DE2743059A1

DE2743059A1 - Verfahren und anordnung zum schnellaufheizen von gluehkerzen

Info

Publication number: DE2743059A1
Application number: DE19772743059
Authority: DE
Inventors: Roland Gaisser; Albert Schmidt
Original assignee: Beru-Werk Albert Ruprecht & Co KG GmbH; Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
Current assignee: BERU RUPRECHT GmbH and CO KG 7140 LUDWIGSBURG DE
Priority date: 1977-09-24
Filing date: 1977-09-24
Publication date: 1979-04-05

Description

Verfahren und Anordnung zum Schnellaufheizen von Glühkerzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Schnellaufheizen von Glühkerzen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Luftverdichtende Brennkraftmaschinen, kurz Dieselmotoren genannt, haben beim Anlassen gegenüber den Benzinmotoren den Nachteil, daß sie bei kaltem, unterhalb der Selbststarttemperatur liegendem Motor vorgeglüht werden müssen. Man ist daher bestrebt, dieses Vorglühen möglichst kurz zu halten, d.h. die Kerzen möglichst schnell auf ihre Glühtemperatur zu bringen.
Die Glühkerzen werden normalerweise beim Vorglühen über einen Schalter an die Batterie gelegt. Der Batteriestrom heizt die Kerzen auf, die nach einer gewissen Zeit ihre Glühtemperatur erreichen. Nun kann der Motor angelassen werden. Die Kerzen glühen während des Anlaßvorganges weiter und werden erst dann von der Stromversorgung getrennt, wenn der Motor läuft.
Die Zeit, die notwendig ist, um die Kerzen auf ihre Glühtemperatur zu erwärmen, ist relativ lang und erfüllt nicht die eingangs aufgezeigten Wünsche.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Glühkerzen möglichst schnell auf ihre Glühtemperatur zu erwärmen. Dabei sollen sie diese Temperatur solange beibehalten, bis die luftverdichtende Brennkraftmaschine angelassen worden ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Glühkerzen bis zum Erreichen ihrer Glühtemperatur mit einem überhöhten Strom gespeist werden und ihnen nach Erreichen ihrer Glühtemperatur dieser Strom nur noch stoßweise zugeführt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anordnung aufgezeigt, bei der die Ausgänge einer Zeitschaltung und eines astabilen Multivibrators mit dem Eingang eines Schaltgliedes verknüpft sind. Dabei betätigt das Schaltglied einen Schalter für die Stromversorgung der Glühkerzen und außerdem eine Kontrollampe.
Der Schalter kann durch einen elektronischen Leistungsverstärker ersetzt werden, der dann die Stromversorgung der Kerzen übernimmt.
Das Zeitglied ist so ausgelegt, daß beim sofortigen Wiederholen des Anlaßvorganges keine nochmalige Aufheizperiode der Kerzen erfolgt. Anderenfalls würden sich die Kerzen zu sehr erhitzen und könnten zerstört werden.
Der Motor braucht bei einer Temperatur, die gleich oder höher als die Selbststarttemperatur ist, nicht vorgeglüht werden.
In die Anordnung ist deshalb eine Temperaturüberwachungsschaltung eingefügt, die in diesem Fall von Anfang an verhindert, daß die Kerzen mit Glühstrom versorgt werden.
Einen überhöhten Glühstrom erhält man, indem man die Kerzen und insbesondere ihre Glühspiralen gegenüber der Batteriespannung unterdimensioniert.
Betätigt der Fahrer den Glühanlaßschalter, so leuchtet die Kontrollampe auf und zeigt mit ihrem stetigen Leuchten, daß die Kerzen aufgeheizt werden. Haben die Kerzen ihre Glühtemperatur erreicht, beginnt die Kontrollampe zu blinken, was zugleich für den Fahrer ein Zeichen ist, daß er nun den Motor starten kann.
Ist die Motortemperatur gleich oder höher als die Selbststarttemperatur, leuchtet die Kontrollampe von Anfang an nicht auf, was für den Fahrer ebenfalls ein Zeichen für das Starten ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung mit zusätzlichen Schaltmitteln so ergänzt, daß auch die Kontrolllampe blinkt, wenn die Temperaturüberwachungsschaltung wirkt.
Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Kerzen schnell auf ihre Glühtemperatur erhitzt werden. Die Zeitverzögerung durch das Vorglühen wird dadurch so klein, daß sie gegenüber dem Benzinmotor nicht mehr stört. Das stoßweise Zuführen des Glühstroms verhindert ein Überhitzen und somit eine Zerstörung der Glühkerzen. Weiter erlaubt die Erfindung eine Wiederholung des Startvorganges ohne Zeitverzögerung. Sie zeigt außerdem an, ob der Motor warm genug ist, um ihn ohne Vorglühen starten zu können.
Im folgenden ist die Erfindung in der Zeichnung näher erläutert, ohne dabei auf die Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein.
Es zeigen: Fig. 1 die Abhängigkeit des Temperaturanstieges in den Glühkerzen von der Zeit; Fig. 2 den Glühstrom in Abhängigkeit von der Zeit; Fig. 3 ein Blockschaltbild der Glühanlage einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine; Fig. 4 das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles; Fig. 5 das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles; Fig. 6 das Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispieles.
Die Teile, die in mehreren Figuren vorkommen, haben die gleichen Bezugszeichen.
Bei dem Diagramm in Fig. 1 ist auf der Abszisse die Zeit t in Sekunden und auf der Ordinate die Temperatur T in oC auf getragen. Mit TG ist diejenige Temperatur bezeichnet, die die Glühkerzen bei Anlaßbereitschaft des Motors haben müssen.
Andererseits dürfen die Glühkerzen nicht über diese Temperatur TG erhitzt werden, da sie sonst zerstört werden könnten. Eine Kurve a zeigt den Temperaturanstieg der Glühkerzen in Abhängigkeit der Zeit. Normalerweise würden sich die Kerzen über die Temperaturgrenze TG hinaus erhitzen, wie dies ein Teil b der Kurve a zeigt. Das wird aber dadurch verhindert, daß ab dem Zeitpunkt tl der Glühstrom den Kerzen nur noch stoßweise zugeführt wird. Der Temperaturanstieg flacht sich ab - dargestellt durch Teil c der Kurve a - und die maximal erreichbare Glühtemperatur der Kerzen liegt in Höhe der Temperatur TG.
Fig. 2 zeigt das Impulsdiagramm für das stoßweise Zuführen des Glühstroms. Dabei ist auf der Abszisse wieder die Zeit t in Sekunden aufgetragen, auf der Ordinate jedoch der Glühstrom I in Ampere. Wie die Darstellung zeigt, wird bis zum Zeitpunkt tl der Glühstrom kontinuierlich den Kerzen zugeführt, ab diesem Zeitpunkt aber nur noch stoßweise.
In Fig. 3 besitzt ein Glühanlaßschalter 10 einen Kontaktarm 12, der in vier Stellungen 0, 1, 2 und 3 geschwenkt werden kann und der über Leitungen 14, 16 mit einer Batterie 18 verbunden ist. In Stellung O ist die gesamte elektrische Anlage im Fahrzeug stromlos, während bei Stellung 1 die üblichen Verbraucher an die Batteriespannung gelegt werden.
Die Stellung 2 kennzeichnet das Vorglühen. Dabei fließt ein Strom von der Batterie 18 über den Kontaktarm 12 und einer Leitung 20 in eine elektronische Steuerung 22. Ein temperaturabhängiger Widerstand 38 mißt die Motortemperatur. Liegt sie unterhalb der Selbststarttemperatur erregt die Steuerung 22 über ihren Ausgang 22 a ein Relais 24, dessen Kontakt 26 den Stromkreis von der Batterie 18 über die Leitungen 16, 28 zu Glühkerzen 30 schließt. Außerdem läßt die Steuerung 22 über ihren Ausgang 22 b eine Kontrollampe 32 aufleuchten.
Die Glühkerzen 30 sind für eine geringere Spannung als die der Batterie 18 ausgelegt und erwärmen sich deshalb sehr schnell.
Ist die Zeit tl verstrichen, erregt die Steuerung 22 das Relais 24 nur noch impulsweise. Der Kontakt 26 öffnet und schließt sich im Impulstakt, und der Glühstrom fließt nur noch stoßweise in die Kerzen 30.
Im gleichen Takt beginnt ab dem Zeitpunkt tl die Kontrollampe 32 zu blinken und signalisiert dadurch die Anlaßbereitschaft der Brennkraftmaschine. Der Kontaktarm 12 wird in die Stellung 3 geschwenkt und verbindet dadurch einen Anlaßmotor 34 über eine Leitung 36 mit der Batterie 18. Während der Anlaßmotor 34 betätigt wird, liegt die Steuerung 22 weiterhin an Spannung, so daß auch die stoßweise Versorgung der Glühkerzen 30 aufrechterhalten bleibt.
Ist der Anlaßvorgang beendet, schwingt der Kontaktarm 12 in Stellung 1 zurück und trennt die elektronische Steuerung 22 von der Batterie 18. Dadurch fällt das Relais 24 endgültig ab, der Kontakt 26 öffnet und unterbricht die Stromzufuhr zu den Glühkerzen 30.
Die Glühkerzen können auch über elektronische Leistungsverstärker 400 mit Strom gespeist werden, wobei jeder Glühkerze 30 a ein solcher Verstärker zugeordnet ist. In diesem Fall - er ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet - fällt das Relais 24 weg und die elektronische Steuerung 22 öffnet und schließt über eine Leitung 42 die Verstärker 400.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der elektronischen Steuerung 22 zeigt Fig. 4. Die Ausgänge einer Zeitschaltung 100 und eines astabilen Multivibrators 200 sind über Widerstände 44 und 46 im Punkt P miteinander verknüpft. Der Punkt P liegt über einer Diode 48 an der Basis eines Transistors T1 und über einem Widerstand 54 an der Leitung 50.
Das Zeitglied besteht aus einem Operationsverstärker, abgekürzt OP, 102 der mit seinem negativen Eingang über Widerstände 104 und 106 an die Leitung 50 angeschlossen und über einen Widerstand 108 mit Masse verbunden ist. Die Leitung 50 ist die Verlängerung der Leitung 20 (Fig. 3) und liegt somit bei der Vorglüh- und Anlaßstellung des Kontaktarms 12 an der positiven Batteriespannung. Ein Widerstand 110 verbindet den positiven Ausgang des OP 102 einmal mit einem auf Masse liegenden Kondensator 112 und zum anderen über einen Widerstand 114 und einer Diode 116 mit dem Widerstand 106. An diesem Widerstand 106 ist außerdem eine Zenerdiode 118 gegen Masse geschaltet, die die Spannung der Eingangsbeschaltung des OP 102 stabilisiert.
Der astabile Multivibrator 200 beinhaltet ebenfalls einen OP 202.
Sein negativer Eingang liegt über einem Kondensator 204 auf Masse und über Widerstände 206 und 208 an der Leitung 50. Dabei koppelt der Widerstand 206 den Ausgang auf den negativen Eingang zurück.
Am positiven Eingang des OP 202, der als Schwellwertschalter arbeitet, wird der Schwellwert über Widerstände 210 und 212 eingestellt. Ein Kopplungswiderstand 214 verbindet den Ausgang des OP 202 mit dem positiven Eingang.
Der Transistor T1 liegt mit seinem Emitter an der Leitung 50.
Der Kollektor bildet die Ausgänge 22 a, 22 b, an denen das Relais 24 und die Kontrollampe 32 angeschlossen sind.Parallel zum Relais 24 ist eine Diode 52 geschaltet, die die beim Schalten des Relais 24 auftretenden Spannungsspitzen ableitet.
Der negative Eingang eines OP 302 einer Temperaturüberwachungsschaltung 300 wird über Widerstände 304 und 306 auf sein Arbeitspotential vorgespannt. Der positive Eingang ist über den Widerstand 308 mit der Leitung 50 verbunden und führt außerdem zu dem als Temperaturfühler dienenden temperaturabhängigen Widerstand 38, der bei kleinen Temperaturen einen großen Widerstand annimmt und umgekehrt. Der Ausgang des OP 302 liegt über einem Widerstand 310 an der Basis eines Transistors T 2 und weiter über einem Widerstand 312 an der positiven Batteriespannung.
Der Kollektor des Transistors T 2 ist mit dem Punkt P verknüpft, sein Emitter mit der Leitung 50.
Ein Kondensator 56 schützt die ganze Schaltungsanordnung vor Spannungsspitzen des Fahrzeug-Bordnetzes.
Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Wird der Kontaktarm 12 des Glühanlaßschalters 10 in Stellung 2 gedreht, fließt ein Strom in die Leitung 50 und durch den von Anfang an geöffneten Transistor T 1. Die Kontrollampe 32 leuchtet 24 auf und das Relais wird erregt. Ebenso beginnt der Kondensator 112 sich über Widerstand 114, Diode 116 und Widerstand 106 aufzuladen.
Durch die Widerstände an seinem negativen Eingang liegt der Ausgang des OP 102 zuerst auf niedrigem Potential.
Beim Einschalten beginnt sogleich auch der astabile Multivibrator in allgemein bekannter Weise zu arbeiten und liefert an seinem Ausgang eine Rechteckschwingung, die über dem Widerstand 46 am Punkt P ansteht. Sie bewirkt aber noch kein Schalten des Transistors T 1, da der Ausgang des OP 102 das Potential am Punkt P niedrig hält.
Bedingt durch die Kondensatoraufladung steigt die Spannung am positiven Eingang von OP 102 an, und übersteigt nach Ablauf der Zeit t1 die Spannung, die am negativen Eingang liegt.
Der OP 102 schaltet und an seinem Ausgang liegt nun ein hohes Potential. Dieses Potential ermöglicht der Rechteckschwingung von OP 202 das Sperren und Öffnen des Transistors T 1. Dadurch beginnt die Kontrollampe 32 zu blinken und das Relais 24 fällt ab und wird erregt in der Frequenz der Rechteckschwingung.
Der Widerstand 110 in der Zeitschaltung 100 verhindert ein zu schnelles Entladen des Kondensators 112. Bei einem sofortigen Wiederholen des Startvorganges schaltet OP 102 wegen dem noch nicht entladenen Kondensator 112 in kürzerer Zeit als t1. Die Glühkerzen, die sich erst zum Teil abgekühlt haben, erhalten so schon früher den Strom nur stoßweise.
Liegt die Motortemperatur in Höhe der Selbststarttemperatur oder höher bewirkt der Widerstand 38, daß die Spannung am positiven Eingang des OP 302 niedriger ist als die am negativen Eingang. Der Ausgang des OP 302 öffnet in diesem Fall den Transistor T 2, der nun das Potential an P so hoch hebt, daß der Transistor T 1 sperrt und von der Rechteckspannung nicht mehr geöffnet werden kann. Die Kontrollampe 32 leuchtet nicht auf und das Relais 24 wird nicht erregt.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt (in Fig. 3 gestrichelt). Hier übernehmen Leistungsverstärker 400 im wesentlichen die Funktion des Relais 24. Jeder Glühkerze 30 a ist ein solcher Verstärker 400 zugeordnet; in Fig. 5 ist aber nur einer aufgezeigt, die anderen sind durch gestrichelte Linien 58 angedeutet.
Die Basis eines Transistors T 3 ist über einen Widerstand 402 mit dem Kollektor des Transistors T 1 verbunden. Außerdem liegt die Basis über einen Widerstand 404 an Masse. Auch der Emitter von T 3 ist direkt mit der Masse verbunden. Der Kollektor führt über einen Widerstand 406 zu den Basen von Transistoren T 4 und T 5 und weiter über einen Widerstand 408 zu einer Leitung 60, die mit der positiven Batteriespannung verbunden ist. Die Emitter der Transistoren T 5 und T t liegen ebenfalls an dieser Leitung 60, während die Kollektoren die Verbindung zu der auf Masse liegenden Glühkerze 30 a herstellen.
Es handelt sich hier um einen normalen Leistungsverstärker, dessen Funktionsweise allgemein bekannt ist.
Ein drittes Ausführungsbeispiel, in Fig. 6 dargestellt, ermöglicht es, die Kontrollampe 32 auch dann blinken zu lassen, wenn die Motortemperatur in Höhe der Selbststarttemperatur oder darüber liegt. Hier liegt im Kollektorkreis des Transistors T 1 die Kontrollampe 32, ihr parallel geschaltet ist ein Widerstand 62, der den hohen Einschaltstrom der Kontrollampe reduziert.
Das Relais 24 liegt im Kollektorkreis eines Transistors T 6, dessen Basis über eine Diode 64 mit dem Kollektor eines Transistors T 7 im Punkt K verknüpft ist. Die Emitter der beiden Transistoren T 6 und T 7 sind an der positiven Leitung 50 angeschlossen. Die Basis von T 7 wird über einen Widerstand 66 vom Ausgang des OP 302 angesteuert. Dieser Ausgang führt auch über einen Widerstand 68 zu der Basis eines Transistors T 8.
Der Transistor T 8 liegt mit seinem Emitter an der Leitung 50 und mit seinem Kollektor über einem Widerstand 70 an der Basis eines weiteren Transistors T 9 und über einem zweiten Widerstand 72 an Masse. Der Emitter von T 9 ist an Masse angeschlossen, der Kollektor am negativen Eingang von OP 102. Die Ausgänge von OP 102 und OP 202 liegen über Widerstände 74 und 76 am Punkt K. Der übrige Teil der Schaltung ist gleich wie in Fig. 1.
Die Funktion der Schaltung ist folgendermaßen: Liegt die Motortemperatur unterhalb der Selbststarttemperatur, arbeitet der Transistor 1 wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Synchron dazu schaltet auch Transistor T 6, der das Relais 24 betätigt.
Liegt die Motortemperatur in Höhe der Selbststarttemperatur oder darüber, sperrt der Ausgang von OP 302 den Transistor T 8 und schaltet damit auch T 9 durch. Der negative Eingang des OP 102 wird dadurch nahezu auf Massepotential gelegt, was die gleiche Wirkung hat, wie wenn der Kondensator 112 bereits aufgeladen wäre. Die Folge ist, daß die Kontrollampe 32 sa6rt zu blinken beginnt.
Der Ausgang des OP 302 sperrt aber auch den Transistor T 7 und damit T 6, so daß das Relais nicht erregt werden kann. Der Glühstromkreis wird nicht geschlossen und die Glühkerzen werden in diesem Fall nicht vorgeglüht.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß diese Schaltung auch auf das Ausführungsbeispiel zwei nach Fig. 5 angewandt werden kann.
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Claims

Patentansprüche Verfahren zum Schnellaufheizen von Glühkerzen luftverdichtender Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerzen bis zum Erreichen ihrer Glühtemperatur mit einem überhöhten Strom gespeist werden und ihnen nach Erreichen ihrer Glühtemperatur dieser Strom nur noch stoßweise zugeführt wird.
2. Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge einer Zeitschaltung (100) und eines astabilen Multivibrators (200) am (P) eines Schaltgliedes (T 1) verknüpft sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Schaltgliedes (T 1) ein Schalter (24) für die Stromversorgung von Glühkerzen (39) liegt.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Schaltgliedes (T 1) parallel zum Schalter (24) eine Kontrollampe (32) liegt.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Schaltglieds (T 1) für jede Glühkerze (30 a) ein Leistungsverstärker (400 ) liegt.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am (P) des Schaltglieds (T 1) eine Temperaturüberwachungsschaltung (300) über ein Schaltglied (T 2) angeschlossen ist.
7. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zeitschaltung (100) zwischen dem positiven Eingang eines Operationsverstärkers (102) und einem Kondensator (112) ein Widerstand (llo) angeordnet ist.
8. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Zeitschaltung (100)und und des astabilen Multivibrators (200) außer am Punkt (P) des Schaltgliedes (T 1) auch an einem Punkt (K) eines Schaltgliedes (T 6) verknüpft sind.
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Schaltglieds (T 1) die Kontrollampe (32) und im Stromkreis des Schaltglieds (T 6) der Schalter (24) liegt.
10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Schaltglieds (T 6) die Leistungsverstärker (400) liegen.
11. Anordnung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Temperaturüberwachungsschaltung (300) einmal über dem Schaltglied (T 7) am Punkt (K) liegt, und zum anderen über Schaltglieder (T 8, T 9) am negativen Eingang des Operationsverstärkers (102) angeknüpft ist.