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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugzusatzheizgerät mit einem
Steuergerät,
das über
einen Anschluss für
eine Spannungs-Versorgungsleitung verfügt, die von einem Akkumulator
des Kraftfahrzeugs zum Steuergerät
führt.
Ferner betrifft die Erindung ein Steuergerät für ein derartiges Kraftfahrzeugzusatzheizgerät, ein Kraftfahrzeug
mit einem derartigen Kraftfahrzeugzusatzheizgerät, sowie ein Verfahren zum
Betreiben eines Kraftfahrzeugzusatzheizgerätes.
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Als
Kraftfahrzeug soll in diesem Zusammenhang ein Fahrzeug verstanden
werden, dass mit einem Motor, insbesondere einem Verbrennungsmotor,
versehen und mittels diesem antreibbar ist. Der Motor wird in der
Regel mit Hilfe eines Anlassers gestartet, der mit einer Batterie
bzw. einem Akkumulator verbunden ist. Der Akkumulator wird im Betrieb
des Motors von einem Generator geladen, der auch als Lichtmaschine
bezeichnet wird. Solche Kraftfahrzeuge weisen meist einen Fahrgastraum
für einen
Fahrer und gegebenenfalls für
Fahrgäste
auf.
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Kraftfahrzeugzusatzheizgeräte werden
als sogenannte Zusatz-Luftheizgeräte oder Zusatz-Wasserheizgeräte bei Kraftfahrzeugen,
wie beispielsweise Personenkraftwagen, eingesetzt. Sie dienen in der
Regel zum Beheizen des Fahr gastraums oder zum Vorwärmen des
Kühlwassers
des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.
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Beim
Betrieb eines Kraftfahrzeugzusatzheizgerätes ist es oftmals von Vorteil,
wenn in dessen Steuergerät
eine Information über
den Betriebszustand des Motors des Kraftfahrzeugs bereitsteht. Bei bekannten
Kraftfahrzeugzusatzheizgeräten
ist dazu am Steuergerät
eine sogenannte Klemme 15 mit einer Zündungs-Signalleitung verbunden, über welche das
Steuergerät
die Information „Zündung des
Motors ist eingeschaltet" erhält. Die
Zündungs-Signalleitung
ist im Kraftfahrzeug von einem Zündschloss
im Fahrgastraum zum Steuergerät
des Kraftfahrzeugzusatzheizgerätes
zu verlegen und an dessen Steuergerät ein Anschluss als Klemme
15 vorzusehen. Bei Steuergeräten
ohne eine Klemme 15 kann die erforderliche Information bisher nicht
ermittelt werden.
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Aus
DE 196 01 772 C2 ist
ein Verfahren zum Starten eines Fahrzeugzusatzheizgerätes bekannt, bei
dem ausgehend von der Einleitung des Startvorgangs durch Betätigen eines
Zündschlosses
des Fahrzeugs (vgl. oben genannte Klemme 15) zumindest eine Temperatur
geprüft
wird. Bei Überschreiten einer
vorgegebenen Solltemperaturschwelle unterbleibt ein Starten des
Fahrzeugzusatzheizgerätes. Sonst
werden während
eines Betriebs eines Anlassers des Motors des Fahrzeugs verbrauchsintensive Aggregate,
wie beispielsweise eine Zündeinrichtung des
Fahrzeugzusatzheizgerätes,
abgeschaltet. Eine derartige Unterbrechung des Betriebs verbrauchsintensiver
Aggregate ist bei Fahrzeugen üblich.
Sie wird als „Unterspannungsschaltung" bezeichnet. Es wird
damit sichergestellt, dass ein Starten des Motors mittels des Anlassers
nicht gefährdet
ist. Das Unterbrechen der Aggregate erfolgt, wie in
DE 196 01 772 C2 erläutert wird,
mit Hilfe einer Spannungs-Signalleitung, die den aktuellen Spannungswert
eines Akkumulators des Fahrzeugs angibt. Sinkt der Spannungswert
unter einen Schwellenwert, wird der Betrieb des Aggregats unterbrochen.
Es wird also genau dann unterbrochen; wenn wegen des Betriebs des
Anlassers die Akkumulatorspannung zu weit abfällt. Sollte die Akkumulatorspannung
auch bei Betrieb des Anlas sers oberhalb des Schwellenwertes sein,
so erfolgt keine Unterbrechung des Startvorgangs des Fahrzeugzusatzheizgerätes. Schließlich wird
der Startvorgang des Fahrzeugzusatzheizgerätes wieder aufgenommen, wenn
der Generator des Fahrzeugs vom Motor betrieben wird. Dazu ist am Steuergerät eine Generator-Signalleitung über eine Klemme
61 angeschlossen, an der in diesem Fall ein positives Signal anliegt.
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Aus
DE 196 11 908 A1 ist
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer geregelten Spannung
bekannt, mit einem Generator, der eine Erregerwicklung und ein Gleichrichtersystem
umfasst und über
zwei Anschlüsse
B+, B– mit
einem Spannungsregler in Verbindung steht, wobei am Anschluss B+
die gleichgerichtete, geregelte Generatorspannung entsteht, die
zur Versorgung eines Bordnetzes dient und B– auf Masse liegt, und der
Anschluss B+ des Generators mit der Erregerwicklung in Verbindung
steht und der Stromfluss durch die Erregerwicklung mittels eines
Schaltmittels einschaltbar ist, wobei dem Schaltmittel ein Signal
zuführbar ist,
das den Beginn der Drehung des Generators erkennen lässt und
den Stromfluss durch die Erregerwicklung durch Einschalten des Schaltmittels
auslöst.
Ferner ist aus
DE
196 11 908 A1 bekannt, dass das Signal, das den Start der
Brennkraftmaschine erkennen lässt,
in einer Schaltungsanordnung, die Bestandteil des Spannungsreglers
ist, in Abhängigkeit von
zugeführten
zweiten Signalen erzeugt wird. Als Alternativen für solche
zweite Signale werden das Ausgangssignal eines Beschleunigungssensors
sowie die Amplitude oder die Frequenz der Phasenspannung des Generators
genannt. Als weitere Alternative wird der Verlauf der Generatorspannung
beziehungsweise der Bordnetzspannung ausgewertet.
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Zugrundeliegende
Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugzusatzheizgerät zur Verfügung zu stellen,
das kostengünstiger
herzustellen ist, als bekannte Systeme der eingangs genannten Art.
Insbesondere soll am Steuergerät
des Kraftfahrzeugzusatzheizgerätes
eine Information über
den Betriebszustand des Motors einfacher bereitgestellt werden.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
eingangs genannten Kraftfahrzeugzusatzheizgerät gelöst, bei dem das Steuergerät den Spannungsverlauf
an dem Anschluss für
die Spannungs-Versorgungsleitung erfassen und die Information „Start
eines Motors des Kraftfahrzeugs ist erfolgt" in Abhängigkeit vom Spannungsverlauf
ermitteln kann. Ferner ist die Aufgabe mit einem derartigen Steuergerät für ein Kraftfahrzeugzusatzheizgerät gelöst, sowie
mit einem Kraftfahrzeug, das mit einem derartigen Kraftfahrzeugzusatzheizgerät versehen ist,
und schließlich
auch mit einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugzusatzheizgerätes mit einem
Steuergerät,
mit den Schritten: Erfassen des Spannungsverlaufs an einem Anschluss
des Steuergeräts
für eine
Spannungs-Versorgungsleitung, die von einem Akkumulator des Kraftfahrzeugs
zum Steuergerät
führt,
und Ermitteln der Information „Start
eines Motors des Kraftfahrzeugs ist erfolgt", in Abhängigkeit von diesem Spannungsverlauf.
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Die
Erfindung verzichtet bei dem Steuergerät des Kraftfahrzeugzusatzheizgerätes auf
die oben genannten Anschlüsse
für eine
Spannungs-Signalleitung, eine Generator-Signalleitung über die
Klemme 61 und auch auf eine Zündungs-Signalleitung über die
Klemme 15. Die erforderliche Information „Start des Motors des Kraftfahrzeugs
ist erfolgt" wird
erfindungsgemäß in erheblich
einfacherer Weise durch Auswertung des Spannungsverlaufs an einer
ohnehin am Steuergerät
vorhandenen Spannungs-Versorgungsleitung bereitgestellt.
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Die
Auswertung des Spannungsverlaufs kann bei heutigen Steuergeräten in deren
Elektronik mit entsprechender Programmierung und/oder mit einer
angepassten Schaltungsanordnung integriert werden. Der hierfür erforderliche
Aufwand ist gering im Verhältnis
zu den genannten Anschlüssen
bzw. Klemmen am Steuergerät
und deren Verkabelung im Steuergerät und mit Signalleitungen im
Kraftfahrzeug.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ermittelt das Steuergerät die Information „Start
des Motors ist erfolgt",
wenn der Spannungsverlauf ausgehend von einem ersten Spannungswert ein
Absinken und ein nachfolgendes Ansteigen über diesen ersten Spannungswert
hinaus aufweist. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren der Überwachung
der Akkumulatorspannung wird erfindungsgemäß nicht das Unterschreiten
eines Spannungsschwellenwertes geprüft, sondern es wird ermittelt, ob
nach einem Absinken der Spannung diese auf einen höheren Wert
ansteigt, als er vor dem Absinken bestand. Dieser höhere Wert
lässt einen
Rückschluss
zu, dass nachdem der Anlasser des Motors betätigt worden ist, der Motor
läuft und
den Generator antreibt, der seinerseits den Akkumulator lädt und die höhere Spannung
erzeugt. So liegt die Spannung des Akkumulators bei einem Fahrzeug
mit einer mittleren Bordspannung von 12 V bei Stillstand des Motors
etwa bei 12 V, sinkt beim Betrieb des Anlassers stark ab und steigt
nachfolgend beim Betrieb des Generators bzw, der Lichtmaschine auf
einen Wert über 12
V, maxiamal etwa auf 14 V an. Bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung
der Erfindung wird der Spannungsverlauf also nicht nur hinsichtlich
des Absinkens der Spannung untersucht, sondern auch hinsichtlich
der Spannungsanstiege. Die zeitliche Relation und die relative Änderung
der Spannung beim Absinken und Ansteigen ergibt die erforderliche
Information „Start
des Motors ist erfolgt".
Das alleinige Auswerten eines Spannungsabfalls unter einen Schwellenwert,
wie es
DE 196 01 772
C2 beschreibt, würde
zum Bereitstellen dieser Information nicht ausreichen.
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Bei
einer alternativ oder zusätzlich
sinnvollen Weiterbildung der Erfindung ermittelt das Steuergerät die Information „Start
des Motors ist erfolgt",
wenn der Spannungsverlauf Schwankungen aufweist, die auf ein Laden
des Akkumulators mit Hilfe eines Generators des Kraftfahrzeugs schießen lassen.
In diesem Zusammenhang wird die Schwankung der Akkumulatorspannung
auch als Restwelligkeit der Akkumulatorspannung oder als Brummspannung
bezeichnet. Dies erfolgt in Analogie zu der Restwechselspannung,
die einer Ausgangsgleichspannung eines Netzgerätes trotz Siebung überlagert
ist – auch dort
wird von Restwelligkeit oder Brummspannung gesprochen. Die durch
das Laden des Akkumulators erzeugte Restwelligkeit ist im allgemeinen
regelmäßig alternierend
und wird gemessen, indem der Abstand von Höchst- und Tiefstwert der Schwankungen bestimmt
wird. Die Schwankungen ergeben sich aufgrund des magnetischen Drehfeldes
im Generator. Sie weisen eine relative Schwankungsbreite von unter
1 V bis zu 2 V auf.
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät kann neben
der Verwendung in einem Kraftfahrzeugzusafzheizgerät auch bei
anderen Aggregaten eines Kraftfahrzeugs Anwendung finden, bei denen
die Information „Start
des Motors des Kraftfahrzeuges ist erfolgt" bzw. „Motor wird betrieben" von Interesse ist. So
können
vorteilhaft beispielsweise auch Steuergeräte mit der erfindungsgemäßen Überwachung
des Spannungsverlaufes an einem Anschluss für eine Spannungs-Versorgungsleitung
ausgerüstet
sein, wie sie bei automatischen Getrieben, bei Schiebedach- oder
Fensterhebersteuerungen, bei Bremssystemen oder bei Sicherheitssystemen,
wie Gurtstraffer und Airbag, vorgesehen sind.
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Detaillierte
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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Ein
Zusatzheizgerät
ist zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, wie z.B. einen Personenkraftwagen mit
Verbrennungsmotor, vorgesehen. Es weist einen Brenner auf, dem mit
Hilfe einer Brennstoffpumpe flüssiger
Brennstoff und mit Hilfe eines Brennluftgebläses Brennluft zugeführt werden
kann. Am Brenner ist ein Wärmeübertrager
angeordnet, durch den im eingebauten Zustand des Zusatzheizgerätes von
einer Umwälzpumpe
ein flüssiger
Wärmeträger gepumpt
wird.
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Die
Komponenten Brenner, Brennstoffpumpe, Brennluftgebläse und Umwälzpumpe
sind mit einem Steuergerät
gekoppelt, dass sich an einem Gehäuse des Zusatzheizgerätes befindet.
Mit dem Steuergerät
sind ferner Sensoren, wie beispielsweise ein Innentemperatursensor
in einem Fahrgastraum und ein Außentemperatursensor verbunden.
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Das
Steuergerät
ist zur eigenen Spannungsversorgung über einen Anschluss und eine
Spannungs-Versorgungsleitung mit einem Akkumulator verbunden. Der
Akkumulator wird bei Betrieb des Verbrennungsmotors von einem Generator
des Kraftfahrzeuges geladen.
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Um
im Steuergerät
auf einfache Weise die Information „Start des Motors bzw. Verbrennungsmotors
ist erfolgt" zu
erhalten, ist das Steuergerät
durch entsprechende Anpassung seiner Schaltungsanordnung und der
in Datenspeichern abgelegten Steuerprogramme dazu eingerichtet,
den Verlauf der Spannung am Anschluss der Spannungs-Versorgungsleitung
zu erfassen und anhand dieses Verlaufes die erforderliche Information
zu ermitteln.
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Dabei
erfasst das Steuergerät
den Verlauf der Spannung zunächst
hinsichtlich eines aktuell anliegenden ersten Spannungswerts. Dieser
liegt bei Stillstand des Verbrennungsmotor bei einem Fahrzeug mit
einer mittleren Bordspannung von 12 V in der Regel bei etwa 12 V.
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Das
Steuergerät
prüft im
weiteren Verlauf, ob dieser erste Spannungswert gemäß einem
zuvor festgelegten Verlaufsfester mit einem bestimmten Gefälle abfällt, d.h.
dass sich der Spannungswert innerhalb einer bestimmten ersten Zeitspanne
um einen vorbestimmten ersten Relativwert verringert. Die erste
Zeitspanne ist verhältnismäßig kurz
und beträgt nur
wenige Zehntel- oder Millisekunden.
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Ist
die Spannung schnell abgefallen, wird die Prüfung dahingehend fortgesetzt,
ob der Spannungswert innerhalb einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne über den
vorhergehenden ersten Spannungswert hinaus ansteigt. Die zweite
Zeitspanne ist in der Regel bis zu einigen Sekunden lang – eben so lange
wie die Zeit, die typischerweise zum Starten eines Verbrennungsmotors
erforderlich ist. Der Anstieg sollte verhältnismäßig schnell erfolgen. Als weiteres Kriterium
für die
Prüfung
ist daher auch ein Verlaufsfenster für den Anstieg vorgesehen, mit
dem eine Spannungswertzunahme um einen vorbestimmten sogenannten
dritten Relativwert innerhalb einer bestimmten dritten Zeitspanne
geprüft
wird.
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Ermittelt
das Steuergerät,
dass der Verlauf der Spannung am Anschluss der Spannungs-Versorgungsleitung
dem vorgegebenen Verlauf zumindest im wesentlichen entspricht, leitet
es daraus die Information ab, dass der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges
gestartet worden ist und betrieben wird.
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Im
Betrieb des Verbrennungsmotors schwankt der Spannungswert am genannten
Anschluss bedingt durch die geringfügig alternierende Ladespannung
bzw. Restwelligkeit des vom Verbrennungsmotors angetriebenen Generators.
Diese Schwankung wird im Zusatzheizgerät des Ausführungsbeispiels dazu verwendet,
um zum einen die erkannte Information „Start des Verbrennungsmotors ist
erfolgt" abzusichern
und zum anderen ein mögliches
Abschalten des Verbrennungsmotors zu erkennen.
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Sobald
die Information „Start
des Verbrennungsmotors ist erfolgt" vom Steuergerät erkannt worden ist, überprüft dieses
den weiteren Verlauf der Spannung hinsichtlich der üblichen
Schwankungen indem der Höchst-
und der Tiefswert der Spannung in einem Speicher hinterlegt und
sowohl hinsichtlich ihrer absoluten als auch ihrer relativen Änderung
geprüft
werden. Es wird so die Schwankungsbreite ermittelt, und es wird
geprüft,
ob die Werte insgesamt in einem bestimmten Spannungsfester über dem
ursprünglichen
ersten Spannungswert liegen. Ist dies der Fall erkennt das Steuergerät die Information „Verbrennungsmotor
wird betrieben".
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Sinkt
der Spannungswert jedoch ab und/oder hört die Spannung am Anschluss
der Spannungs-Versorgungsleitung auf zu schwanken, so erkennt das
Steuergerät
das Anhalten des Verbrennungsmotors. Nachfolgend wird als Absicherung
wieder geprüft,
ob die Spannung nun zumindest im wesentlichen schwankungsfrei bleibt.
Ferner kann alternativ oder zusätzlich
geprüft
werden, ob der absolute Wert der Spannung innerhalb eines Spannungsfensters
um den ersten Spannungswert liegt, ob also am Anschluss wieder die
allein vom Akkumulator ohne den Generator erzeugte Spannung anliegt.
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Die
Information „Start
des Verbrennungsmotors ist erfolgt" und auch die Information „Verbrennungsmotor
ist angehalten worden" werden
bei dem Kraftfahrzeug des Ausführungsbeispiels
dazu verwendet, um das Heizgerät
entsprechend weiterer Parameter wie etwa der Temperatur von Kühlwasser
im Verbrennungsmotor automatisch zu betreiben.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die im Ausführungsbeispiel
erläuterte
Art der Informationsbereitstellung im Steuergerät auch verwendet werden, um
beispiels weise das Steuergerät
einer Schiebedachsteuerung am Kraftfahrzeug zu optimieren.