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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren eine Vorrichtung zur Überwachung
wenigstens einer Glühkerze
eines Kraftfahrzeugs.
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Üblicherweise
werden Glühkerzen
derart überwacht,
dass der Strom, der durch die Glühkerze fließt zur Fehlererkennung
mit einem unteren und oberen Schwellenwert verglichen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Dadurch,
dass wenigstens zwei Zeitintervalle oder wenigstens zwei Zeitpunkte
vorgebbar sind, innerhalb der überprüft wird,
ob die Größe unterhalb eines
oberen Schwellenwerts liegt und oberhalb eines unteren Schwellenwerts
liegt, können
in einfacher und sicherer Weise Fehler und/oder falsch verbaute
Glühkerzen
erkannt werden. Mit den bekannten Systemen ist allenfalls eine grobe Überwachung auf
Kurzschluss der Kerze oder Unterbrechungen des Stromflusses durch
die Kerze möglich. Üblicherweise
wird der Schwellenwert so vorgegeben, dass maximal mögliche und
der minimal mögliche
Stromwert innerhalb der beiden Schwellenwerte liegen. Eine sichere
Fehlererkennung ist mit einem solchen Verfahren nicht in allen Betriebsbereichen
möglich. Des
weiteren kann mit einem solchen Verfahren nicht erkannt werden,
ob in dem Fahrzeug die falschen Glühkerzentypen verbaut sind.
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Erfindungsgemäß erfolgt
eine ratiometrische Strommessung des Summenstroms oder des Stroms jeder
einzelnen Glühkerze.
Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist eine einfachere und sichere Überwachung
der Glühkerzen
möglich.
Des weiteren können
fehlerhaft verbaute Glühkerzen
sicher erkannt werden. Des weiteren müssen nur lediglich wenige Parameter
an eine spezifische Kerze angepasst werden. Dies hat den Vorteil,
dass eine einfache Logik erforderlich ist, die kostengünstig herstellbar
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn für
jedes Zeitintervall oder jeden Zeitpunkt jeweils ein untere und
ein oberer Schwellenwert definiert ist. Ein Fehler wird erkannt,
sobald der Strom bzw. die Größe, die den
Strom charakterisiert, in einem Zeitintervall oberhalb des oberen
Schwellenwerts oder unterhalb des unteren Schwellenwerts liegt.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass pro Glühkerzentyp jeweils nur die
zwei Zeitintervalle oder zwei Zeitpunkte und die oberen und unteren
Schwellenwerte vorgeben werden müssen.
Die Schaltung beschränkt
sich darauf, den erfassten Stromwert oder die Ersatzgröße mit diesen Schwellenwerten
zu vergleichen. Hierzu sind lediglich einfache Komparatorschaltungen
und/oder programmierbare Zeitglieder oder Timer notwendig.
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Zeichnung
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Die
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 wesentliche
Elemente einer Vorrichtung zur Überwachung
wenigstens einer Glühkerze,
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2 den über der
Zeit aufgetragenen Stromwert sowie die Zeitintervalle und die Schwellenwerte,
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3 und 4 zeigen
jeweils ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 sind
die im wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Eine Glühkerze 100 ist
in Reihe mit einem Strommessmittel 120 und einem Schaltmittel 110 zwischen
den beiden Anschlüssen
einer Versorgungsspannung geschaltet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
für jede
Glühkerze
ein Strommessmittel 120 und ein Schaltmittel 110 vorgesehen.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch derart
ausgebildet sein, dass für
mehrere Glühkerzen
einer Brennkraftmaschine oder alle Glühkerzen einer Brennkraftmaschine
ein gemeinsames Schaltmittel und/oder ein gemeinsames Strommessmittel
vorgesehen ist.
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Die
dargestellte Ausführungsform,
bei dem jeder Glühkerze
ein Strommessmittel 120 und einem Schaltmittel 110 zugeordnet
ist bietet den Vorteil, dass die Glühkerze einzeln angesteuert
und der durch die Glühkerze
fließende
Strom ausgewertet werden kann. Sind mehrere Glühkerzen zu einer Gruppe zusammengefasst
bzw. werden alle Glühkerzen
gemeinsam über
ein Schaltmittel angesteuert oder der Strom gemeinsam ausgewertet,
so bietet dies den Vorteil, dass teure Elemente wie beispielsweise
die Schaltmittel eingespart werden können und sich damit eine erheblich
Kostenersparnis ergibt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass nur eine
gemeinsame Ansteuerung oder eine gemeinsame Auswertung des Stroms
mehrerer oder aller Glühkerzen möglich ist.
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Des
weiteren ist eine Steuereinheit 130 vorgesehen, die neben
weiteren nicht dargestellten Bauelementen eine Auswertung 133 und
eine Ansteuerung 135 umfasst. Die Ansteuerung 135 steuert
das Schaltmittel 110 an, um der Glühkerze eine gewünschte Energie
zuzuführen.
Die Auswertung 133 wertet den am Strommessmittel 120 abfallende Spannung
aus um den Strom, der durch die Glühkerze fließt, zu ermitteln. Das Strommessmittel 120 ist vorzugsweise
als ohmscher Widerstand ausgebildet.
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Die
Erfassung des Stromwerts erfolgt über eine Spannungsmessung an
dem niederohmigen Messwiderstand. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen,
dass jeder Glühkerze
ein Messwiderstand zugeordnet ist. Die Messung erfolgt vorzugsweise
durch einen analog-digital-Konverter
pro Glühkerze
oder durch eine gemultiplexte analog-digital-Konvertierung. Da der
Messwiderstand sehr niederohmig ist, ist dem analog-digital-Konverter
ein Messverstärker vorgeschaltet.
Die Messverstärkung
kann parallel oder gemultiplext erfolgen. Insbesondere beim Messen
mit gemultiplexten Pfaden ist es notwendig, die Delay-Zeit der gewandelten
Werte bei der Signalverarbeitung zu berücksichtigen.
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In 2 ist
der Signalverlauf einer Glühkerze
mit einer durchgezogenen Linie aufgetragen. Ferner sind mit einer
gestrichelten Linie die oberen Schwellenwerte und mit einer strichpunktierten
Linie die unteren Schwellenwerte dargestellt. Mit Beginn der Bestromung
zum Zeitpunkt T0 fällt
der Strom sehr schnell auf einen kleineren Wert ab. Nach Erreichen
des thermischen Gleichgewichts der Glühkerze verbleibt der Stromwert
nahezu auf einem konstanten Wert. Zwischen den Zeitpunkten T0 und
T1 fällt der
Strom stark ab. In diesem ersten Zeitintervall wird als erster oberer
Schwellenwert S1O und ein erster unterer Schwellenwert S1U vorgegeben.
Diese Schwellenwerte sind so bemessen, dass der maximal mögliche Strom
kleiner ist als der erste obere Schwellenwert S1O. Dieses Stromintervall,
in dem auf ein zulässigen
Wert erkannt ist, ist aufgrund der Steile Stromabfalls sehr groß gewählt. In
dem anschließenden
zweiten Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt T1 und T2 wird ein
zweiter oberer Schwellenwert S2O für den oberen Wert und ein zweiter
unterer Schwellenwert S2U vorgegeben. Ab dem zweiten Zeitpunkt T2
im dritten Zeitintervall wird dann ein dritter obere Schwellenwert
S3O und ein dritter unterer Schwellenwert S3U vorgegeben. Dem dargestellten
Verlauf des Stromes mit einer durchgezogenen Linie wird auf korrekte
Funktion der Glühkerze
und den fehlerfreien Zustand erkannt.
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Mit
einer punktierten Linie ist der Verlauf des Stroms einer falsch
applizierten Glühkerze
vom falschen Typ dargestellt. Im zweiten Zeitintervall ist dieser
Kerzenstrom größer als
der dritte obere Schwellenwert S2O. Dies wird von der Überwachungseinrichtung
erkannt und als fehlerhafter Typ signalisiert. Obwohl diese Glühkerze im
ersten Zeitintervall und im dritten Zeitintervall, also d. h. vor
dem Zeitpunkt T1 und nach dem Zeitpunkt T2 die Stromwerte innerhalb der
vorgegebenen Schwellenwerte liegen, wird diese Kerze las fehlerhaft
erkannt, da sie im zweiten Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten
T1 und T2 außerhalb
des vorgegebenen Stromintervalls liegt.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
die Zeitpunkte, die die Zeitintervalle definieren und/oder die Schwellenwerte abhängig von
der Ansteuerspannung der Glühkerzen vorgegeben
werden. Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass der Stromverlauf von der Spannung abhängt, mit
der die Glühkerzen
beaufschlagt werden. So heizen sich die Glühkerzen bei kleiner Spannung langsamer
auf. Dies hat wiederum zur Folge, dass der Widerstand der Glühkerze sich
langsam ändert. Die
langsamere Änderung
des Widerstands hat einen langsameren Abfall des Stroms über der
Zeit zur Folge. Durch die Berücksichtigung
der Ansteuerspannung ergibt sich eine genauere Überwachung. Ferner können die
Abstände
zwischen oberen und unterem Schwellenwert verringert werden.
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In 3 ist
eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
detailliert als Flussdiagramm dargestellt. In Schritt 300 beginnt
der Glühvorgang.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Zähler
T auf 0 gesetzt. In Schritt 310 wird der Strom erfasst und
der Zähler
erhöht.
Die Abfrage 320 überprüft, ob die
Stromgröße I größer als
der erste obere Schwellenwert S1O ist. Falls die Stromgröße I den
ersten oberen Schwellenwert S1O überschreitet,
wird in Schritt 325 auf Fehler erkant. Ist der Strom kleiner
als der erste obere Schwellenwert S1O, so wird in der Abfrage 330 überprüft, ob der
Stromwert kleiner als der erste untere Schwellenwert S1U ist. Ist
dies der Fall, so wird ebenfalls in Schritt 345 auf Fehler
erkannt. Liegt die Stromgröße zwischen
dem ersten oberen Schwellenwert S1O und dem ersten unteren Schwellenwert
S1U, so überprüft die Abfrage 340,
ob der Inhalt des Zeitzählers
T größer als
der Zeitwert T1 ist. Bei Erreichen des Endes des Zeitintervalls
1 zum Zeitpunkt T1 setzt das Programm mit Schritt 350 fort.
Ist das Ende des Zeitintervalls T1 noch nicht erreicht, so erfolgt
erneut Schritt 310.
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In
Schritt 350 wird erneut der Stromwert erfasst und der Zähler erhöht. Die
anschließende
Abfrage 360 überprüft, die
Stromgröße I größer als
der zweite obere Schwellenwert S2O ist. Ist dies der Fall, so wird
in Schritt 365 auf Fehler erkannt. Andernfalls erfolgt
die Abfrage 370, die überprüft, ob die
Stromgröße kleiner
als der zweite untere Schwellenwert S2U ist. Erkennt dies die Abfrage 370,
so wird in Schritt 375 wieder auf Fehler erkannt. Ist dies
nicht der Fall, so erfolgt eine Abfrage 380. Die Abfrage 380 überprüft, ob der
Zeitzähler
T größer als
die zweite Zeitschwelle T2 ist. Ist dies der Fall, so endet das Programm
in Schritt 390.
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Erfindungsgemäß wird in
einem zweiten Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt T0 und dem Zeitpunkt
T1 überprüft, ob die
Stromgröße I kleiner
als ein erster oberer Schwellenwert S1O ist und gleichzeitig größer als
ein erster untere Schwellenwert S1O ist. D. h., die Abfragen 320 und 330 überprüfen, ob die
Stromgröße innerhalb
eines Stromintervalls liegt, das durch die Werte S1U und S1O definiert
ist. Die Abfrage 340 begrenzt diese Überprüfung auf das Zeitintervall
zwischen dem Zeitpunkt T0 und dem Zeitpunkt T1. Erreicht die Stromgröße vor Ablauf
des Zeitintervalls T1 den unteren Schwellenwert oder übersteigt
den oberen Schwellenwert, so wird jeweils auf Fehler erkannt.
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Entsprechend überprüft die Einrichtung
mittels der Abfragen 360 und 370, ob die Stromgröße innerhalb
des Stromintervalls, das durch die Stromschwellenwerte S2U und S2O
definiert ist liegt. Diese Überprüfung erfolgt
in dem Zeitintervall zwischen den Zeitwerten T1 und T2. Liegt die
Stromgröße innerhalb
des Stromintervalls, so wird auf fehlerfreien Zustand erkannt. Liegt
die Stromgröße außerhalb
dieses Intervalls, so wird auf Fehler erkannt.
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Erfindungsgemäß überprüft die Einrichtung, ob
in wenigstens zwei Zeitintervallen die Stromgröße in wenigstens zwei Stromintervallen
liegt. Dabei ist vorgesehen, dass in unterschiedlichen Zeitintervallen unterschiedliche
Stromintervalle vorgegeben sind.
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Mit
dieser Vorgehensweise kann in den beiden Zeitintervallen zwischen
dem Zeitpunkt T0 und T1 wie in dem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt T1
und T2 ein zu schneller oder ein zu langsamer Stromabfall erkannt
werden. Ein solcher zu langsamer oder zu schneller Stromabfall kann
zum einen auf einem Fehler in der Glühkerze oder in der Beschaltung
beruhen. Dieser veränderte
Abfall des Stroms kann aber auch durch eine falsch verbaute Glühkerze verursacht
sein. D. h. mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann sowohl
ein Fehler als auch eine falsch verbaute Glühkerze, insbesondere ein falscher
Glühkerzentyp
erkannt werden.
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Diese
Vorgehensweise ist sehr einfach, da lediglich wie jedes Zeitintervall
zwei Schwellenwerte vorgegeben werden müssen und der gemessene Stromwert
mit diesen Schwellenwerten verglichen werden muss. Diese einfache
Vorgehensweise kann dann sowohl ein zu schneller als auch ein zu
langsamer Abfall sicher erkannt werden.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem
weiteren Stromintervall ab dem Zeitpunkt T2 bis zum Ende des Glühvorgangs überprüft wird,
ob die Stromgröße unter
einem oberen dritten Stromschwellenwert S3O und an einem dritten
unteren Stromschwellenwert S3U liegt. Hierzu wird in Schritt 400 die
Stromgröße erfasst.
Die anschließende
Abfrage 410 überprüft, ob die
Stromgröße I größer als
der dritte obere Schwellenwert S3O ist. Ist dies der Fall, so erkennt
die Einrichtung in Schritt 415 auf Fehler. Ist dies nicht
der Fall, so überprüft die Abfrage 420,
ob die Stromgröße kleiner als
ein dritter unterer Stromschwellenwert S3U ist. Ist dies der Fall,
so erkennt die Einrichtung in Schritt 425 auf Fehler. Die
anschließende
Abfrage 434 überprüft, ob das
Ende des Glühvorgangs
erreicht ist. Ist diese der Fall, so endet die Vorgehensweise in
Schritt 440. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut
Schritt 400.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
die Überprüfung nur
an wenigen Zeitpunkten erfolgt. Dabei liegt jeweils ein Zeitpunkt,
bei dem eine Überprüfung erfolgt,
im ersten Intervall bzw. im zweiten Intervall, des in 2 dargestellten
Verlaufs. Bevorzugt erfolgt die Überprüfung zu
den beiden Zeitpunkten T1 und T2, die in 2 dargestellt
sind. Anhand zumindestens zweier Zeitpunkte bei denen die Überprüfung erfolgt,
können
fehlerhafte Verläufe
der Ströme
sicher erkannt werden. Bei der Überprüfung ist
jeweils vorgesehen, dass der Strom mit einem untern Schwellenwert und/oder
einem oberen Schwellenwert verglichen wird. Dabei sind ebenfalls
wenigstens zwei untere und obere Schwellenwerte vorgesehen. Im wesentlichen
unterscheidet sich diese Vorgehensweise von der in 3 dargestellten
Ausführungsform,
dass die Überprüfung in
diskreten Zeitpunkten erfolgt. Wobei im Extremfall in jedem Intervall
lediglich eine Überprüfung erfolgt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, das Ausgehend von dem Fehlermuster, d. h. von
welcher Abfrage auf Fehler erkannt wurde auf die Art des Fehlers
geschlossen wurde. Wird beispielsweise von allen Abfragen erkannt,
dass der Schwellenwert nach unten oder nach oben überschritten
wird, so deutet dies auf ein Fehler der Glühkerze hin. Wird dagegen beispielsweise
nur in einem Zeitintervall auf Unterschreiten eines unteren Schwellenwerts
erkannt, so deutet dies auf eine fehlerhaft verbaute Glühkerze hin.
Wird beispielsweise erkannt, dass im ersten Intervall der Stromwert
innerhalb der Stromschwellenwerte liegt und in dem zweiten und dritten
Zeitintervall, d. h. ab dem Zeitpunkt T1, nach dem Zeitpunkt T2
die Stromgröße oberhalb
des oberen Schwellenwertes liegt, so deutet dies ebenfalls auf eine
fehlerhaft verbaute Glühkerze
hin. Dies bedeutet es wird aus der Abfolge des Unterschreitens und/oder Überschreitens
der Schwellenwerte auf die Art des Fehlers erkannt wird.
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Häufig erfolgen
mehrere Prüfvorgänge. So kann
vorgesehen sein, dass zum einen ein Vorglühen durchgeführt wird,
um die Glühkerze
zu konditionieren und dann beim eigentlichen Glühvorgang schnell die gewünschte Temperatur
zu erreichen. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass nach dem eigentlichen
Glühen
die Glühkerzen
bestromt werden, um die Verbrennung zu unterstützen, den Zündverzug zu verkürzen, um
zusätzliche
Last vom Bordnetz abzufragen, und/oder um eine Regeneration eines
Partikelfilters zu unterstützen.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass bei einem erneuten Glühvorgang die Glühkerzen
gegenüber
dem ersten Glühvorgang
einen unterschiedlichen Ohmschen Widerstand besitzen und damit sich eine
andere Stromgröße einstellt.
Erfindungsgemäß ist deshalb
vorgesehen, dass während
des gesamten Glühvorgangs
ein so genanntes Energie-Integral berechnet wird. Der Wert dieses
Energie-Integrals ist ein direktes Maß für die Temperatur und damit
der Widerstand der Glühkerze.
In dieses Energie-Integral geht zum einen die der Glühkerze elektrisch
zugeführte
Energie ein. Diese Energie wird aufintegriert und um die von der
Glühkerze
weggeführte
Energie, insbesondere über
den Brennraum und das der Brennkraftmaschine abgeführte Energie
vermindert. D. h. es wird sowohl die Energie, die beim Heizen zugeführt wird
und die Energie, die beim Abkühlen
abgeführt
wird, berücksichtigt.
Abhängig
von der Ausgestaltung dieses Energie-Integrals steht ein mehr oder
weniger genaues Signal zur Verfügung,
das die momentane Temperatur der Glühkerze charakterisiert. Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass bei einem erneuten Glühvorgang, bzw. bei jedem Glühvorgang überprüft wird,
welchen Wert das Energie-Integral annimmt. Zeigt das Energie-Integral
an, dass sich die Glühkerze
noch nahezu auf ihrer Betriebstemperatur befindet, so werden zur Überwachung
eines weiteren Glühvorgangs
die dritten Schwellenwerte S3O und S3O verwendet. Ist das Energie-Integral
und ein erster Schwellenwert abgesunken, so werden die zweiten Schwellenwerte
S2O und S2O verwendet. Ist das Energie-Integral unter einen zweiten
Schwellenwert abgesunken, wird der Glühvorgang als erster Glühvorgang
angesehen und entsprechend wie vorher beschrieben abgearbeitet.