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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zur
Steuerung von Energiezufuhr zu einem Heizelement, das in einer Verbrennungskammer
einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Es
wurden verschiedenste Steuervorrichtungen zur Steuerung von Energiezufuhr
zu einem Glühstift bzw. einer Glühkerze vorgeschlagen,
der bzw. die in einer Verbrennungskammer einer Dieselmaschine angeordnet
ist, um Zündung und Verbrennung von Kraftstoff zu der Zeit
eines Startens der Maschine zu fördern. Die
japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift
Nr. 2005-240707 beschreibt eine derartige Steuervorrichtung,
welche konfiguriert ist, eine an eine Glühkerze angelegte
Spannung auf der Grundlage eines Widerstandswerts eines Heizabschnitts
einer Glühkerze auf einen derartigen Wert zu setzen, dass
die Temperatur des Heizabschnitts durch Energiezufuhrsteuerung auf
einer Solltemperatur gehalten wird, wobei die Tatsache Verwendung findet,
dass es eine Korrelation zwischen dem Widerstandswert des Heizabschnitts
und der Temperatur des Heizabschnitts gibt.
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Für
den Fall, dass die Glühkerze eine keramische Glühkerze
ist, deren Heizabschnitt durch Keramik geformt ist, sind individuelle
Unterschiede zwischen den Widerstandswerten des Heizabschnitts von
verschiedenen Glühkerzen relativ groß, da ihr Herstellungsprozess
einen Sinterschritt umfasst. Dementsprechend kommt es häufig
vor, wenn die Energiezufuhr zu dem Heizabschnitt auf der Grundlage
des Widerstandswerts des Heizabschnitts durchgeführt wird,
dass dem Heizabschnitt tatsächlich zugeführte
elektrische Leistung bzw. Energie von der elektrischen Energie abweicht,
welche erforderlich ist, um den Heizabschnitt auf der Solltemperatur
zu halten, da es einen Unterschied zwischen dem Widerstandswert
des Heizabschnitts und einem Standarddesignwert gibt, was verursacht,
dass die Temperatur des Heizabschnitts um ein großes Maß von der
Solltemperatur abweicht.
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Wie
in 9 gezeigt, hat eine Glühkerze eine positive
Temperaturcharakteristik, bei welcher der Widerstandswert mit Zunahme
der Temperatur zunimmt. Dementsprechend ist elektrische Energie, welche
zuzuführen ist, um den Widerstandswert des Heizabschnitts
auf einen Sollwert für ein Produkt zu bringen, dessen Widerstandswert
relativ klein ist, größer als für ein
Produkt, dessen Widerstandswert relativ groß ist. Dementsprechend
können Produkte mit kleineren Widerstandswerten überhitzt
werden, und als Folge davon eine kurze Lebensdauer haben.
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Darüber
hinaus hat die keramische Glühkerze eine Neigung, dass
ihr Widerstandswert mit der Zeit zunimmt.
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Dementsprechend
kann, wenn eine Energiezufuhr zu dem Heizabschnitt auf der Grundlage
des Widerstandswerts durchgeführt wird, wie zuvor beschrieben,
es auftreten, dass dem Heizabschnitt tatsächlich zugeführte
elektrische Energie kleiner als die elektrische Energie wird, welche
erforderlich ist, um den Heizabschnitt auf der Solltemperatur zu
halten, da der Widerstandswert mit der Zeit zunimmt, was verursacht,
dass die Temperatur des Heizabschnitts geringer als die Solltemperatur
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Steuerung von
Energiezufuhr zu einem Heizelement bereit, das in einer Verbrennungskammer einer
Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, um Wärme zu erzeugen,
wenn es von einer externen Energiequelle mit Energie versorgt wird,
mit
einer ersten Funktion eines Setzens einer elektrischen
Sollenergie, die von der externen Energiequelle an das Heizelement
anzulegen ist;
einer zweiten Funktion eines Berechnens einer
tatsächlichen elektrischen Energie, die tatsächlich
an das Heizelement angelegt wird; und
einer dritten Funktion
eines Durchführens einer Energieregelung bzw. Leistungsregelung,
um zu veranlassen, dass die tatsächliche elektrische Energie
auf die elektrische Sollenergie konvergiert.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Heizelement,
das in einer Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine
angeordnet ist, ungeachtet von individuellen Unterschieden des Widerstands
des Heizelements oder einer Alterung des Heizelement auf eine Solltemperatur
zu steuern bzw. regeln.
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Andere
Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
einschließlich der Zeichnungen und Patentansprüche
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 ein
Schaubild eines Gesamtaufbaus eines Maschinensteuersystems, das
eine Heizelementsteuervorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst;
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2 ein
Schaubild, das einen Schaltungsaufbau einer GCU (Glühkerzensteuereinheit)
zeigt, welche die Heizelementsteuervorrichtung bildet, und eine
elektrische Verbindung zwischen der GCU und ihrem Äußeren
zeigt;
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3 einen
Graphen, der eine Beziehung zwischen der Temperatur einer Glühkerze
als einem Heizelement und der an die Glühkerze angelegten elektrischen
Energie zeigt;
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4 ein
Flussdiagramm eines Vorgangs einer Energiezufuhr zu der Glühkerze,
welcher durch die GCU durchgeführt wird;
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5 ein
Zeitverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Vorgangs einer
Energiezufuhr zu der Glühkerze, welcher durch die GCU durchgeführt
wird;
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6 ein
Flussdiagramm eines Vorgangs einer Fehlerdiagnose, welcher durch
die GCU durchgeführt wird;
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7 ein
Zeitverlaufsdiagramm, das eine zeitliche Schwankung von integrierter
Energie (tatsächliche Energie) zeigt, die der Glühkerze
zugeführt wird, wenn ein Erdschluss bzw. Kurzschlussfehler
bei der Glühkerze aufgetreten ist, und eine zeitliche Schwankung
von integrierter Energie (tatsächliche Energie) zeigt,
die der Glühkerze zugeführt wird, wenn ein Alterungsfehler
bei der Glühkerze aufgetreten ist;
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8 ein
Schaubild, welches eine zeitliche Schwankung von integrierter Energie
(tatsächliche Energie) zeigt, die der Glühkerze
während einer Maschinenstartzeitdauer zugeführt
wird;
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9 einen
Graphen, welcher Beziehungen zwischen der Temperatur und dem Widerstand
von verschiedenen Glühkerzen zeigt; und
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10 ein
Zeitverlaufsdiagramm, das zeitliche Schwankungen von relativer Einschaltdauer
und integrierter Energie (tatsächliche Energie) von Energie
zeigt, die einer Glühkerze in einem Fall, in welchem der
Widerstand der Glühkerze klein ist, und in einem Fall zugeführt
wird, in welchem der Widerstand der Glühkerze groß ist.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
DER ERFINDUNG
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 ist
ein Schaubild, das einen Gesamtaufbau eines Maschinensteuersystems
zur Steuerung einer Dieselmaschine zeigt, wobei das Steuersystem
eine Heizelementsteuervorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst. Wie in
dieser Figur gezeigt, ist eine Dieselmaschine 10 mit einem
Einlassventil 11 und einem Ausstoßventil 12 ausgestattet,
die jeweils an ihrer Einlassöffnung und Ausstoßöffnung
angeordnet sind. Durch ein Einlassrohr (Einlassweg) 13 wird durch
den Öffnungsbetrieb des Einlassventils 11 eine Luft-Kraftstoff-Mischung
in eine Verbrennungskammer 14 eingeführt, und
Abgas nach Verbrennung wird durch den Öffnungsbetrieb des
Ausstoßventils 12 an ein Ausstoßrohr
(Ausstoßweg) ausgestoßen.
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In
die Verbrennungskammer 14 ragt der vordere Endabschnitt
eines Kraftstoffeinspritzventils 16 hinein. Der in die
Verbrennungskammer 14 eingespritzte Kraftstoff entzündet
sich selbst, wenn die Verbrennungskammer 14 komprimiert
wird, und brennt.
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Die
Maschine 10 ist auch mit einer Glühkerze 17 ausgestattet.
Die Glühkerze 17 ist eine keramische Glühkerze
mit einer keramischen Heizeinrichtung. Die Glühkerze 17 ist
derart angeordnet, dass ihr vorderer Endabschnitt in die Verbrennungskammer 14 hineinragt,
um die Verbrennungskammer rotzuglühen, um dadurch die Zündfähigkeit
der Maschine 10 zu verbessern. Die Glühkerze 17 ist
mit einer GCU (Glühkerzensteuereinheit) 30 verbunden,
welche die Energieversorgung von einer Batterie 21 zu der
Glühkerze 17 steuert.
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Eine
ECU 40, welche hauptsächlich durch einen Mikrocomputer
gebildet ist, welcher eine CPU, ein ROM und ein RAM umfasst, führt
verschiedenste Steuerprogramme aus, um die Maschine 10 gemäß dem
Laufzustand der Maschine 10 zu steuern. Genauer gesagt,
empfängt der Mikrocomputer der ECU 40 Befehlssignale
von einem Zündschalter 25 usw., und Sensorsignale
von verschiedensten Sensoren einschließlich eines Kurbelwinkelsensors 22,
welcher einen Drehwinkel einer Kurbelwelle 18 erfasst,
eines Wassertemperatursensors 23, welcher eine Maschinenwassertemperatur
erfasst, und eines Umgebungstemperatursensors 24. Die ECU 40 berechnet eine
Sollenergie Etg auf der Grundlage des Maschinenlaufzustands zu jedem
Moment, und gibt sie an die GCU 30 zur Energiezufuhrsteuerung
der Glühkerze 17 aus. Der Maschinenlaufzustand
umfasst die Maschinendrehzahl, die Maschinenwassertemperatur, die
Umgebungstemperatur, und die Kraftstoffeinspritzmenge. Beispielsweise
wird, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, oder die Maschinenwassertemperatur
niedrig ist, die Sollenergie Etg mit zunehmender Umgebungstemperatur
als ein höherer Wert berechnet. Die Berechnung der Sollenergie
Etg kann durch Verwendung eines Sollsetzkennfelds durchgeführt
werden.
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Als
Nächstes wird die GCU 30 ausführlich beschrieben. 2 ist
ein Schaubild, das einen Schaltungsaufbau der GCU 30 und
eine elektrische Verbindung zwischen der GCU 30 und ihrer
Außenseite zeigt. Die GCU 30 ist durch einen Schaltabschnitt 31 gebildet,
welcher ein Schaltelement TR, wie beispielsweise einen MOS-Transistor,
und einen Steuerabschnitt 32 umfasst, welcher das Schaltelement
TR ein-/ausschaltet. Der Steuerabschnitt 32 ist hauptsächlich
durch einen Mikrocomputer gebildet, welcher eine CPU, ein ROM und
ein RAM umfasst. Der Steuerabschnitt 32 ist mit einer Strommessschaltung 34,
welche einen an die Glühkerze 17 angelegten Strom
Ig misst, und mit einer Spannungsmessschaltung 35 elektrisch
verbunden, welche eine an die Glühkerze 17 angelegte
Spannung Vg misst. Zwischen dem Schaltelement TR und der Glühkerze 17 ist
ein Stromerfassungswiderstand 26 angeschlossen. Die Strommessschaltung 34 misst
den angelegten Strom Ig auf der Grundlage eines Spannungsabfalls über
dem Stromerfassungswiderstand 26.
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Der
Stromerfassungswiderstand 26 kann zwischen der Glühkerze 17 und
der Masse angeschlossen sein. Die angelegte Spannung Vg kann auf der
Drainseite bzw. Senkenseite oder der Sourceseite bzw. Quellenseite
des MOS-Transistors (dem Schaltelement TR) gemessen werden.
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Der
Steuerabschnitt 32 erzeugt ein Ansteuersignal zum Ansteuern
des Schaltelements TR derart, dass eine Energiezufuhrzeitsteuerung
bei jeder Zyklusdauer eines vorbestimmten Zyklus (beispielsweise
alle 30 msek) kommt. Genauer schaltet der Steuerabschnitt 32 das
Ansteuersignal auf den Ein-Pegel bei der Energiezufuhrzeitsteuerung,
falls das Ansteuersignal auf dem Aus-Pegel war, wenn die Energiezufuhrzeitsteuerung
gekommen ist, während sie das Ansteuersignal auf dem Ein-Pegel
hält, wenn das Ansteuersignal auf dem Ein-Pegel war, wenn
die Energiezufuhrzeitsteuerung gekommen ist.
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Außerdem
berechnet der Steuerabschnitt 32 eine tatsächliche
elektrische Leistung durch Integration eines Produkts des gemessenen
angelegten Stroms Ig und der gemessenen angelegten Spannung Vg und
legt das Ansteuersignal an das Schaltelement TR an, um das Schaltelement
TR abhängig von der berechneten tatsächlichen
elektrischen Energie Ein/Aus zu steuern. Zu dieser Zeit führt
der Steuerabschnitt 32 eine Leistungsregelung durch, damit
die von der Batterie 21 an die Glühkerze 17 angelegte
tatsächliche elektrische Energie auf die elektrische Sollenergie
konvergiert. Da es eine Korrelation zwischen der Kerzentemperatur
und der angelegten elektrischen Energie gibt, wie in 3 gezeigt,
ist es möglich, die Temperatur der Glühkerze 17 mit
einem hohen Maß an Präzision durch Durchführen
der Regelung zu steuern.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel ist der zuvor genannte vorbestimmte
Zyklus derart gesetzt, dass jede Energiezufuhrzeitsteuerung mit
dem Start jeder Zyklusdauer übereinstimmt, und als tatsächliche elektrische
Energie wird elektrische Energie Eac integriert über jede
Zyklusdauer berechnet. Diese integrierte elektrische Energie Eac
wird mit der elektrischen Sollenergie Etg verglichen, und es wird
eine Leistungssteuerung gemäß einem Ergebnis des
Vergleichs durchgeführt, um die Glühkerze 17 auf
einer Solltemperatur zu halten.
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Der
Mikrocomputer 33 des Steuerabschnitts 32 führt
eine Fehlerdiagnose der Glühkerze 17 durch. Genauer
gesagt bestimmt der Mikrocomputer 33 auf der Grundlage
der tatsächlichen elektrischen Energie (integrierten elektrische
Energie Eac), die in Synchronisation mit der Energiezufuhrzeitsteuerung
ausgegeben wird, ob es einen Fehler bei der Glühkerze 17 gibt
oder nicht. Das Ergebnis der Diagnose wird als ein Diagnosesignal
an die ECU 40 ausgegeben.
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Als
Nächstes wird ein Vorgang einer Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 und
ein Vorgang der Fehlerdiagnose durch die GCU 30 erläutert.
Zuerst wird der Vorgang einer Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 unter
Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 4 erläutert.
Dieser Vorgang, welcher mit regelmäßigen Zeitabständen
durch den Mikrocomputer 33 der GCU 30 durchgeführt
wird, beginnt durch Bestimmen bei Schritt S101, ob eine vorbestimmte
Zeit Ts (beispielsweise mehrere Sekunden) seit dem Start einer Energiezufuhr
zu der Glühkerze 17, der einem Start der Maschine
folgt, vergangen ist oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis bei
Schritt S101 negativ ist, geht der Vorgang zu Schritt S102 weiter,
bei welchem das an das Schaltelement TR angelegte Ansteuersignal
auf den Ein-Pegel gesetzt wird. Das heißt, während
einer gewissen Dauer unmittelbar nach dem Start einer Energiezufuhr
zu der Glühkerze 17 wird nicht die in Schritt
S103 und folgenden Schritten gezeigte Energieregelung bzw. Leistungsregelung
sondern eine Energiesteuerung bzw. Leistungssteuerung durchgeführt.
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Andererseits
geht der Vorgang, falls das Bestimmungsergebnis bei Schritt S101
bestätigend ist, zu Schritt S103 weiter, bei welchem es
bestimmt wird, ob es die Zeitsteuerung ist, um die Glühkerze 17 einzuschalten.
Das heißt, bei Schritt S103 wird es bestimmt, ob die Energiezufuhrzeitsteuerung,
die jede gewisse Zeitdauer (bei diesem Ausführungsbeispiel
alle 30 msek) auftritt, gekommen ist. Falls das Bestimmungsergebnis
bei Schritt S103 bestätigend ist, wird ein Wert der integrierten
Energie Eac bei dieser Zeitsteuerung in dem RAM als ein Diagnoseenergiepegel
Edi gespeichert, welcher bei der später beschriebenen Fehlerdiagnose
Verwendung findet. Danach wird die integrierte elektrische Energie
Eac bei Schritt S105 auf 0 zurückgesetzt, und dann wird
das an das Schaltelement TR angelegte Ansteuersignal von dem Aus-Pegel
auf den Ein-Pegel geschaltet. Als Folge davon wird das Schaltelement
TR eingeschaltet, um eine Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 zu starten.
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Andererseits
geht der Vorgang, falls das Bestimmungsergebnis bei Schritt S103
negativ ist, zu Schritt S107 weiter, bei welchem es bestimmt wird, ob
der Glühkerze 17 Energie zugeführt wird
oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis bei Schritt S107 negativ
ist, wird dieser Vorgang beendet. Andererseits geht der Vorgang,
falls das Bestimmungsergebnis bei Schritt S107 bestätigend
ist, zu Schritt S108 weiter, bei welchem die elektrische Sollenergie Etg
von der ECU 40 in die GCU 30 eingegeben wird.
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Bei
dem anschließenden Schritt S109 wird die integrierte elektrische
Energie Eac berechnet, und dann wird es bei Schritt S110 bestimmt,
ob die berechnete integrierte elektrische Energie Eac größer
als die elektrische Sollenergie Etg ist oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis
bei Schritt S110 negativ ist, wird das an das Schaltelement TR angelegte
Ansteuersignal auf dem Ein-Pegel aufrechterhalten, um die Glühkerze 17 in
dem Zustand einer Energiezufuhr bzw. Energieversorgung zu halten.
Andererseits geht der Vorgang, falls das Bestimmungsergebnis bei
Schritt S110 bestätigend ist, zu Schritt S111 weiter. Bei
Schritt S111 wird das an das Schaltelement TR angelegte Ansteuersignal
von dem Ein-Pegel auf den Aus-Pegel geschaltet, um eine Energiezufuhr
zu der Glühkerze 17 zu stoppen. Danach wird bei
Schritt S112 eine Ein-Zeitdauer des Ansteuersignals (eine Dauer
einer Zeit, von wenn die Energiezufuhrzeitsteuerung gekommen ist,
bis wenn das Ansteuersignal auf den Aus-Pegel geschaltet ist) in dem
RAM als eine Diagnoseeinzeitdauer Tdi gespeichert, welche bei der
später erläuterten Fehlerdiagnose verwendet wird,
und dann wird die integrierte elektrische Energie Eac auf 0 zurückgesetzt.
Wie zuvor erläutert, wird nach einem Vergehen der gewissen
Dauer einer Zeit von dem Start einer Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 die
Leistungsregelung derart durchgeführt, dass die integrierte
elektrische Energie Eac zu der elektrischen Sollenergie Etg konvergiert.
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5 ist
ein Zeitverlaufsdiagramm zur Erläuterung eines Glühkerzenenergiezufuhrvorgangs. Wie
in 5 gezeigt, nimmt die integrierte elektrische Energie
Eac allmählich zu, wenn eine Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 bei
der Energiezufuhrzeitsteuerung (Zeit t1) gestartet wird. Wenn die
integrierte elektrische Energie Eac die elektrische Sollenergie
Etg bei der Zeit t2 überschreitet, wird das Schaltelement
TR ausgeschaltet, und als ein Ergebnis wird eine Energiezufuhr zu
der Glühkerze 17 gestoppt. Außerdem wird
zu dieser Zeit die integrierte elektrische Energie Eac auf 0 gesetzt.
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Als
Nächstes wird der Fehlerdiagnosevorgang, welcher in regelmäßigen
Zeitabständen durch den Mikrocomputer 33 des Steuerabschnitts 32 durchgeführt
wird, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 6 ausführlich
erläutert.
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Dieser
Vorgang beginnt bei Schritt S201 durch Setzen eines Fehlerenergiepegels
Eer auf der Grundlage der elektrischen Sollenergie Etg. Der Fehlerenergiepegel
Eer wird auf einen Wert gesetzt, welcher kleiner als der Wert der
elektrischen Sollenergie Etg ist, wenn die elektrische Sollenergie
Etg gemäß dem Maschinenlaufzustand variabel gesetzt
wird. Danach geht der Vorgang zu Schritt S202 weiter, bei welchem
es bestimmt wird, ob der Diagnoseenergiepegel Edi den Fehlerenergiepegel
Eer überschreitet oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis
bei Schritt S202 negativ ist, geht der Vorgang zu Schritt S205 weiter,
bei welchem es bestimmt wird, dass ein Fehler bei der Glühkerze 17 aufgrund
einer Alterung aufgetreten ist, und gibt das einen Systemfehler
anzeigende Diagnosesignal an die ECU 40 aus. Dies basiert
auf der Tatsache, dass, falls der Widerstand der Glühkerze 17 aufgrund
einer Alterung zunimmt, da der angelegte Strom Ig reduziert wird,
die integrierte elektrische Energie nur schleppend zunimmt. Dementsprechend
kann es, wenn der Diagnoseenergiepegel Edi geringer als der Fehlerenergiepegel
Eer ist, bestimmt werden, dass bei der Glühkerze 17 ein Fehler
aufgetreten ist.
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Andererseits
geht der Vorgang, falls das Bestimmungsergebnis bei Schritt S202
bestätigend ist, zu Schritt S203 weiter, bei welchem es
bestimmt wird, ob die Diagnoseeinzeitdauer Tdi gleich oder kleiner
als eine Fehlerbestimmungszeitdauer Ter ist oder nicht. Falls das
Bestimmungsergebnis bei Schritt S203 negativ ist, geht der Vorgang
zu Schritt S204 weiter, bei welchem es bestimmt wird, dass sich
das System in einem normalen Zustand befindet. Andererseits geht
der Vorgang, falls das Bestimmungsergebnis bei Schritt S203 bestätigend
ist, zu Schritt S205 weiter, bei welchem es bestimmt ist, dass ein
Kurzschlussfehler bei der Glühkerze 17 aufgetreten
ist, und gibt das einen Systemfehler anzeigende Diagnosesignal an
die ECU 40 aus.
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Beispielsweise
kann es bei einem Aufbau, bei welchem der Stromerfassungswiderstand 26 zwischen
der Glühkerze 17 und der Masse verbunden ist,
und die Strommessschaltung 34 den Spannungsabfall über
dem Stromerfassungswiderstand 26 erfasst, bestimmt werden,
dass ein Energieversorgungskurzschlussfehler aufgetreten ist, falls
erfasst wird, dass die Diagnoseeinzeitdauer Tdi gleich oder kleiner
der Fehlerbestimmungszeitdauer Ter ist.
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7 ist
ein Zeitverlaufsdiagramm, welches eine zeitliche Variation der integrierten
elektrischen Energie Eac, wenn ein Kurzschlussfehler bei der Glühkerze 17 aufgetreten
ist, und eine zeitliche Variation der integrierten elektrischen
Energie Eac zeigt, wenn ein Fehler aufgrund von Alterung bei der
Glühkerze 17 aufgetreten ist. Wie in (a) von 7 gezeigt, wenn
bei der Glühkerze 17 ein Kurzschlussfehler aufgetreten
ist, da ein großer Strom durch die Glühkerze 17 fließt
und dementsprechend die Versorgungsenergie zu der Glühkerze 17 groß wird,
erreicht die integrierte elektrische Energie Eac, welche von 0 bei der
Energiezufuhrzeitsteuerung (Zeit t1) zugenommen hat, die elektrische
Sollenergie Etg bei der Zeitsteuerung t2 vor Ablauf der Fehlerbestimmungszeitdauer
Ter. Dementsprechend wird bei der Zeit t2 das einen Systemfehler
anzeigende Diagnosesignal ausgegeben.
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Andererseits
wird, wie in (b) von 7 gezeigt, wenn bei der Glühkerze 17 ein
Fehler aufgrund von Alterung aufgetreten ist, da der Widerstand
der Glühkerze 17 zunimmt, die Anstiegsrate der
integrierten elektrischen Energie Eac verglichen damit kleiner,
wenn sich die Glühkerze 17 in einem normalen Zustand
befindet. Dementsprechend wird, da die integrierte elektrische Energie
Eac nicht den Fehlerenergiepegel Eer erreicht, auch nachdem die
nächste Energiezufuhrzeitsteuerung (Zeit t3) gekommen ist,
bei der Zeit t3 das einen Systemfehler anzeigende Diagnosesignal
ausgegeben.
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8 ist
ein Schaubild, welches eine zeitliche Variation bzw. Schwankung
der integrierten elektrischen Energie während einer Maschinenstartdauer zeigt.
Wie in 8 gezeigt, wird die Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 gestartet,
wenn die Zündung eingeschaltet ist. Ein Vorheizen wird
von dem Start der Energiezufuhr bis dahin durchgeführt,
bis eine vorbestimmte Zeit Ts (beispielsweise mehrere Sekunden) vergangen
ist, um die Temperatur der Glühkerze 17 schnell
auf die Solltemperatur anzuheben. Das heißt, es wird verboten,
dass die Energieregelung bzw. Leistungsregelung auf den Energiesollpegel
Etg durchgeführt wird, und es wird die Energiesteuerung bzw.
Leistungssteuerung durchgeführt. Nachdem das Vorheizen beendet
ist, startet eine Durchführung der Leistungsregelung für
eine Anfangsglühdauer.
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Zu
dieser Zeit kann der Sollenergiepegel Etg gemäß dem
Maschinenlaufzustand unter Verwendung eines Kennfelds schrittweise
gesetzt werden. Danach wird bei einer anschließenden Nachglühdauer
ein Kennfeld, dass von dem bei der Anfangsglühdauer verwendeten
Kennfeld verschieden ist, zum Setzen des Sollenergiepegels Etg auf
einen kleineren Wert als der Wert verwendet, der bei der Anfangsglühdauer
gesetzt ist. Vorzugsweise ist der Sollenergiepegel Etg derart gesetzt,
dass er allmählich mit der Zeit zunimmt. Wenn eine vorbestimmte
Zeit (beispielsweise 3 Minuten) vergangen ist, wird die integrierte
Energie auf 0 zurückgesetzt, und es wird ein Heizen der
Verbrennungskammer 14 durch die Glühkerze 17 gestoppt.
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Das
zuvor beschriebene erste Ausführungsbeispiel stellt die
folgenden Vorteile bereit.
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Die
Leistungsregelung wird durchgeführt, um die Temperatur
der Glühkerze 17 zu steuern. Dementsprechend ist
es, auch wenn der Widerstand der Glühkerze 17 einen
großen individuellen Unterschied aufweist, oder mit der
Zeit schwankt, möglich, die Temperatur der Glühkerze 17 auf
eine Solltemperatur zu steuern. Darüber hinaus kann eine
Reduktion ihrer Lebensdauer vermieden werden, da ein Überhitzen der
Glühkerze 17 verhindert werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel
ist insbesondere für keramische Glühkerzen nützlich,
welche einen großen individuellen Unterschied zwischen
ihren Widerständen haben.
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Die
Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 wird derart
gesteuert, dass die tatsächliche elektrische Energie, welche
ab der Energiezufuhrzeitsteuerung integriert wird (die integrierte
elektrische Energie Eac) nicht die elektrische Sollenergie Etg überschreitet.
Dies macht es möglich, die Glühkerze 17 stabil mit
Energie zu versorgen und die Temperaturschwankung der Glühkerze 17 zu
reduzieren.
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Während
einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Start einer Energiezufuhr wird
die Durchführung der Leistungsregelung zu der Glühkerze 17 verhindert,
und stattdessen wird die Leistungssteuerung durchgeführt.
Dies macht es möglich, in kurzen Zeiten nach dem Start
der Energiezufuhr die Temperatur der Glühkerze 17 auf
die Solltemperatur anzuheben.
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Die
Sollenergie Etg wird gemäß dem Maschinenlaufzustand
bei jedem Moment bestimmt. Dies macht es möglich, die Leistungssteuerung
auf eine optimale Weise durchzuführen.
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Eine
Erfassung eines Systemfehlers wird auf der Grundlage der integrierten
elektrischen Energie Eac durchgeführt. Dies macht es möglich,
das Auftreten eines Systemfehlers zuverlässig zu bestimmen. Darüber
hinaus kann ein Kurschlussfehler bei der Glühkerze 17 durch
Vergleich der Zeit, die vergangen ist, bevor die integrierte elektrische
Energie Eac die elektrische Sollenergie Etg erreicht (die Diagnoseeinzeitdauer
Tdi) mit der Fehlerbestimmungszeitdauer Ter erfasst werden. In ähnlicher
Weise kann durch Vergleich der integrierten elektrischen Energie
Eac (der Diagnoseenergiepegel Edi) mit dem Fehlerenergiepegel Eer
ein Fehler aufgrund einer Alterung erfasst werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Als
Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit Schwerpunkt auf dem Unterschied zu dem ersten
Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel führt
die GCU 30 eine Leistungsregelung durch, bei welcher eine
Energiezufuhrzeitdauer in eine Zyklusdauer eines vorbestimmten Zyklus
gesetzt wird, und die Glühkerze 17 wird für
diese Energiezufuhrzeitdauer mit Energie versorgt, so dass die integrierte elektrische
Energie Eac die elektrische Sollenergie Etg erreicht.
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Die
Temperatur der Glühkerze 17 variiert bei jedem
Moment aufgrund von Variationen der Maschinendrehzahl, der Kraftstoffeinspritzmenge
und der Einlasslufttemperatur, usw. Zudem variiert bzw. schwankt
der Widerstand der Glühkerze 17 zu jedem Moment
aufgrund der Schwankung der Temperatur der Glühkerze 17 (vgl. 9).
Beispielsweise erreicht die integrierte elektrische Energie Eac
die elektrische Sollenergie Etg zu einer früheren Zeit,
wenn die Temperatur der Glühkerze 17 abnimmt,
da auch der Widerstand der Glühkerze 17 abnimmt.
Dementsprechend wird, wenn die Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 gestoppt
wird, sobald die integrierte elektrische Energie Eac die elektrische
Sollenergie Etg überschreitet, da die Dauer einer Energiezufuhr
zu der Glühkerze 17 verkürzt wird, die
Zeit, welche benötigt wird, dass die Temperatur der Glühkerze 17 wieder
die Solltemperatur annimmt, lang. Dementsprechend wird bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel, auch wenn die integrierte elektrische
Energie Eac die elektrische Sollenergie Etg erreicht, bevor die Energiezufuhrzeitdauer
abgelaufen ist, die Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 fortgesetzt.
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Wie
bei dem Vorangehenden erläutert wird, falls der Widerstand
der Glühkerze 17 größer als
der Standarddesignwert aufgrund von individuellen Unterschieden ist,
da der durch die Glühkerze 17 fließende
Strom reduziert wird, die Anstiegsrate der integrierten elektrischen
Energie Eac kleiner. In diesem Fall kann die Glühkerze 17,
da die integrierte elektrische Energie Eac vor Ablauf der Energiezufuhrzeit nicht
die elektrische Sollenergie Etg erreicht, nicht auf der Solltemperatur
gehalten werden. Dementsprechend wird bei diesem Ausführungsbeispiel,
falls die integrierte elektrische Energie Eac vor Ablauf der Energiezufuhrzeitdauer
nicht die elektrische Sollenergie Etg erreicht, die Energiezufuhr
zu der Glühkerze 17 fortgesetzt, bis die integrierte
elektrische Energie Eac die elektrische Sollenergie Etg erreicht.
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Zu
diesem Zweck berechnet die ECU 40 eine relative Einschaltdauer
Da, mit welcher die Glühkerze 17 mit Energie gemäß dem
Maschinenlaufzustand zu jedem Moment versorgt wird, und gibt die
berechnete relative Einschaltdauer Da an die GCU 30 aus. Die
GCU 30 kompensiert die relative Einschaltdauer Da gemäß der
Spannung der Batterie 21. Dies macht es möglich,
die Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 richtig
durchzuführen, auch wenn die Spannung der Batterie 21 variiert.
Anschließend berechnet die GCU 30 die elektrische
Sollenergie Etg gemäß der kompensierten relativen
Einschaltdauer Dk unter Verwendung eines Kennfelds, welches eine
Beziehung zwischen der relativen Einschaltdauer und der elektrischen
Sollenergie Etg zeigt. Die GCU 30 führt die Leistungsregelung
durch, damit die integrierte elektrische Energie Eac gleich der
elektrischen Sollenergie Etg wird.
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10 ist
ein Zeitverlaufsdiagramm, welches zeitliche Schwankungen der relativen
Einschaltdauer Dk und der integrierten elektrischen Energie Eac
zeigt. Genauer gesagt, in (a) von 10 ist
eine zeitliche Schwankung der kompensierten relativen Einschaltdauer
Dk gezeigt, in (b) von 10 sind zeitliche Schwankungen
der integrierten elektrischen Energie Eac und ein Ein/Aus-Zustand
des Schaltelements TR gezeigt, wenn sich der Widerstand der Glühkerze 17 reduziert
hat, und in (c) von 10 sind zeitliche Schwankungen
der integrierten elektrischen Energie Eac und ein Ein/Aus-Zustand
des Schaltelements TR gezeigt, wenn sich der Widerstand der Glühkerze 17 erhöht
hat. Die gestrichelten Linien in 10 zeigen
eine zeitliche Schwankung der integrierten elektrischen Energie
Eac vor einer Erhöhung bzw. Zunahme oder Abnahme des Widerstands
der Glühkerze 17.
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Zuerst
wird ein Fall erläutert, bei welchem der Widerstandswert
der Glühkerze 17 reduziert worden ist. Wie in
(b) von 10 gezeigt, nimmt die integrierte
elektrische Energie Eac, nachdem eine Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 bei
einer Zeit t1 gestartet worden ist, allmählich zu, und
erreicht die elektrische Sollenergie Etg bei der Zeit t2 vor einem Ende
des vorbestimmten Zyklus. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das Schaltelement TR zur Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 bis
zur Zeit t3, welche, abhängig von der relativen Einschaltdauer
Dk, das Ende der Energiezufuhrzeitdauer ist, im Ein-Zustand gehalten.
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Als
Nächstes wird ein Fall erläutert, bei welchem
der Widerstandswert der Glühkerze 17 beispielsweise
aufgrund einer Alterung zugenommen hat. Wie in (c) von 10 gezeigt,
kann es in diesem Fall auftreten, dass die integrierte elektrische
Energie Eac bei der Zeit t3, nach dem Start der Energiezufuhr zu
der Glühkerze 17 bei der Zeit t1, nicht die elektrische
Sollenergie Etg erreicht. In diesem Fall wird die Energiezufuhr
zu der Glühkerze 17 bis nach der Zeit t3 fortgesetzt,
bis die integrierte elektrische Energie Eac die elektrische Sollenergie
Etg erreicht.
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Das
zuvor beschriebene zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung
stellt die folgenden Vorteile bereit.
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Die
Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 wird bis zu
dem Ende der Energiezufuhrzeitdauer fortgesetzt, welche abhängig
von der relativen Einschaltdauer Dk gesetzt ist, auch wenn die integrierte
elektrische Energie Eac die elektrische Sollenergie Etg vor dem
Ende der Energiezufuhrzeitdauer erreicht. Dies macht es möglich,
eine Wärmemenge schnell zu kompensieren, die eine Temperaturreduktion
der Glühkerze 17 abhängig von dem Maschinenlaufzustand
wert ist, um dadurch die Glühkerze 17 auf der Solltemperatur
zu halten.
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Die
Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 wird nach dem
Ende der Energiezufuhrzeitdauer fortgesetzt, welche abhängig
von der relativen Einschaltdauer Dk gesetzt ist, bis die integrierte
elektrische Energie Eac die elektrische Sollenergie Etg erreicht, falls
die integrierte elektrische Energie Eac die elektrische Sollenergie
Etg vor dem Ende der Energiezufuhrzeitdauer nicht erreicht. Dies
macht es möglich die Glühkerze 17 auf
der Solltemperatur zu halten, auch wenn der Widerstand der Glühkerze 17 aufgrund
von Alterung zunimmt, was eine Abnahme des dadurch fließenden
Stroms verursacht.
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Es
ist selbstverständlich, dass verschiedenste Modifikationen
an den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgenommen
werden können.
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Bei
den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird die integrierte
elektrische Energie Eac der Glühkerze 17 auf der
Grundlage der angelegten Spannung Vg, des angelegten Stroms Ig und
einer Energiezufuhrdauer (einer Dauer von Zeit, in welcher die Glühkerze 17 mit
Energie versorgt wird) berechnet. Die integrierte elektrische Energie
Eac kann jedoch auf eine andere Weise berechnet werden. Beispielsweise
kann sie auf der Grundlage der angelegten Spannung Vg, des Widerstands
der Glühkerze 17 und der Energiezufuhrdauer, oder
auf der Grundlage des angelegten Stroms Ig, dem Widerstand der Glühkerze 17 und
der Energiezufuhrdauer berechnet werden.
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Bei
den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird die elektrische
Sollenergie Etg variabel gemäß dem Maschinenlaufzustand
gesetzt, jedoch kann sie auf einen fixierten Wert gesetzt werden, oder
sie kann gemäß anderen Parametern als dem Maschinenlaufzustand
variabel gesetzt werden. Beispielsweise kann die elektrische Sollenergie
Etg gemäß der Zeit variabel gesetzt werden, welche
seit dem Start der Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 abgelaufen
ist. In diesem Fall wird die elektrische Sollenergie Etg mit zunehmender
abgelaufener bzw. vergangener Zeit seit dem Start der Energiezufuhr
auf einen kleineren Wert gesetzt.
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Bei
den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird die elektrische
Sollenergie Eac durch Integration eines Produkts aus dem angelegten
Strom Ig und der angelegten Spannung Vg von dem Start einer Zyklusdauer
eines fixierten Zyklus berechnet, jedoch kann die Zyklusdauer variabel
sein.
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Bei
den vorangehenden Ausführungsbeispielen werden der Glühkerzenenergiezufuhrvorgang
und der Fehlerdiagnosevorgang durch die GCU 30 durchgeführt,
sie können jedoch durch die ECU 40 durchgeführt
werden.
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Bei
den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird die Leistungsregelung
derart durchgeführt, dass die integrierte elektrische Energie
Eac die elektrische Sollenergie Etg nicht überschreitet.
Die Leistungsregelung kann jedoch derart durchgeführt werden,
dass die integrierte elektrische Energie Eac zwischen einem vorbestimmten
oberen und unteren Grenzwert gehalten wird. In diesem Fall wird
beispielsweise, wenn die der Glühkerze 17 zugeführte Energie
kleiner als der untere Grenzwert ist, die Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 eingeschaltet,
während wenn die der Glühkerze 17 zugeführte
Energie größer als der obere Grenzwert ist, die
Energiezufuhr zu der Glühkerze 17 ausgeschaltet
wird. Gemäß dieser Modifikation der Leistungsregelung
kann die Temperaturabweichung der Glühkerze 17 effektiv
unterbunden werden, da die integrierte elektrische Energie Eac in
dem Bereich von dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert gehalten
wird.
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Bei
den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird ein Kurzschlussfehler
auf der Grundlage der Zeit erfasst, welche vergangen ist, bevor
die integrierte elektrische Energie Eac die elektrische Sollenergie
Etg überschreitet. Er kann jedoch auf der Grundlage des
Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einer Zunahmerate der integrierten
elektrischen Energie Eac und einem vorbestimmten Wert erfasst werden.
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Auch
wenn die Glühkerze 17 bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen
eine keramische Glühkerze ist, kann die Glühkerze 17 eine
Metallglühkerze sein.
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Die
zuvor erwähnten bevorzugten Ausführungsbeispiele
dienen als Beispiel für die Erfindung der vorliegenden
Anmeldung, welche nur durch die nachfolgend angehängten
Patentansprüche beschrieben wird. Es sollte verstanden werden,
dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
vorgenommen werden können, wie sie einem Fachmann ersichtlich
sein würden.
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Die
Vorrichtung dient zur Steuerung von Energiezufuhr zu einem Heizelement,
das in einer Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine
angeordnet ist, um Wärme zu erzeugen, wenn es von einer
externen Energiequelle mit Energie versorgt wird. Die Vorrichtung
umfasst eine erste Funktion eines Setzens einer elektrischen Sollenergie,
die von der externen Energiequelle an das Heizelement anzulegen
ist, eine zweite Funktion eines Berechnens einer tatsächlichen
elektrischen Energie, die tatsächlich an das Heizelement
angelegt wird, und eine dritte Funktion eines Durchführens
einer Leistungsregelung, um zu veranlassen, dass die tatsächliche
elektrische Energie auf die elektrische Sollenergie konvergiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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