DE102007003854A1

DE102007003854A1 - Method for controlling an ignition system for diesel engines

Info

Publication number: DE102007003854A1
Application number: DE200710003854
Authority: DE
Inventors: Carl-Eike Hofmeister; Tahar Zrilli
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2008090160A1

Abstract

Die an die Glühkerzen eines Dieselmotors angelegte Spannung, die zum Erreichen der zur Zündauslösung beim Start erforderlichen Temperatur nötig ist, wird elektronisch gesteuert, wobei die Glühkerzen in einer Vorglühphase mit der maximal verfügbaren (Batterie-)Spannung versorgt werden und wobei eine ühkerzen ausgebildeten Glühkerzen werden während eines Zeitraums nach der Starteraktivierung mit der bei sich drehendem Starter noch verfügbaren maximalen Energie versorgt.The voltage applied to the glow plugs of a diesel engine, which is necessary to achieve the triggering required at startup temperature is electronically controlled, the glow plugs are supplied in a Vorglühphase with the maximum available (battery) voltage and wherein a ühkerzen trained glow plugs supplied during a period after the starter activation with the maximum power available while the starter is rotating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dieses Verfahren dient zum Steuern eines Glühsystems für Dieselmotoren mit dem die an Glühkerzen eines Dieselmotors angelegte Spannung, die zum Erreichen der zur Zündauslösung beim Start erforderlichen Temperatur nötig ist, elektronisch gesteuert wird, wobei die Glühkerzen in einer Vorglühphase mit der maximal verfügbaren (Batterie-)Spannung versorgt werden, und wobei eine Starteraktivierung erfolgt.The The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. This method is used to control an annealing system for diesel engines with the on glow plugs of a diesel engine voltage applied to reach the Ignition release at Start required temperature is needed, electronically controlled is where the glow plugs in a pre-glow phase with the maximum available (battery) voltage be supplied, and wherein a starter activation takes place.

Ein bekanntes elektronisch gesteuertes Glühsystem für Dieselmotoren besteht aus elektronisch gesteuerten Stahlglühkerzen und einem Steuergerät (Sonderdruck aus MTZ Motortechnische Zeitschrift 61(2000)10). Die Spannung an jeder Glühkerze wird vom einen Mikrocontroller im Steuergerät zeit- und spannungsabhängig so geführt, dass eine sehr kurze Aufheizzeit und ein kontrolliertes Nachglühen erreicht werden. Damit ist auch bei Minus-Temperaturen ein spontaner Kaltstart des Glühsystems möglich. Während der Vorglühphase werden die Glühkerzen mit der maximal verfügbaren Batteriespannung versorgt. Ein Startvorgang wird nur dann freigegeben, wenn die Glühkerzen eine bestimmte Temperatur erreicht haben.One known electronically controlled glow system for diesel engines consists of electronically controlled steel glow plugs and a controller (Special edition from MTZ Motortechnische Zeitschrift 61 (2000) 10). The Voltage on each glow plug is from a microcontroller in the control unit time and voltage dependent so guided, that achieves a very short heating time and a controlled afterglow become. This is a spontaneous cold start even at minus temperatures the glow system possible. During the preheating become the glow plugs with the maximum available Battery voltage supplied. A boot process is only released when the glow plugs have reached a certain temperature.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern eines Glühsystems für Dieselmotoren zu schaffen, mit dem eine Startfreigabe erfolgen kann, bevor das Vorglühen beendet ist.Of the Invention is based on the object, a method for controlling an annealing system for diesel engines with which a start release can be done before the Preheating finished.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bei diesem Verfahren werden die als Schnellstartglühkerzen ausgebildeten Glühkerzen während eines Zeitraums nach der Starteraktivierung mit der bei sich drehendem Starter noch verfügbaren maximalen Energie versorgt.The The object of the invention is achieved by a method according to claim 1. at This method is designed as a quick start glow plugs glow plugs while a period after the starter activation with the starter rotating still available supplied with maximum energy.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.Appropriate further education The invention are laid down in the subclaims.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in einer mit ihr erreichbaren Verkürzung der Startzeit. Die verwendeten Schnellstartglühkerzen vertragen normalerweise die Belastung mit voller Batteriespannung nur während einer kurzen Zeitspanne. Mit der Erfindung wird diese Zeitpanne verlängert, indem bei schon aktiviertem Starter oder Anlasser die verfügbare Batteriespannung absinkt und die Glühkerzen dadurch länger belastet werden können, ohne beschädigt zu werden. Geringe Schadstoffemissionen und ein gleichmäßiger Leerlauf sind dabei gewährleistet.The Advantages of the invention are in particular achievable with it shortening the start time. The quick start glow plugs used normally tolerate the full battery voltage load only for a short period of time. With the invention, this period is extended by already activated Starter or starter available Battery voltage drops and the glow plugs thereby loaded longer can be without damage to become. Low pollutant emissions and even idling are guaranteed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:

1 den Drehzahlverlauf eines Motors mit einem erfindungsgemäß gesteuerten Glühsystem im Vergleich mit einem herkömmlichen Glühsystem; 1 the speed curve of an engine with an inventively controlled annealing system in comparison with a conventional annealing system;

2 den Temperaturverlauf eines Motors mit einem erfindungsgemäß gesteuerten Glühsystem; 2 the temperature profile of an engine with an inventively controlled annealing system;

3 eine Pulsweitenmodulation der Energiezufuhr für ein erfindungsgemäß gesteuertes Glühsystem; 3 a pulse width modulation of the power supply for an inventively controlled glow system;

4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß gesteuerten Glühsystem für Dieselmotoren, und 4 a schematic representation of an inventive controlled glow system for diesel engines, and

5 das Programmablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Glühsystems. 5 the program flow diagram of a method according to the invention for controlling an annealing system.

In 1 wird der zeitliche Drehzahlverlauf eines Motors beim Starten gezeigt. Der Verlauf der Motordrehzahl N bei dem neuen Glühsystem ist in der 1 mit einer durchgehenden Linie, der Verlauf bei dem bekannten Glühsystem mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Die Drehzahl eines Dieselmotors (1) beginnt ab dem Zeitpunkt der Aktivierung des Starters oder Anlassers anzusteigen. Die Starteraktivierung bei Motoren mit bekannten Glühsystemen erfolgt zu einem Zeitpunkt ST_alt; die Starteraktivierung bei Motoren mit dem er findungsgemäßen Glühsystem erfolgt zu einem Zeitpunkt ST_neu. Die erfindungsgemäße Starteraktivierung beginnt also aus noch zu erläuternden Gründen früher als bei bekannten Systemen.In 1 the speed history of an engine during startup is shown. The course of the engine speed N in the new glow system is in the 1 with a continuous line, the course in the known glow system shown with a dashed line. The speed of a diesel engine ( 1 ) begins to increase from the time the starter or starter is activated. The starter activation in engines with known annealing systems takes place at a time ST_old; the starter activation in engines with which he inventive glow system takes place at a time ST_neu. The starter activation according to the invention thus begins sooner than in known systems for reasons to be explained.

2 zeigt den zeitlichen Temperaturverlauf einer Glühkerze. Der Temperaturverlauf bei neuen Glühsystemen ist, soweit er von dem bekannten Glühsystem abweicht, mit einer durchgehenden Linie dargestellt, während der Temperaturverlauf bei dem bekannten Glühsystem mit einer gestrichelten Linie gezeichnet ist. Die Temperatur Temp der Glühkerzen 2, siehe 4) steigt wegen der erfindungsgemäßen Starteraktivierung flacher an als bei dem bekannten Glühsystem. Zu einem Zeitpunkt BT_n ist aber die nötige Temperatur – im Beispiel 1000°C – und damit der Beginn der Einspritzung erreicht, während sie bei dem bekannten Glühsystem erst zu einem späteren Zeitpunkt BT_a beginnen kann. 2 shows the temporal temperature profile of a glow plug. The temperature profile in new glow systems, as far as it deviates from the known glow system, shown with a solid line, while the temperature profile is drawn in the known glow system with a dashed line. The temperature Temp of the glow plugs 2 , please refer 4 ) increases because of the starter activation according to the invention flatter than in the known annealing system. At a time BT_n but the necessary temperature - in the example 1000 ° C - and thus reaches the beginning of the injection, while they can start in the known glow system only at a later time BT_a.

Um den Startvorgang eines Dieselmotors zu beschleunigen werden Schnellstartglühkerzen (auch als Low-voltage-Glühkerzen bezeichnet) eingesetzt. Diese Glühkerzen heizen sich schneller auf als herkömmliche Stabglühkerzen, können aber nur eine begrenzte Zeitdauer mit voller Batteriespannung betrieben werden. Die Versorgung der Glühkerzen mit elektrischem Strom wird pulsweitenmoduliert gesteuert; der Verlauf des steuernden PWM-Signals ist aus 3 ersichtlich. Während der Vorglühphase werden die Glühkerzen mit der maximal verfügbaren Batteriespannung versorgt. Ein Startvorgang wird erst dann freigegeben, wenn die Glühkerzen eine bestimmte Temperatur erreicht haben.To accelerate the starting process of a diesel engine, quick start glow plugs (also referred to as low-voltage glow plugs) are used. These glow plugs heat up faster than conventional glow plugs, but can only run for a limited period of time at full battery voltage. Supplying the glow plugs with electric current is controlled by pulse width modulation; the course of the controlling PWM signal is off 3 seen. During the pre-glow phase, the glow plugs are supplied with the maximum available battery voltage. A starting process is only released when the glow plugs have reached a certain temperature.

Durch Erstrecken der Vorglühphase, bei der an den Glühkerzen die maximal verfügbaren Batteriespannung anliegt, in den Startvorgang hinein, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Startzeit verkürzt. In der Vorglühphase wird ein PWM-Signal mit einem Tastverhältnis (Duty Cycle) von 100% verwendet, um die Glühkerzen aufzuheizen. Dieser Zustand hielt bisher bis zur Starteraktivierung ST_a an. Wird nun ein Tastverhältnis von 100% auch über den Zeitpunkt der Starter aktivierung hinaus angelegt, wird den Glühkerzen zusätzlich Energie zugeführt, die einer zu bestimmenden Glühdauer T1 entspricht. Diese Glühdauer wird unter Berücksichtigung der tatsächlich vorhandenen Batteriespannung nach der Aktivierung des Starters – bei der in der Regel ein Einbruch von bis zu 3V bei einer 12V-Batterie stattfindet – und unter Berücksichtigung der sich im Zylinderraum verändernden thermodynamischen Zustände, die durch die während der Ankurbelung auftretenden Luftmassenströmungen verursacht werden, wie folgt ermittelt: T1 = (Tvorglühen – Start_dauer)·f(VB, MAF) (I) By extending the preglow phase, in which the maximum available battery voltage is applied to the glow plugs, into the starting process, the starting time is shortened in the method according to the invention. In the pre-glow phase, a PWM signal with a duty cycle of 100% is used to heat the glow plugs. This condition has previously persisted until starter activation ST_a. If a duty cycle of 100% is now also applied beyond the time of the starter activation, additional energy is supplied to the glow plugs which corresponds to an ignition duration T1 to be determined. This annealing time is calculated taking into account the actual battery voltage after the activation of the starter - which is usually a drop of up to 3V in a 12V battery - and taking into account the changing in the cylinder space thermodynamic states by the during the cranking occurring air mass flows are determined as follows: T1 = (T vorglühen - start_time) · f (VB, MAF) (I)

Darin sind:

T_vorglühen: die Vorglühdauer und
Start_dauer: die Startdauer;
f(VB, MAF): stellt eine Gewichtung abhängig von der Batteriespannung VB und dem Luftmassenstrom MAF (siehe unten) dar.

In it are:

_Preheat: the preheating time and
Start_dauer: the start time;
f (VB, MAF): represents a weighting depending on the battery voltage VB and the mass air flow MAF (see below).

Die so ermittelte Dauer T1 des Glühens mit der – während der Starter aktiv ist – verfügbaren Batteriespannung, wird von der bisher üblichen Vorglühdauer T2 abgezogen. Das Ergebnis ist dann die neue effektive Vorglühzeit: T2 – T1 = ST_n (II) The thus determined duration T1 of the annealing with the - while the starter is active - available battery voltage is subtracted from the usual Vorglühdauer T2. The result is the new effective pre-glow time: T2 - T1 = ST_n (II)

Eine Startfreigabe kann somit schon am Ende dieser Vorglühzeit erfolgen, das heißt bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Beispiel nach einer Zeit von weniger als 200 ms. Die neue Glühdauer wird mit einem Kennfeld ermittelt, im dem sie abhängig von den Eingangsgrößen Ladedruck TBA (Temperature Boost Air), Kühlwassertemperatur TCO (Temperature Coolant), Öltemperatur TOIL (Temperature Oil), Batteriespannung VB und Luftmassenstrom durch das Ansaugrohr MAF (Mass Air Flow) abgelegt ist. Die Zahlenwerte der Glühdauer sind von dem jeweiligen Motortyp abhängig und sie werden durch Versuche oder Modellrechnungen bestimmt.A start release can thus take place already at the end of this pre-glowing time, that is to say in the case of 1 to 3 example after a time of less than 200 ms. The new annealing time is determined using a characteristic map in which it depends on the input variables TBA (temperature boost air), cooling water temperature TCO (temperature coolant), oil temperature TOIL (temperature oil), battery voltage VB and air mass flow through the intake manifold MAF (Mass Air Flow ) is stored. The numerical values of the duration of annealing depend on the respective motor type and are determined by tests or model calculations.

Ein Glühsystem 1 für Dieselmotoren (4) besteht im Wesentlichen aus einer stiftförmigen Schnellstart-Glühkerze 2 und einem Steuergerät 4, das die Energiezufuhr zu der Glühkerze erfindungsgemäß steuert. Von dem Motor eines Kraftfahrzeugs sind hier nur – da die Bestandteile allgemein bekannt sind – in schematischer Form in Zylinder 5, ein Kolben 6 und ein Einlass- beziehungsweise Auslassventil 7, 8 dargestellt. Die Glühkerze 2 ragt in den Brennraum des Zylinders 6 hinein.An annealing system 1 for diesel engines ( 4 ) consists essentially of a pin-shaped quick start glow plug 2 and a controller 4 that controls the power supply to the glow plug according to the invention. Of the engine of a motor vehicle are here only - since the components are well known - in a schematic form in cylinder 5 , a piston 6 and an intake and exhaust valve, respectively 7 . 8th shown. The glow plug 2 protrudes into the combustion chamber of the cylinder 6 into it.

Das Steuergerät 4 umfasst eine elektronische Steuerschaltung 10, zum Beispiel in Form eines Mikroprozessors ECU, eine Kraftfahrzeugbatterie 11 zur Stromversorgung und ein Relais 12, das als Leistungshalbleiter realisiert sein kann. Die Steuerschaltung 10 enthält ein Kennfeld 14, in dem zum Betrieb des Glühsystems nötige Daten abgelegt sind. Sie überträgt an das Relais 12 PWM-Signale und steuert damit die Stromzufuhr zu der Glühkerze 2.The control unit 4 includes an electronic control circuit 10 , for example in the form of a microprocessor ECU, a motor vehicle battery 11 to the power supply and a relay 12 , which can be realized as a power semiconductor. The control circuit 10 contains a map 14 in which data necessary for the operation of the glow system is stored. It transmits to the relay 12 PWM signals and thus controls the power supply to the glow plug 2 ,

Bei dem aus 5 ersichtlichen Ablaufdiagramm eines bei dem erfindungsgemäßen Glühsystem abgearbeiteten Programms wird nach dem
Start in einem Schritt S1 die bis zu dem Beginn der Einspritzung nötige Rest-Glühzeit T1 ermittelt und parallel dazu werden in einem Schritt S2 die zwischen dem Beginn des Ankurbelns des Motors und dem Beginn der Einspritzung mögliche Temperatursteigerung und aus dieser die vor dem Ankurbeln nicht benötigte Vorheizzeit T2 ermittelt. In einem Schritt S3 wird danach abgefragt, ob die Rest-Glühzeit T1 positiv ist. Ist die Antwort ja und somit Glühen erforderlich, wird in einem Schritt S4 abgefragt, ob die Rest-Glühzeit T1 größer ist als die Vorheizzeit T2. Ist die Antwort ja und kann somit während der Startphase des Motors nicht ausreichend geheizt werden, so wird in einem Schritt S5 der Starter nicht freigegeben; die Glühkerzen bleiben aktiv, das heißt sie werden weiter beheizt, und es erfolgt ein Rücksprung zu den Schritten S1, S2. Ist die Antwort auf die Abfrage S3 nein und somit der Aufheizvorgang abgeschlossen oder nicht erforderlich, so wird in einem Schritt S6 der Starter freigegeben, und die Glühkerzen werden weiter mit geringem Strom versorgt, um eine Abkühlung zu vermeiden. Ist die Antwort auf die Abfrage S4 nein und kann somit während des Ankurbelns ausreichen vorgeheizt werden, so wird in einem Schritt S7 der Starter freigegeben, die Glühkerzen bleiben aktiv und es erfolgt ein Rücksprung zu den Schritten S1, S2. Ein Programmdurchlauf ist am dann Ende.At the 5 apparent flowchart of an executed in the glow system according to the invention program is after the
Start in one step S1 the residual glow time T1 required until the beginning of the injection is determined and, in parallel, in one step S2 the possible between the beginning of the cranking of the engine and the beginning of the injection temperature increase and from this the pre-heating time T2 not required before cranking determined. In one step S3 is then queried whether the residual glow time T1 is positive. If the answer is yes and therefore annealing is required, it will be in one step S4 queried whether the residual annealing time T1 is greater than the preheating time T2. If the answer is yes and can not be sufficiently heated during the starting phase of the engine, it will be in one step S5 the starter is not released; the glow plugs remain active, that is, they are further heated, and there is a return to the steps S1, S2. If the answer to the query S3 is no and thus the heating process is completed or not required, then in one step S6 the starter is released, and the glow plugs are further supplied with low power to prevent cooling. If the answer to query S4 is no and can thus be preheated sufficiently during cranking, then in one step S7 the starter is released, the glow plugs remain active and there is a return to steps S1, S2. A program pass is on then The End.

Das Programm wird laufend abgearbeitet.The Program is processed continuously.

Zu Schritt S1 wird angemerkt, dass eine zuvor ermittelte Vorglühdauer als Initialwert für eine Dekrementierung dient; deshalb gilt der ersichtliche Wert von T1 als „Rest-Glühzeit".To Step S1 is noted that a previously determined pre-heat duration as Initial value for a decrement is used; therefore, the apparent value of T1 as "residual glow time".

Die nötige Glühzeit T1 bis zum Beginn der Einspritzung wird in Schritt 1 abhängig von einer geschätzten Glühkerzen-Temperatur basierend auf der Motortemperatur vor Beginn des Glühens und der beim Glühen zugeführten Energie ermittelt.The necessary annealing T1 until the beginning of the injection becomes dependent on in step 1 an estimated Glow plug temperature based on the engine temperature before the start of annealing and when glowing supplied Energy determined.

In dem Schritt S2 werden die zwischen dem Beginn des Ankurbelns und dem Beginn der Einspritzung mögliche Temperatursteigerung und aus dieser die nicht benötigte Vorheizzeit vor dem Ankurbeln T2 ermittelt und zwar abhängig von dem erwarteten Spannungseinbruch beim Anlassen. Eine niedrigere Spannung führt zu einem längeren Anlassvorgang, aber auch zu einer geringeren Zufuhr von Glühenergie beim Anlassen. Außerdem tritt ein zusätzlicher Abkühleffekt durch die durch den Motor gekurbelte Luftmasse auf.In the step S2, the between the beginning of the cranking and the beginning of the injection possible Temperature increase and from this the unnecessary preheating time determined prior to cranking T2, depending on the expected voltage dip when starting. A lower voltage leads to a longer starting process, but also to a lower supply of annealing energy during tempering. In addition, occurs an additional cooling effect through the cranked by the engine air mass.

In dem Schritt S6 werden die Glühkerzen nach dem Aufheizvorgang mit geringem Strom betrieben, um eine Abkühlung zu vermeiden. Dazu wird die Stromzufuhr mit einem PWM-Wert, der zwischen 0 und 100% liegt, gesteuert. Der PWM-Wert hängt von der Batteriespannung bei laufendem Motor und ggf. von Betriebsgrößen des Motors ab, und liegt in einem Bespiel bei 250.In in step S6, the glow plugs after The heating operation is carried out with low power to a cooling avoid. For this purpose, the power supply with a PWM value between 0 and 100% is controlled. The PWM value depends on the battery voltage with the engine running and possibly from operating variables of the engine, and is in an example at 250.

Claims

A method of controlling a diesel engine glow system that electronically controls the voltage applied to glow plugs of a diesel engine necessary to achieve the triggering temperature at start up, wherein the glow plugs are pre-annealed with the maximum available battery voltage and wherein a starter activation takes place, characterized in that the glow plugs designed as quick start glow plugs ( 2 ) are supplied with the maximum energy still available while the starter is rotating during a period after starter activation.

Method according to claim 1, characterized in that that one necessary annealing (T1) until the start of injection depending on an estimated glow plug temperature based on the engine temperature before the start of annealing and when glowing supplied Energy is determined.

Method according to claim 1, characterized in that that one between the beginning of the cranking and the beginning of the Injection possible temperature increase and from this a pre-heating time (T2) not required before cranking depends on the expected voltage dip at startup.

Method according to claim 1, characterized in that that the glow plugs after the heating process, to avoid cooling, with low Be powered, the power supply having a PWM value, which is between 0 and 100%.

Method according to claim 1, characterized in that that the period while the glow plugs after the starter activation continues to be supplied with maximum energy be, depending from the battery voltage present after starter activation and of the thermodynamic changes in the cylinder space Parameters is determined.

Method according to one of the preceding Claims, comprising the following steps: - the remaining glow time (T1) necessary until the start of the injection is determined (step S1), in parallel - the temperature increase and possible between the beginning of the cranking of the engine and the beginning of the injection this determines the pre-heating time (T2) not required before cranking (step S2); after that - it is queried (step S3) whether the residual glow time T1 is positive; If the residual glow time (T2) is positive, a query is made as to whether the residual glow time (T1) is greater than the preheat time (T2) (step S4); If the residual annealing time (T1) is greater than the preheating time (T2), the starter is not released (step S5); If the residual annealing time (T1) is less than the preheating time (T2), the starter is released (step S6) and the glow plugs continue to be supplied with low power; - If the residual glow time (T1) is negative, the starter is released (step S7), the glow plugs remain active.