WO2014005803A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer temperatur-widerstands-korrelation einer glühstiftkerze - Google Patents

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WO2014005803A1
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glow plug
nom
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resistance
glow
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Harald Ryll
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/025—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs with means for determining glow plug temperature or glow plug resistance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a temperature-resistance correlation of a glow plug in an internal combustion engine, in which a temperature of the glow plug is corrected by a mathematical model during a control and in a
  • Parametriansslui the glow plug is heated to a predetermined annealing temperature and an associated resistance of the glow plug is measured at the predetermined annealing temperature and an apparatus for performing the method.
  • a method for regulating the temperature of glow plugs in an internal combustion engine is known from DE 10 2008 040 971 A1, in which a mathematical model between measured temperatures and measured resistances in a reference mode of the internal combustion engine is recorded for each individual glow plug. For such a mathematical model, data is determined in the reference mode.
  • This mathematical model is dynamically adjusted over the life of the glow plug and used in the entire operation of the internal combustion engine to correct a base drive of the glow plug. Safe operation of the glow plug is always possible if properly learned data of the mathematical model are stored.
  • a resistance-temperature correlation is necessary, which is determined by the fact that during operation of the glow plug with two sufficiently far apart annealing temperatures, on which the glow plug is heated successively, the associated glow plugs resistors are measured. The measured resistances are used during a parameterization process to create that mathematical model.
  • the minimum duration for such a described parameterization process of the resistance-temperature correlation is approximately 30 seconds for the two annealing temperatures used. Disclosure of the invention
  • the invention is therefore based on the object to shorten the parameterization process.
  • the object is achieved in that starting from the single measured resistance of the glow plug a modeled annealing temperature of the glow plug is calculated. This has the advantage that in the
  • Parametrianssrea set only one temperature on the glow plug and the corresponding resistance of the glow plug must be measured, which shortens the duration of the parameterization process by approximately half. Since the parameterization process preferably takes place when the internal combustion engine is switched off and the energy for heating the glow plug is to be applied by the vehicle battery during the parameterization process, the shortening of the time duration of the glow plug is reduced
  • Parametrianss processes the required energy consumption of the glow system, which is why the vehicle battery is spared accordingly.
  • the shortening of the parameterization process makes it possible to respond more flexibly to customer specifications.
  • the Glow plug by means of a nominal curve in which the measured resistance of the glow plug is stored.
  • the nominal curve usually takes into account 1250 ° C as the upper temperature and 920 ° C as the lower temperature. According to the mathematical relationship underlying the nominal curve, the modeled annealing temperature can be easily determined.
  • the nominal curve comprises at least one nominal parameter which is determined empirically. The empirical determination is carried out by measuring a predetermined number of several, for example, 100, glow plugs. In such an empirical evaluation it was found that the curves of the temperature resistance
  • the nominal curve is designed as a nominal straight line whose at least one nominal parameter takes place by measuring and / or averaging a corresponding parameter of the plurality of glow plugs prior to the parameterization process.
  • the nominal curve is designed as a nominal straight line, it can be determined when measuring several glow plugs that the straight line equations of the individual glow plugs have almost the same pitch. By averaging these gradients of the individual glow plugs, the nominal parameter slope for the glow plug series is determined, which reproduces the average course of the gradients of the glow plugs of a glow plug series. If such a nominal straight line is used as the basis for the parameterization process, a reliable calculation of the modeled temperature of the glow plug is possible.
  • the measurement and / or averaging of the at least one nominal parameter takes place from production data or from laboratory measurements of the several glow plugs. Since the production data are available with the delivery of the glow plugs, the nominal parameter can be determined very simply and quickly. The nominal parameters are thus always determined prior to installation of a glow plug of the corresponding Glühuxkerzenserie in the internal combustion engine, so that a measuring process during operation of the internal combustion engine is eliminated.
  • each glow plug is heated successively to two widely spaced annealing temperatures, the temperatures being set at the glow plug at the respective annealing temperatures. Lenden resistors of the glow plug are measured and determined from these temperature-resistance pairs, the nominal straight line and from the at least one nominal parameter is determined.
  • Parameter parameters used nominal parameters, such as slope and offset, move this nominal straight line in the direction of a selected, determined during the Parametri fürsreaes temperature resistance pair, which was determined in the heating of the glow plug to the predetermined annealing temperature by measuring the associated resistance.
  • the resistance of the glow plug which adjusts itself at the predetermined annealing temperature is measured after a predetermined period of time. Since the history of the glow plug is not known, first the thermal settling of the glow plug is awaited, and measured only after adjusting the thermal equilibrium in the glow plug of the glow plug heater associated resistance. This ensures that the most accurate possible resistance is used in the further parameterization.
  • the parameterization process takes place in a follow-up phase of a control unit, preferably an engine control unit or a glow time control unit, in the motor vehicle. Under the follow-up phase of a control unit while the time is understood, which runs after switching off the engine in the vehicle and in which the battery-operated control unit still executes final computational processes.
  • Parametrianss processes the required by the glow system energy requirements, which must be provided by the vehicle battery, reduced in this follow-up phase.
  • a development of the invention relates to a device for determining a
  • Parametrianssvon preferably takes place when the internal combustion engine is switched off and the energy for heating the glow plug has to be applied during the parameterization process of the vehicle battery is reduced by shortening the duration of the
  • Parametrianss revitalizes the required energy consumption of the glow system, which is why the vehicle battery is spared accordingly.
  • Figure 1 Schematic representation of the arrangement of a glow plug in a diesel engine
  • Figure 2 Schematic representation of a device for controlling glow plugs in a diesel engine
  • FIG. 3 shows a straight line of a resistance-temperature correlation of various ceramic glow plugs
  • FIG. 4 shows the influence of the gradient differences of the straight lines of the individual glow plugs during the parameterization process.
  • FIG. 1 shows such an annealing system 1.
  • the glow plug 2 is on the one hand connected to the Glühzeit tenu réelle 5 and on the other hand leads to a vehicle electrical system voltage 6, which controls the glow plug 2 with a nominal voltage of for example 1 1 volts.
  • the Glühzeit tenu réelle 5 is connected to the engine control unit 7, which in turn leads to the diesel engine 4.
  • the glow plug 2 is preheated in a push phase, which lasts 1 to 2 seconds, by applying an overvoltage.
  • the heating power of the heater is adjusted via the electronic Glühzeit Kunststoff Kunststoff 5 to the requirements of the respective diesel engine 4.
  • the fuel-air mixture is conducted past the hot tip of the glow plug 2 and heats up. At the same time, the tip of the glow plug 2 cools down. Associated with intake air heating during the
  • the ignition temperature of the fuel-air mixture is reached.
  • the temperature of the ceramic glow plug 2 is by means of a control loop
  • the control circuit 10 includes a temperature setting unit 1 1, which specifies a target annealing temperature Tsoii for the glow plug 2 and leads to a pilot control unit 12.
  • a base map KF is deposited, which indicates a relationship between the target temperature T soN and a drive voltage UKF for the glow plug 2 in response to a measured engine speed n and an injection amount q of the diesel engine 4.
  • a diagnostic unit 13 is electrically connected to the glow plug 2.
  • the current and the ac- measured actual voltage from which the real resistance R is t of the glow plug 2 is determined, which is currently installed in the diesel engine 4.
  • a mathematical model MF in a modeling unit 1 5 the current temperature Tjst the glow plug 2 is determined.
  • the target temperature T so n is compared with the actual temperature T ist .
  • the control unit 17 calculates a correction voltage U d i ff , which is added to the drive voltage U K F with the correct sign (point 1 8). In this way, the target temperature T so n the glow plug 2 is adapted at each time exactly to the optimum operating point of the diesel engine 4.
  • the mathematical model MF forms a temperature-resistance correlation of the glow plug 2, which enables a fast and realistic determination of the current temperature T ist .
  • the mathematical model MF is obtained in a parameterization phase of the glow plug candle system 1. This parameterization phase is preferably carried out at standstill of the diesel engine 4 in the wake of the Glühzeit Kunststoffaus 5 or the engine control unit. 7
  • a nominal straight line for a series of glow plugs 2 is determined.
  • each of the selected glow plugs 2 of the series is heated to an upper annealing temperature of 1250 ° C and then to a lower annealing temperature of 920 ° C.
  • the associated glow plugs resistance is determined for each individual glow plug.
  • the set of straight lines resulting from such measurements is shown in FIG. Considering these temperature-resistance characteristics, which were determined for several different glow plugs 2, it can be seen that the linear equations are almost the same
  • This resistance-based temperature model involves a linear resistance stall straight with a slope m and a temperature offset T offs on the y axes of the line.
  • TQLP modeled glow plug surface temperature
  • RGLP measured glow plug resistance
  • offs y axis section of the straight line equation
  • a nominal straight line representing a mean value with a nominal slope rm 0 and a nominal offset R 0 is determined.
  • the point T 0 is derived from the measured operating point A1 of the nominal straight line.
  • Parametrianss processes the nominal straight line is moved with the slope rm 0 in the direction of the upper operating point A1.
  • the offset shift R 0 which is reflected at point T 0, and the mean slope of the line are determined by averaging the slope and the offset of the individual lines.
  • the glow plug 2 is energized with a voltage of 7 volts. According to FIG. 4, the voltage of 1250 ° C. is then found at a resistance R_Gi_p @ T2 nom . After a short residence time, which can be determined in time or is determined depending on the measured resistance correlation of the glow plug 2, the resistance R_Gi_p @ T2 nom is measured. Thereafter, the energization is switched off.
  • R 0 nominal offset between upper and lower operating points A1, A2 of the temperature control of the ceramic glow plugs 2
  • T1 nom , T2 nom nominal glow plug plug temperatures of 920 ° C and 1250 ° C, respectively, which are taken as fixed values from the production data.
  • the modeled annealing temperature T (R G LP) of the glow plug 2 is in a parameterization from the measured resistance value R_ Gi_p @ T2 nom , easy to determine, since the nominal parameter T1 nom the nominal temperature of 920 ° C corresponds, the average nominal slope rm 0 is known from the nominal straight line and the nominal offset R 0 is also determined from the nominal straight line.
  • the modeled glow plug temperature T (R G LP) thus becomes simple from the equation
  • T (RGLP) m 0 * R_GLP + To (2).
  • the resistance R_ G LP corresponds to the current, measured during the control resistance value R
  • the proposed determination of a temperature-resistance correlation of a glow plug is based on a one-point parameterization and shortens the learning process of the temperature resistance model by half.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur-Widerstands-Korrelation einer Glühstiftkerze in einer Brennkraftmaschine, bei welchem während einer Regelung eine Temperatur (T) der Glühstiftkerze (2) mittels eines mathematischen Modells korrigiert wird und in einem Parametrierungsprozess die Glühstiftkerze auf eine vorgegebene Glühtemperatur (T1nom; T2nom) aufgeheizt wird und ein zugehöriger Widerstand (R_GLP@T1nom; R_GLP@T2nom) der Glühstiftkerze (2) bei der vorgegebenen Glühtemperatur (T1nom; T2nom) gemessen wird. Bei einem Verfahren, welches eine Zeit zur Bestimmung einer Temperatur-Widerstandskorrelation erheblich verkürzt, wird ausgehend von dem einzigen gemessenen Widerstand (R_GLP@T1nom; R_GLP@T2nom) der Glühstiftkerze (2) eine modellierte Glühtemperatur (T(RGLP) der Glühstiftkerze (2) berechnet.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur-Widerstands- Korrelation einer Glühstiftkerze
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur- Widerstands-Korrelation einer Glühstiftkerze in einer Brennkraftmaschine, bei welchem während einer Regelung eine Temperatur der Glühstiftkerze mittels eines mathematischen Modells korrigiert wird und in einem
Parametrierungsprozess die Glühstiftkerze auf eine vorgegebenen Glühtemperatur aufgeheizt wird und ein zugehöriger Widerstand der Glühstiftkerze bei der vorgegebenen Glühtemperatur gemessen wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 10 2008 040 971 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Temperatur von Glühstiftkerzen in einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem für jede einzelne Glühstiftkerze ein mathematisches Modell zwischen gemessenen Temperaturen und gemessenen Widerständen in einem Referenzbetrieb der Brennkraftmaschine aufgenommen wird. Für ein solches mathematisches Modell werden Daten im Referenzbetrieb bestimmt. Dieses mathematische Modell wird über die Lebensdauer der Glühstiftkerze dynamisch angepasst und im gesamten Betrieb der Brennkraftmaschine herangezogen, um eine Basisansteuerung der Glühstiftkerze zu korrigieren. Ein sicherer Betrieb der Glühstiftkerze ist immer dann möglich, wenn richtig gelernte Daten des mathematischen Modells abgespeichert sind.
Zur Bestimmung des mathematischen Modells ist eine Widerstands-Temperatur- Korrelation notwendig, welche dadurch ermittelt wird, dass im Betrieb der Glühstiftkerze bei zwei ausreichend weit auseinander liegenden Glühtemperaturen, auf welche die Glühstiftkerze nacheinander aufgeheizt wird, die dazugehörigen Glühstiftkerzen-Widerstände gemessen werden. Die gemessenen Widerstände dienen während eines Parametrierungsprozesses dazu, dass mathematische Modell zu erstellen.
Die Mindestdauer für einen solchen beschriebenen Parametrierungsprozess der Widerstands-Temperatur-Korrelation beträgt dabei bei den verwendeten zwei Glühtemperaturen annähernd 30 Sekunden. Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Parametrierungsprozess zu verkürzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ausgehend von dem einzigen gemessenen Widerstand der Glühstiftkerze eine modellierte Glühtemperatur der Glühstiftkerze berechnet wird. Dies hat den Vorteil, dass in dem
Parametrierungsprozess nur eine Temperatur an der Glühstiftkerze eingestellt und der dazu gehörige Widerstand der Glühstiftkerze ausgemessen werden muss, was die Zeitdauer des Parametrierungsprozesses um annähernd die Hälfte verkürzt. Da der Parametrierungsprozess vorzugsweise bei abgeschalteter Brennkraftmaschine erfolgt und die Energie für das Aufheizen der Glühstiftkerze während des Parametrierungsprozesses von der Fahrzeugbatterie aufgebracht werden muss, reduziert sich durch die Verkürzung der Zeitdauer des
Parametrierungsprozesses der benötigte Energiebedarf des Glühsystems, weshalb die Fahrzeugbatterie entsprechend geschont wird. Darüber hinaus ermöglicht die Verkürzung des Parametrierungsprozesses flexibler auf Kundenvorgaben zu reagieren. Vorteilhafterweise erfolgt die Berechnung der modellierten Glühtemperatur der
Glühstiftkerze mittels einer Nominalkurve, in welcher der gemessene Widerstand der Glühstiftkerze abgelegt wird. Bei der Nominalkurve werden üblicherweise als obere Temperatur 1250°C und als untere Temperatur 920°C berücksichtigt. Entsprechend des, der Nominalkurve zu Grunde liegenden mathematischen Zu- sammenhanges lässt sich die modellierte Glühtemperatur einfach bestimmen. In einer Ausgestaltung umfasst die Nominalkurve mindestens einen Nominalparameter, welcher empirisch bestimmt wird. Die empirische Bestimmung erfolgt dabei durch Ausmessung von einer vorgegebenen Anzahl von mehreren, beispielsweise 100, Glühstiftkerzen. Bei einer solchen empirischen Auswertung wurde gefunden, dass die Kurven der Temperatur -Widerstands-
Zusammenhänge der einzelnen Glühstiftkerzen nur unwesentlich voneinander abweichen, so dass die Möglichkeit besteht, eine solche einzige Nominalkurve für die Bestimmung einer Temperatur-Widerstands-Korrelation einer Serie von Glühstiftkerzen zu Grunde zu legen.
In einer Weiterbildung ist die Nominalkurve als Nominalgerade ausgebildet, deren mindestens einer Nominalparameter durch Ausmessung und/oder Mittelung eines entsprechenden Parameters der mehreren Glühstiftkerzen vor dem Parametrierungsprozess erfolgt. Insbesondere, wenn die Nominalkurve als No- minalgerade ausgebildet ist, lässt sich bei der Ausmessung mehrerer Glühstiftkerzen feststellen, dass die Geradengleichungen der einzelnen Glühstiftkerzen nahezu die gleiche Steigung aufweisen. Durch die Mittelung dieser Steigungen der einzelnen Glühstiftkerzen wird der Nominalparameter Steigung für die Glüh- stiftkerzenserie festgelegt, welche den durchschnittlichen Verlauf der Steigungen der Glühstiftkerzen einer Glühstiftkerzenserie wiedergibt. Wird eine solche Nominalgerade dem Parametrierungsprozess zugrunde gelegt, ist eine zuverlässige Berechnung der modellierten Temperatur der Glühstiftkerze möglich.
In einer Variante erfolgt die Ausmessung und/oder Mittelung des mindestens ei- nen Nominalparameters aus Produktionsdaten oder aus Labormessungen der mehreren Glühstiftkerzen. Da die Produktionsdaten mit Lieferung der Glühstiftkerzen zur Verfügung stehen, lässt sich der Nominalparameter sehr einfach und schnell bestimmen. Die Nominalparameter werden somit immer vor dem Einbau einer Glühstiftkerze der entsprechenden Glühstiftkerzenserie in die Brennkraft- maschine ermittelt, so dass ein Messprozess während des Betriebes der Brennkraftmaschine entfällt.
In einer Ausführungsform wird bei der Ausmessung des mindestens einen entsprechenden Parameters der mehreren Glühstiftkerzen jede Glühstiftkerze nach- einander auf zwei, weit auseinander liegende Glühtemperaturen aufgeheizt, wobei die sich bei den jeweiligen Glühtemperaturen an der Glühstiftkerze einstel- lenden Widerstände der Glühstiftkerze gemessen werden und aus diesen Temperatur-Widerstandspaaren die Nominalgerade ermittelt und daraus der mindestens eine Nominalparameter bestimmt wird. Die während des
Parametrierungsprozesses verwendeten Nominalparameter, wie Steigung und Offset, verschieben diese Nominalgerade in Richtung des einen ausgewählten, während des Parametrierungsprozesses ermitteltes Temperatur- Widerstandspaares, welches bei der Aufheizung der Glühstiftkerze auf die vorgegebene Glühtemperatur durch Messung des zugehörigen Widerstandes ermittelt wurde.
In einer Weiterbildung wird der sich bei der vorgegebenen Glühtemperatur einstellende Widerstand der Glühstiftkerze nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraumes gemessen. Da die Vorgeschichte der Glühstiftkerze nicht bekannt ist, wird zunächst das thermische Einschwingen der Glühstiftkerze abgewartet, und erst nach Einstellung des thermischen Gleichgewichtes in der Glühstiftkerze der zu der Glühstiftkerzentemperatur gehörige Widerstands gemessen. Dadurch wird sichergestellt, dass ein möglichst genauer Widerstand bei der weiteren Paramet- rierung verwendet wird. Vorteilhafterweise erfolgt der Parametrierungsprozess in einer Nachlaufphase eines Steuergerätes, vorzugsweise eines Motorsteuergerätes oder eines Glühzeitsteuergerätes, im Kraftfahrzeug. Unter der Nachlaufphase eines Steuergerätes wird dabei die Zeit verstanden, welche nach Abschalten der Brennkraftmaschine im Kraftfahrzeug abläuft und in welcher das batteriebetriebene Steuergerät noch abschließende Rechen prozesse ausführt. Durch die Verkürzung des
Parametrierungsprozesses wird der vom Glühsystem benötigte Energiebedarf, welcher von der Fahrzeugbatterie bereitgestellt werden muss, in dieser Nachlaufphase reduziert. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer
Temperatur-Widerstands-Korrelation einer Glühstiftkerze in einer Brennkraftmaschine, welche mit einer Glühstiftkerze verbunden ist und die während einer Regelung eine Temperatur der Glühstiftkerze mittels eines mathematischen Modells korrigiert, wobei in einem Parametrierungsprozess die Glühstiftkerze auf eine erste vorgegebenen Glühtemperatur aufgeheizt wird und ein zugehöriger Widerstand der Glühstiftkerze bei der vorgegebenen Glühtemperatur gemessen wird. Bei einer Vorrichtung, bei welcher die Zeitdauer des Parametrierungsprozesses reduziert wird, sind Mittel vorhanden, die ausgehend von dem gemessenen Widerstand der Glühstiftkerze eine modellierte Glühtemperatur der Glühstiftkerze berechnen. Dies hat den Vorteil, dass in dem Parametrierungsprozess nur eine Temperatur an der Glühstiftkerze eingestellt und der dazu gehörige Widerstand der Glühstiftkerze ausgemessen werden muss, was die Zeitdauer des
Parametrierungsprozesses um annähernd die Hälfte verkürzt. Da der
Parametrierungsprozess vorzugsweise bei abgeschalteter Brennkraftmaschine erfolgt und die Energie für das Aufheizen der Glühstiftkerze während des Parametrierungsprozesses von der Fahrzeugbatterie aufgebracht werden muss, reduziert sich durch die Verkürzung der Zeitdauer des
Parametrierungsprozesses der benötigte Energiebedarf des Glühsystems, weshalb die Fahrzeugbatterie entsprechend geschont wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 : Prinzipdarstellung der Anordnung einer Glühstiftkerze in einem Dieselmotor
Figur 2: Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Ansteuerung von Glühstiftkerzen in einem Dieselmotor
Figur 3: Geradenschar einer Widerstands-Temperatur-Korrelation verschiedener keramischer Glühstiftkerzen
Figur 4: Darstellung des Einflusses der Steigungsunterschiede der Geraden der einzelnen Glühstiftkerzen beim Parametrierungsprozess.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Kalte Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, benötigen bei Umgebungstemperaturen von < 40°C eine Starthilfe zur Zündung des in den Dieseimo- tor eingeleiteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Als Starthilfe werden Glühsysteme eingesetzt, welche aus Glühstiftkerzen, einem Glühzeitsteuergerät und einer Glühsoftware, welche in einem Motorsteuergerät abgelegt ist, bestehen. Figur 1 zeigt ein solches Glühsystem 1 . Eine keramische Glühstiftkerze 2 ragt dabei in den Brennraum 3 des Dieselmotors 4. Die Glühstiftkerze 2 ist einerseits mit dem Glühzeitsteuergerät 5 verbunden und führt andererseits an eine Bordnetzspannung 6, die die Glühstiftkerze 2 mit einer Nennspannung von beispielsweise 1 1 Volt ansteuert. Das Glühzeitsteuergerät 5 ist mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden, welches wiederum an den Dieselmotor 4 führt.
Zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird die Glühstiftkerze 2 in einer Push-Phase, die 1 bis 2 Sekunden dauert, durch das Anlegen einer Überspannung vorgeheizt. Die elektrische Energie, die der Glühstiftkerze 2 somit zugeführt wird, wird durch einen nicht weiter dargestellten Heizer der Glühstiftkerze 2 in
Wärme umgewandelt. Dabei steigt die Temperatur an der Spitze der Glühstiftkerze 2 steil an. Die Heizleistung des Heizers wird über das elektronische Glühzeitsteuergerät 5 an die Anforderungen des jeweiligen Dieselmotors 4 angepasst. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird an der heißen Spitze der Glühstiftkerze 2 vor- beigeleitet und erwärmt sich dabei. Gleichzeitig kühlt die Spitze der Glühstiftkerze 2 aus. Verbunden mit einer Ansauglufterwärmung während des
Verdichtertaktes des Dieselmotors 4 wird die Entflammungstemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches erreicht. Die Temperatur der keramischen Glühstiftkerze 2 wird mittels eines Regelkreises
10 geregelt, welcher in Figur 2 dargestellt ist. Ein solcher Regelkreis 10 kann entweder im Glühzeitsteuergerät 5 oder im Motorsteuergerät 7 abgelegt sein. Der Regelkreis 10 umfasst eine Temperaturvorgabeeinheit 1 1 , welche eine Soll- Glühtemperatur Tsoii für die Glühstiftkerze 2 vorgibt und an eine Vorsteuerungs- einheit 12 führt. In der Vorsteuerungseinheit 12 ist ein Basiskennfeld KF hinterlegt, das einen Zusammenhang zwischen der Soll-Temperatur TsoN und einer Ansteuerspannung UKF für die Glühstiftkerze 2 in Abhängigkeit von einer gemessenen Motordrehzahl n und einer Einspritzmenge q des Dieselmotors 4 angibt. Eine Diagnoseeinheit 13 ist mit der Glühstiftkerze 2 elektrisch verbunden. Mittels eines Sensors 14 werden an der Glühstiftkerze 2 der aktuelle Strom und die ak- tuelle Spannung gemessen, aus welchen der reale Widerstand Rist der Glühstiftkerze 2 bestimmt wird, die aktuell in dem Dieselmotor 4 verbaut ist. Über ein mathematisches Modell MF in einer Modellierungseinheit 1 5 wird die aktuelle Temperatur Tjst der Glühstiftkerze 2 ermittelt. Im Knotenpunkt 1 6 wird die Soll- Temperatur Tson mit der tatsächlichen Temperatur Tist vergleichen. Aus der Temperaturabweichung Tdiff berechnet die Regeleinheit 17 eine Korrekturspannung Udiff, die zur Ansteuerspannung UKF vorzeichenrichtig addiert wird (Punkt 1 8). Auf diese Art und Weise wird die Soll-Temperatur Tson der Glühstiftkerze 2 zu jedem Zeitpunkt exakt an den optimalen Arbeitspunkt des Dieselmotors 4 angepasst.
Das mathematische Modell MF bildet dabei eine Temperatur-Widerstand- Korrelation der Glühstiftkerze 2 ab, der eine schnelle und wirklichkeitsnahe Ermittlung der aktuelle Temperatur Tist ermöglicht. In der Modellierungseinheit 1 5 wird das mathematische Modell MF in einer Parametrierungsphase des Glühstift- kerzensystems 1 gewonnen. Diese Parametrierungsphase erfolgt vorzugsweise bei Stillstand des Dieselmotors 4 im Nachlauf des Glühzeitsteuergerätes 5 oder des Motorsteuergerätes 7.
Im Weiteren soll auf den Parametrierungsprozess zur Bestimmung der Tempera- tur-Widerstands-Korrelation einer Glühstiftkerze Bezug genommen werden. Vor dem Einbau einer Glühstiftkerze in ein Glühstiftkerzensystem 1 des Dieselmotors 4 wird eine Nominalgerade für eine Serie von Glühstiftkerzen 2 ermittelt. Bei der Ermittlung der Nominalgerade wird jede der ausgewählten Glühstiftkerzen 2 der Serie auf eine obere Glühtemperatur von 1250°C und anschließend auf eine un- tere Glühtemperatur von 920°C aufgeheizt. Bei jeder dieser beiden Glühtemperaturen wird für jede einzelne Glühstiftkerze der zugehörige Glühstiftkerzen- Widerstand ermittelt. Die sich aus solchen Messungen ergebende Geradenschar ist in Figur 3 dargestellt. Betrachtet man diese Temperatur-Widerstands- Charakteristiken, die für mehrere verschiedene Glühstiftkerzen 2 bestimmt wur- den, so kann man feststellen, dass die Geradengleichungen nahezu die gleichen
Steigungen m aufweisen. Dabei ist ersichtlich, dass die Widerstandsgeraden der einzelnen Glühstiftkerzen 2 zwischen einer oberen und einer unteren Geraden G0 und Gu liegen.
Die sich so ergebenden beiden Temperatur-Widerstandspaare jeder Gerade ei- ner Glühstiftkerze 2 gehen in ein widerstandbasiertes Temperaturmodell ein.
Dieses widerstandsbasierte Temperaturmodell beinhaltet eine lineare Wider- standsgerade mit einer Steigung m und einem Temperatur-Offset Toffs auf den y- Achsen der Geraden.
Es gilt die Beziehung:
Figure imgf000010_0001
mit
m: Steigung, ermittelt durch den Betrieb der Glühstiftkerzen in zwei Betriebspunkten,
TQLP: modellierte Glühstiftkerzen-Oberflächentemperatur, RGLP: gemessener Glühstiftkerzen-Widerstand, offs : y-Achsen-Abschnitt der Geradengleichung
Aus dieser Geradenschar der einzelnen Glühstiftkerzen wird eine, einen Mittelwert darstellende Nominalgerade mit einer Nominalsteigung rm0 und einem Nominaloffset R0 bestimmt. Es findet eine Offset-Verschiebung statt, die sich im Punkt T0 der Nominalgerade widerspiegelt, wobei der Punkt T0 aus dem gemessenen Arbeitspunkt A1 der Nominalgerade abgeleitet wird.
Bei der Verwendung dieser Nominalgeraden während des
Parametrierungsprozesses wird die Nominalgerade mit der Steigung rm0 in Richtung des oberen Arbeitspunktes A1 verschoben. Die Offset-Verschiebung R0, die sich im Punkt T0 widerspiegelt und die mittlere Steigung der Geraden werden durch Mittelung der Steigung und des Offsets der einzelnen Geraden ermittelt.
Wie aus der Darstellung in Figur 4 hervorgeht, in welcher alle, für die separaten Glühstiftkerzen 2 ausgemessenen Geraden in den Arbeitspunkt A1 verlegt sind, weicher einem gemessenen Temperatur- Widerstandspaar entspricht, entspricht der aus allen Geraden der Glühstiftkerzen ermittelte Steigungsunterschied einer Temperaturdifferenz von ΔΤ = +/- 15°C. Die Nominaloffset R0 zwischen dem oberen und dem unteren Arbeitspunkt A2, A1 beträgt dabei 222 mQ. Die durch- schnittliche Steigung m0 beträgt 1 ,261 °C/mQ und wird aus den Steigungen der einzelnen Geraden der ausgemessenen Glühstiftkerzen 2, welche zwischen 1 ,194°C/mQ und 1 ,334°C/mQ gemessen wurden, ermittelt.
Der aufgrund der unterschiedlichen individuellen Steigung m der Glühstiftkerzen 2 entstehende Fehler ΔΤ ist demzufolge gering.
Zum Start des Einpunkt-Parametrierungsprozesses wird die in der Brennkraftmaschine verbaute keramische Glühstiftkerze 2 auf eine Glühtemperatur von 1250°C aufgeheizt, wobei die Glühstiftkerze 2 mit einer Spannung von 7 Volt bestromt wird. Gemäß Figur 4 befindet man sich dann bei der Spannung von 1250°C bei einem Widerstand R_Gi_p@T2nom. Nach einer kurzen Verweilzeit, welche zeitlich bestimmt werden kann oder abhängig von der gemessenen Widerstandskorrelation der Glühstiftkerze 2 bestimmt wird, wird der Widerstand R_- Gi_p@T2nom gemessen. Danach wird die Bestromung abgeschaltet.
Es gilt:
R_GLP@T nom R_GLP@T2nom : Glühstiftkerzen-Widerstände bei einer unterer
/oberer Nominaltemperatur von 920°C bzw. 1250°C
R0: Nominaloffset zwischen oberen und unteren Arbeitspunkten A1 , A2 der Temperaturregelung der keramischen Glühstiftkerzen 2
T1 nom, T2nom: nominale Glühstiftkerzentemperaturen von 920°C bzw. 1250°C, welche als Festwerte aus den Produktionsdaten entnommen werden.
Die modellierte Glühtemperatur T(RGLP) der Glühstiftkerze 2 ist bei einer Para- metrierung aus dem gemessenen Widerstandswert R_ Gi_p@T2nom, einfach zu bestimmen, da die Nominalparameter T1 nom der nominalen Temperatur von 920°C entspricht, die mittlere Nominalsteigung rm0 aus der Nominalgeraden bekannt ist und der Nominaloffset R0 ebenfalls aus der Nominalgeraden bestimmt wird. Die modellierte Glühstiftkerzen-Temperatur T(RGLP) wird somit einfach aus der Gleichung
T(RGLP) = m0 * R_GLP + To (2) bestimmt. Der Widerstandswert R_GLP entspricht dabei dem aktuellen, während der Regelung gemessenen Widerstandswert R|St in Figur 2. Somit lässt sich aus dieser Gleichung (2) einfach die modellierte Glühstiftkerzen-Temperatur T(RGLP) ermitteln.
Anhand dieser modellierten Glühstiftkerzen-Temperatur T(RGLP), welche in das widerstandsbasierte Temperaturmodell eingeht, wird die tatsächliche Oberflächen-Basistemperatur Tist der Glühstiftkerze 2 ermittelt und im Regelkreis gemäß Figur 2 weiter verarbeitet.
Die vorgeschlagene Bestimmung einer Temperatur-Widerstands-Korrelation einer Glühstiftkerze beruht auf einer Einpunkt-Parametrierung und verkürzt den Lernprozess des Temperatur-Widerstandsmodells um die Hälfte.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur-Widerstands-Korrelation einer Glühstiftkerze in einer Brennkraftmaschine, bei welchem während einer Regelung eine Temperatur (T) der Glühstiftkerze (2) mittels eines mathematischen Modells korrigiert wird und in einem Parametrierungsprozess die Glühstiftkerze auf eine vorgegebene Glühtemperatur (T1 nom; T2nom) aufgeheizt wird und ein zugehöriger Widerstand (R_Gi_p@T1 nom; R_GLP@T2nom) der Glühstiftkerze (2) bei der vorgegebenen Glühtemperatur (T1 nom; T2nom) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem einzigen gemessenen Widerstand (R_Gi_p@T1 nom; R_GLP@T2nom) der Glühstiftkerze (2) eine modellierte Glühtemperatur (T(RGLp)) der Glühstiftkerze (2) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der modellierten Glühtemperatur T(RGLp) der Glühstiftkerze (2) mittels einer Nominalkurve erfolgt, in welcher der gemessene Widerstand
(R_Gi_p@T1 nom; R_GLP@T2nom) der Glühstiftkerze (2) abgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nominalkurve mindestens einen Nominalparameter (rm0, Ro) umfasst, welcher empirisch bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nominalkurve als Nominalgerade ausgebildet ist, deren mindestens ein Nominalparameter (rm0, Ro) durch Ausmessung und/oder Mittelung des entsprechenden Parameters (m, R) mehrerer Glühstiftkerzen (2) vor dem
Parametrierungsprozess erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmessung und/oder Mittelung des mindestens einen Nominalparameters (rm0, Ro) aus Produktionsdaten oder aus Labormessungen der mehreren Glühstiftkerzen (2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Ausmessung des mindestens einen entsprechenden Parameters (m, R) der mehreren Glühstiftkerzen (2) jede Glühstiftkerze (2) nacheinander auf zwei, weit auseinander liegende Glühtemperaturen (T1 nom; T2nom) aufgeheizt wird, wobei die sich bei den jeweiligen Glühtemperaturen (T1 nom; T2nom) an der Glühstiftkerze einstellenden Widerstände der Glühstiftkerze (2) gemessen werden und aus diesen Temperatur-Widerstandspaaren die Nominalgerade ermittelt und daraus der mindestens eine Nominalparameter (rm0, Ro) bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bei der vorgegebenen Glühtemperatur (T1 nom; T2nom) einstellende Widerstand (R_Gi_p@T1 nom;
R_Gi_p@T2nom) der Glühstiftkerze (2) nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraumes gemessen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parametrierungsprozess in einer Nachlaufphase eines Steuergerätes (10), vorzugsweise eines Motorsteuergerätes oder eines Glühzeitsteuergerätes, im Kraftfahrzeug erfolgt.
Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur-Widerstands-Korrelation einer Glühstiftkerze in einer Brennkraftmaschine, welche mit einer Glühstiftkerze (2) verbunden ist und die während einer Regelung eine Temperatur der Glühstiftkerze mittels eines mathematischen Modells korrigiert, wobei in einem Parametrierungsprozess die Glühstiftkerze (2) auf eine erste vorgegebenen Glühtemperatur (T1 nom; T2nom) aufgeheizt wird und ein zugehöriger Widerstand (R_Gi_p@T1 nom; R_GLP@T2nom) der Glühstiftkerze (2) bei der eingestellten Glühtemperatur gemessen wird dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (10) vorhanden sind, die ausgehend von dem gemessenen Widerstand (R_Gi_p@T1 nom; R_GLP@T2nom) der Glühstiftkerze (2) eine modellierte Glühtemperatur (T(RGLP)) der Glühstiftkerze (2) berechnen.
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