DE3523607A1 - Schaltungsanordnung fuer selbstregelnde gluehvorrichtungen - Google Patents

Schaltungsanordnung fuer selbstregelnde gluehvorrichtungen

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DE3523607A1
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Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER ^ 1S ? 3 6 0
PATENT- UND RECHTSANWÄLTE **>.—' .
PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-IN©. W. LRHN
DIPL.-ΙΝβ. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ■ DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-I^G. K. SDRQ
DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE
ISKRA-SOZD elektrokovinske industrije n.sol.o. Ljubljana / Jugoslawien
Schaltungsanordnung für selbstregelnde Glühvorrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für selbstregelnde Glüh vor richtungen für Motoren rr.it innerer Verbrennung, vor allem für Diesel-Motoren, Bei diesen Motoren werden Glühvorrichtungen zum Erreichen der Wärmebedingungen für die Zündung des Treibstoffs ■■erwendet. Die Glühvorrichtung erhitzt den Verbrennungsraum vor und während des Anlaufs des Motors und danach so lange, bis der Motor die im voraus bestimmten Arbeitsbedingungen erreicht, wobei die erfindungsgemäße Scha'1.-tungsanordnung selbsttätig die Temperatur der Glühker:?r-r. in einem bestimmten Bereich und in einer bestimmten Zext regulieren soll.
Es ist eine Schaltungsanordnung für eine selbstregelnde Glühvorrichtung aus der US-PS 4 307 688 (General Motors Corporation) bekannt, die eine ähnliche Vorrichtung beschreibt. Nach dem Einschalten der Vorrichtung glühen die Glühkerzen mit einer im voraus eingestellten Temperatur auf und werden dann durch Impulsspeisung auf dieser Teirtperatur gehalten, bis die Spannung eines Alternators den vorher eingestellten Wert erreicht. Die Impulsspeisung ist aus dem Grunde notwendig, weil die Glühkerzen
BAD 0PSK3INAL
ARABELLASTRASSE A . D-8OOO MÖNCHEN 81 · TELEFON CO BQ} 911O87 · TELEX 5-29619 ζΡΑΤΗΕ} . TELEKORERER ylB3P6
aus einer niedrigeren Spannungsklasse stammen, als es die Spannungsklasse der Batterie oder des Alternators ist. Die verlangte Glühkerzen-Temperatur ist im voraus eingestellt mit der Höhe des Analog-Spannungspegels und ist an einen Eingang eines Komparators geführt. An den zweiten Eingang des Komparators wird derjenige Analog-Spannungspegel geführt, der der tatsächlichen Temperatur der Glühkerzen proportional ist und von einem Fühler erhalten wurde, der in den Motorblock eingeschraubt ist. Der Ausgang des Komparators ist eine Wiedergabe der Eingangssignale und arbeitet in der Vorrichtung derart, daß diese impulsmäßig die Glühkerzen speist.
Der Fühler selbst besteht aus mehreren Bauteilen. Das sind Widerstände und PTC-Widerstände (PCT = Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten), die in der Baugruppe der gesamten Vorrichtung derart geschaltet sind, daß sie die Temperatur der Glühkerzen simulieren, und zwar folgenderweise: Wenn die Kerzen gespeist sind, ist auch ein Teil der Widerstände und der PCT-Widerstände gespeist, was zur Folge hat, daß der Spannungspegel am Ausgang des Fühlers ansteigt. Sobald der Spannungspegel aus dem Fühler den verlangten Spannungspegel am Komparator übersteigt, wird die Speisung unterbrochen, die Temperatur der Glühkerzen beginnt zu fallen, gleichzeitig fällt auch die Spannung am Fühler, und nachdem diese unter den verlangten Spannungspegel fällt, schaltet sich die Speisung wieder ein, und dies wird zyklisch wiederholt. Die Vorrichtung schaltet sich aus, sobald die Spannung des Alternators den voreingestellten Wert erreicht, d.h. sobald der Motor selbst zu arbeiten beginnt.
352360
Die DE-PS 30 33 540 der Firma Champion Spark Plug Co., U.S.A. behandelt eine ähnliche Vorrichtung, dia jedoch auf anderer Grundlage beruht. Nach dieser Patentschrift ist die Kerzentemperatur experimentell bestimmt. Beim Einschalten der Vorrichtung schalten sich die Speisung der Glühkerzen und eine Oszillatorschaltung ein, die in bezug auf die Batteriespannung mit einer höheren oder niedrigeren Frequenz schwingt. Nach ungefähr 7 Sekunden, was einer bestimmten Impulszahl entspricht, die von einem Zähler gezählt werden, wird die Speisung unterbrochen, d.h., daß die Kerzen die gewünschte Temperatur erreicht haben. Für die Aufrechterhaltung der erreichten Temperatur wird dann die Speisung der Glühkerzen impulsmäßig eingeschaltet, und zwar derart, daß der Oszil- lator im Hinblick auf die Batteriespannur.g längere oderkürzere Spannungsimpulse abgibt, die über einen Verst. ^: ker und ein Relais die Glühkerzen einschalten. Die X·'. pulslänge ist so ausgewählt, daß die Temperatur der ;"ϊιΑ?-.--kerzen auf verlangter Höhe aufrechterhalten wird.. Die elektronische Schaltungsanordnung nach diesem Patent ?.sz in bezug auf die Bestimmung der Temperatur der Glühkor-isn sehr kompliziert.
Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung ^ufriedenstellend gelöst wird, ist die Schaffung einer solchen Schaltungsanordnung, die es ermöglicht, die Temperatur der Glühkerzen bzw. des Verbrennungsraumes, die für die Zündung des Brennstoffs notwendig ist, in einer kürzeren Zeit als bei bekannten Erwärmungssystemen zu erreichen, wobei außerdem die Glühkerzen vor einem Durchbrennen ohne zuästzliche Fühler geschützt sein sollen; die Temperatur der Glühkerzen soll jedoch unabhängig von der Höhe der Speisespannung sein und die Glühkerzen sollen den Verbren-
BAD OKiGiNAL
nungsraum noch nach dem Anlaufen des Motors erwärmen, bis dieser die optimalen bzw. minimalen Betriebsbedingungen errecht hat.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für selbstregelnde Glühvorrichtungen wird von einer Steuerungseinheit und von Glühkerzen gebildet, welche derart konstruiert sind, daß sie in der Zeit, in welcher sie nicht mit elektrischer Energie gespeist werden, als Thermoelement arbeiten, dessen Thermospannung der Steuerungseinheit als Haupt-Eingangsinformation für die Regelung der Glühkerzen-Temperatur dient, wobei die Steuerungseinheit aufgrund der Höhe der Thermospannung als dem Eingangswert intervallmäßig die Zufuhr der elektrischen Energie zu den Glühkerzen bestimmt, wodurch erreicht wird, daß die Kerzen in einem bestimmten Bereich der Temperatur glühen, die niedriger als die Zerstörungstemperatur ist, und zwar so lange, bis der Motor die optiamlen bzw. minimalen Arbeitsbedingungen erreicht.
Die Glühkerze als ein Bestandteil der Schaltungsanordnung für eine selbstregelnde Glühvorrichtung nach der Erfindung ist für eine niedrigere Spannungsklasse als die gesamte Schaltung konstruiert, und zwar derart, daß in der Zeit, in welcher sie nicht mit elektrischer Energie gespeist wird, deren Heizelement mit der Fassung als Thermoelement arbeitet, bei dem der positive Pol entweder an der Elektrode oder an der Fassung auftritt, wobei sie nach bekannten Verfahren hergestellt ist und ein- oder zweipolig sein kann. Im Hinblick auf die beschriebenen Eigenschaften kann
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sie als Temperaturfühler für die Kontrolle der Messung der Motortemperatur während des Dauerbetriebes bzw. indirekt für die Kontrolle der Verbrennungsqualität des Brennstoffes im Verbrennungsraum verwendet werden. 5
Die Erfindung ist im folgenden an einem Aus-führungsbeispiel anhand der Zeichnung Fig. 1 näher erläutert, welche die Schaltungsanordnung einer selbstregelnden Glühvorrichtung darstellt, sowie anhand der Zeichnung Fig. 2C die das Arbeitsdiagramm einer erfindungsgemäßen Schaltancsa;;-· Ordnung darstellt.
Die Schaltungsanordnung einer selbstregelnden Glühvorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einer Steuerungseiiiheit B und den Glühkerzen A. Fig. 2 stellt die Arbeitswsi.se de-: Schaltungsanordnung einer selbstregelnden Glühvcrrichc... dar. Dargestellt ist der Temperaturverlauf der Glühker>o und die Tätigkeit des Leistungsschalters, wobei de:.; Le stungsschalter in Stellung 1 geschlossen und in Scelluaq 0 geöffnet ist. Die Beziehungen am Arbeitsdiagramro des Leistungsschalters bedeuten:
Ta ... Zeit, in der die Kerzentemperatur den eingestallten Wert erreicht;
Tb ... Zeit, in der der Leistungsschalter eingeschaltet
ist (durch Versuch eingestellt);
Tc ... Zeit der Unterbrechung (die Glühkerzen-Temperatur fällt auf den eingestellten Wert),
Die Steuerungseinheit wird aus folgenden Elementen gebildet: Spannungskomparatoren 1, 2, 3, astabiler Multivibrator 4, Verstärker 5, Leistungsverstärker 6, 7, elektronischer Leistungsschalter 8, Überstromschutz-Schaltungs&r;-
BAD ORIGINAL
Ordnung 9, Schaltungsanordnung 10 für die Spannungsstabilisierung sowie dazugehörende Widerstände und Kondensatoren für die Erzielung der Referenzspannungen, deren Zweck bei der Beschreibung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erklärt wird.
Bei Schließen der Kontakte des Schalters S, der ein bekannter Motorstart-Schalter oder ein anderer einpoliger Ein-Aus-Schalter sein kann, wird die Spannung der Batterie AK der Schaltungsanordnung 10 für die Spannungsstabilisierung zugeführt. Dadurch wird die gesamte Steuerungseinheit B gespeist und alle Referenzspannungen üref1, Uref2, Uref3 sind auf vorher bestimmte Werte eingestellt. Am Ausgang des Komparators 2 tritt eine bestimmte Spannung auf, die dem Eingang a des astabilen Multivibrators 4 zugeführt wird. Diese Spannung blockiert die Tätigkeit des astabilen Multivibrators 4 derart, daß an seinem Ausgang eine Spannung auftritt, die den Leistungsverstärker 6 aktiviert, der dann den Leistungsschalter 8 einschaltet, der die Glühkerzen A über die Überstromschutz-Schaltungsanordnung 9 mit der Batterie AK verbindet. Gleichzeitig wirkt die Spannung am Ausgang des Komparators 2 auf den Leistungsverstärker 7 ein, so daß die Kontrolllampe Z an seinem Ausgang aufleuchtet.
Die Glühkerzen A werden solange gespeist, bis die Spannung am Kondensator C2, der über den Widerstand R2 und den Schalter *S mit der Batterie AK verbunden ist, den Spannungswert Uref2 erreicht. Die Spannung Uref2 ist an den Eingang b, die Spannung am Kondensator C2 jedoch an den Eingang a des Komparators 2 angeschlossen. In diesem Moment ändert der Komparator 2 den Spannungspegel an seinem Ausgang derart, daß dieser nicht mehr die Arbeit des
astabilen Multivibrators 4 beeinflußt, der über den Leistungsverstärker 6 den Leistungsschalter 8 abschaltet, was auch die Abschaltung der Glühkerzen A und das Erlöschen der Kontrollampe Z zur Folge hat. Das ist auch ein Zeichen,, daß der Motor startbereit ist.
Während der Speisung der Glühkerzen A beeinflußt die Ausgangsspannung des Verstärkers 5 den Eingang a des Komparators 1 derart, daß der Ausgang des Komparators 1 über den Eingang c des astabilen Multivibrators 4 die Tätigkeit dieses Multivibrators 4 nicht beeinflußt. Bei der Unterbrechung der Speisung der Glühkerzen Ä (Ur2 - Urefl.) tritt am Eingang des Verstärkers 5 eine Thermospannung auf, die von den Glühkerzen A erzeugt wird, die nach eier Unterbrechung der Speisung als Thermoelemente arbeiten. Diese Thermospannung (ungefähr 30 mV) wird im Verstl.:: ' _ 5 verstärkt und an den Eingang a des Komparators 1 as führt. Im Komparator 1 werden die Thermospannung vom Ir-gang a und die Spannung vom Eingang b (die eingestellte Referenzspannung Urefi) verglichen. Die eingestellte ;-.-r.-ferenzspannung Urefi ist in linearem Verhältnis ~ur To ; peratur der Glühkerze, die für die Zündung des Brennstoff notwendig ist. Im Moment des Abschaltens der Speisung de:: Glühkerzen A tritt also am Eingang a des Komparators 1 eine verstärkte Thermospannung auf - proportional der augenblicklichen Glühkerzentemperatur -, die etwas hohe." als Urefi ist. Das hat zur Folge, daß der Ausgang de? .j.\: parators 1 ein solches Spannungspotential annimmt, das über den Eingang c die Tätigkeit des astabilen Multivtbrators 4 blockiert. Wenn die verstärkte Thermospannung ακ·. Eingang a des Komparators 1 auf den Wert Urefi absinkt,, nimmt der Ausgang des Komparators 1 einen solchen Spannungspegel ein, daß über den Eingang c der astabile Multi-
BAD OftiGiNAL
vibrator 4 geöffnet wird. Der wirkt mit positiven Impulsen auf den Leistungsverstärker 6 ein, der den Leistungsschalter 8 steuert. Die Länge der positiven Impulse des astabilen Multivibrators 4 ist so gewählt, daß gewöhnlich nur ein Impuls notwendig ist, daß sich die Temperatur der Glühkerzen A, die niedriger als die Zerstör ungstemperatur ist, erhöht, damit aber auch die Höhe der verstärkten Thermospannung Urefi übersteigt. In der Zeit des negativen Impulses am Ausgang des astabilen MuI-tivibrators 4 wiederholt sich der schon beschriebene Vorgang des Vergleichens der verstärkten Thermospannung mit üref1, was zur Folge hat, daß der Ausgang des Komparators 1 einen Spannungspegel einnimmt, der die Folge eines Vergleichs am Eingang ist.
Falls die Glühkerzen A nach einem positiven Impuls die bestimmte Temperatur nicht erreichen, ist beim Vergleich die verstärkte Thermospannung niedriger als ürefi und der Ausgang des Komparators 1 übt keinen Einfluß auf die Tätigkeit des astabilen Multivibrators 4 aus, so daß die Glühkerzen weiterhin mit einem oder mehreren folgenden Impulsen gespeist werden, was die Temperatur der Glühkerzen A, damit aber auch die verstärkte Thermospannung auf einen mit Urefi bestimmten Pegel hebt.
Aus dem beschriebenen folgt, daß die Glühkerzen A beim Einschalten des Schalters S die für die Zündung des Brennstoffs notwendige Temperatur erreichen, wonach diese Temperatur mit einer Impuls-Speisung der Glühkerzen aufrechterhalten wird. Das könnte natürlich auch länger dauern, doch wird dieser Vorgang gestoppt, wie das in der folgenden Beschreibung beschrieben wird, wenn der Motor seine minimalen Arbeitsbedingungen erreicht.
Beim Schließen des Kontaktschalters S nimmt der Ausgang des !Comparators 3 einen solchen Spannungspegel ein, claC dieser über den Eingang b des astabilen Multivibrators 4 seine Tätigkeit nicht beeinflußt. Gleichzeitig wirä über den Widerstand R3 der Kondensator C3 aufgeladen bis zu einem Wert Uref3, dessen Höhe von der Temperatur der Motorumgebung oder von der Motortemperatur abhängig ist,-was von der Anordnung des Temperaturfühlers, z.B. des NTC-Widerstandes R5, abhängig ist. Die Spannung I3ref3 ist an den Eingang b und die Spannung am Kondensator C3 ist an den Eingang a des Komparators 3 angeschlossen bei Erfüllung der Bedingung Uc3 = Uref3 nimmt der Ausqang Ki Komparators 3 einen solchen Spannungspegel ein,, Ca.fi über den Eingang b des astabilen Multivibrators 4 seine Tat igkeit verhindert und dadurch die Impulsspeisung der Glü.-kerzen a unterbrochen wird.
Falls es zu einem Fehler im Stromkreis für die Spexsu.r der Glühkerzen kommt, was eine Erhöhung des Stromes Ofo-sx den normal erlaubten Wert zur Folge hat, wird die ü":,?-r~ stromschutz-Schaltungsanordnung 9 aktiviert, die über eier Ausgang a sofort den Kondensator C3 auf eine so3.che Spi-,inung auflädt, daß die Bedingung U_3 = Uref3 erfüllt i.U:d somit die auf früher beschriebene Art erfolgende Speiser der Glühkerzen unterbrochen wird.
Der astabile Multivibrator 4 ist derart ausgeführt, d-r3 sich seine Eingänge a, b, c wie ODER-Funktion benehmen (die Anwesenheit eines bestimmten Spannungspegels an irgendeinem Eingang a oder b oder c verursacht eine Zustandsänderung am Ausgang).
Die Glühkerzen A sind in Fig. 1 in Parallelschaltung dar-
BAD ORIGINAL
gestellt; es können auch mehrere oder weniger Kerzen in Abhängigkeit von der Motorzylinderzahl verwendet werden, oder sie können in zweipoliger Ausführung auch reihengeschaltet sein.
5
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für seblstregelnde Glühvorrichtungen braucht wesentlich weniger Zeit zum Erreichen der für die Zündung des Brennstoffs notwendigen Temperatur (rund 2 Sekunden im Vergleich zu bekannten Schaltungsanordnungen, wo die Zeit ungefähr 7 Sekunden beträgt), die Glühkerzen-Temperatur ist praktisch von der Höhe der Speisespannung unabhängig, was sich günstig in der Einschaltzeit des Starters auswirkt, die Glühkerzen sind noch nach dem Anlauf des Motors eingeschaltet, bis dieser die minimalen Betriebsbedingungen erreicht, wobei für die Steuerung der Kerzentemperatur keine externen Fühler für die Temperatursimulierung notwendig sind, und die Schaltungsanordnung ist im Hinblick auf die gebotenen Vorteile relativ preiswert.
~ Leerseite -

Claims (1)

  1. PATENT- UND RECHTSANWÄLTE
    PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHiJ
    DIPU-INe. K. FCICHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ■ DR. RER. NAT. H-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. GORG
    DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE
    - 1 - 42 248 w/gt
    ISKRA-SOZD elektrokovinske industrije n.sol.o. Ljubljana / Jugoslawien
    Schaltungsanordnung für selbstregelnde Glühvorrichtungen
    PATENTANSPRUCH :
    Schaltungsanordnung für selbstregelnde Glühvorrichtung ^n, mit einer Steuerungseinheit (B) und Glühkerzen (A), insbesondere für Motoren mit innerer Verbrennung, dadurch gekennzeichnet , daß die als Thsr- ^ moelemente ausgeführten Glühkerzen (A) über einen elektronischen Leistungsschalter (8) und eine überstromschutz- * Schaltungsanordnung (9) an eine Klemme einer Batterie (A".) angeschlossen sind, die außerdem über einen Schalter (S) an eine Schaltungsanordnung (10) für die Spannungsstabilisierung und weiter über die Reihenschaltung zv/eier Widerstände (R1 , R4) und eines NTC-Widerstandes (RS) ar, Mass υ, über die Reihenschaltung eines dritten Widerstandes (F.3) und eines ersten Kondensators (C3) an Masse und über einen vierten Widerstand (R2) und einen zweiten Kondensator (C2) an Masse angeschlossen ist, daß der Verbindungspunkt des vierten Widerstandes (R2) und des zweiten Kondensators (C2) an den einen Eingang (a) und eine Klemme (Uref2) an den anderen Eingang (b) eines ersten Komparators (2) angeschlossen ist, wobei dessen Ausgang an den Eingang eines Leistungs-Verstärkers (7) und an einen Eingang (a) eines astabilen
    BAD OWGINAL
    ARABELLASTRASSE Λ ■ D-BOOO MÜNCHEN 81 · TELEFON C08SO 911Ο87 · TELEX 5-29619 CPATHEJ ■ TELEKOPIEHER 01H356 \
    Multivibrators (4) angeschlossen ist und .der Ausgang des Leistungsverstärkers (7) über eine Kontrollampe (Z) an Masse angeschlossen ist, daß der Verbindungspunkt des dritten Widerstandes (R3) und des ersten Kondensators (C3) an den einen Eingang (a) und eine weitere Klemme (Uref3) an den anderen Eingang (b) eines zweiten Komparators (3) angeschlossen ist, wobei der Ausgang dieses Komparators (3) an einen zweiten Eingang (b) des astabilen Multivibrators (4) angeschlossen ist, daß die Glühkerzen (A) über einen Verstärker (5) an den einen Eingang (a), eine weitere Klemme (üref1) jedoch an den anderen Eingang (b) eines dritten Komparators (1) angeschlossen ist, wobei der Ausgang dieses Komparators (1) an einen dritten Eingang (c) des astabilen Multivibrators (4) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des dritten Multivibrators (4) über einen weiteren Leistungsverstärker (6) an den elektronischen Leistungsschalter (8) und der Ausgang (a) der überstromschutz-Schaltungsanordnung (9) an den einen Eingang (a) des zweiten Komparators (3) angeschlossen sind.
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