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Die
Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Vorwärmen von Ansaugluft für eine Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
100 26 339 A1 wird eine Vorrichtung zum Vorwärmen von
Luft in einer Ansaugleitung beschrieben, die zu einer Dieselbrennkraftmaschine
führt.
Die beschriebene Vorrichtung weist einen in der Ansaugleitung angeordneten Heizflansch
auf, der nach Bedarf mittels einer Schalteinrichtung aus- und eingeschaltet
wird, die von einem Halbleiterbauelement gesteuert wird. Die mittels eines
vollkommen verschleißfrei
arbeitenden Halbleiterbauelements steuerbare Schalteinrichtung ermöglicht,
dass der Heizflansch beliebig oft und in annährend beliebig kurzen Abständen, d.h.
mit verhältnismäßig hohen
Frequenzen aus- und eingeschaltet werden kann, wodurch eine annährend stufenlose Einstellung
der Heizleistung des Heizflansches und somit eine Anpassung an die
Warmlaufbedingungen der Dieselbrennkraftmaschine ermöglicht werden.
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Die
bekannten elektrischen Kaltstarthilfen, wie z.B. Heizflansche, können auch
bei laufendem Motor genutzt werden.
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Üblicherweise
haben die elektrischen Kaltstarthilfen einen höheren Strombedarf als ein Generator
bei Leerlaufdrehzahl liefern kann. Der erforderliche Differenzstrom
kann dann einer Fahrzeugbatterie entnommen werden, wodurch diese
entladen wird. Dadurch kann der Betrieb und die Startfähigkeit der
Brennkraftmaschine gefährdet
werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung zum Vorwärmen von
Ansaugluft für
eine Brennkraftmaschine anzugeben, welche ein Entladen von Fahrzeugbatterien
bei Betrieb der Heizvorrichtung vermeidet.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Heizvorrichtung zum Vorwärmen von
Ansaugluft für
eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ermittelt
eine Auswerte- und Steuereinheit zur Einstellung der Heizleistung
eines Heizelements einen von einer Bordspannung abhängigen Korrekturwert.
Das Heizelement ist zum Vorwärmen
von Ansaugluft beispielsweise in einer Ansaugleitung einer Heizvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine angeordnet. Durch die von der Auswerte- und Steuereinheit
vorgenommene bordspannungsabhängige
Einstellung der Heizleistung des Heizelements, wird in vorteilhafter
Weise verhindert, dass eine Fahrzeugbatterie bei Betrieb der Heizvorrichtung
entladen wird.
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In
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
stellt die Auswerte- und Steuereinheit den Korrekturwert beispielsweise
so ein, dass während
des Betriebs des Heizelements ein Pegel der Bordspannung, die von
einem Generator und mindestens einer Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird,
einen Spannungspegel der mindestens einen Fahrzeugbatterie nicht
unterschreitet.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung wertet
die Auswerte- und Steuereinheit zur Ermittlung eines Sollwertes
für die einstellbare
Heizleistung des Heizelements Informationen aus, die mittels Sensoreinheiten
erfasst werden. Die Auswerte- und Steuereinheit ermittelt beispielsweise über einen
Temperatursensor eine Ansauglufttemperatur in der Ansaugleitung,
wobei der Temperatursensor in der Ansaugleitung zwischen dem Heizelement
und der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Zudem kann die Auswerte- und Steuereinheit über entsprechende
Sensorelemente eine aktuelle Kühlmitteltemperatur
und/oder eine aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine ermitteln.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung umfasst
die Auswerte- und Steuereinheit zur Ansteuerung des Heizelements eine
Pulsweitenmodulationsschaltung. Die Auswerte- und Steuereinheit
gibt die Heizleistung durch Einstellen eines Tastverhältnisses
für die
Pulsweitenmodulationsschaltung vor, wobei das für die ermittelte Sollheizleistung
bestimmte Tastverhältnis
mit dem Korrekturwert verknüpft
wird. Der Korrekturwert kann beispielsweise als Korrekturfaktor
ermittelt werden, der den Wert „0" aufweist, wenn die ermittelt Bordspannung
einen vorgegebenen minimalen Schwellwert unterschreitet, oder den
Wert „1" aufweist, wenn die
ermittelte Bordspannung einen vorgegebenen maximalen Schwellwert überschreitet.
Zudem kann der als Korrekturfaktor ermittelte Verlauf des Korrekturwertes
zwischen dem vorgegebenen minimalen Schwellwert und dem vorgegebenen
maximalen Schwellwert der Bordspannung verschiedene Steigungen aufweisen.
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In
alternativer Ausgestaltung der Erfindung sind Steuereinheit und
Pulsweitenmodulationsschaltung als voneinander getrennte Bauteile
ausgebildet. Die Pulsweitenmodulationsschaltung ist dann vorzugsweise
als Leistungselektronik oder Aktorik möglichst nahe am Heizflansch
ausgebildet. Die Steuereinheit wird dann vorzugsweise durch das
Motorsteuergerät
gebildet.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
schematische Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
zum Vorwärmen
von Ansaugluft, und
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2 eine
Kennlinie eines bordspannungsabhängigen
Korrekturwertes für
die erfindungsgemäße Heizvorrichtung
gemäß 1.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine schematisch dargestellte
Brennkraftmaschine 1, beispielsweise eine Dieselbrennkraftmaschine
für einen Lastkraftwagen,
eine Ansaugleitung 4, die beispielsweise über einen
Abgasturbolader 2 und einen Ladeluftkühler 3 angesaugte
Frischluft zu der Brennkraftmaschine 1 führt. Vom
Abgasturbolader 2 aus wird das von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte
Abgas über
eine Abgasleitung 5 abgeführt.
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Um
das Starten der Brennkraftmaschine 1 zu erleichtern, kann
die über
die Ansaugleitung 4 angesaugte Luft mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 vorgewärmt werden.
Die punktiert dargestellte Vorrichtung 10 umfasst eine
Auswerte- und Steuereinheit 12 mit
einer Pulsweitenmodulationsschaltung 14 und ein Heizelement 16,
das beispielsweise als Heizflansch ausgeführt ist und in der Ansaugleitung 4 angeordnet
ist. Zum Vorwärmen
der Ansaugluft für
die Brennkraftmaschine 1 stellt die Auswerte- und Steuereinheit 12 die
Heizleistung des in der Ansaugleitung 4 angeordneten Heizelements 16 ein,
wobei die Auswerte- und Steuereinheit 12 zur Einstellung
der Heizleistung des Heizelements 16 einen von einer Bordspannung
UB abhängigen
Korrekturwert KF ermittelt, siehe 2. Die Bordspannung UB
wird von einem Bordnetz 20 bereitgestellt, das im dargestellten
Ausführungsbeispiel
gestrichelt dargestellt ist und beispielsweise einen von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen
Generator 24 und mindestens eine Fahrzeugbatterie 22 umfasst.
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Die
Auswerte- und Steuereinheit 12 stellt den Korrekturwert
KF für
die Heizleistung so ein, dass während
des Betriebs des Heizelements 16 ein Pegel der Bordspannung
UB einen Spannungspegel der Fahrzeugbatterie 22 nicht unterschreitet.
Dadurch kann die Heizleistung für
das Heizelement 16 so eingestellt werden, dass der Pegel
der Bordspannung UB auf dem Spannungspegel der Fahrzeugbatterie gehalten
wird, so dass nur soviel Strom aus dem Bordnetz 20 entnommen
wird, wie der Generator 24 erzeugen kann. Dadurch wird
in vorteilhafter Weise verhindert, dass die mindestens eine Fahrzeugbatterie 22 während des
Betriebs der Heizvorrichtung entladen wird. Zudem kann das Einschalten
von weiteren elektrischen Verbrauchern, wie z.B. Leuchen, Scheiben-
oder Sitzheizung usw., die zu einem Absinken der Bordspannung führen können, durch
den Korrekturfaktor KF berücksichtigt
werden, der in Abhängigkeit
vom augenblickliche Pegel der Bordspannung UB bestimmt wird und
eine gewünschte
Sollleistung für
das Heizelement 16 entsprechend reduziert.
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Zur
Ermittlung des Sollwertes für
die einstellbare Heizleistung des Heizelements 16 wertet
die Auswerte- und Steuereinheit 12 Informationen aus, die
mittels verschiedener Sensoreinheiten 6, 7, 18 erfasst
werden. Die Sensorinformationen können der Auswerte- und Steuereinheit 12 über eine
direkte Kommunikationsverbindung und/oder über ein im Fahrzeug angeordnetes
Datenbussystem zur Verfügung
gestellt werden. Wie weiter aus 1 ersichtlich
ist, ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit 12 über einen
Temperatursensor 18 die Temperatur der Ansaugluft in der
Ansaugleitung 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 18 in der
Ansaugleitung 4 zwischen dem Heizelement 16 und
der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Über weitere Sensorelemente 6, 7 ermittelt
die Auswerte- und Steuereinheit 12 eine aktuelle Kühlmitteltemperatur und
eine aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine 1. Aus der
Kühlmitteltemperatur
kann die aktuelle Temperatur der Brennkraftmaschine 1 und
damit in Verbindung mit der Ansaugtemperatur und der Motordrehzahl
die erforderliche Sollheizleistung für das Heizelement 16 ermittelt
werden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
gibt die Auswerte- und Steuereinheit 12 die Heizleistung
für das
Heizelement 16 durch Einstellen eines Tastverhältnisses
für die
Pulsweitenmodulationsschaltung 14 vor, wobei das für die ermittelte
Sollheizleistung bestimmte Tastverhältnis mit dem in 2 dargestellten
Korrekturwert KF verknüpft
wird.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, wird der Korrekturwert beispielsweise
als Korrekturfaktor KF ermittelt, der den Wert „0" aufweist, wenn die ermittelt Bordspannung
UB einen vorgegebenen minimalen Schwellwert Umin unterschreitet.
Dies bedeutet, dass das Heizelement 16 aufgrund der augenblicklichen
Belastung des Bordnetzes 20 abgeschaltet wird, so dass
es dem Bordnetz 20 und damit der Fahrzeugbatterie 22 keine
Energie entziehen kann. Übersteigt
die ermittelte Bordspannung UB einen vorgegebenen maximalen Schwellwert
Umax, dann nimmt der Korrekturfaktor KF den Wert „1" an. Dies bedeutet,
dass die von der Auswerte- und Steuereinheit 12 ermittelte
Sollheizleistung unverändert
von der Auswerte- und Steuereinheit 12 am Heizelement 16 eingestellt
wird. Zwischen diesen beiden Extremwerten „0" und „1" kann der Korrekturwert KF in Abhängigkeit
von der Bordspannung UB im Bereich zwischen Umin und Umax beliebige
Werte annehmen, wie aus der Kennlinie für den Korrekturfaktor KF ersichtlich
ist.
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Wie
weiter aus 2 ersichtlich ist, weist der als
Korrekturfaktor KF ermittelte Verlauf des Korrekturwertes zwischen
dem vorgegebenen minimalen Schwellwert Umin und dem vorgegebenen
maximalen Schwellwert Umax der Bordspannung UB verschiedene Steigungen
auf, so dass eine optimale Anpassung der am Heizelement 16 eingestellten
Heizleistung an die aktuelle Belastung des Bordnetzes 20 möglich ist.
So weist die Kennlinie beispielsweise zwischen dem minimalen Schwellwert
und einem ersten Schwellwert U1 eine erste Steigung zwischen dem
ersten Schwellwert U1 und einem zweiten Schwellwert U2 eine zweite
Steigung und zwischen dem zweiten Schwellwert und dem maximalen Schwellwert
Umax eine dritte Steigung auf.