperature range, at least one temperature class a temperature range below the set temperature range and / or a temperature class the set temperature range,
  • the temperature tolerance of the glow plugs can be reduced.
  • the method takes account of the tolerance chain, including the wiring harness, contact resistors and glow plug.
  • Another advantage is that the process can be performed on the internal combustion engine during operation, so that no external adjustment is necessary. This also has the advantage that a regular monitoring of the temperature tolerances can take place.
  • the invention also includes a device for reducing the temperature tolerance of glow plugs comprising means for classifying the glow plugs in at least two temperature classes, wherein at least one temperature class comprises a temperature range above a desired temperature range, at least one temperature class a temperature range below the desired temperature range and / or a temperature class the setpoint temperature range, as well as means for adjusting the control voltage of the glow plugs in dependence on the temperature class, which was assigned the glow plug.
  • a Glühzeit tenutex is preferably used, as it is already used in internal combustion engines.
  • the current, voltage and activation time are measured for classification of the glow plug candles and features for classification are calculated therefrom.
  • characteristics for the classification for example, power, resistance, energy and time constant T 6 3, T 10 o are calculated.
  • the time constant takes into account the change with time of the temperature or the resistance of the plug when the drive voltage changes (voltage jump).
  • Power, resistance, E and T 6 3 and T 10 o can be determined from current, voltage and activation time already with currently used glow time control devices. This allows a simple adaptation of the method according to the invention to already existing systems. Another advantage is that without much equipment expense a classification of the glow plugs can be performed.
  • the characteristics for classification for example power, resistance, E and T 6 3, T 10 o are compared with predetermined reference values.
  • the predetermined reference values are in a first embodiment, reference values that are specified from the outside and are stored in Glühzeit Kunststoffière or other device for calculating the characteristics for classification.
  • the features of the individual glow plugs of the internal combustion engine are compared. For example, if the characteristics of a glow plug differ significantly from the characteristics of the other glow plugs of the internal combustion engine in this case, this glow plug is classified in the temperature class above the target temperature range or in the temperature class below the target temperature range depending on how the features differ. In the temperature class, which includes the temperature range above the set temperature range, the glow plug is classified, for example, when it converts compared to the other glow plugs with the same drive voltage significantly more power. Accordingly, a glow plug, which converts less power at the same drive voltage relative to the other glow plugs of the internal combustion engine into the temperature class, which covers the temperature range below the target temperature range.
  • the characteristics of all the glow plugs of the internal combustion engine for classification are compared with each other, being set as the target range, a range in which in more than three glow plugs the features of at least two glow plugs fall and with three glow plugs the characteristics, which determine a middle temperature.
  • diagnostic limits are, for example, resistors that are far outside the possible production tolerance range.
  • the resistance can be extremely high, that is, significantly greater than a possible tolerance value and, in the limit, go to infinity, which indicates an interrupted heater line.
  • the resistance can have a very small value, which in the limit case approaches 0 ohms, which indicates a short-circuit.
  • tolerances from the production or the installation arrangement of the glow plugs within the internal combustion engine can also be taken into account in order to take into account the probability of whether the glow plug is a hot or hot a cold glow plug is and in the temperature class, which is the temperature range above the target temperature range or in the temperature class, which covers the temperature range below the target temperature range is classified.
  • the control voltage is lowered for the glow plugs associated with a temperature class covering the temperature range above the setpoint temperature range, and for the glow plugs associated with a temperature class comprising a temperature range below the setpoint temperature range Drive voltage increased.
  • the control voltage is not corrected. Increasing the drive voltage causes the glow plug to produce more power and the temperature of the glow plug increases. Accordingly, the glow plug at a reduced drive voltage to less power and the glow plug heats to a lower temperature.
  • the glow plug By correcting the drive voltage, the glow plugs, the temperature class, which includes a temperature range below the target temperature range or the temperature class, which includes a temperature range o- above the target temperature range, in a target temperature tolerance band, which usually corresponds to the target temperature range, brought.
  • the method according to the invention for classifying the glow plugs and the adaptation is preferably carried out during the standstill of the vehicle when the ignition is activated or after switching off the ignition when the control unit is in the caster.
  • the glow plugs must each be controlled individually.
  • the characteristics for classification are first compared with predetermined reference values in order to classify the glow plugs, and then the characteristics of all the glow plugs of the internal combustion engine are compared for classification with each other for verification, wherein a setpoint range is set in which more than three glow plugs the characteristics of at least two glow plugs fall and three glow plugs the characteristics, which set an average temperature.
  • a setpoint range is set in which more than three glow plugs the characteristics of at least two glow plugs fall and three glow plugs the characteristics, which set an average temperature.
  • the glow behavior or the combustion behavior of the internal combustion engine is improved. This leads to a combustion stability during cold start and to a reduction of hydrocarbon and carbon monoxide emissions.
  • Another advantage of the method according to the invention is that the adjustment of the temperature tolerance of the glow plugs can be carried out without additional equipment and without additional equipment. It is also possible, by adjusting the temperature tolerance of the glow plugs directly in the internal combustion engine to use glow plugs with a larger temperature tolerance band from the production, so that a lower reject rate arises during manufacture.
  • the inventive method has the advantage that by adjusting the temperature tolerance of the glow plugs on the one hand, the specified annealing temperature can be better maintained in the motor vehicle and on the other hand, the annealing temperature can be increased or the Glühmannkerzenlebens- duration can be extended in the internal combustion engine.
  • the single figure shows voltage, temperature, and resistance curves as a function of time.
  • Describe behavior and steady-state behavior of the glow plug This is for example, it is possible to control the glow plug in a combustion engine of a motor vehicle at standstill of the motor vehicle and thus in quiet ambient air with a predetermined drive voltage to determine the characteristics of the glow plug. Voltage and current are measured over the entire period of classification and the recording of the temperature tolerance of the glow plug, and characteristic values are calculated at predetermined time stamps.
  • the calculated characteristic values are, for example, the resistance of the glow plug, the power of the glow plug, time constants T 6 3, that is to say the time until 63% of the target value or target value is reached, the time being determined by means of timers in the control unit, the time to reach a certain level of resistance as well as gradients dT / dR.
  • an initial resistance R 0 is determined at a start time 1.
  • the drive voltage is raised to a first value 3.
  • the temperature rises 5 of the glow plug and the resistor 7 also increases due to the rising temperature.
  • the first value 3 for the drive voltage is higher than the subsequent drive voltage of the glow plug.
  • a first temperature maximum 9 and a first resistance maximum 1 1 have been established.
  • the voltage is lowered to a second value 13.
  • the time at which the drive voltage is lowered to the second value 13 is determined by wherein U is the driving voltage, t is the time, and E thr is the energy threshold which is defined such that the glow plug, the permissible maximum temperature in the rapid heat-up phase (pushing, U pU sh>> Unominai) does not exceed.
  • both resistor 7 and temperature 5 decrease.
  • For the resistor 7 results in a local minimum 15. This is calculated.
  • the voltage is raised to a third value.
  • the third value 17 of the drive voltage is higher than the second value 13 and lower than the first value 3.
  • Usual values for the drive voltage are, for example, for the first value 1 1 V, for the second value 3.0 or 5.5 V. and for the third value 5 V, 7 V or 7.5 V. In general, the first value for the drive voltage in the range of 9 to 13 V, the second value for the
  • the glow plug is divided into a temperature class.
  • a temperature class comprising a temperature range above a setpoint temperature range, a temperature class comprising a temperature range below the setpoint temperature range and a temperature class the setpoint temperature range.
  • a comparison of the measured values with stored values can be stored, for example, in a glow time control device.
  • the division of the glow plugs is carried out, for example, according to the following criteria:
  • 1 means an assignment into the temperature class comprising the temperature range above the target temperature range, -1 the temperature class including the temperature range below the target temperature range, and 0 the temperature class comprising the target temperature range.
  • R 0 cold resistance of the candle
  • resistance when switching on the glow plug Ro owe- lower limit for the cold resistance, so that the candle can be classified as a nominal candle based on this criterion.
  • Ro.u an upper limit for the cold resistance, so that the candle can be classified as a nominal candle based on this criterion.
  • t time from candle energization to maximum resistance (time from point 1 to 1 1)
  • 0wer upper limit for the time so that the candle can be classified by this criterion as a nominal candle
  • tu one lower limit for the time so that the candle can be classified by this criterion as a nominal candle.
  • R ushmax maximum resistance after pushing (fast heating), i. Resistance after application of the high voltage point 3 of e.g. 1 1V.
  • RpostMin minimal resistance after pushing and applying a lower voltage of e.g. 5.5V (item 13)
  • Time constant is reached to 63% or 100% of the stationary resistance when applying a voltage of eg 5.5V.
  • Time difference (At t (5.5V) - t (R pos tmin)) from Rp 0S tMin to reaching 63% or 100% of R (5.5V).
  • R resistance (calculated from measured voltage U and current I) between t- 1 and t 2 ; the resistance of the candle is stationary and represents a steady temperature value of the candle.
  • the power P can be determined in this phase C7:
  • Time constant up to 63% or 100% of the stationary resistance when applying a voltage of eg 7.4V is reached.
  • the reference temperatures for the reference voltage are stored in the control unit.
  • R 6 o-Ro resistance difference between stationary end value (R 6 o corresponds to the resistance R of C6_1 and the resistance R of C8_1) in the time range t "i ⁇ t ⁇ t.2 or for t> t 2 and cold resistance R 0 (C1).
  • the individual classifications are each multiplied by a weighting factor and added together. If the value so determined is greater than an upper predetermined value, the glow plug is assigned to the temperature class that is above the set temperature range; if the particular value is less than a lower predetermined limit, the glow plug is assigned to the temperature class that is below the temperature range Target temperature range includes, and if the value is between the upper and the lower limit, the temperature class, which includes the target temperature range.
  • the drive voltage is increased, and if the glow plug is assigned to the temperature class that includes the temperature range above the set temperature range, the drive voltage is reduced.
  • the voltage is also changed, but not "flat rate" with a fixed constant correction voltage, but in such a way that sets a required resistance.
  • the voltage is varied until a desired temperature and thus a certain Resistor adjusts the glow plug. For example, if the resistance is too low, more power will be converted and the candle is too hot. In this case, the voltage is reduced until a required resistance is reached.
  • Glow plugs, central glow plugs and hot glow plugs In further use each glow plugs from the same group are then installed in an internal combustion engine.
  • the temperature ranges in which the glow plugs are classified during production are generally greater than the desired temperature tolerance for the internal combustion engine.
  • glow plugs from different temperature classes are also installed in an internal combustion engine.
  • the temperature tolerance can be adjusted, for example, by adjusting the drive voltage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen, bei dem in einem ersten Schritt die Glühstiftkerzen einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine mindestens zwei Temperaturklassen klassifiziert werden, wobei mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich oberhalb eines Solltemperaturbereichs umfasst, mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs und/oder eine Temperaturklasse den Solltemperaturbereich. In einem zweiten Schritt wird die Ansteuerspannung von Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die einen Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, abgesenkt und die Ansteuerspannung von Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, erhöht. Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Reduzierung der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen.
Bei niedrigen Temperaturen benötigt eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine eine Zündhilfe. Insbesondere wird die Zündhilfe zum Starten der Verbrennungskraftmaschine benötigt. Hierzu werden Glühstiftkerzen eingesetzt, die jeweils im Zylinderkopf eingebaut sind und in den Brennraum hineinragen.
Die Glühstiftkerzen umfassen üblicherweise einen Glühstift, der dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch eine heiße Stelle anbietet, an der sich das Kraftstoff- Luft-Gemisch entzünden kann. Bei üblicherweise eingesetzten Glühstiftkerzen umfasst der Glühstift ein als elektrischer Widerstand ausgebildetes Heizelement. An das Heizelement wird eine Spannung angelegt, so dass durch das Heizelement ein Strom fließt, der den Glühstift auf eine definierte Temperatur aufheizt. Diese Temperatur wird so gewählt, dass sie ausreichend ist, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zu zünden. Die Temperatur des Glühstiftes ergibt sich durch die angelegte Spannung und die Kühlung des Glühstiftes durch die laufende Verbrennungskraftmaschine. Je nach Motorzustand kann die Temperatur durch die Höhe der angelegten Spannung eingestellt werden. Damit während des Starts der Verbrennungskraftmaschine und in der Warmlaufphase der Glühstift die richtige Temperatur hat, muss das Glühsystem, umfassend Glühstiftkerze, Steuergerät und Software angepasst werden. Die Temperatur, auf die der Glühstift einer Glühstiftkerze aufgeheizt wird liegt üblicherweise im Bereich von 800 bis 1300°C. Im Allgemeinen weisen Glühstiftkerzen eine fertigungsbedingte Temperaturtoleranz auf. Diese liegt im Allgemeinen bei ungefähr +/-50°C. Die Temperaturunterschiede der einzelnen Glühstiftkerzen, die sich durch die Temperaturtoleranz bei der Fertigung ergeben, führen jedoch zu einer negativen Beeinflussung des Verbrennungsverhaltens im Kaltstart und dem Emissionsbetrieb. Zudem wird die Lebensdauer einzelner Glühstiftkerzen durch Temperaturabweichungen reduziert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduzierung der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen umfasst folgende Schritte:
(a) Klassifizieren der Glühstiftkerzen einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine in mindestens zwei Temperaturklassen wobei mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich oberhalb eines Solltemperaturbereichs umfasst, mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs und/oder eine Temperaturklasse den Solltemperaturbereich,
(b) Absenken der Ansteuerspannung von Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die einen Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs umfasst und Erhöhen der Ansteuerspannung von Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die Temperaturtoleranz der Glühstiftkerzen reduzieren. Insbesondere wird durch das Verfahren die Toleranzkette, umfassend Kabelbaum, Kontaktwiderstände und Glühstiftkerze, berücksichtigt. Durch die Reduzierung der Temperaturtoleranz kann ein besseres Verhalten im Kaltstart erzielt werden und der Emissionsbetrieb verbessert werden. Zudem lässt sich eine längere Lebensdauer der Glühstiftkerze erreichen. Durch die Verbesserung des Glühverhaltens und des Verbrennungsverhaltens wird die Verbrennungsstabilität beim Kaltstart erhöht und es werden die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen verringert.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren an der Verbrennungskraftmaschine im laufenden Betrieb durchgeführt werden kann, so dass keine externe Einstellung notwendig ist. Dies hat zudem den Vorteil, dass eine regelmäßige Überwachung der Temperaturtoleranzen erfolgen kann.
Um das Verfahren durchzuführen umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Reduktion der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen, umfassend Mittel zum Klassifizieren der Glühstiftkerzen in mindestens zwei Temperaturklassen, wobei mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich oberhalb eines Solltemperaturbereichs umfasst, mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs und/oder eine Temperaturklasse den Solltemperaturbereich, sowie Mittel zum Anpassen der Ansteuerspannung der Glühstiftkerzen in Abhängigkeit von der Temperaturklasse, der die Glühstiftkerze zugeordnet wurde.
Als Mittel zum Klassifizieren der Glühstiftkerzen und Mittel zum Anpassen der Ansteuerspannung der Glühstiftkerzen wird vorzugsweise ein Glühzeitsteuergerät eingesetzt, wie es bereits derzeit in Verbrennungskraftmaschinen verwendet wird.
Dies ermöglicht es auch, das erfindungsgemäße Verfahren an Verbrennungskraftmaschinen zu adaptieren, die bereits betrieben werden.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung werden zur Klassifizierung der Glüh- stiftkerzen Strom, Spannung und Ansteuerzeit gemessen und daraus Merkmale zur Klassifizierung berechnet. Als Merkmale zur Klassifizierung werden zum Beispiel Leistung, Widerstand, Energie und Zeitkonstante T63, T10o berechnet. Die Zeitkonstante berücksichtigt die zeitliche Änderung der Temperatur respektive den Widerstand der Kerze bei Änderung der Ansteuerspannung (Spannungs- sprung). Leistung, Widerstand, E und T63 und T10o können aus Strom, Spannung und Ansteuerzeit bereits mit derzeit eingesetzten Glühzeitsteuergeräten bestimmt werden. Dies erlaubt eine einfache Adaption des erfindungsgemäßen Verfahrens auch an bereits bestehende Systeme. Ein weiterer Vorteil ist, dass ohne großen apparativen Aufwand eine Klassifizierung der Glühstiftkerzen durchgeführt werden kann. Um die Glühstiftkerzen zu klassifizieren werden die Merkmale zur Klassifizierung, beispielsweise Leistung, Widerstand, E und T63, T10o mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen. Die vorgegebenen Referenzwerte sind dabei in einer ersten Ausführungsform Referenzwerte, die von außen vorgegeben werden und im Glühzeitsteuergerät oder einer anderen Vorrichtung zur Berechnung der Merkmale zur Klassifizierung abgelegt sind.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Merkmale der einzelnen Glühstiftkerzen der Verbrennungskraftmaschine miteinander verglichen. Wenn sich in diesem Fall zum Beispiel die Merkmale einer Glühstiftkerze signifikant von den Merkmalen der anderen Glühstiftkerzen der Verbrennungskraftmaschine unterscheiden, so wird diese Glühstiftkerze je nachdem, wie sich die Merkmale unterscheiden, in die Temperaturklasse oberhalb des Solltemperaturbereichs oder in die Temperaturklasse unterhalb des Solltemperaturbereichs klassifiziert. In die Temperaturklasse, die den Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, wird die Glühstiftkerze zum Beispiel dann klassifiziert, wenn diese im Vergleich zu den anderen Glühstiftkerzen bei gleicher Ansteuerspannung deutlich mehr Leistung umsetzt. Entsprechend wird eine Glühstiftkerze, die bei gleicher Ansteuerspannung relativ zu den anderen Glühstiftkerzen der Verbrennungskraftmaschine weniger Leistung umsetzt in die Temperaturklasse eingeteilt, die den Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs abdeckt. Um die Glühstiftkerzen in diesem Fall jeweils in die Temperaturklassen einteilen zu können, ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Merkmale aller Glühstiftkerzen der Verbrennungskraftmaschine zur Klassifizierung miteinander verglichen werden, wobei als Sollwertbereich ein Bereich festgelegt wird, in den bei mehr als drei Glühstiftkerzen die Merkmale von mindestens zwei Glühstiftkerzen fallen und bei drei Glühstiftkerzen die Merkmale, die eine mittlere Temperatur festlegen.
Darüber hinaus kann bei Uber- oder Unterschreitung von Diagnosegrenzwerten die Kerze als defekt erkannt werden, wobei in diesem Fall keine Spannungsan- passung durchgeführt wird. Diagnosegrenzwerte sind z.B. Widerstände die weit außerhalb des möglichen Fertigungstoleranzbandes liegen. So kann zum Beispiel der Widerstand extrem hoch sein, das heißt deutlich größer als ein möglicher Toleranzwert und im Grenzfall gegen unendlich gehen, was auf eine unter- brochene Heizerleitung hinweist. Weiterhin kann der Widerstand einen sehr kleinen Wert aufweisen, der im Grenzfall gegen 0 Ohm geht, was auf einen Kurz- schluss hinweist.
Neben den Merkmalen, die aus den gemessenen Größen, beispielsweise Strom, Spannung und Ansteuerzeit, berechnet werden, können auch Toleranzangaben aus der Fertigung bzw. der Einbauanordnung der Glühstiftkerzen innerhalb der Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu berücksichtigen, ob die Glühstiftkerze eine heiße oder eine kalte Glühstiftkerze ist und dazu in die Temperaturklasse, die den Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs oder in die Temperaturklasse, die den Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs abdeckt, zu klassifizieren ist.
Nach der Klassifizierung der Glühstiftkerzen in die Temperaturklassen wird für die Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die den Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs abdeckt, die Ansteuerspannung abgesenkt und für die Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, die Ansteuerspannung erhöht. Bei Glühstiftkerzen, die in die Temperaturklasse fallen, die den Solltemperaturbereich umfasst, wird die An- Steuerspannung nicht korrigiert. Durch das Erhöhen der Ansteuerspannung setzt die Glühstiftkerze mehr Leistung um und die Temperatur der Glühstiftkerze steigt. Entsprechend setzt die Glühstiftkerze bei einer reduzierten Ansteuerspannung weniger Leistung um und die Glühstiftkerze heizt auf eine niedrigere Temperatur. Insbesondere bei mehr als nur einer Temperaturklasse, die jeweils die Temperaturbereiche oberhalb des Solltemperaturbereichs und unterhalb des
Solltemperaturbereichs umfassen, kann anhand der Temperaturklasse, in die die Glühstiftkerze eingeteilt wurde auch eine unterschiedliche Erhöhung oder Absenkung der Ansteuerspannung realisiert werden. Je stärker die Temperatur von der Solltemperatur abweicht umso stärker erfolgt in diesem Fall die Änderung der Ansteuerspannung. Durch die Korrektur der Ansteuerspannung können die Glühstiftkerzen, die der Temperaturklasse, die einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst bzw. die der Temperaturklasse, die einen Temperaturbereich o- berhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, in ein Zieltemperaturtoleranzband, das üblicherweise dem Solltemperaturbereich entspricht, gebracht werden. Die
Zieltemperaturtoleranz liegt dabei vorzugsweise bei einer Temperaturabweichung von einer Solltemperatur von ΔΤ = 25°C. Für den Solltemperaturbereich bedeutet dies, dass dieser zwischen minimaler und maximaler Temperatur eine Temperaturdifferenz von 50°C umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Klassifizierung der Glühstiftkerzen und der Anpassung wird vorzugsweise während des Stillstands des Fahrzeugs bei aktivierter Zündung oder nach Ausschalten der Zündung, wenn sich das Steuergerät im Nachlauf befindet, durchgeführt. Alternativ ist es zum Beispiel auch möglich, die Messung im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine durchzuführen, da hier eine konstante Drehzahl und Einspritzmenge und damit ein stationärer Betriebspunkt vorliegt. Bei der Messung müssen die Glühstiftkerzen jeweils einzeln angesteuert werden. Durch die Durchführung des Verfahrens bei Stillstand des Fahrzeugs, beispielsweise unmittelbar nach dem Starten der Verbrennungs- kraftmaschine bzw. zum Beispiel bei einem Ampelstopp wird sichergestellt, dass nicht während der Fahrt durch die Einstellung der Glühstiftkerzen Änderungen in der Leistung des Motors auftreten. Zudem wird der Motor bei Stillstand des Fahrzeugs üblicherweise bei Leerlaufdrehzahl bewegt, so dass ein konstantes Drehzahlniveau zum Einstellen und Anpassen der Glühstiftkerzen vorliegt.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden zunächst die Merkmale zur Klassifizierung mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen, um die Glühstiftkerzen zu klassifizieren und anschließend werden zur Verifikation die Merkmale aller Glühstiftkerzen der Verbrennungskraftmaschine zur Klassifizierung miteinander verglichen, wobei als Sollwertbereich ein Bereich festgelegt wird, in den bei mehr als drei Glühstiftkerzen die Merkmale von mindestens zwei Glühstiftkerzen fallen und bei drei Glühstiftkerzen die Merkmale, die eine mittlere Temperatur festlegen. Durch den Vergleich mit vorgegebenen Referenzwerten und den Vergleich der Merkmale der Glühstiftkerzen untereinander wird eine zusätzliche Sicher- heitsstufe zur Anpassung der Ansteuerspannung bereitgestellt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen sowohl im gesteuerten als auch im geregelten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren. Durch die Reduktion der Temperaturtoleranz der Glühstiftkerzen wird das Glühverhalten bzw. das Verbrennungsver- halten der Verbrennungskraftmaschine verbessert. Dies führt zu einer Verbrennungsstabilität beim Kaltstart sowie zu einer Verringerung von Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Anpassung der Temperaturtoleranz der Glühstiftkerzen ohne zusätzlichen apparativen Aufwand und ohne zusätzliche Geräte durch- geführt werden kann. Auch ist es möglich, durch die Anpassung der Temperaturtoleranz der Glühstiftkerzen direkt in der Verbrennungskraftmaschine Glühstiftkerzen mit einem größeren Temperaturtoleranzband aus der Fertigung einzusetzen, so dass ein geringerer Ausschuss bei der Fertigung entsteht. Insbesondere hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass durch Einstellung der Temperaturtoleranz der Glühstiftkerzen zum einen die spezifizierte Glühtemperatur im Kraftfahrzeug besser eingehalten werden kann und zum anderen die Glühtemperatur erhöht werden kann bzw. die Glühstiftkerzenlebens- dauer in der Verbrennungskraftmaschine verlängert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Figur dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt Spannungs-, Temperatur-, und Widerstandsverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
Ausführungsbeispiel der Erfindung
In der einzigen Figur sind die Verläufe von Temperatur, Widerstand und Spannung in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.
Um Glühstiftkerzen zu klassifizieren, die außerhalb einer vorgegebenen Tempe- raturtoleranz liegen, werden zunächst Merkmale berechnet, die das dynamische
Verhalten und das stationäre Verhalten der Glühstiftkerze beschreiben. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, in einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bei Stillstand des Kraftfahrzeugs und damit bei ruhiger Umgebungsluft die Glühstiftkerze mit einer vorgegebenen Ansteuerspannung anzusteuern, um die Merkmale der Glühstiftkerze zu bestimmen. Über den gesamten Zeitraum der Klassifizierung und der Erfassung der Temperaturtoleranz der Glühstiftkerze werden Spannung und Strom gemessen und zu vorgegebenen Zeitstempeln werden charakteristische Werte berechnet. Die berechneten charakteristischen Werte sind zum Beispiel der Widerstand der Glühstiftkerze, die Leistung der Glühstiftkerze, Zeitkonstanten T63, das heißt, die Zeit bis 63% des Sollwertes, bzw. Zielwertes erreicht ist, wobei die Zeit wird mittels Timer im Steuergerät bestimmt wird, die Zeit, um ein bestimmtes Widerstandsniveau zu erzielen sowie Gradienten dT/dR.
Die Bestimmung der charakteristischen Merkmale für eine Glühstiftkerze ist zum Beispiel in Figur 1 dargestellt. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein Anfangswiderstand R0 zu einem Startzeitpunkt 1 bestimmt. Zum Startzeitpunkt wird die Ansteuerspannung auf einen ersten Wert 3 angehoben. Durch das Anheben der Ansteuerspannung auf den ersten Wert 3 steigt die Temperatur 5 der Glühstiftkerze und der Widerstand 7 nimmt aufgrund der steigenden Temperatur ebenfalls zu.
Um einen schnellen Temperaturanstieg der Glühstiftkerze zu erzielen, liegt der erste Wert 3 für die Ansteuerspannung höher als die spätere Ansteuerspannung der Glühstiftkerze. Am Ende des Startvorgangs zu einem Zeitpunkt t-ι haben sich ein erstes Temperaturmaximum 9 und ein erstes Widerstandsmaximum 1 1 eingestellt. Zum Zeitpunkt t-ι wird die Spannung auf einen zweiten Wert 13 abgesenkt. Der Zeitpunkt, zu dem die Ansteuerspannung auf den zweiten Wert 13 abgesenkt wird, bestimmt sich durch
Figure imgf000010_0001
worin U die Ansteuerspannung, t die Zeit und Ethres die Energieschwelle, die so definiert ist, dass die Glühstiftkerze das zulässige Temperaturmaximum in der schnellen Aufheizphase (Pushen, UpUsh> > Unominai) nicht überschreitet. Die Energie kann entweder nach Gleichung 1 bestimmt werden, d.h. mittels Integral von (U2/R), wobei in Gleichung 1 R=1 gilt, oder alternativ durch das Integral νοη(ΙΙ ) entsprechend Gleichung (2).
Figure imgf000011_0001
Nach dem Absenken der Ansteuerspannung auf den zweiten Wert 13 nehmen sowohl Widerstand 7 als auch Temperatur 5 ab. Für den Widerstand 7 ergibt sich ein lokales Minimum 15. Dieses wird berechnet. Nach einer vorgegebenen Zeit t2 wird die Spannung auf einen dritten Wert angehoben. Der dritte Wert 17 der Ansteuerspannung ist dabei höher als der zweite Wert 13 und niedriger als der erste Wert 3. Übliche Werte für die Ansteuerspannung sind zum Beispiel für den ersten Wert 1 1 V, für den zweiten Wert 3,0 oder 5,5 V und für den dritten Wert 5 V, 7 V oder 7,5 V. Im Allgemeinen liegt der erste Wert für die Ansteuerspannung im Bereich von 9 bis 13 V, der zweite Wert für die
Ansteuerspannung im Bereich von 2 bis 6 V und der dritte Wert für die Ansteuerspannung im Bereich von 4 bis 9 V.
Nach dem lokalen Minimum 15 des Widerstandes 7 steigt dieser wieder an. Hierbei stellt sich dann ein konstanter Wert 19 für den Widerstand ein. Der konstante Wert 19 wird bestimmt. Unmittelbar vor dem Anheben der Ansteuerspannung auf den dritten Wert wird der konstante Wert 19 erneut bestimmt. Nach dem Anheben der Ansteuerspannung auf den dritten Wert 17 wird erneut der Widerstand und damit auch die Leistung bestimmt. Zur Überprüfung, ob sich ein konstanter Widerstand bzw. eine konstante Leistung einstellt, wird am Ende des
Messvorganges erneut der Widerstand bestimmt.
Anhand der gemessenen und bestimmten Werte wird die Glühstiftkerze in eine Temperaturklasse eingeteilt. Üblicherweise werden hierzu drei Temperaturklas- sen verwendet, wobei eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich oberhalb eines Solltemperaturbereichs umfasst, eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs und eine Temperaturklasse den Solltemperaturbereich. Zur Einteilung der Glühstiftkerzen in eine der Temperaturklassen erfolgt ein Vergleich der gemessenen Werte mit abgespeicherten Werten. Die Werte können dabei zum Beispiel in einem Glühzeitsteuergerät abgelegt sein.
Die Einteilung der Glühstiftkerzen erfolgt dabei zum Beispiel nach folgenden Kriterien:
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000013_0001
In den vorstehenden Zuordnungen bedeutet 1 eine Zuordnung in die Temperaturklasse, die den Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, -1 die Temperaturklasse, die den Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst und 0 die Temperaturklasse, die den Solltemperaturbereich umfasst.
In den Zuordnungen bedeuten:
C1 :
R0: Kaltwiderstand der Kerze, Widerstand beim Einschalten der Glühstiftkerze Ro owei-: untere Grenze für den Kaltwiderstand, damit die Kerze anhand von diesem Kriterium als Nominalkerze eingeordnet werden kann.
Ro.u ei-: obere Grenze für den Kaltwiderstand, damit die Kerze anhand von diesem Kriterium als Nominalkerze eingeordnet werden kann.
C2 :
t: Zeit von Bestromung der Kerze bis zum Erreichen des maximalen Widerstands (Zeit von Punkt 1 bis 1 1 ), t|0wer: obere Grenze für die Zeit damit die Kerze anhand von diesem Kriterium als Nominalkerze eingeordnet werden kann
tu ei-: untere Grenze für die Zeit damit die Kerze anhand von diesem Kriterium als Nominalkerze eingeordnet werden kann.
C3:
R ushmax: maximaler Widerstand nach dem Pushen (schnelles Aufheizen), d.h. Widerstand nach dem Anlegen der hohen Spannung Punkt 3 von z.B. 1 1V.
Indizes lower, upper analog C1 , C2 jedoch in dem Fall für den Widerstand nach dem Pushen (max. Widerstand nach dem Pushen)
C4:
RpostMin: minimaler Widerstand nach dem Pushen und Anlegen einer niedrigeren Spannung von z.B. 5.5V (Punkt 13)
C5:
Zeitkonstante bis 63% oder 100% des stationären Widerstands beim Anlegen einer Spannung von z.B. 5.5V erreicht ist. Ausgangswert ist der minimale Widerstand nach dem Pushen, d.h. es wird die Differenz zwischen R(5.5V stationär) und RpostMin, AR = R(5.5V) - RpostMin gebildet. Die Zeitkonstante wird dann aus der
Zeitdifferenz (At=t(5.5V) - t(Rpostmin)) von Rp0StMin bis zum Erreichen von 63% oder 100% von R(5.5V) bestimmt. T63 = 63% von At bzw. T100 = 100% von At.
C6:
R: Widerstand (berechnet aus gemessener Spannung U und Stromstärke I) zwischen t-ι und t2; der Widerstand der Kerze ist stationär und repräsentiert einen stationären Temperaturwert der Kerze. Alternativ kann in dieser Phase auch die Leistung P bestimmt werden C7:
Zeitkonstante bis 63% oder 100% des stationären Widerstands beim Anlegen einer Spannung von z.B. 7.4V erreicht ist. Ausgangswert ist der stationäre Widerstand zwischen t-ι und t2, das heißt, es wird die Differenz zwischen R(7.4V) und R(5.5V), AR = R(7.4V) - (R5.5V) gebildet. Die Zeitkonstante wird dann aus der Zeitdifferenz (At=t(7.4V) - t(5.5)) von R(5.5V) bis zum Erreichen von 63% oder
100% von R(7.4V) bestimmt. T63 = 63% von At bzw. T100 = 100% von At C8:
analog C6 jedoch für die Phase t>t2 C9:
dT / dR = (T(7.4)-T(5.5V)) / (R(7.4V)-R(5.5V)), T = Temperatur, 7.4V exemplarische Spannung in der Phase, t>t2 und 5.5V für t-i <t<t2- Die Referenztemperaturen für die Referenzspannung (z.B. 5.5V und 7.4V) werden im Steuergerät hinterlegt. C10:
R6o-Ro: Widerstandsdifferenz zwischen stationärem Endwert (R6o entspricht hierbei dem Widerstand R von C6_1 bzw. dem Widerstand R von C8_1 ) im Zeitbereich t"i<t<t.2 oder für t>t2 und Kaltwiderstand R0 (C1 ).
Um ein Kriterium zu finden, welcher Temperaturklasse die Glühstiftkerze im Endeffekt zugeordnet wird, werden die einzelnen Klassifikationen jeweils mit einem Gewichtsfaktor multipliziert und addiert. Wenn der so bestimmte Wert größer als ein oberer vorgegebener Wert ist, wird die Glühstiftkerze der Temperaturklasse zugeordnet, die oberhalb des Solltemperaturbereichs liegt, wenn der bestimmte Wert kleiner ist als ein unterer vorgegebener Grenzwert, wird die Glühstiftkerze der Temperaturklasse zugeordnet, die den Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, und wenn der Wert zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert liegt, der Temperaturklasse, die den Solltemperaturbereich umfasst.
Wenn die Glühstiftkerze der Temperaturklasse zugeordnet wird, die den Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, wird die Ansteuerspannung erhöht und wenn die Glühstiftkerze der Temperaturklasse zugeordnet wird, die den Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs umfasst, wird die Ansteuerspannung reduziert.
Alternativ ist es auch möglich, anstelle der Ansteuerspannung den Widerstand der Glühstiftkerze zu ändern. Hierbei wird ebenfalls die Spannung verändert, jedoch nicht„pauschal" mit einer fest definierten konstanten Korrekturspannung, sondern derart, dass sich ein geforderter Widerstand einstellt. Die Spannung wird solange variiert bis sich eine gewünschte Temperatur und damit ein bestimmter Widerstand an der Glühstiftkerze einstellt. Ist z.B. der Widerstand zu niedrig wird mehr Leistung umgesetzt und die Kerze ist zu heiß. In diesem Fall wird die Spannung reduziert bis ein geforderter Widerstand erreicht ist. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die Glühstiftkerzen untereinander zu vergleichen. Hierzu können die gleichen berechneten Merkmale herangezogen werden wie zuvor beschrieben, beispielsweise Leistung, Widerstand, Strom, T63 oder auch Gradienten. Nach der Bestimmung der Merkmale kann zum Beispiel anhand eines Wahrscheinlichkeitsmodells abgeschätzt werden, welcher Temperaturklasse die Glühstiftkerze zugeordnet werden soll.
Üblicherweise erfolgt bereits eine Klassifizierung in Temperaturbereiche bei der Produktion der Glühstiftkerzen. Diese werden üblicherweise eingeteilt in kalte
Glühstiftkerzen, mittlere Glühstiftkerzen und heiße Glühstiftkerzen. In der weiteren Verwendung werden dann jeweils Glühstiftkerzen aus der gleichen Gruppe in eine Verbrennungskraftmaschine eingebaut. Die Temperaturbereiche, in denen die Glühstiftkerzen bei der Produktion klassifiziert werden, sind jedoch im Allgemeinen größer als die gewünschte Temperaturtoleranz für die Verbrennungskraftmaschine. Es ist jedoch immer möglich, dass auch in einer Verbrennungskraftmaschine Glühstiftkerzen aus unterschiedlichen Temperaturklassen eingebaut werden. In diesem Fall kann durch das erfin- dungsgemäße Verfahren die Temperaturtoleranz zum Beispiel durch Anpassen der Ansteuerspannung eingestellt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Reduzierung der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen, folgenden Schritte umfassend:
(a) Klassifizieren der Glühstiftkerzen einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine in mindestens zwei Temperaturklassen, wobei mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich oberhalb eines Solltemperaturbereichs umfasst, mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs und/oder eine Temperaturklasse den Solltemperaturbereich,
(b) Absenken der Ansteuerspannung von Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die einen Temperaturbereich oberhalb des Solltemperaturbereichs umfasst und Erhöhen der Ansteuerspannung von Glühstiftkerzen, die einer Temperaturklasse zugeordnet wurden, die einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs umfasst.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Klassifizierung Strom, Spannung und Ansteuerzeit gemessen werden und daraus Merkmale zur Klassifizierung berechnet werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Merkmale zur Klassifizierung Leistung, Widerstand, Energie und Zeitkonstante T63 berechnet werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale zur Klassifizierung mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden, um die Glühstiftkerzen zu klassifizieren.
5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale aller Glühstiftkerzen der Verbrennungskraftmaschine zur Klassifizierung miteinander verglichen werden, wobei als Sollwertbereich ein Bereich festgelegt wird, in den bei mehr als drei Glühstiftkerzen die Merkmale von mindestens zwei Glühstiftkerzen fallen und bei drei Glühstiftkerzen die Merkmale, die eine mittlere Temperatur festlegen.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassifizierung der Glühstiftkerzen und die Anpassung der während Stillstands des Fahrzeugs durchgeführt werden.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Merkmale zur Klassifizierung mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden, um die Glühstiftkerzen zu klassifizieren und anschließend zur Verifikation die Merkmale aller Glühstiftkerzen der Verbrennungskraftmaschine zur Klassifizierung miteinander verglichen werden, wobei als Sollwertbereich ein Bereich festgelegt wird, in den bei mehr als drei Glühstiftkerzen die Merkmale von mindestens zwei Glühstiftkerzen fallen und bei drei Glühstiftkerzen die Merkmale, die eine mittlere Temperatur festlegen.
8. Vorrichtung zur Reduzierung der Temperaturtoleranz von Glühstiftkerzen, umfassend Mittel zum Klassifizieren der Glühstiftkerzen in mindestens zwei Temperaturklassen, wobei mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich oberhalb eines Solltemperaturbereichs umfasst, mindestens eine Temperaturklasse einen Temperaturbereich unterhalb des Solltemperaturbereichs und/oder eine Temperaturklasse den Solltemperaturbereich, sowie Mittel zum Anpassen der Ansteuerspannung der Glühstiftkerzen in Abhängigkeit von der Temperaturklasse, der die Glühstiftkerze zugeordnet wurde.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Klassifizieren der Glühstiftkerzen und die Mittel zum Anpassen der Ansteuerspannung der Glühstiftkerzen ein Glühzeitsteuergerät umfassen.
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