DE102008007398A1

DE102008007398A1 - Verfahen und Vorrichtung zum Erkennen des Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor

Info

Publication number: DE102008007398A1
Application number: DE102008007398A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dressler; Rainer Moritz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-08-06
Also published as: FR2927128B1; US20090193882A1; US7886587B2; FR2927128A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen des Wechsels (GPC) von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor, bei dem zu Beginn eines Fahrzyklus (DC) wenigstens eine elektrische Kenngröße (P) wenigstens einer Glühkerze gemessen, ein aktueller Wert dieser Kenngröße (P) bestimmt und mit wenigstens einem gespeicherten Wert der gleichen elektrischen Kenngröße (P) dieser Glühkerze verglichen wird, der zu Beginn wenigstens eines vorangegangenen Fahrzyklus (DC) bestimmt wurde, und bei dem dann, wenn die Abweichung des aktuellen Werts von dem gespeicherten Wert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, auf einen Kerzenwechsel (GPC) erkannt wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor nach Anspruch 1, die Verwendung dieses Verfahrens nach Anspruch 10 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 11.
Für die Funktionen der Temperaturregelung (geschlossener Regelkreis), Alterungskompensation von Kerzen sowie die Ausfallvorhersage von Glühkerzen ist es notwendig zu wissen, wann die Glühkerze gewechselt wurde. Die naheliegende Möglichkeit, dem Steuergerät einen Glühkerzenwechsel mitzuteilen, ist über einen Standard-Diagnosetester möglich. Ein solches Gerät wird von einem Werkstattmitarbeiter genutzt, um dem System über eine Diagnoseschnittstelle mitzuteilen, ob und wenn ja welche Kerze gewechselt wurde. Diese Lösung wird aber von verschiedenen Kunden nicht akzeptiert, da sie eine zusätzliche Fehlerquelle darstellt, die eine fragwürdige Rückfallebene bzw ein fragwürdiges Sicherheitskonzept bietet. Es ist dabei insbesondere unklar, was bei Falscheingabe mit den Funktionen passiert, die auf dieser Größe aufbauen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das den Wechsel von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor auf einfache, schnelle und zuverlässige Weise ohne menschliches Zutun ermöglicht, und das zudem leicht umsetzbar und kostengünstig ist. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird einerseits durch ein Verfahren gelöst, bei dem zu Beginn eines Fahrzyklus wenigstens eine elektrische Kenngröße wenigstens einer Glühkerze gemessen, ein aktueller Wert dieser Kenngröße bestimmt und mit wenigstens einem gespeicherten Wert der gleichen elektrischen Kenngröße dieser Glühkerze verglichen wird, der zu Beginn wenigstens eines vorangegangenen Fahrzyklus bestimmt wurde, und bei dem dann, wenn die Abweichung des aktuellen Werts von dem gespeicherten Wert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, auf einen Kerzenwechsel erkannt wird.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht dabei in der automatischen Erkennung eines Kerzenwechsels zu Beginn eines Fahrzyklus ohne Nutzung von Eingabegeräten, dh ohne menschliche Fehlerquelle.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass zum Feststellen einer Abweichung des aktuellen Werts von dem gespeicherten Wert die betragsmäßige Änderung der Werte auf einen Absolutwert bezogen wird. Eine solche Bezugnahme lässt die besonders zuverlässige Erkennung eines Kerzenwechsels zu, da eine möglicherweise übliche Abweichung auf Grund von Alterungserscheinungen einer Kerze relativiert wird.
Diese Zuverlässigkeit kann weiter gesteigert werden, wenn der Wert für die wenigstens eine elektrische Kenngröße aus einem Glühkerzenvektor gebildet wird, der die wenigstens eine elektrische Kenngröße umfasst. Damit unterliegen mehrere Kenngrößen einer gemeinsamen Betrachtung, womit alle möglichen Abweichungen einer Kerze Beachtung finden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass Werte elektrischer Kenngrößen über Fahrzyklen hinweg gespeichert werden und aus einer Diskontinuität des aktuellen Werts mit dem gespeicherten Werteverlauf auf einen Kerzenwechsel erkannt wird. Damit werden aktuelle Abweichungen mit einer Historie vergleichbar, wodurch ein natürlicher Alterungsverlauf der Kerze ausgeblendet werden kann.
Die vorstehend genannte Diskontinuität oder die sprunghafte Änderung eines aktuellen Werts vor dem historische Verlauf der gespeicherten Werte ist dann am zuverlässigsten erkennbar, wenn aus diesen Werten zeitliche Änderungen abgeleitet werden, und aus einer Diskontinuität eines aktuellen Änderungswerts mit dem historischen Änderungsverlauf auf einen Kerzenwechsel erkannt wird.
Bevorzugte elektrische Kenngrößen umfassen einen Kaltwiderstand, einen Heißwiderstand und/oder eine Widerstandsänderung. Eine Änderung dieser Werte bietet einerseits ein sicheres Indiz für einen Kerzenwechsel. Gleichzeitig sind diese Werte verhältnismäßig einfach messbar und werden üblicherweise schon in einer Glühstiftkerzensteuerung erfasst.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine besonders zuverlässige Erkennung eines Kerzenwechsels insbesondere dann zu erwarten, wenn ein Vergleich von Werten elektrischer Kenngrößen nur bei Vorliegen gleicher Betriebszustände des Brennkraftmotors durchgeführt wird.
Die Betriebszustände umfassen dabei in bevorzugter Weise eine Kühlwassertemperatur, eine Injektionsmenge, eine Drehzahl und/oder eine Energiebeladung der Glühstiftkerzen. Diese Werte werden üblicherweise. in einem Motorsteuergerät erfasst und könnten dort abgegriffen werden.
Eine Reduktion des Speicherbedarfs für Werte elektrischer Kenngrößen ist dann möglich, wenn aus der Abweichung des gemessenen Werts von dem gespeicherten Wert einer Glühstiftkerze auf einen Kerzenwechsel aller Glühkerzen erkannt wird. Damit muss lediglich der Werteverlauf einer Glühkerze aufgenommen und in der Folge ein kleinerer Speicher als zur Aufnahme der Werte aller Glühkerzen bereitgestellt werden.
Bevorzugt soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Alterungskompensation und/oder zur Temperaturregelung von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor verwendet werden.
Die vorstehende Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, umfassend eine Messeinheit zum Messen wenigstens einer elektrischen Kenngröße wenigstens einer Glühstiftkerze, eine Speichereinheit zum Speichern wenigstens eines Werts der wenigstens einen elektrischen Kenngröße, und eine Detektionseinheit, die zum Bestimmen eines aktuellen Werts der elektrischen Kenngrößen einer Glühkerze, zum Vergleichen dieses aktuellen Werts mit wenigstens einem gespeicherten Wert der gleichen elektrischen Kenngröße dieser Glühkerze, und zum Erkennen eines Kerzenwechsels ausgebildet ist, wenn die Abweichung des aktuellen Werts von dem gespeicherten Wert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht dabei darin, dass die automatische Erkennung eines Glühkerzenwechsels möglich ist, der menschliche Fehlerquellen ausschließt. Dabei stehen die Mess- und die Speichereinheit üblicherweise schon in einer Motor- und/oder in einer Glühstiftkerzensteuereinheit zur Verfügung. Die dort erfassten Werte elektrischer Kenngrößen von Kerzen sind für die Detektionseinheit einfach zugreifbar. Die erfindungsgemäßen Vergleichs-, und Erkennungsfunktionen der letztgenannten Einheit sind besonders einfach und kostengünstig als Software, Firmware oder Hardware und dabei getrennt oder einheitlich mit den schon vorhandenen Steuerungen zu verwirklichen.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 12 bis 15 angegeben.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Speichereinheit zum Speichern von Werten elektrischer Kenngrößen über Fahrzyklen hinweg und die Detektionseinheit zum Erkennen einer Diskontinuität des aktuellen Werts mit dem gespeicherten Werteverlauf ausgebildet ist, bei der auf einen Kerzenwechsel erkannt wird. Damit wird eine sprunghafte Änderung eines aktuellen Werts vor seinem historischen Verlauf leichter erkennbar, wodurch natürliche Alterungserscheinungen einer Kerze ausgeblendet werden.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Detektionseinheit zum Ableiten von zeitlichen Änderungen aus den gespeicherten Werten elektrischer Kenngrößen und zum Erkennen einer Diskontinuität eines aktuellen Änderungswerts mit dem historischen Änderungsverlauf ausgebildet ist, bei der auf einen Kerzenwechsel erkannt wird. Die vorstehend genannte Diskontinuität oder die sprunghafte Änderung eines aktuellen Werts vor dem historische Verlauf der gespeicherten Werte ist aus dieser zeitlichen Ableitung am zuverlässigsten erkennbar.
Eine besonders zuverlässige Erkennung eines Kerzenwechsels ist insbesondere dann zu erwarten, wenn die Detektionseinheit zum Erkennen von Betriebszuständen des Brennkraftmotors und zum Vergleichen aktueller Werte elektrischer Kenngrößen mit gespeicherten Werten elektrischer Kenngrößen unter gleichen Betriebszuständen des Motors ausgebildet ist.
Besonders bevorzugte Realisierungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor, dass diese einheitlich mit einer Motorsteuerung oder einer Glühstiftkerzensteuerung ausgeführt oder über eine Schnittstelle mit einer dieser Steuerungen verbunden ist. Dadurch wird die Anzahl erforderlicher Funktionselemente wie auch der dazu notwendige Bauraum reduziert, was gleichsam zu niedrigeren Kosten führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand einer Figur erläutert, die ein Diagramm mit einem Verlauf von gemessenen Werten elektrischer Kenngrößen P einer Glühstiftkerze in Abhängigkeit von Fahrzyklen DC zeigt. Dabei wird hier beispielhaft ein Vektor (im folgenden 'Kerzenvektor' genannt) von mindestens einer und maximal drei Größen Kaltwiderstand Rc (Resistance Cool), Heißwiderstand Rh (Resistance Hot) und Widerstandsänderung dR/dt beim Übergang von Kalt zu Heiß in einem nichtflüchtigen Speicher wie zB einem Ringspeicher abgelegt.
Bei der ersten Messung in den leeren Speicher wird davon ausgegangen, dass alle Kerzen neu sind. Beobachtet werden die absoluten Werte des Kerzenvektors. Sie werden mit Schwellwerten verglichen und entscheiden über Kerzenausfall oder auch Kerzentyp.
Der Kerzentyp, die Toleranzkette der Messmimik, die Fertigungsstreuung der Kerzen und deren Alterungsverhalten entscheiden über die Anzahl der Kerzenvektorkomponenten und welche Parameter gemessen und gespeichert werden. Ist zum Beispiel die Produktionsstreuung und die Alterungsstreuung ohne Korrelation (R=O), aber beide in einem Bereich, welcher der Toleranz der Messmimik entspricht, dann können Messwertsprünge nicht eindeutig zugeordnet werden. Sie können von Toleranzen der Messmimik, Kerzenwechsel oder Alterung herrühren. Eine solche Größe ist dann nicht geeignet als Parameter des Kerzenvektors. Die Eignung kann sich jedoch auch über Chargen der Kerzenproduktion des jeweiligen Kerzentyps ändern. Daher empfiehlt es sich, alle drei Größen im Kerzenvektor zu berücksichtigen. Dies ist aber nicht zwangsläufig der Fall.
Bei der Messung der Kenngrößen des Kerzenvektors werden auch die Änderungen der Absolutwerte, dh die erste zeitliche Ableitung gemessen bzw gebildet. Diese werden mit Schwellwerten verglichen. Ergeben Alterungsuntersuchungen der Kerzen ein exponentiell verlaufendes Verhalten der Werte des Kerzenvektors bei Alterung, kann darüber hinaus auch die zweite zeitliche Ableitung gemessen bzw gebildet und mit Schwellwerten verglichen werden.
Der Vorteil der ersten Ableitung ist die Möglichkeit, einen Sprung in der Kette der gemessenen Kerzenvektorwerte festzustellen. Findet zB ein Sprung des Werts statt, steigt die erste Ableitung des entsprechenden Werts stark an bzw fällt stark ab, je nach Vorzeichen, und kann durch den Vergleich der ersten Ableitung mit einem Schwellwert, also zB Abs(dRc/dt) <= Schwellwert (dRc/dt) detektiert werden.
Der Vorteil der zweiten zeitlichen Ableitung ist in der Adaptivität der gerade beschriebenen Messung bzw Bildung der ersten Ableitung begründet. Das heißt, erst wenn sich die Änderung eines Kerzenvektorwerts plötzlich ändert, ist auf Kerzenwechsel zu erkennen. Die zweite Ableitung kann verhindern, dass bei sporadisch auftretenden Schüben von Messwertstreuungen, dh punktuell verstärkten Änderungen eines Kerzenvektorwerts, der später aber wieder fast konstant wird, die Ausfallerkennung der ersten Ableitung diese Kerze als nicht gewechselt erkennt.
In der beigefügten Figur ist ein Kerzenwechsel GPC (Glow Plug Change) aus dem sprunghaften Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung dR/dt eines Widerstandswerts besonders gut erkennbar, während die Widerstandswerte Rc und Rh keine auf den ersten Blick sichtbaren Sprünge aufweisen.
Es kann dabei vom Kerzentyp abhängig sein, ob von den Größen Absolutwert, erste Ableitung und zweite Ableitung alle oder nur ein oder zwei Werte genommen bzw berechnet werden. Dabei kann zB die zweite Ableitung für Kerzen genutzt werden, die dieses spezifische Alterungsverhalten aufweisen. Gegebenenfalls kann es aber auch notwendig sein, alle drei Größen zu nutzen, da sich auch das Alterungsverhalten sporadisch bzw zeitweilig gegenüber einem kontinuierlichen Verhalten beschleunigt und sich zudem auch bei künftigen Fertigungschargen ändern kann.
Gemessen wird Rc und dR/dt ein Mal pro Fahrzyklus. Rh kann einmal oder mehrfach gemessen werden. Eine besonders aussagekräftige Messung wird erhalten, wenn die Systemrandbedingungen wie zB die Kühlwassertemperatur, die Injektionsmenge, die Drehzahl und/oder die Energiebeladung der Kerze bei allen Messungen vergleichbar sind. Dies kann auf unterschiedlichem Weg sichergestellt werden.
Zum einen kann ein Glühkerzensteuergerät zum Vergleich der Messumgebung des gemessenen Kerzenvektors und der gegebenenfalls berechneten Ableitungen die Kenngrößen Kühlwassertemperatur, Injektionsmenge, Drehzahl und/oder Energiebeladung der Kerze von der Motorsteuerung erhalten. Ist einer der Werte nicht in einem Toleranzbereich, wird die zu diesem Zeitpunkt gemessene Kerzenvektorgröße verworfen. Der Vergleich kann jedoch auch an der Motorsteuerung stattfinden. Hierzu muss sichergestellt sein, dass die Steuerung die Messzeitpunkte kennt, zB durch Botschaften oder Timer seit dem Start des Fahrzyklus DC, oder indem zwischen Motorsteuerung und Glühkerzensteuerung eine entsprechend bereitbandige Schnittstelle zur Verfügung gestellt wird.
Aus Rationalisierungsgründen ist es sinnvoll, den Speicherbedarf zu reduzieren, indem nur einer und nicht alle Kerzenvektoren gespeichert werden. Dabei muss jedoch über Diagnoseanzeigen oder -anweisungen und oder -dokumentationen sichergestellt werden, dass von einem Kerzenwechsel stets alle Kerzen betroffen sind.
Zusammenfassend speichert damit das erfindungsgemäße Verfahren mindestens eine von drei charakteristischen Kerzengrößen und vergleicht zu Beginn jedes Fahrzyklusses mindestens eine dieser drei Größen mit der letzten Messung und/oder der letzten Änderung der Größen, dh es wird die Differenz zwischen der vorletzten Messung und der letzten Messung gebildet. Dies schließt die Möglichkeit ein, die erste und/oder die zweite zeitliche Ableitung dieser Größen zu betrachten und mit entsprechend anzupassenden Schwellwerten zu versehen.
Es wird dabei davon ausgegangen, dass jede Kerze durch mindestens eine der drei Größen Kaltwiderstand, Heißwiderstand und Widerstandsänderung beim Übergang von Kalt zu Heiß eindeutig bestimmt ist. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass das Alterungsverhalten der Kerzen nur kontinuierliche Änderungen der drei genannten Größen zeigt, dh die Änderungen von einem Fahrzyklus zum nächsten klein sind gegenüber dem Absolutwert. Weiterhin wird angenommen, dass jeder Kerzenwechsel einen ungewöhnlichen Sprung im historischen Verlauf dieser Größen erzeugt. Das Verfahren erkennt diesen Sprung und meldet dem System einen Kerzenwechsel.
Daraufhin können nachgelagerte Funktionen wie zB das Zurücksetzen des Glühdauerzählers, das Bewerten der gemessenen Werte wie zB Rc und Rh als von einer neuen und damit im Werk geprüften Kerze kommend, oder das Zurücksetzen von Korrekturfaktoren wie zB einer Alterungskorrektur ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Erkennen des Wechsels (GPC) von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor, bei dem zu Beginn eines Fahrzyklus (DC) wenigstens eine elektrische Kenngröße (P) wenigstens einer Glühkerze gemessen, ein aktueller Wert dieser Kenngröße (P) bestimmt und mit wenigstens einem gespeicherten Wert der gleichen elektrischen Kenngröße (P) dieser Glühkerze verglichen wird, der zu Beginn wenigstens eines vorangegangenen Fahrzyklus (DC) bestimmt wurde, und bei dem dann, wenn die Abweichung des aktuellen Werts von dem gespeicherten Wert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, auf einen Kerzenwechsel (GPC) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Feststellen einer Abweichung des aktuellen Werts von dem gespeicherten Wert die betragsmäßige Änderung der Werte auf einen Absolutwert bezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wert für die wenigstens eine elektrische Kenngröße (P) aus einem Glühkerzenvektor gebildet wird, der die wenigstens eine elektrische Kenngröße (P) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Werte elektrischer Kenngrößen (P) über Fahrzyklen (DC) hinweg gespeichert werden und aus einer Diskontinuität des aktuellen Werts mit dem gespeicherten Werteverlauf auf einen Kerzenwechsel (GPC) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem aus den gespeicherten Werten elektrischer Kenngrößen (P) zeitliche Änderungen abgeleitet werden, und aus einer Diskontinuität eines aktuellen Änderungswerts mit dem historischen Änderungsverlauf auf einen Kerzenwechsel (GPC) erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die elektrischen Kenngrößen (P) einen Kaltwiderstand (Rc), einen Heißwiderstand (Rh) und/oder eine Widerstandsänderung (dR/dt) umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Vergleich von Werten elektrischer Kenngrößen (P) nur bei Vorliegen gleicher Betriebszustände des Brennkraftmotors durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Betriebszustände eine Kühlwassertemperatur, eine Injektionsmenge, eine Drehzahl und/oder eine Energiebeladung der Glühstiftkerzen umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem aus der Abweichung des gemessenen Werts von dem gespeicherten Wert einer Glühstiftkerze auf einen Kerzenwechsel (GPC) aller Glühkerzen erkannt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Alterungskompensation und/oder zur Temperaturregelung von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor.
Vorrichtung zum Erkennen des Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor, umfassend: eine Messeinheit zum Messen wenigstens einer elektrischen Kenngröße (P) wenigstens einer Glühstiftkerze; eine Speichereinheit zum Speichern wenigstens eines Werts der wenigstens einen elektrischen Kenngröße (P), und eine Detektionseinheit, die zum Bestimmen eines aktuellen Werts der elektrischen Kenngrößen (P) einer Glühkerze, zum Vergleichen dieses aktuellen Werts mit wenigstens einem gespeicherten Wert der gleichen elektrischen Kenngröße (P) dieser Glühkerze, und zum Erkennen eines Kerzenwechsels (GPC) ausgebildet ist, wenn die Abweichung des aktuellen Werts von dem gespeicherten Wert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Speichereinheit zum Speichern von Werten elektrischer Kenngrößen (P) über Fahrzyklen (DC) hinweg und die Detektionseinheit zum Erkennen einer Diskontinuität des aktuellen Werts mit dem gespeicherten Werteverlauf ausgebildet ist, bei der auf einen Kerzenwechsel (GPC) erkannt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei dem die Detektionseinheit zum Ableiten von zeitlichen Änderungen aus den gespeicherten Werten elektrischer Kenngrößen (P) und zum Erkennen einer Diskontinuität eines aktuellen Änderungswerts mit dem historischen Änderungsverlauf ausgebildet ist, bei der auf einen Kerzenwechsel (GPC) erkannt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Detektionseinheit zum Erkennen von Betriebszuständen des Brennkraftmotors und zum Vergleichen aktueller Werte elektrischer Kenngrößen (P) mit gespeicherten Werten elektrischer Kenngrößen (P) unter gleichen Betriebszuständen des Motors ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, die einheitlich mit einer Motorsteuerung oder einer Glühstiftkerzensteuerung ausgeführt oder über eine Schnittstelle mit einer dieser Steuerungen verbunden ist.