EP1408233B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors - Google Patents

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EP1408233B1
EP1408233B1 EP03022201A EP03022201A EP1408233B1 EP 1408233 B1 EP1408233 B1 EP 1408233B1 EP 03022201 A EP03022201 A EP 03022201A EP 03022201 A EP03022201 A EP 03022201A EP 1408233 B1 EP1408233 B1 EP 1408233B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
glow plugs
glow
physical model
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03022201A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1408233A3 (de
EP1408233A2 (de
Inventor
Olaf Toedter
Heinz-Georg Schmitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
Beru AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beru AG filed Critical Beru AG
Publication of EP1408233A2 publication Critical patent/EP1408233A2/de
Publication of EP1408233A3 publication Critical patent/EP1408233A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1408233B1 publication Critical patent/EP1408233B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the heating of the glow plugs of a diesel engine.
  • Such methods and devices serve to bring the glow plugs of a diesel engine to a desired temperature at which the engine can be started.
  • the electronically controlled glow system ISS for diesel engines is known a method for controlling the heating of the glow plugs of a diesel engine, in after the determination of the temperature of the engine elements via the engine control and subsequent successful establishment of a communication between the engine control and the annealing control device is given the Glühanehlung or the GlühanTHER after completion of the initialization of the engine control.
  • the thermal state of the glow plugs in particular of Glühartsartglühkerzen, for example, the residual temperature of the glow plugs after a previous heating at the repeat and include in the following control.
  • the thermal state of the glow plugs can be implemented so far only from experience in the glow plug control unit.
  • knowledge of the entire history is necessary, which requires non-volatile memory and a time base, if data must be included before a reset.
  • the measurement of the glow plug temperature across the glow plug resistor eliminates as a way of determining the glow plug temperature due to the tolerances of the glow plugs with respect to their resistance profile because of the real existing tolerances and the different dynamic behavior. Calibration of the glow plugs is beyond that conceivable, since these are high-volume components.
  • US 4,458,639 relates to a device for controlling the heating of the glow plugs of a diesel engine in which the output voltage generated by a glow plug temperature simulator containing a charge / discharge circuit is compared with a reference voltage from a reference voltage generator and the heating of the glow plug is controlled in dependence on the result of the comparison.
  • the voltage across the glow plug is applied to the charge / discharge circuit to charge a capacitor thereof.
  • the level of the reference voltage changes in response to changes in the voltage of the voltage source with which the glow plug is heated.
  • the object underlying the invention is therefore to provide a method and an apparatus of the type mentioned above, with which the heating of the glow plugs of a diesel engine, including the thermal behavior of the glow plugs can be controlled without a measurement signal for reporting the temperature of the glow plugs ,
  • the temperature range of the glow plug (up to 1,100 ° C for steel glow plugs, up to 1,500 ° C for ceramic glow plugs) is preferably projected onto the temperature range of the electronics (up to 125 ° C).
  • a thermal model of the glow plugs is implemented in the glow control device by incorporating drive and evaluation electronics in conjunction with a resistance temperature element or element, or a combination of both elements.
  • the feedback of the glow plug temperature from the physical model then enables a based on it Control or regulation of the glow plugs.
  • the core of the physical model consists of a physical energy storage whose energy content is proportional to the glow plug temperature or inversely proportional. This physical energy store may be, for example, a heating element with a corresponding thermal mass or a capacitor for storing electrical energy.
  • the control of the glow plugs from any conceivable operating state is optimized in order to achieve shortest possible response times to achieve the target temperature.
  • the glow plug temperature is controlled indirectly by a closed loop, which leads from the control electronics for driving the glow plugs, the correction module, the physical model back to the control electronics.
  • the physical model can be further coupled with measurement signals, the z. B. reflect the temperature of the environment or at least in stationary operation of the glow plug.
  • a temperature sensor may be provided in the annealing control unit, or the signal of a temperature sensor of the engine may be evaluated via an interface.
  • a resistance measurement and, if appropriate, an averaging over some or all built-in glow plugs.
  • the erf indungssiee device and the inventive method provide improved repeat start protection at Schnellstartglühkerzen and low-voltage glow plugs and offer the possibility of use as a preemptive controller. Specifically, this means that a better and more accurate detection of the actual glow plug temperature, a guide of the glow plug temperature over the more accurate and easier detectable temperature of the physical model are possible.
  • the mapping and thus storage of the temperature state of the glow plugs is independent of the power supply of the electronics possible, so that even after a complete reset the current state of the glow plugs can be detected easily and accurately and the optimal control can be selected.
  • the physical model, which is implemented in the control electronics can also be compared during the production of the electronics. According to the invention, no static, but a dynamic memory is provided. Thus, the replication of the cooling behavior is possible even without operating voltage, so that an optimal control of the heating of the glow plugs to achieve the shortest standby time, ie startability of the engine can be achieved.
  • a common metal glow plug which has a variable resistance, which typically increases with increasing temperature.
  • Fig. 2 illustrated metal glow plug 6 with internal coil combination 7 a heating element without appreciable temperature coefficient, namely the heating coil 8, and a heating element with a positive temperature coefficient, namely the control or measuring coil 9, there is no sufficiently fast thermal coupling, so that the dynamics of the combustion chamber side candle tip not readily from the change in resistance can be determined, the said dynamics only relatively slowly follows.
  • the resistances of all glow plugs from mass production scatter strongly and the resistance curve also correlates only insufficiently with the temperature profile. An adjustment or a sorting of all glow plugs is unthinkable due to the additional costs.
  • additional temperature sensors 10 may be provided, they are associated with high costs and have a limited life over this.
  • the detection and management of the heating behavior of the glow plugs are thus set narrow limits, which are already partially covered by the tolerance of real glow plugs, so that no additional statement about the present temperature of the glow plugs can be made at randomly distributed resistances.
  • Fig. 3 is shown in a glow plug control via a suitable interface from a higher-level control unit, for example, from the engine control unit 1 of an engine 14 a Glühan project sent to the Glüh Kunststoff réelle 2, which is interpreted there, so that the glow plugs 3 are energized according to the requirements.
  • a higher-level control unit for example, from the engine control unit 1 of an engine 14 a Glühan project sent to the Glüh concede réelle 2, which is interpreted there, so that the glow plugs 3 are energized according to the requirements.
  • a physical model 4 of the glow plugs provided in the annealing control unit, which serves to map the thermal state of the glow plugs 3.
  • This physical Model 4 is designed so that it reflects the temperature at the heater tip of a conventional glow plug at least when the engine is stationary. This applies to the heating as well as the cooling of the glow plug.
  • the physical model 4 consists in principle of a physical energy storage whose energy content is proportional to the Glühkerzentemperatur or inversely proportional.
  • This physical energy store may be, for example, a capacitor whose state of charge is proportional to the temperature.
  • the resistance of a correspondingly dimensioned resistance temperature element with positive or negative resistance temperature coefficients can serve within the physical model.
  • the physical model 4 can also be completely in the form of computer-stored software, eg. B. be formed as a stored map.
  • the state of the physical model 4 is evaluated and from an input variable 5 is formed, which is located on the glow plug control 12, the glow plugs 3 via a drive 15, for. B. in the form of circuit breakers controls.
  • the glow plugs 3 and, in parallel, the physical model 4 in the glow plug control are actuated.
  • the state of the model 4 is determined and analyzed and is an input 5 to the glow plug controller 12 as a feedback of the glow plug temperature, so that the glow plug control 2 can take into account the thermal condition of the glow plugs in the control of the glow plugs.
  • the implemented in the glow control 2 physical Model 4 can detect the dynamics very accurately, so that precise information is given about the temperature actually present at the glow plugs 3, which opens up far-reaching possibilities for detecting and guiding the temperature of the glow plugs 3.
  • the temperature of the physical model 4 may be compared to another temperature sensed at a location that best reflects the ambient temperature. This may be a measuring point 11 on the metal stamped grid, which does not experience a large current, for example the communication interface.
  • the model or integrated electronic components can be easily adjusted, thereby achieving a further increase in accuracy .
  • the evaluation of the resistance of the glow plugs 3 via the measurement of the current is insufficient to measure the temperature, especially in dynamic phases, the resistance of the glow plugs can be compared with the values of the physical model 4 in sufficiently stationary phases Increase the accuracy or can serve to verify the plausibility.
  • a corresponding functionality of the controller 2 for targeted matching between the glow plug resistor and the output signal of the physical model 4 can be implemented by appropriate software and memory in the control electronics 12.
  • the state of the physical model 4 is thus evaluated by suitable electronics and provided as a signal for processing for the control electronics 12 available.
  • the physical model 4 Since the physical model 4, as mentioned, is operated in parallel with the glow plugs 3, ie an equivalent or receives proportional energy input, it forms the heating behavior of the glow plugs 3 after. This replica should be designed so that the heating and cooling behavior is simulated at least when the engine is stopped. However, the physical model 4 in the glow control 2 does not experience the energy supply or outflow as a glow plug in the combustion chamber by the combustion energy or the additional cooling, for example, in overrun. In order that the physical model 4 fulfills its purpose and emulates the temperature of the glow plugs 3 as well as possible, in addition to the parallel control of the physical model 4, the additional positive or negative energy input can be mathematically added by external influences which deviate from the standard case.
  • a correction module 13 is preferably provided, which lies between the physical model 4 and the control electronics 12 and the current engine condition, such as the speed, the torque, the injected fuel quantity, the temperature, etc., taken into account and the activation of the physical model 4 accordingly modified that the reference glow plug temperature output by the model closely matches the actual glow plug temperature.
  • the control of the physical model 4 can be limited with a fixed value in the simplest case. It is known that during engine operation, glow plugs, at least in direct injection diesel engines, have a higher energy requirement than the low speed and very high load margins in order to maintain the setpoint temperature of the glow plugs. It is customary to form the control electronics 12 so that the power supply to the glow plugs is controlled so that the glow plug temperature is kept independent of the engine operating conditions. As a result, with the engine running and thus generally higher energy flow to the glow plugs than when the engine is assumed be that the glow plugs have exactly the target temperature.
  • the correction module 13 can force the physical model 4 to a state corresponding to the setpoint temperature for these cases which are easy to detect.
  • the additional positive or negative energy input may first be metrologically detected and in correlation with the engine control unit 1 or the glow control 2 available parameters such.
  • the engine control unit 1 or the glow control 2 available parameters such as the speed, the internal torque, the air, engine, water or oil temperature are set.
  • an algorithm or mathematical model is created and integrated into the correction module 13 so that it modifies the drive signal in parallel with the glow plug energization such that the physical model 4 follows the actual temperature at the glow plug.
  • the temperature of the glow plugs can advantageously be regulated by producing a closed control loop by detecting the temperature of the physical model 4.
  • a setpoint temperature sent, for example, from the engine control unit 1 to the glow control 2 can then be relatively easily implemented and monitored, wherein the achievement of this temperature can be fed back to the engine control unit 1.
  • This scheme opens up further possibilities to bring the glow plugs 3 even faster than previously to the target temperature, since currently only lower heating rates are possible because of the lack of feedback of the resulting temperature at the glow plug 3.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors.
  • Derartige Verfahren und Vorrichtungen dienen dazu, die Glühkerzen eines Dieselmotors auf eine Solltemperatur zu bringen, bei der der Motor gestartet werden kann.
  • Aus MTZ 10/2000 "Das elektronisch gesteuerte Glühsystem ISS für Dieselmotoren" ist ein Verfahren zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors bekannt, bei dem der Glühbefehl oder die Glühanforderung nach abgeschlossener Initialisierung der Motorsteuerung, nach erfolgter Bestimmung der Temperatur der Motorelemente über die Motorsteuerung und anschließendem erfolgreichen Aufbau einer Kommunikation zwischen der Motorsteuerung und dem Glühsteuergerät gegeben wird.
  • Zur Steuerung der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors ist es wichtig, den thermischen Zustand der Glühkerzen, insbesondere von Schneilstartglühkerzen, beispielsweise die Resttemperatur der Glühkerzen nach einer vorherigen Aufheizung beim Wiederholstart zu kennen und in die folgende Steuerung einzubeziehen. Der thermische Zustand der Glühkerzen kann jedoch bisher nur aus Erfahrungswerten in das Glühkerzensteuergerät implementiert werden. Um die Resttemperatur der Glühkerze zu berücksichtigen, ist dazu die Kenntnis der gesamten Historie notwendig, was nicht flüchtige Speicher und eine Zeitbasis erfordert, falls Daten vor einer Rücksetzung miteinbezogen werden müssen.
  • Die Messung der Glühkerzentemperatur über den Glühkerzenwiderstand scheidet als Möglichkeit der Ermittlung der Glühkerzentemperatur auf Grund der Toleranzen der Glühkerzen im Bezug auf ihren Widerstandsverlauf wegen der real existierenden Toleranzen und des unterschiedlichen Dynamikverhaltens aus. Eine Kalibrierung der Glühkerzen ist darüber hinaus nicht denkbar, da es sich dabei um Großserienbauteile handelt.
  • US 4 458 639 betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors bei der die von einem eine Lade-/Entladeschaltung enthaltenden Glühkerzentemperatursimulator erzeugte Ausgabespannung mit einer Referenzspannung von einem Referenzspannungsgenerator verglichen wird und die Aufheizung der Glühkerze in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs gesteuert wird. Die über der Glühkerze auftretende Spannung wird an die Lade-/Entladeschaltung angelegt, um einen Kondensator davon zu laden. Der Pegel der Referenzspannung ändert sich als Reaktion auf Änderungen der Spannung der Spannungsquelle, mit welcher die Glühkerze aufgeheizt wird.
  • Weiterhin ist aus US 4,137,885 A ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3 bekannt.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen die Aufheizung der Glühkerzen eines Dieselmotors unter Einbeziehung des thermischen Verhaltens der Glühkerzen ohne ein Messsignal zur Rückmeldung der Temperatur der Glühkerzen gesteuert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die in den Patentansprüchen 1 und 3 jeweils angegeben ist.
  • Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bzw. 4 bis 7.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die thermische Situation der Glühkerzen zu beurteilen, da ein physikalisches Modell der Glühkerzen in das Steuergerät implementiert ist. Dieses Modell, das beispielsweise in Form eines Temperaturwiderstandselementes mit positivem oder negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten ausgeführt sein kann, das parallel zu den Glühkerzen mit einer Niederspannung und einem geringen Strom aufgeheizt wird, lässt über seinen Widerstand einen Rückschluss auf die vorliegende Temperatur zu. Mittels weiterer elektronischer Schaltungselemente kann dann das thermische Aufheiz- und Beharrungsverhalten der Glühkerzen in ihrer vollen Dynamik emuliert werden.
  • Dadurch, dass das physikalische Modell in die Glühkerzensteuerung integriert ist, wird eine Unabhängigkeit von Bordspannungseinbrüchen am Fahrzeug erreicht, so dass der thermische Zustand der Glühkerzen durch die Glühkerzensteuerung auch nach einem vollständigen Rücksetzen der Ansteuerelektronik einfach und genau ermittelt werden kann. Dabei wird der Temperaturbereich der Glühkerze (bis 1.100°C für Stahlglühkerzen, bis 1.500°C für Keramikglühkerzen) vorzugsweise auf den Temperaturbereich der Elektronik (bis 125°C) projiziert.
  • Das heißt im Einzelnen, dass ein thermisches Modell der Glühkerzen in das Glühsteuergerät dadurch implementiert wird, dass eine Ansteuer- und Auswerteelektronik in Verbindung mit einem Widerstandstemperaturelement oder einem Heizelement oder einer Kombination aus beiden Elementen eingebaut wird. Die Rückmeldung der Glühkerzentemperatur aus dem physikalischen Modell ermöglicht dann eine darauf basierende Steuerung oder Regelung der Glühkerzen. Der Kern des physikalischen Modells besteht dabei aus einem physikalischen Energiespeicher, dessen Energiegehalt zur Glühkerzentemperatur proportional oder dazu umgekehrt proportional ist. Bei diesem physikalischen Energiespeicher kann es sich beispielsweise um ein Heizelement mit entsprechender thermischer Masse oder um einen Kondensator zur Speicherung elektrischer Energie handeln.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt somit eine physikalische Modellierung des thermischen Verhaltens der Glühkerzen, wobei das entsprechende physikalische Modell in die Glühsteuerung integriert ist. Das kann weiterhin die Abbildung des Motorbetriebszustandes auf das physikalische Modell einschließen.
  • Die Ansteuerung der Glühkerzen aus jedem erdenklichen Betriebszustand heraus wird dadurch optimiert, um kurzmögliche Ansprechzeiten zur Erzielung der Solltemperatur zu erreichen.
  • Bei Verwendung eines Korrekturmoduls wird die Glühkerzentemperatur indirekt durch einen geschlossenen Regelkreis geregelt, der aus der Ansteuerelektronik zum Ansteuern der Glühkerzen, dem Korrekturmodul, dem physikalischen Modell zurück zur Ansteuerelektronik führt.
  • Das physikalische Modell kann weiterhin mit Messsignalen gekoppelt werden, die z. B. die Temperatur der Umgebung oder zumindest im stationären Betrieb der Glühkerze wiedergeben. Hierzu kann ein Temperatursensor im Glühsteuergerät vorgesehen sein oder kann das Signal eines Temperatursensors des Motors über eine Schnittstelle ausgewertet werden. Zur Ermittlung der Temperatur im stationären Betrieb der Glühkerze erfolgt eine Widerstandsmessung und gegebenenfalls eine Mittelwertbildung über einige oder alle eingebauten Glühkerzen.
  • Die erf indungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren liefern einen verbesserten Wiederholstartschutz bei Schnellstartglühkerzen und Niedervoltglühkerzen und bieten die Möglichkeit des Einsatzes als preemptiver Regler. Das heißt im Einzelnen, dass eine bessere und genauere Erfassung der tatsächlichen Glühkerzentemperatur, eine Führung der Glühkerzentemperatur über die genauer und einfacher erfassbare Temperatur des physikalischen Modells möglich werden. Die Abbildung und damit Speicherung des Temperaturzustandes der Glühkerzen ist unabhängig von der Spannungsversorgung der Elektronik möglich, so dass auch nach einem vollständigen Rücksetzen der aktuelle Zustand der Glühkerzen einfach und genau erfasst werden kann und die optimale Ansteuerung gewählt werden kann. Das'physikalische Modell, das in die Steuerelektronik implementiert wird, kann darüber hinaus im Rahmen der Fertigung der Elektronik abgeglichen werden. Gemäß der Erfindung ist kein statischer, sondern ein dynamischer Speicher vorgesehen. Somit ist die Nachbildung des Abkühlverhaltens auch ohne Betriebsspannung möglich, so dass eine optimale Steuerung des Aufheizvorganges der Glühkerzen zur Erreichung der kurzmöglichsten Bereitschaftszeit, d. h. Startfähigkeit des Motors erreicht werden kann.
  • Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Schnittansicht des Glühstabes einer Glühkerze,
    • Fig. 2 eine Teilschnittansicht einer Glühkerze mit dem in Fig. 1 dargestellten Glühstab und
    • Fig. 3 das schematische Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • In den Fig. 1 und 2 ist eine übliche aus Metall ausgeführte Glühkerze dargestellt, die einen veränderlichen Widerstand aufweist, der in der Regel mit zunehmender Temperatur zunimmt. Bei der beispielsweise in Fig. 2 dargestellten Metallglühkerze 6 mit innenliegender Wendelkombination 7 aus einem Heizelement ohne nennenswertem Temperaturkoeffizienten, nämlich der Heizwendel 8, und einem Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten, nämlich der Regel- oder Messwendel 9, gibt es keine ausreichend schnelle thermische Kopplung, so dass die Dynamik an der brennraumseitigen Kerzenspitze nicht ohne weiteres aus der Änderung des Widerstandes ermittelt werden kann, der besagter Dynamik nur relativ träge folgt. Weiterhin streuen die Widerstände aller Glühkerzen aus der Serienfertigung stark und der Widerstandsverlauf korreliert darüber hinaus nur ungenügend mit dem Temperaturverlauf. Ein Abgleich oder eine Sortierung aller Glühkerzen ist auf Grund der Mehrkosten undenkbar. Es können zwar zusätzliche Temperatursensoren 10 vorgesehen sein, sie sind jedoch mit hohen Kosten verbunden und haben über dies eine begrenzte Lebensdauer. Der Erkennung und der Führung des Aufheizverhaltens der Glühkerzen sind somit enge Grenzen gesetzt, die zum Teil schon durch die Toleranz realer Glühkerzen überdeckt werden, so dass keine zusätzliche Aussage über die vorliegende Temperatur der Glühkerzen bei statistisch verteilten Widerständen gemacht werden kann.
  • Eine direkte Rückkopplung über die aktuelle Temperatur an der Heizstabspitze der Glühkerzen ist für den Serieneinsatz somit nicht möglich.
  • Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wird bei einer Glühkerzensteuerung über eine geeignete Schnittstelle von einem übergeordneten Steuergerät, beispielsweise vom Motorsteuergerät 1 eines Motors 14 eine Glühanforderung an das Glühsteuergerät 2 gesendet, die dort interpretiert wird, so dass die Glühkerzen 3 entsprechend den Anforderungen bestromt werden.
  • Wie es weiterhin in Fig. 3 dargestellt ist, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung parallel zu den Glühkerzen ein physikalisches Modell 4 der Glühkerzen im Glühsteuergerät vorgesehen, das dazu dient, den thermischen Zustand der Glühkerzen 3 abzubilden. Dieses physikalische Modell 4 ist so ausgebildet, dass es zumindest bei stehendem Motor die Temperatur an der Heizstabspitze einer üblichen Glühkerze abbildet. Das gilt sowohl für die Aufheizung als auch für die Abkühlung der Glühkerze.
  • Das physikalische Modell 4 besteht im Prinzip aus einem physikalischen Energiespeicher, dessen Energiegehalt zur Glühkerzentemperatur proportional oder umgekehrt proportional ist. Dieser physikalische Energiespeicher kann beispielsweise ein Kondensator sein, dessen Ladezustand proportional zur Temperatur ist. Als Maß für den thermischen Zustand der Glühkerze kann auch der Widerstand eines entsprechend dimensionierten Widerstandstemperaturelementes mit positivem oder negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten innerhalb des physikalischen Modells dienen.
  • Das physikalische Modell 4 kann aber auch vollständig in Form einer computergespeicherten Software, z. B. als abgespeichertes Kennfeld ausgebildet sein.
  • Wie es in Fig. 3 weiterhin dargestellt ist, wird der Zustand des physikalischen Modells 4 ausgewertet und wird daraus eine Eingangsgröße 5 gebildet, die an der Glühkerzensteuerung 12 liegt, die die Glühkerzen 3 über eine Ansteuerung 15, z. B. in Form von Leistungsschaltern ansteuert.
  • Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:
  • Sobald über die Schnittstelle von einem übergeordneten Steuergerät, beispielsweise dem Motorsteuergerät 1 eine Glühanforderung an das Glühsteuergerät 2 gesendet wird, werden die Glühkerzen 3 und parallel dazu das physikalische Modell 4 in der Glühkerzensteuerung angesteuert. Der Zustand des Modells 4 wird ermittelt und analysiert und liegt als Eingangsgröße 5 an der Glühkerzensteuerung 12 als Rückmeldung der Glühkerzentemperatur, so dass die Glühkerzensteuerung 2 den thermischen Zustand der Glühkerzen bei der Ansteuerung der Glühkerzen berücksichtigen kann.
  • Das in die Glühsteuerung 2 implementierte physikalische Modell 4 kann die Dynamik sehr genau erfassen, so dass eine genaue Information über die tatsächlich an den Glühkerzen 3 vorliegende Temperatur gegeben ist, was weitreichende Möglichkeiten zur Erfassung und Führung der Temperatur der Glühkerzen 3 eröffnet.
  • Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, kann die Temperatur des physikalischen Modells 4 mit einer weiteren Temperatur verglichen werden, die an einer Stelle erfasst wird, die die Umgebungstemperatur gut wiederspiegelt. Hierbei kann es sich um eine Messstelle 11 am Metallstanzgitter, das keinen großen Strom erfährt, beispielsweise die Kommunikationsschnittstelle handeln.
  • Es ist weiterhin von Vorteil, dass auf Grund der Tatsache, dass das physikalische Modell 4 in die Glühsteuerung 2 implementiert ist, während der Fertigung der Glühsteuerung 2 problemlos das Modell oder die integrierten elektronischen Bauelemente abgeglichen werden können, wodurch eine weitere Steigerung der Genauigkeit erreicht wird. Die Auswertung des Widerstandes der Glühkerzen 3 über die Messung des Stromes ist zwar ungenügend, um die Temperatur, insbesondere in dynamischen Phasen zu messen, in hinreichend stationären Phasen kann der Widerstand der Glühkerzen mit den Werten des physikalischen Modells 4 jedoch verglichen werden, was zur weiteren Steigerung der Genauigkeit bzw. zur Überprüfung der Plausibilität dienen kann. Eine entsprechende Funktionalität der Steuerung 2 zum gezielten Abgleich zwischen dem Glühkerzenwiderstand und dem Ausgangssignal des physikalischen Modells 4 kann durch eine entsprechende Software und Speicher in der Ansteuerelektronik 12 implementiert werden.
  • Der Zustand des physikalischen Modells 4 wird somit durch eine geeignete Elektronik ausgewertet und als Signal zur Verarbeitung für die Ansteuerelektronik 12 zur Verfügung gestellt.
  • Da das physikalische Modell 4, wie erwähnt, parallel zu den Glühkerzen 3 betrieben wird, d. h. einen äquivalenten bzw. proportionalen Energieeintrag erfährt, bildet es das Aufheizverhalten der Glühkerzen 3 nach. Diese Nachbildung sollte so angelegt sein, dass das Aufheiz- und Abkühlverhalten zumindest bei stehendem Motor nachgebildet wird. Das physikalische Modell 4 in der Glühsteuerung 2 erfährt aber nicht den Energiezu- bzw. abfluss wie eine Glühkerze im Brennraum durch die Verbrennungsenergie bzw. die zusätzliche Abkühlung beispielsweise im Schubbetrieb. Damit das physikalische Modell 4 seinen Zweck erfüllt und die Temperatur der Glühkerzen 3 so gut wie möglich nachbildet, kann neben der Parallelansteuerung des physikalischen Modells 4 gleichzeitig der zusätzliche positive oder negative Energieeintrag durch äußere Einflüsse, die vom Standardfall abweichen, mathematisch zuaddiert werden. Dazu ist vorzugsweise ein Korrekturmodul 13 vorgesehen, das zwischen dem physikalischen Modell 4 und der Ansteuerelektronik 12 liegt und den aktuellen Motorzustand, beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment, die eingespritzte Kraftstoffmenge, die Temperatur usw., berücksichtigt und die Ansteuerung des physikalischen Modells 4 dementsprechend so modifiziert, dass die vom Modell ausgegebene Referenzglühkerzentemperatur mit der tatsächlichen Glühkerzentemperatur gut übereinstimmt.
  • Hierzu kann im einfachsten Fall die Ansteuerung des physikalischen Modells 4 mit einem Festwert begrenzt werden. Es ist bekannt, dass Glühkerzen während des Motorbetriebs zumindest bei Dieselmotoren mit direkter Einspritzung außer in Randbereichen niedriger Drehzahl und sehr hoher Last ein gegenüber den Verhältnissen bei stehendem Motor höheren Energiebedarf haben, um die Solltemperatur der Glühkerzen zu halten. Es ist dazu üblich, die Ansteuerelektronik 12 so auszubilden, dass die Energiezufuhr zu den Glühkerzen so geregelt wird, dass die Glühkerzentemperatur unabhängig von den Motorbetriebsbedingungen gehalten wird. Dadurch kann bei laufendem Motor und damit in der Regel höherem Energiefluss an die Glühkerzen als bei stehendem Motor davon ausgegangen werden, dass die Glühkerzen genau die Solltemperatur haben. Das Korrekturmodul 13 kann für diese einfach zu detektierenden Fälle das physikalische Modell 4 auf einen der Solltemperatur entsprechenden Zustand zwingen.
  • Wenn eine noch genauere Abbildung der tatsächlichen Glühkerzentemperatur durch das physikalische Modell 4 gefordert wird oder bei Motoren mit indirekter Einspritzung oder anderen Motoren, bei denen die oben erwähnte einfache Begrenzung des Modells durch einen Festwert nicht ausreicht, kann der zusätzliche positive oder negative Energieeintrag zunächst messtechnisch erfasst und in Korrelation mit dem Motorsteuergerät 1 oder der Glühsteuerung 2 verfügbaren Parametern, wie z. B. der eingespritzten Kraftstoffmenge, der Drehzahl, dem inneren Moment, der Luft-, Motor-, Wasseroder Öltemperatur gesetzt werden. Auf Grund der dann erhaltenen Daten wird ein Algorithmus oder ein mathematisches Modell erstellt und in das Korrekturmodul 13 integriert, so dass dieses das Ansteuersignal parallel zur Glühkerzenbestromung dergestalt modifiziert, dass das physikalische Modell 4 der tatsächlichen Temperatur an der Glühkerze folgt. Auf diese Weise kann zusätzlich vorteilhaft die Temperatur der Glühkerzen geregelt werden, indem durch die Erfassung der Temperatur des physikalischen Modells 4 ein geschlossener Regelkreis entsteht. Damit lassen sich Überbeanspruchungen, Fehlansteuerungen usw. vermeiden. Eine beispielsweise vom Motorsteuergerät 1 an die Glühsteuerung 2 gesendete Solltemperatur kann dann relativ einfach umgesetzt und überwacht werden, wobei die Erreichung dieser Temperatur wieder an das Motorsteuergerät 1 rückgekoppelt werden kann. Durch diese Regelung werden weitere Möglichkeiten eröffnet, die Glühkerzen 3 noch schneller als bisher auf die Solltemperatur zu bringen, da derzeit wegen der fehlenden Rückkopplung der resultierenden Temperatur an der Glühkerze 3 nur geringere Aufheizgeschwindigkeiten möglich sind.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern der Aufheizung von Glühkerzen eines Dieselmotors, wobei das thermische Verhalten der Glühkerzen bei der Aufheizung sowie der Abkühlung emuliert wird und die Temperaturrückmeldung der Emulation als Steuergröße zur Steuerung der Energiezufuhr der Glühkerzen herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur der Temperaturrückmeldung der Emulation dadurch erfolgt, dass bei der Emulation messtechnisch erfasste Energieeinträge in Korrelation zu verfügbaren Motorbetriebsparametern gesetzt werden und bei der Emulation berücksichtigt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturrückmeldung der Emulation mit einer Referenztemperatur verglichen wird, die der Umgebungstemperatur entspricht.
  3. Vorrichtung zum Steuern der Aufheizung von Glühkerzen (3) eines Dieselmotors mit einer den Heizstrom der Glühkerzen (3) steuernden Steuerelektronik (12) und einem physikalischen Modell (4) der Glühkerzen (3), das zur Emulation des thermischen Verhaltens der Glühkerzen bei der Aufheizung sowie der Abkühlung durch die Steuerelektronik ansteuerbar ist und dessen Zustand als Bezugssignal an der Steuerelektronik liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturmodul (13) vorgesehen ist, das die Ansteuerung des physikalischen Modells (4) durch die Steuerelektronik (12) in Abhängigkeit von den Motorbetriebsverhältnissen modifiziert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das physikalische Modell ein Kondensator ist, dessen Ladezustand der Glühkerzentemperatur proportional ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das physikalische Modell ein Widerstandstemperaturelement mit positivem oder negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten ist, dessen Widerstand proportional zur Glühkerzentemperatur ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen Speicher, an dem das Ausgangssignal des physikalischen Modells (4) liegt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch ein Vergleichsmodul, das das Ausgangssignal des physikalischen Modells (4) mit der Umgebungstemperatur vergleicht.
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