DE102006010194B4

DE102006010194B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben der Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006010194B4
Application number: DE102006010194A
Authority: DE
Inventors: Markus Kernwein; Andreas Bleil; Olaf Toedter; Helmut Müller; Odd Peters
Original assignee: Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: US20070056545A1; DE102006010194A1; US20080319631A1; US8082090B2; US7431004B2; EP1762724A1; JP2007077984A

Abstract

Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Typ der Glühkerzen der Brennkraftmaschine dadurch bestimmt wird, dass ein glühkerzentypischer Parameter der Glühkerzen der Brennkraftmaschine erfasst und ausgewertet wird und die Glühkerzen in Abhängigkeit von dem in dieser Weise bestimmten Typ der Glühkerzen angesteuert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben der Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine.
Es ist bekannt, die Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine über ein Glühsteuergerät anzusteuern, d. h., mit entsprechendem Glühstrom zu versorgen, das mit der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Glühkerzen einer Brennkraftmaschine sollten aber in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Typ, d. h., in Abhängigkeit davon, ob es sich beispielsweise um Stahl- oder Keramikglühkerzen handelt, auf der Grundlage unterschiedlicher Glühparameter angesteuert werden.
DE 196 16 651 A1 offenbart eine Kaltstarthilfe für Dieselmotoren. Die Ansteuerung der Heiz- und Glühkerzen erfolgt anhand von Steuerkurven. Eine Bestimmung eines glühkerzentypischen Parameters der im Dieselmotor verbauten Glühkerzen findet nicht statt.
US 5,724,932 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, um den sich ändernden Strom für eine Glühkerze zu steuern. Hierbei wird die Spannung, die über einer Glühkerze abfällt, gemessen und daraus derjenige Strom ermittelt, der dieser Glühkerze zugeführt werden soll. Es findet keine Bestimmung des Glühkerzentyps ausgehend von dem gemessenen Signal statt.
„MTZ” Motortechnische Zeitschrift 61 (2000) 10, Seiten 1 bis 8 beschreibt ein elektronisch gesteuertes Glühsystem für Dieselmotoren. Dabei wird der Widerstandswert der Glühkerze für Sicherheitsfunktionen verwendet, um so zu verhindern, dass eine bereits heiße Glühkerze nochmals mit einer höheren Aufheizspannung angefahren wird. Der Glühkerzentyp wird dabei nicht bestimmt.
Um hier eine Optimierung zu erzielen war es bisher notwendig und üblich, dem Glühsteuergerät und/oder der Motorsteuerung den jeweiligen Kerzentyp vorzugeben, so dass in Abhängigkeit von dieser Vorgabe die Glühkerzen entsprechend angesteuert werden konnten.
Eine dynamische Unterscheidung zwischen verschiedenen Kerzentypen während des Betriebes der Glühkerzen war bisher nicht möglich, was den Nachteil hatte, dass bei fehlender oder nicht korrekter Vorgabe des Kerzentyps, beispielsweise bei einem Kerzentypwechsel die Ansteuerung der Glühkerzen nicht in angemessener Weise erfolgen konnte.
Weiterhin war es bisher nicht möglich, den an einer Brennkraftmaschine verbauten Typ der Glühkerzen zu analysieren und zu diagnostizieren, um beispielsweise dann, wenn nach einem Glühkerzenwechsel ein Typ von Glühkerzen erkannt wird, der nicht zu dem Typ der Brennkraftmaschine passt, oder wenn Glühkerzentypen verschiedener Art an der Brennkraftmaschine verbaut sind und ein Mischbetrieb ausgeschlossen werden soll, eine entsprechende Warnanzeige abzugeben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die so ausgestaltet sind, dass der Betrieb der Glühkerzen jederzeit in der zu dem jeweiligen Glühkerzentyp passenden Form erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 20 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Typ der Glühkerzen, der an der Brennkraftmaschine verbaut ist, erkannt und wird die Information hierüber zur Grundlage der Ansteuerung der Glühkerzen gemacht.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 19 bzw. Gegenstand der Patentansprüche 21 bis 28.
Gemäß der Erfindung wird somit durch die Analyse eines glühkerzentypischen Parameters, beispielsweise des elektrischen Widerstandes der Glühkerzen und insbesondere des Widerstandsgradienten im Glühbetrieb und/oder des Widerstandes im kalten Zustand und/oder des Widerstandes im heißen Zustand oder der Kapazität, Induktivität oder Resonanzfrequenz in einer Vorphase der verwandte Glühkerzentyp erkannt und wird der jeweils erkannte Typ über ein Signal an das Glühsteuergerät und/oder Motorsteuergerät gemeldet. Sind entsprechende Applikationsparameter in der Motorsteuerung hinterlegt, so wird der entsprechende Parametersatz für den erkannten Glühkerzentyp geladen und wird die Ansteuerung der Glühkerzen dementsprechend angepasst.
In dieser Weise kann beispielsweise bei Niedervoltglühkerzen eine Überbestromung einzelner Niedervoltglühkerzen verhindert werden. Ein fehlerhafter Tausch einzelner Glühkerzen, beispielsweise in einer Werkstatt kann gleichfalls erkannt werden, wenn das Fahrzeug mittels eines Diagnosetesters entsprechend überprüft wird. Diese Funktionen können bereits mit schonendem getakteten Aufheizen vor dem eigentlichen Start der Brennkraftmaschine erzielt werden.
Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
1 in einer grafischen Darstellung die Entwicklung des Glühkerzenwiderstandes zweier Glühkerzentypen, z. B. einer Stahlglühkerze und einer Keramikglühkerze bei einer Betriebsspannung von 12 V gegenüber der Zeit jeweils und
2 ein Blockschaltbild einer Glühanordnung mit Erkennung des Glühkerzentyps.
Wie es in 1 dargestellt ist, unterscheiden sich verschiedene Glühkerzentypen Typ 1 und Typ 2, beispielsweise Keramikglühkerzen von Stahlglühkerzen, dadurch, dass der Widerstand im kalten Zustand, der Widerstand im heißen Zustand und der Widerstandsgradient während des Glühbetriebs deutlich verschieden sind. Das gilt auch für den Verlauf des Widerstandes bei einem Glühbetrieb mit getakteter Aufheizung der Glühkerzen.
Über diese Unterschiede wird gemäß der Erfindung erreicht, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine jederzeit der Typ der jeweils vorgesehenen Glühkerzen erkannt wird.
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine entsprechende Glühanordnung gemäß der Erfindung.
Ein Rechner 1 weist einen Rechenkern 4 mit Programmablauf, eine Aufnahme 3 für Spannungs- und Stromwert sowie eine Steuerung 2 einer Leistungselektronik 5 auf. Die Leistungselektronik 5 ist über Signalleitungen mit der Werteaufnahme 3 des Rechners 1 verbunden, wobei über die Signalleitung 8 die Spannung an der Glühkerze anliegt und über die Leitung 9 ein Signal anliegt, das dem Strom entspricht, der durch die Leistungselektronik 5 zur daran angeschlossenen Glühkerze 6 fließt. Die Glühkerze 6 hat eine Masseanbindung 7.
Die Arbeitsweise gemäß der Erfindung ist die Folgende:
Während des Betriebes der Glühkerze, z. B. in der Vorglühphase, in der die Maschine noch nicht gestartet ist, bzw. im Betrieb der Brennkraftmaschine wird der glühkerzentypische Parameter, nämlich der Widerstand der Glühkerzen erfasst und ausgewertet. Hierzu sind im Speicher der Glüh- oder Motorsteuerung entsprechende Parameter für die verschiedenen Glühkerzentypen hinterlegt, so dass über einen entsprechenden Vergleich der Typ der Glühkerze bestimmt und erkannt werden kann.
Es wird beispielsweise zunächst der Kaltwiderstand bestimmt, um eine Vorentscheidung darüber zu treffen, ob es sich beim Glühkerzentyp um eine Stahl- oder Keramikglühkerze handelt. Danach kann mit einem schnellen Aufheizen der Glühkerzen begonnen werden und der Widerstandsgradient während des schnellen Aufheizens ermittelt und zur endgültigen Festlegung des Glühkerzentyps verwandt werden.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das schnelle Aufheizen verkürzt oder verlängert werden kann.
Es ist aber auch möglich, ausschließlich den Kaltwiderstand oder den Widerstandsgradienten beim Aufheizen zum Identifizieren des Glühkerzentyps heranzuziehen. Es kann auch das Verhalten des Widerstandes während eines getakteten Aufheizens zur Unterscheidung herangezogen werden.
Gemäß der Erfindung kann die Erkennung des Glühkerzentyps auch vor der Inbetriebnahme des gesamten die Glühkerze umfassenden Glühsystem insbesondere zu einem vordefinierten Zeitpunkt in einer Vorphase zur Glühkerzentyperkennung erfolgen. Als Parameter kann dabei statt eines Widerstandswertes die Kapazität, die Induktivität oder die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises herangezogen werden, der aus der Kapazität und der Induktivität der Glühkerze besteht.
Es hat sich gezeigt, dass auch über diese Parameter eine sichere Typerkennung möglich ist. Das trifft insbesondere dann zu, wenn die Kaltwiderstände von Glühkerzen in Keramik- und Metallausführungen großen Streuungen unterliegen, die dann über die kapazitiven und induktiven Eigenschaften die verschiedenen Glühkerzentypen sehr deutlich voneinander unterschieden werden können. Versuche haben gezeigt, dass insbesondere die Induktivität ein sicheres Erkennungsmerkmal ist. So ergibt sich bei einer Stahlkerze mit einer Glühwendel eine Induktivität, die um den Faktor 3 bis 4 größer als bei einer entsprechenden Keramikglühkerze ist.
Durch eine einfache Messung der elektrischen Eigenschaften, insbesondere der Induktivität, kann somit eine sichere Erkennung des Glühkerzentyps gewährleistet werden. Die Messung erfolgt dabei in der Vorphase vor der Beheizung der Glühkerze vorzugsweise zu einem definierten Zeitpunkt, so dass bereits beim ersten Aufheizvorgang der Glühkerze das typspezifische Aufheizprogramm genutzt werden kann.
Nachdem der Glühkerzentyp erkannt ist, wird somit ein entsprechender Parametersatz für den erkannten Glühkerzentyp, der in der Glühsteuerung oder der Motorsteuerung gespeichert ist, herangezogen und geladen und erfolgt die Steuerung der Glühkerzen mit den herangezogenen Parametersatz, der zu dem erkannten Glühkerzentyp gehört.
Die Erkennung des Glühkerzentyps kann einzeln für jede Glühkerze, d. h. jeden Glühkerzenstrang getrennt erfolgen, so dass die einzelnen Glühkerzen je nach erkanntem Typ separat angesteuert werden können. Auch ein Mischbetrieb aus einer gemeinsamen Erkennung und Ansteuerung einer Gruppe von Glühkerzen sowie einzelner Glühkerzen ist möglich.
Gemäß der Erfindung erfolgt somit eine Unterscheidung des Glühkerzentyps, wird der erkannte Glühkerzentyp der Steuerung gemeldet und wird ein dementsprechender passender Parametersatz automatisch ausgewählt, falls entsprechende Applikationsdaten des Glühkerzentyps in der Steuerung hinterlegt sind.
Neben der Variante, bei der die Applikationsdaten in der Glühsteuerung, d. h., im Glühsteuergerät gespeichert sind, gibt es auch die Variante, bei der diese Daten in der Motorsteuerung, d. h., im Motorsteuergerät gespeichert sind. Wenn unterschiedliche Kerzentypen erkannt werden sollen, die in einer Brennkraftmaschine verbaut sein können, können entsprechende Applikationsdaten in beiden Steuergeräten gespeichert sein. In diesem Fall ist das relevante Steuergerät mal das Glühsteuergerät und mal das Motorsteuergerät.
Das hat den Vorteil, dass die Zerstörung von Glühkerzen durch eine Ansteuerung mit Parametern des falschen Kerzentyps vermieden wird, dass eine ungültige Kombination von Kerzentyp und Motortyp erkannt werden kann, und dass bei einem Kerzenwechsel der Typ der jeweils neu eingesetzten Glühkerzen nicht der Steuerung mitgeteilt, d. h., dem Glühsteuergerät bzw. der Motorsteuerung vorgegeben werden muss, was die Fehleranfälligkeit herabsetzt.

Claims

Verfahren zum Betreiben von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Typ der Glühkerzen der Brennkraftmaschine dadurch bestimmt wird, dass ein glühkerzentypischer Parameter der Glühkerzen der Brennkraftmaschine erfasst und ausgewertet wird und die Glühkerzen in Abhängigkeit von dem in dieser Weise bestimmten Typ der Glühkerzen angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Typs der Glühkerze und deren Ansteuerung einzeln getrennt für die Glühkerzen der Brennkraftmaschine erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Typs der Glühkerze und deren Ansteuerung gemeinsam für alle Glühkerzen der Brennkraftmaschine erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischbetrieb die Bestimmung des Typs der Glühkerze und deren Ansteuerung teilweise für eine Anzahl von Glühkerzen gemeinsam und teilweise für einzelne Glühkerzen separat erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Typ der Glühkerzen im laufenden Betrieb bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Typ der Glühkerzen in einer dem laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine vorgeschalteten Glühkerzentyperkennungsphase bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Typs der Glühkerzen in der Glühkerzentyperkennungsphase zu einem vordefinierten Zeitpunkt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der glühkerzentypische Parameter der elektrische Widerstand der Glühkerzen ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltwiderstand der Glühkerzen als glühkerzentypischer Parameter herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißwiderstand der Glühkerzen als glühkerzentypischer Parameter herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsgradient im Glühbetrieb als glühkerzentypischer Parameter herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhalten des Widerstandes der Glühkerzen während eines getakteten Aufheizens als glühkerzentypischer Parameter herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Heranziehung des Kaltwiderstandes der Glühkerzen zunächst eine Vorentscheidung über den Glühkerzentyp getroffen wird, und dass anschließend über eine Auswertung des Widerstandsgradienten im Glühbetrieb über den Glühkerzentyp endgültig entschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der glühkerzentypische Parameter die Induktivität der Glühkerzen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der glühkerzentypische Parameter die Kapazität der Glühkerzen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der glühkerzentypische Parameter die Resonanzfrequenz des aus Kapazität und Induktivität der Glühkerzen bestehenden Schwingskreises ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des glühkerzentypischen Parameters über einen Vergleich mit vorgegebenen Daten für verschiedene Glühkerzentypen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Glühkerzentyp auf die Motorsteuerung der Brennkraftmaschine übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Glühkerzentyp ein entsprechender Parametersatz automatisch ausgewählt und zur Ansteuerung der Glühkerzen herangezogen wird.
Vorrichtung zur Betreiben von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 mit einem Glühsteuergerät, das mit einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine verbunden ist und die Glühkerzen mit Glühstrom versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühsteuerung oder die Motorsteuerung einen Datenspeicher aufweist, in dem Daten eines glühkerzentypischen Parameters von verschiedenen Glühkerzentypen gespeichert sind, und Einrichtungen vorgesehen sind, die die Werte des glühkerzentypischen Parameters der Glühkerzen erfassen und der Glühsteuerung oder Motorsteuerung zum Vergleich mit den gespeicherten Daten zur Bestimmung des Glühkerzentyps zuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters erfassen, den Widerstand der Glühkerzen erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters der Glühkerzen erfassen, den Kaltwiderstand der Glühkerzen erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters der Glühkerzen erfassen, den Heißwiderstand der Glühkerzen erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters der Glühkerzen erfassen, den Widerstandsgradienten der Glühkerzen im Glühbetrieb erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters der Glühkerzen erfassen, den Verlauf des Widerstandes bei einer getakteten Aufheizung der Glühkerzen erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters erfassen, die Induktivität der Glühkerzen erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters erfassen, die Kapazität der Glühkerzen erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, die Werte eines glühkerzentypischen Parameters erfassen, die Resonanzfrequenz des Schwingkreises erfassen, der aus der Kapazität und der Induktivität der Glühkerzen besteht.