DE102006021285B4

DE102006021285B4 - Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen in Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102006021285B4
Application number: DE102006021285.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Toedter Olaf; Markus KERNWEIN; Andreas Bleil; Jörg Stöckle; Franz Pachner
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2026-05-06
Also published as: US7730864B2; EP1852604A1; EP1852604B1; DE102006021285A1; US20080163840A1; KR101188583B1; KR20070108071A

Abstract

Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen, welche ein Gehäuse und ein über das Gehäuse vorstehendes Glühelement haben, in einem Dieselmotor, welcher mit einem Motorsteuergerät und mit einem Glühkerzensteuergerät zusammenarbeitet, welches im Anschluss an eine Vorglühphase die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer vom Motorsteuergerät erhaltenen Vorgabe steuert, wobei das Motorsteuergerät eine Größe ermittelt, welche ein Maß für eine Temperatur ist, die am Glühelement auftreten soll, und diese Größe als Zielvorgabe an das Glühkerzensteuergerät übermittelt, welches diese Zielvorgabe mit einem im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Algorithmus und unter Berücksichtigung von im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Kennwerten umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe bei laufendem Dieselmotor veränderlich ist und in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Dieselmotors ermittelt wird.

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen aus, wie es beispielsweise aus DE 102 47 042 B3 bekannt ist. Ein ähnliches Verfahren ist in dem Aufsatz „Das elektronisch gesteuerte Glühsystem ISS für Dieselmotoren, veröffentlicht in der DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 61, (2000) 10, S. 668-675, sowie aus DE 37 29 638 A1 bekannt.
1 zeigt das Blockschaltbild eines Glühkerzen-Steuergerätes 1 zum Durchführen des bekannten Verfahrens. Dieses Steuergerät enthält einen Mikroprozessor 2 mit integriertem Digital-Analog-Wandler, eine Anzahl MOSFET-Leistungshalbleiter 3 zum Ein- und Ausschalten einer gleichen Anzahl von Glühkerzen 4, eine elektrische Schnittstelle 5 zum Verbinden mit einem Motorsteuergerät 6 und eine interne Spannungsversorgung 7 für den Mikroprozessor 2 und für die Schnittstelle 5. Die interne Spannungsversorgung 7 hat über die „Klemme 15“ des Fahrzeuges Verbindung mit der Fahrzeugbatterie.
Der Mikroprozessor 2 steuert die Leistungshalbleiter 3 an, liest deren Statusinformationen und kommuniziert über die elektrische Schnittstelle 5 mit dem Motorsteuergerät 6. Die Schnittstelle 5 nimmt eine Anpassung der Signale vor, die zur Kommunikation zwischen dem Motorsteuergerät 6 und dem Mikroprozessor 2 benötigt werden. Die Spannungsversorgung 7 liefert eine stabile Spannung für den Mikroprozessor 2 und für die Schnittstelle 5.
Glühkerzen haben die Aufgabe, bei einem Kaltstart des Dieselmotors eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken und danach in einer Nachglühphase einen gleichmäßigen Lauf des Dieselmotors zu bewirken, bis er so warm ist, dass er auch ohne Unterstützung durch Glühkerzen gleichmäßig rund läuft. Die Nachglühphase dauert bis zu einigen Minuten. In der Nachglühphase soll die Glühkerze eine gleich bleibende Temperatur, die Beharrungstemperatur, annehmen, für welche bei Stahlglühkerzen ca. 1000° C ein typischer Wert ist. Um die Beharrungstemperatur beizubehalten, wird bei modernen Glühkerzen nicht die volle Spannung aus dem Bordnetz des Fahrzeugs benötigt, sondern lediglich eine Spannung von typisch 5 Volt bis 6 Volt. Der Mikroprozessor 2 steuert die Leistungshalbleiter 3 zu diesem Zweck durch ein Verfahreh der Pulsweiten-Modulation, was zur Folge hat, dass die Spannung aus dem Bordnetz, welche den Leistungshalbleitern 3 über die „Klemme 30“ des Fahrzeugs zugeführt wird, so moduliert wird, dass die gewünschte Spannung an den Glühkerzen im zeitlichen Mittel anliegt.
Wird der Dieselmotor kalt gestartet, dann versorgt das Steuergerät 1 die Glühkerzen 4 mit einer höheren Aufheizspannung von z.B. 11 Volt, um möglichst rasch eine Temperatur der Glühkerzen in Höhe der Beharrungstemperatur oder - vorzugsweise - vorübergehend noch einige 10° C mehr zu erreichen. Nach der Offenbarung in MTZ 61 (2000) 10, S. 668.675, erfolgt das schnelle Aufheizen der Glühkerzen in der Vorglühphase energiegesteuert, d. h., der jeweiligen Glühkerze wird eine Energie zugeführt, die so vorbestimmt ist, dass die Beharrungstemperatur auf jeden Fall erreicht wird. Vorzugsweise wird die Beharrungstemperatur zunächst einmal überschritten und sinkt danach auf die Beharrungstemperatur ab.
Nach einem Kaltstart befindet sich der Motor für eine gewisse Zeitspanne in der so genannten Kaltlaufphase, welche durch eine Leerlaufdrehzahl gekennzeichnet ist, welche über der Leerlaufdrehzahl bei betriebswarmem Motor liegt. In der Kaltlaufphase wird die an den Glühkerzen liegende effektive Spannung, d.h., die infolge der Pulsweitenmodulation im zeitlichen Mittel anliegende Spannung, von der anfänglichen Aufheizspannung von z.B. 11 Volt (der „Anfangswert“) stufenweise abgesenkt auf eine Spannung von z.B. 6 Volt (der „Endwert“ der Spannung), mit welcher die Beharrungstemperatur der Glühkerzen von z.B. 1000° C gehalten werden kann. Schwankungen der Bordnetzspannung können bei der Pulsweitenmodulation durch Verändern der Einschaltzeit ausgeregelt werden.
Beim Stand der Technik erfolgt das stufenweise Absenken der im zeitlichen Mittel an den Glühkerzen 4 anliegenden Spannung in der Kaltlaufphase während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Erfahrungswerten, die im Mikroprozessor 2 gespeichert sind. Die Zeitspanne, während welcher die effektive Spannung in der Kaltlaufphase angehoben wird, ist höchstens so lang wie die Kaltlaufphase selbst, vorzugsweise kürzer als diese.
Je nach Motordrehzahl und Motorlast bzw. Motordrehmoment werden die Glühkerzen unterschiedlich stark abgekühlt. Um nach der Kaltlaufphase, aber vor Erreichen der normalen Betriebstemperatur des Motors, dennoch bei betriebswarmem Motor die Glühkerzentemperatur konstant zu halten, wird die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung den sich ändernden Bedingungen angepasst. Dies geschieht entsprechend den Vorgaben aus dem Motorsteuergerät 6 durch Anheben oder Absenken des Endwertes der im zeitlichen Mittel an den Glühkerzen 4 anliegenden Spannung.
Es ist Stand der Technik, dass das Motorsteuergerät auf der Grundlage von Auswertungen, die es selber trifft, entscheidet, wann Glühvorgänge ausgelöst werden und wie lange sie andauern. Zu diesem Zweck verfügt das Motorsteuergerät über eine Intelligenz, die mit Hilfe einer State-Machine ausgeübt wird, welche in das Motorsteuergerät integriert ist. Die State-Machine arbeitet nach einem starren, fest vorgegebenen Schema und erzeugt Befehlssignale, welche dem üblicherweise am Motorblock angebrachten Glühkerzensteuergerät übermittelt werden, welche die Vorgabe des Motorsteuergerätes umsetzt und unter Berücksichtigung eines im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Modells der Glühkerzen die elektrische Leistung steuert, die den Glühkerzen zugeführt wird. Dazu bedarf es einer gegenseitigen Anpassung der beiden Steuergeräte und der in ihnen ablaufenden Algorithmen, soweit sie die Steuerung der Glühkerzen betreffen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für das Verwirklichen der Steuerung von Glühkerzen zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen, welche ein Gehäuse und ein über das Gehäuse vorstehendes Glühelement haben, in einem Dieselmotor, welcher mit einem Motorsteuergerät und mit einem Glühkerzensteuergerät zusammenarbeitet, welches im Anschluss an eine Vorglühphase die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer vom Motorsteuergerät erhaltenen Vorgäbe gesteuert, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät eine Größe ermittelt, welche ein Maß für eine Temperatur ist, die am Glühelement auftreten soll. Diese Größe wird vom Motorsteuergerät als Zielvorgabe an das Glühkerzensteuergerät übermittelt, welches diese Zielvorgabe mit einem im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Algorithmus und unter Berücksichtigung von Kennwerten umsetzt, die ebenfalls im Glühkerzensteuergerät gespeichert sind.
Das hat wesentliche Vorteile:

• Das Glühkerzensteuergerät erhält eine Zielvorgabe, nämlich die Temperatur, die am Glühelement auftreten soll, oder eine Größe, welche ein Maß für diese Temperatur ist, welche aus der Sicht des Motorbetriebes die eigentlich funktionsgerechte Zielgröße ist, denn die Temperatur des Glühelementes, insbesondere dessen Oberflächentemperatur ist entscheidend dafür, dass das Kraftstoff-LuftGemisch in der Start- und Kaltlaufphase des Dieselmotors einwandfrei gezündet werden kann und sie kann in weiteren Motor-Betriebspunkten einen entscheidenden Einfluss auf Emission und Motorlauf haben'.
• Die Mindestanforderung an die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen, um eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen, hängt vom Typ des Motors, von seinem Betriebszustand und von der Fahrweise ab, wohingegen die Abhängigkeit vom Typ der verwendeten Glühkerze vernachlässigbar ist. Es ist deshalb optimal, die Temperatur, die am Glühelement der Glühkerzen auftreten soll, im Motorsteuergerät festzulegen.
• Das Verhalten von Glühkerzen im Dieselmotor ist abhängig vom Typ der Glühkerze. Es ist deshalb optimal, die Kennwerte und Randbedingungen, unter denen das Glühelement von Glühkerzen eine als Ziel vorgegebene Temperatur annimmt, ausschließlich im Glühkerzensteuergerät zu berücksichtigen, denn dann benötigt das Glühkerzensteuergerät nur eine einzige Zielvorgabe, nämlich die Temperatur, die am Glühelement auftreten soll, oder eine Größe, die ein Maß für diese Temperatur ist.
• Das Glühkerzensteuergerät kann auf der Grundlage der Zielvorgabe selbständig arbeiten. Umgekehrt kann das Motorsteuergerät ohne besondere Rücksichtnahme auf die konkrete Arbeitsweise des Glühkerzensteuergerätes arbeiten, solange es nur eine Zielvorgabe für die Temperatur liefert, die vom Glühkerzensteuergerät verarbeitet werden kann.
• Infolgedessen können das Motorsteuergerät auf der einen Seite und das Glühkerzensteuergerät auf der anderen Seite in Aufbau und Arbeitsweise im wesentlichen unabhängig voneinander verwirklicht werden. Wechselseitige Einschränkungen für die Arbeitsweise der beiden Steuergeräte sind minimiert, was bedeutet, dass es für das Gestalten der beiden Steuergeräte und ihrer Arbeitsweisen ein Maximum an Freiheitsgraden gibt. Der Entwickler des Motorsteuergerätes ist insbesondere nicht mehr durch eine nach einem starren Schema arbeitende, auf das Glühkerzensteuergerät abgestimmte State-Machine eingeschränkt.
• Der Glühkerzenhersteller, welcher prädestiniert dafür ist, das Steuergerät für die von ihm zur Verfügung gestellten Glühkerzen herzustellen und seine Arbeitsweise zu bestimmen, kann dieses ohne besondere Rücksichtnahme auf das Motorsteuergerät tun.
• Da das Motorsteuergerät die Temperatur, die am Glühelement der Glühkerzen auftreten soll, vorgibt, besteht keine Abhängigkeit der Steuerung der Glühkerzen von einem Zustand der Motorsteuerung oder von einem Zustandsübergang in der Motorsteuerung. Das Glühkerzensteuergerät kann auf jede Vorgabe des Motorsteuergerätes autonom reagieren.

Im Stand der Technik werden die Glühkerzen im Anschluss an eine Vorglühphase so gesteuert, dass die Temperatur, die am Glühelement auftritt, nach Möglichkeit auf einem vorgegebenen Wert verharrt, weshalb diese Temperatur als die Beharrungstemperatur bezeichnet wird. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Zielvorgabe, die das Motorsteuergerät für die Temperatur liefert, die am Glühelement auftreten soll, jedoch bei laufendem Dieselmotor veränderlich. Das führt zu einer Reihe weiterer Vorteile:

• Die Glühkerzentemperatur kann optimiert werden, indem sie an den Betriebszustand des Dieselmotors angepasst wird.
• Die Glühkerze kann nicht nur in der Startphase und wenige Minuten danach eingesetzt werden, sondern kann über einen längeren Zeitraum verbrennungsunterstützend eingesetzt werden.
• Das Einsetzen von Glühkerzen zur Verbrennungsunterstützung erlaubt eine Reduzierung des Schadstoffausstoßes des Dieselmotors.
• Eine Verlängerung der Einsatzdauer von Glühkerzen ist von besonderem Vorteil im Hinblick auf die Bestrebung der Hersteller von Dieselmotoren, die Verdichtung des Dieselmotors herabzusetzen, um den Ausstoß von Stickoxiden zu vermindern. Mit abnehmender Verdichtung verschlechtert sich jedoch das Kaltlaufverhalten des Dieselmotors und die Zündtemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches steigt an. Diesen Nachteilen kann die Weiterbildung der Erfindung abhelfen.
• Mit zunehmender Erwärmung des Motors kann die Temperatur am Glühelement der Glühkerzen verringert werden. Das führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Glühkerzen.
• In Schubphasen des Dieselmotors können die Glühkerzen mit stark reduzierter Glühleistung zur Verbrennungsunterstützung betrieben werden, was zur Erhöhung der Lebensdauer der Glühkerzen beiträgt.
• Bei steigender Motorbelastung, insbesondere bei Volllast, kann die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen zeitweise erhöht werden, um die Verbrennung zu unterstützen und den Schadstoffausstoß zu vermindern sowie um bei noch nicht betriebsamem Motor die Laufruhe des Motors zu verbessern.
• Fahrzeuge, die im Abgasstrang des Dieselmotors einen Partikelfilter haben, müssen diesen von Zeit zu Zeit regenerieren, z. B. durch zeitweises Erhöhen der Abgas-Temperatur, um die am Filter haftenden Partikel zu verbrennen. Die Temperaturerhöhung kann z. B. durch Nacheinspritzen von Dieselkraftstoff in die Zylinder während der Expansionsphase erreicht werden. Wird in dieser Phase das Glühelemente bei niedriger Temperatur betrieben, begünstigt das die Temperaturerhöhung am Partikelfilter. Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit, die Glühkerzentemperatur dann abzusenken, wenn die im Stand der Technik eingestellte relativ hohe Beharrungstemperatur von z. B. 1000°C bei Stahlglühkerzen nicht benötigt wird. Die sich daraus ergebende verringerte Belastung der Glühkerze kann entweder genutzt werden, um deren Lebensdauer drastisch zu verlängern oder um sie ohne Einbuße an Lebensdauer über längere Zeiträume verbrennungsunterstützend einzusetzen.

Das Motorsteuergerät ermittelt die Zielvorgabe für die Temperatur am Glühelement der Glühkerze in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Dieselmotors. Dabei kommt nicht nur eine Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes des Dieselmotors in Frage, vielmehr kann auch die vorausgegangene Entwicklung des Betriebszustandes des Dieselmotors, die das Motorsteuergerät mit Hilfe von ihm zugeordneten Sensoren beobachten kann, bei der Ermittlung der Zielvorgabe für die Temperatur berücksichtigt werden. Das erlaubt eine schnellere Reaktion auf Änderungen des Betriebszustandes des Dieselmotors, die auf der Grundlage der beobachteten vorausgegangenen Entwicklung sogar für einen gewissen Zeitraum prognostiziert werden kann.
Für die Wirksamkeit einer Glühkerze kommt es primär auf die Oberflächentemperatur des Glühelements der Glühkerzen an. Die Oberflächentemperatur ist deshalb primäres Ziel für die vom Motorsteuergerät zu ermittelnde Vorgabe.
Die Oberflächentemperatur des Glühelementes der Glühkerzen kann im Dieselmotor nicht unmittelbar gemessen werden.
Es ist jedoch möglich, aus Erfahrungswerten, welche auf einem Motorprüfstand gewonnen werden können, ein Modell für das Verhalten eines bestimmten Glühkerzentyps in einem bestimmten Dieselmotor zu bilden und dieses in Form von Kennlinien und/oder Kennfeldern im Glühkerzensteuergerät zu speichern und nach den gespeicherten Kennlinien und Kennfeldern die Glühkerzen so anzusteuern, dass sie zu bestimmten Zeiten mit einer bestimmten effektiven Spannung versorgt werden, mit welcher man die Zieltemperatur erreicht oder ihr hinreichend nahe kommt. Für die Auswahl der effektiven Spannung und der Länge der Zeiträume in denen die Glühkerzen mit der ausgewählten effektiven Spannung versorgt werden, werden im Glühkerzensteuergerät Kennwerte und Randbedingungen berücksichtigt, die im Glühkerzensteuergerät gespeichert sind. Zu den Kennwerten und Randbedingungen, die im Glühkerzensteuergerät gespeichert sein können und von denen eine oder mehrere berücksichtigt werden können, gehören der Motortyp, der Glühkerzentyp, der elektrische Widerstand der Glühkerzen bei einer Referenztemperatur, die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes der Glühkerze von der Temperatur, die Wärmekapazität der Glühkerzen, das Abkühlverhalten der Glühkerzen in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors, von der Kühlmitteltemperatur und vom Vorzeichen einer Drehzahländerung des Motors, ferner die Wärmezufuhr aus Verbrennungen unter einem oder mehreren ausgewählten Lastzuständen des Motors. Auch Grenz- und Schwellenwerte, welche die Umsetzung der vom Motorsteuergerät übermittelten Zielvorgabe im Glühsteuergerät begrenzen, können mit Vorteil berücksichtigt werden; so kann z. B. sichergestellt werden, dass eine vom Motorsteuergerät übermittelte Zielvorgabe für die Temperatur des Glühelementes, welche die eingesetzten Glühkerzen überlasten würde, auf einen Wert begrenzt wird, der für die eingesetzten Glühkerzen noch zuträglich ist. Die Zielvorgabe des Motorsteuergerätes für die Temperatur des Glühelementes kann deshalb in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vom Glühkerzensteuergerät interpretiert und an den eingesetzten Glühkerzentyp angepasst werden, nachdem das Glühkerzensteuergerät ihn selbst ermittelt hat oder er dem Glühkerzensteuergerät eingegeben worden ist. Die Anpassung kann in einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperaturvorgabe und in einer Änderung des dahin führenden Temperaturverlaufs liegen, der ausgehend von einer im Glühsteuergerät gespeicherten Musterkennlinie einer Glühkerze durch Abwandlung der Musterkennlinie bestimmt werden könnte. Im Glühkerzensteuergerät wird daraufhin festgelegt, mit welcher Energie die Glühkerzen versorgt werden sollen und werden dann entsprechend gesteuert. Auch die Kühlmitteltemperatur kann zur Bildung eines Grenzwertes herangezogen werden, z. B. in der Weise, dass eine Zielvorgabe des Motorsteuergerätes für eine höhere Glühkerzentemperatur unberücksichtigt bleibt, um die Glühkerzen zu schonen, wenn und solange die Kühlmitteltemperatur einen Grenzwert überschreitet.
In Ergänzung zu der Zielvorgabe für die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen kann das Glühkerzensteuergerät bei der Umsetzung der Zielvorgabe mit Vorteil Parameter berücksichtigen, welche ihm von außen, vorzugsweise vom Motorsteuergerät, zugeführt werden, nämlich z. B. die Kraftstoff-Einspritzmenge je Takt, die Kühlmitteltemperatur, die Drehzahl des Dieselmotors, das Vorzeichen einer Drehzahländerung des Dieselmotors und die Temperatur der in die Zylinder des Dieselmotors einströmenden Verbrennungsluft.
Das Glühsteuergerät kann ferner die maximal mögliche Temperatur z. B. beim Einsatz von Stahl-Glühkerzen berücksichtigen. Es kann auf Basis des durch das Glühsteuergerät ermittelten oder eines mitgeteilten Glühkerzentyps die vorgegebene Temperatur begrenzen oder interpretieren.
Vorzugsweise wird die Zielvorgabe für die Temperatur des Glühelementes vom Motorsteuergerät so ermittelt, dass zunächst eine Grundtemperatur für die Nachglühphase vorgegeben wird und dass eine niedrigere Temperatur als die Grundtemperatur in einem oder mehreren der nachfolgenden Fälle als Ziel vorgegeben wird: Der Dieselmotor befindet sich im Schubbetrieb (in diesem Fall kann die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet sein); die Kühlmitteltemperatur überschreitet einen Schwellenwert (je höher die Kühlmitteltemperatur ist, desto eher kann auf eine Unterstützung der Verbrennung durch eine heiße Glühkerze verzichtet werden); die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft überschreitet einen Schwellenwert (eine Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsluft erhöht die Zündfähigkeit des Gemisches und erlaubt eine Herabsetzung der Glühkerzentemperatur); die Spannung der im Fahrzeug vorhandenen elektrischen Stromquelle (Bordnetzspannung) unterschreitet einen Grenzwert (die Stromentnahme aus dem Bordnetz wird vorsorglich begrenzt, falls dieses zu schwach ist).
Eine höhere Temperatur als die bisher vom Motorsteuergerät vorgegebene Temperatur kann vom Motorsteuergerät z. B. dann vorgegeben werden, wenn einer oder mehrere der nachfolgenden Fälle vorliegen: Der Schadstoffgehalt im Abgas des Dieselmotors überschreitet einen oder mehrere Grenzwerte (in diesem Fall kann eine Erhöhung der Glühkerzentemperatur die Verbrennung unterstützen); eine Schubphase des Dieselmotors wird beendet (die in der Schubphase kälter gewordene Glühkerze wird für den folgenden Lastfall wieder aufgeheizt); die Kühlmitteltemperatur unterschreitet einen Schwellenwert, wie es in längerem Stop-and-Go-Betrieb vorkommt (eine Erhöhung der Glühkerzentemperatur unterstützt die Verbrennung und reduziert den Schadstoffausstoß, was insbesondere im Stadtverkehr wichtig ist); die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft unterschreitet einen Schwellenwert (eine Erhöhung der Glühkerzentemperatur unterstützt die Verbrennung und reduziert den Schadstoffausstoß); die Kraftstoff-Einspritzmenge oder die Last des Dieselmotors steigt und/oder überschreitet einen Schwellenwert (die Glühkerze kann mit erhöhter Temperatur mindestens vorübergehend verbrennungsunterstützend wirken); während des Glühens zur Unterstützung der Regeneration eines im Abgasstrang des Dieselmotors vorhandenen Partikelfilters.
Beispielsweise kann im Glühkerzensteuergerät eine Matrix aus Korrekturwerten gespeichert sein, mit welchen die für einen Standardfall vorgesehene Zufuhr von elektrischer Energie zu einer Glühkerze in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem momentanen Kraftstoffverbrauch (z. B. in mm³ pro Hub) korrigiert wird. Die Matrix enthält die Korrekturwerte für diskrete Wertepaare von Drehzahl und Verbrauch. Tendenziell wird die Energiezufuhr zu den Glühkerzen mit steigender Drehzahl erhöht und mit steigendem Verbrauch gesenkt.
Das im Glühkerzensteuergerät in Gestalt von Kennwerten, Kennfeldern gespeicherte Modell der Glühkerzen und ihres Verhaltens im Dieselmotor erlaubt es dem Glühkerzensteuergerät, die Zielvorgabe des Motorsteuergerätes für die Temperatur des Glühelementes der Glühkerzen in einem offenen Regelkreis umzusetzen.

Claims

Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen, welche ein Gehäuse und ein über das Gehäuse vorstehendes Glühelement haben, in einem Dieselmotor, welcher mit einem Motorsteuergerät und mit einem Glühkerzensteuergerät zusammenarbeitet, welches im Anschluss an eine Vorglühphase die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer vom Motorsteuergerät erhaltenen Vorgabe steuert, wobei das Motorsteuergerät eine Größe ermittelt, welche ein Maß für eine Temperatur ist, die am Glühelement auftreten soll, und diese Größe als Zielvorgabe an das Glühkerzensteuergerät übermittelt, welches diese Zielvorgabe mit einem im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Algorithmus und unter Berücksichtigung von im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Kennwerten umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe bei laufendem Dieselmotor veränderlich ist und in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Dieselmotors ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe in Abhängigkeit von der vorauf gegangenen Entwicklung des Betriebszustandes des Dieselmotors ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät die Entwicklung des Betriebszustands des Dieselmotors prognostiziert und die Zielvorgabe in Abhängigkeit von der prognostizierten Entwicklung des Betriebszustands ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät die Entwicklung des Betriebszustands des Dieselmotors auf der Grundlage der vorauf gegangenen Entwicklung des Betriebszustands prognostiziert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorgabe ein Maß für die Oberflächentemperatur des Glühelements der Glühkerzen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidung, ob ein Vorglühvorgang erfolgen soll, im Glühkerzensteuergerät getroffen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Glühkerzensteuergerät eine Entscheidung, ob der Glühbetrieb getaktet oder kontinuierlich erfolgt, getroffen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den im Glühkerzensteuergerät gespeicherten Kennwerten einer oder mehrere der folgenden gehören: Der Motortyp; der Glühkerzentyp; der elektrische Widerstand der Glühkerzen bei einer Referenztemperatur; die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur; die Wärmekapazität der Glühkerzen; das Abkühlverhalten der Glühkerzen in Abhängigkeit von der Drehzahl, von der Kühlmitteltemperatur und vom Vorzeichen einer Drehzahländerung des Dieselmotors; die Wärmezufuhr aus Verbrennungen unter einem oder mehreren ausgewählten Lastzuständen des Motors; Grenzwerte und Schwellenwerte, welche die Umsetzung der vom Motorsteuergerät übermittelten Zielvorgabe im Glühkerzensteuergerät begrenzen, insbesondere Grenzwerte und Schwellenwerte der Temperatur der Glühelemente und des Kühlmittels.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühkerzensteuergerät die maximal mögliche Temperatur für den gegebenen Glühkerzentyp, z. B. beim Einsatz von Stahl-Glühkerzen, berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühkerzensteuergerät auf der Basis des durch das Glühkerzensteuergerät ermittelten oder eines ihm mitgeteilten Glühkerzentypes die vom Motorsteuergerät vorgegebene Temperatur begrenzt oder interpretiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühkerzensteuergerät bei der Umsetzung der Zielvorgabe Parameter berücksichtigt, welche ihm zugeführt werden und zu welchen einer oder mehrere der folgenden gehören: Die Kraftstoff-Einspritzmenge; die Kühlmitteltemperatur; die Drehzahl des Dieselmotors; das Vorzeichen einer Drehzahländerung des Dieselmotors; die Temperatur der in die Zylinder des Dieselmotors einströmenden Verbrennungsluft.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter dem Glühkerzensteuergerät vom Motorsteuergerät zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, welche ein Maß für die Temperatur ist, welche am Glühelement auftreten soll, die einzige Zielvorgabe ist, welche das Glühkerzensteuergerät von dem Motorsteuergerät erhält.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus einen Entscheidungsbaum beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die an eine Vorglühphase anschließende Phase (Nachglühphase) für das Glühelement der Glühkerzen zunächst eine Grundtemperatur als Ziel vorgegeben wird und dass eine niedrigere Temperatur als die Grundtemperatur in einem oder mehreren der nachfolgenden Fälle als Ziel vorgegeben wird: Der Dieselmotor befindet sich im Schubbetrieb; die Kühlmitteltemperatur überschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft überschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur der im Fahrzeug vorhandenen elektrischen Stromquelle unterschreitet einen Grenzwert.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine höhere als die genannte niedrigere Temperatur oder als die Grundtemperatur als Ziel vorgegeben wird, wenn einer oder mehrere der nachfolgenden Fälle vorliegen: Der Schadstoffgehalt im Abgas des Dieselmotors überschreitet einen oder mehrere Grenzwerte; eine Schubphase des Dieselmotors wird beendet; die Kühlmitteltemperatur unterschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur der in die Zylinder einströmenden Verbrennungsluft unterschreitet einen Schwellenwert; die Kraftstoff-Einspritzmenge überschreitet einen Schwellenwert; die Last des Dieselmotors steigt und/oder überschreitet einen Schwellenwert; die Temperatur eines im Abgasstrang des Dieselmotors vorhandenen Partikelfilters wird zum Zwecke des Regenerierens erhöht.