DE102010040682A1

DE102010040682A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102010040682A1
Application number: DE102010040682A
Authority: DE
Inventors: Carsten Scholten; Peter Kappelmann; Rainer Moritz; Dirk Stockmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-15
Also published as: US20130228007A1; JP5512047B2; CN103097719B; CN103097719A; WO2012034772A1; EP2616668A1; JP2013537279A; US8826729B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor, bei welchen während eines Fahrzyklusses wenigstens ein elektrischer Parameter (I) der Glühstiftkerze (21 bis 24) bestimmt wird, der mit einem abgespeicherten Wert der gleichen elektrischen Parameter (I) der Glühstiftkerze (21 bis 24) verglichen wird, welcher in einem vorangegangenen Fahrzyklus bestimmt wurde. Bei einem Verfahren, welches eine genaue Bestimmung des Wechsels einer Glühstiftkerze gewährleistet, ohne dabei von den Umgebungsbedingungen des Verbrennungsmotors abhängig zu sein, wird in dem Fahrzyklus derselbe elektrische Parameter (I) bei allen im Verbrennungsmotor verbauten Glühstiftkerzen (21 bis 24) bestimmt, wobei sich diese elektrischen Parameter (I) der Glühstiftkerzen (21 bis 24) in einem bestimmten Muster zueinander verhalten und dieses Muster des elektrischen Parameters (I) der Glühstiftkerzen (21 bis 24) mit einem Muster verglichen wird, welches in einem vorhergehenden Fahrzyklus ermittelt wurde, wobei bei einer Abweichung des Musters des Fahrzyklusses von einem Muster des vorhergehenden Fahrzyklusses auf einen Wechsel einer Glühstiftkerze (21 bis 24) erkannt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor, bei welchem während eines Fahrzyklusses wenigstens ein elektrischer Parameter der Glühstiftkerze bestimmt wird, der mit einem abgespeicherten Wert des gleichen elektrischen Parameters der Glühstiftkerze verglichen wird, welcher in einem vorangegangenen Fahrzyklus bestimmt wurde, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 10 2008 007 398 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen des Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Brennkraftmotor bekannt, bei dem zu Beginn eines Fahrzyklusses wenigstens eine elektrische Kenngröße wenigstens einer Glühstiftkerze gemessen, ein aktueller Wert dieser Kenngröße bestimmt und mit wenigstens einem gespeicherten Wert der gleichen elektrischen Kenngröße dieser Glühstiftkerze verglichen wird, der zu Beginn wenigstens eines vorangegangenen Fahrzyklus bestimmt wurde und bei dem dann, wenn die Abweichung des aktuellen Werts von dem abgespeicherten Wert einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, auf einen Kerzenwechsel erkannt wird. Zu einer solchen kerzenindividuellen Auswertung werden Strom-, Widerstands- und/oder elektrische Leistungsverläufe bzw. einzelne definierte Werte herangezogen, indem diese Verläufe und/oder Werte aus den jetzigen und dem vorhergehenden Fahrzyklus verglichen werden. Da diese kerzenindividuellen Strom-, Widerstands- und elektrische Leistungsverläufe stark von den Umgebungsbedingungen abhängen, ist es schwierig, diese immer genau auszuwerten, da in den verschiedenen Fahrzyklen die Umgebungsbedingungen nicht immer unbedingt identisch eingestellt werden können.
Diese individuellen Strom-, Widerstands- und elektrischen Leistungsverläufe und/oder -werte jeder Glühstiftkerze hängen von dem Alter der Kerze, den Umgebungsbedingungen (Motorbetriebsbedingungen) und der angelegten Spannung ab. Diese Unterschiede existieren für Glühstiftkerzen gleichen Typs.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor anzugeben, welches unabhängig von den Umgebungsbedingungen ein genaues Erkennen des Wechsels der Glühstiftkerze ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in dem Fahrzyklus derselbe elektrische Parameter bei allen im Verbrennungsmotor verbauten Glühstiftkerzen bestimmt wird, wobei sich diese elektrischen Parameter der Glühstiftkerzen in einem bestimmten Muster zueinander verhalten und dieses Muster des elektrischen Parameters der Glühstiftkerzen mit einem Muster verglichen wird, welches in einem vorhergehenden Fahrzyklus ermittelt wurde, wobei bei einer Abweichung des Musters des Fahrzyklusses von einem Muster des vorhergehenden Fahrzyklusses auf einen Wechsel einer Glühstiftkerze erkannt wird. Das bedeutet, wenn eine Glühstiftkerze einen höheren Strom- und/oder Leistungswert bei Volllast im Vergleich zu einer anderen Glühstiftkerze hat, so muss diese auch im Leerlauf einen höheren Strom- und/oder Leistungswert als die andere Glühstiftkerze haben. Diese Kontinuität bei den elektrischen Parametern wird zur Erkennung des Wechsels der Glühstiftkerzen ausgewertet. Dies hat den Vorteil, dass eine deutliche Verbesserung in Bezug auf die Robustheit der Erkennung des Wechsels der Glühstiftkerzen erzielt wird.
Vorteilhafterweise wird das Muster der Glühstiftkerzen durch die Größenordnungen des an den verschiedenen Glühstiftkerzen gemessenen elektrischen Parameters bestimmt. Durch die Betrachtung des jeweiligen Größenverhältnisses, welches bei jedem Betriebszustand beibehalten wird, lässt sich besonders einfach erkennen, welche Kerze im Einzelnen ausgewechselt wurde.
In einer Ausgestaltung wird der mindestens eine elektrische Parameter aller Glühstiftkerzen zum annähernd selben Zeitpunkt gemessen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Messung bei allen Glühstiftkerzen im selben Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfolgt.
In einer Weiterbildung werden die Muster der elektrischen Parameter der Glühstiftkerzen über Fahrzyklen hinweg gespeichert und aus der Diskontinuität des Musters mit dem gespeicherten Muster auf einen Kerzenwechsel erkannt. Dadurch werden aktuelle Abweichungen mit einer Historie vergleichbar, wodurch ein natürlicher Alterungsverlauf der Glühstiftkerzen ausgeblendet werden kann.
In einer Variante ist der elektrische Parameter ein Strom und/oder ein Widerstand und/oder eine Leistung der Glühstiftkerze. Somit können die unterschiedlichsten kerzenindividuellen Parameter zur Bildung eines Musters der im Verbrennungsmotor verbauten Glühstiftkerzen herangezogen werden.
In einer Variante ist der Widerstand ein Kaltwiderstand, ein Heißwiderstand und/oder eine Widerstandsänderung. Eine Änderung dieser Werte bietet einerseits ein sicheres Indiz für einen Kerzenwechsel. Gleichzeitig sind diese Werte verhältnismäßig einfach messbar und werden üblicherweise schon in einer Glühstiftkerzensteuerung erfasst.
In einer Weiterbildung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erkennen des Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor mit einer Messeinheit zum Messen wenigstens eines elektrischen Parameters einer Glühstiftkerze und einer Speichereinheit zum Speichern des wenigstens einen elektrischen Parameters einer Glühstiftkerze. Bei einer Vorrichtung, welche ein genaues Ergebnis der Feststellung des Wechsels der Glühstiftkerze unabhängig von den Umgebungsbedingungen liefert, misst die Messeinheit wenigstens einen elektrischen Parameter aller, im Verbrennungsmotor verbauten Glühstiftkerzen und die Speichereinheit speichert die gemessenen Werte des mindestens einen elektrischen Parameter aller Glühstiftkerzen und eine mit der Messeinheit und der Speichereinheit verbundene Musterdetektionseinheit bestimmt das Muster, welches von dem mindestens einem elektrischen Parameter aller Glühstiftkerzen gebildet wird, und vergleicht dieses mit dem sich aus den abgespeicherten Werten des mindestens einen Parameters der Glühstiftkerzen ergebenden Muster und erkennt bei Abweichung des Musters der gemessenen Werte von dem Muster der gespeicherten Werte auf einen Wechsel einer Glühstiftkerze. Die Auswertung des Musters hat dabei den Vorteil, dass, wenn eine Glühstiftkerze, im Vergleich zu einer anderen Glühstiftkerze, eine geringere Strom- und Leistungsaufnahme z. B. im Leerlauf aufweist, auch unter Volllast eine geringere Strom- und Leistungsaufnahme im Vergleich zu der anderen Glühstiftkerze unabhängig vom eigentlichen Betrag aufweist. Somit kann durch den Vergleich des Musters der Strom- und Leistungsaufnahme der Glühstiftkerzen untereinander der Wechsel robuster detektiert werden, als wenn lediglich jede Kerze für sich verglichen wird. Da unterschiedliche Kerzentypen mit denselben geometrischen Abmessungen existieren, können falsch verbaute Glühstiftkerzen mit einer nicht korrekt ausgelegten Spannung sofort erkannt werden. Diese nicht korrekt ausgelegte Spannung führt zu einer falschen Kerzentemperatur mit der Folge, dass, wenn die Glühstiftkerze zu heiß wird, diese zerstört wird, was zu einem Motorschaden führen kann. Ist die Glühstiftkerze zu kalt, so hat dies negative Einflüsse auf das Verbrennungsverhalten des Motors. Durch die Auswertung des Musters werden solche schädigende Wirkungen zuverlässig unterbunden. Des Weiteren muss ein Service-Mitarbeiter nicht aktiv den Kerzentausch einem, die Glühstiftkerzensteuerung ausführenden Motor- und/oder Glühzeitsteuergerät bekannt machen. Softwarealgorithmen, die auf dem alterungsbedingten Verlauf der kerzenindividuellen Parameter beruhen, können auf den Glühstiftkerzenwechsel korrekt reagieren und führen nicht zu Fehlfunktionen.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: Prinzipdarstellung eines Glühsystems in einem Kraftfahrzeug.
Kalte Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, benötigen bei Umgebungstemperaturen von < 40°C eine Starthilfe zur Zündung des in dem Verbrennungsmotor eingeleiteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Als Starthilfe werden Glühsysteme eingesetzt, welche aus Glühstiftkerzen, einem Glühzeitsteuergerät und einer Glühsoftware, die in einem Motorsteuergerät oder dem Glühzeitsteuergerät abgelegt ist, besteht. Außerdem werden Glühsysteme auch zur Verbesserung der Emission des Fahrzeuges benutzt. Weitere Einsatzgebiete des Glühsystems bestehen im Brennerabgassystem, bei der Standheizung, bei der Vorwärmung von Kraftstoff oder der Vorwärmung des Kühlwassers.
1 zeigt ein solches Glühsystem, bei welchem mehrere Glühstiftkerzen 2 bis 24 vorhanden sind, wobei jede Glühstiftkerze 21 bis 24 in jeweils einen Zylinder eines nicht weiter dargestellten Brennraumes des Verbrennungsmotors hineinragt. Die Glühstiftkerzen 21 bis 24 sind identisch aufgebaut und stellen übliche Niederspannungsglühstiftkerzen dar. In 1 sind die Glühstiftkerzen 21 bis 24 der Einfachheit halber als Ersatzwiderstand dargestellt, welche an die Masse 3 des Verbrennungsmotors führen.
Die Glühstiftkerzen 21 bis 24 sind mit einem Glühzeitsteuergerät 4 verbunden, welches für jede Glühstiftkerze 21 bis 24 einen Leistungshalbleiter 51 bis 54 aufweist. Das Glühzeitsteuergerät 4 umfasst einen Mikrocontroller 4a zur Verarbeitung ein- und ausgehender Signale. Alternativ kann anstelle des Mikrocontrollers 4a auch ein ASIC verwendet werden. Weiterhin ist eine Bordnetz-Spannung 6 mit dem Glühzeitsteuergerät 4 verbunden, welche die Glühstiftkerzen 21 bis 24 über die Leistungshalbleiter 51 bis 54 mit der erforderlichen Effektivspannung versorgt. Das Glühzeitsteuergerät 4 führt an ein Motorsteuergerät 7, welches wiederum mit dem nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotor verbunden ist. Das Motorsteuergerät 7 und das Glühzeitsteuergerät 4 weisen eine Schnittstelle auf. Diese Schnittstelle kann sowohl aus einer Eindraht- als auch einer Zweidrahtverbindung 10, 11 (1) bestehen. Über diese Schnittstelle werden Daten zwischen dem Motorsteuergerät 7 und dem Glühzeitsteuergerät 4 ausgetauscht, wobei darüber sowohl die Ansteuerung des Glühzeitsteuergerätes 4 erfolgt als auch die Diagnosekommunikation. Das Glühzeitsteuergerät 4 gibt über die Leistungshalbleiter 51 bis 54 an die Glühstiftkerzen 21 bis 24 ein pulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal ab, welches an der jeweiligen Glühstiftkerze 21 bis 24 die erforderliche Glühstiftkerzensteuerspannung einstellt. Das Glühzeitsteuergerät 4 umfasst dabei eine Messeinheit 12, eine Speichereinheit 13 sowie eine Mustererkennungseinheit 14.
Um nun den Wechsel einer Glühstiftkerze 21 bis 24 im Verbrennungsmotor zu erkennen, gibt das Glühzeitsteuergerät 4, insbesondere der Mikrocontroller 4a, ein Signal aus, bei welchem an allen Glühstiftkerzen 21 bis 24 beispielsweise im Betriebszustand des Leerlaufes der elektrische Strom durch die in dem Mikrocontroller 4a enthaltenen Messeinheit 12 gemessen wird. Dies erfolgt zu Beginn eines Fahrzyklus des Kraftfahrzeuges. Die von der Messeinheit 12 gemessenen elektrischen Stromwerte aller Glühstiftkerzen 21 bis 24 werden in der Speichereinheit 13 abgespeichert. In dem darauffolgenden Fahrzyklus wird ebenfalls zu Beginn des Fahrzyklus ein weiteres Signal ausgegeben, so dass die Messeinheit 12 wiederum die Stromwerte der Glühstiftkerzen 21 bis 24 misst. Dies kann dieses Mal bei Volllast geschehen. Die Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeuges spielen bei dieser Art der Messung keine weitere Rolle. Durch die Mustererkennungseinheit 14 werden anschließend in der Speichereinheit 13 abgespeicherte Werte der im ersten Fahrzyklus aufgenommenen Stromwerte aller Glühstiftkerzen 21 bis 24 mit allen Stromwerten der Glühstiftkerzen 21 bis 24 verglichen, die von der Messeinheit 12 im zweiten Fahrzyklus geliefert wurden.
Die Stromwerte zeigen dabei in ihren Größenverhältnissen zueinander ein bestimmtes Muster, welches im Leerlauf ähnlich beschaffen ist wie unter Volllast. Wurde keine Glühstiftkerze ausgewechselt, so sind die Größenordnungen der einzelnen Stromwerte der Glühstiftkerzen 21 bis 24 sowohl der gespeicherten Werte als auch der im zweiten Zyklus neu gemessenen Werte gleich. Verschieben sich allerdings diese Größenverhältnisse der Glühstiftkerzen 21 bis 24 untereinander, wird davon ausgegangen, dass eine Glühstiftkerze ausgewechselt wurde.
Dies soll am nachfolgenden Beispiel näher erläutert werden. So wurden z. B. während des ersten Fahrzyklus bei einer Kerzenspannung von U = 5 V ein Kerzenstrom In, wobei n = 1 bis 4, an den Glühstiftkerzen 21 bis 24 (insgesamt 4 Glühstiftkerzen) gemessen. Die abgespeicherten Werte betragen dabei
I1 = 3,2 A; I2 = 3,1 A; I3 = 3,2 A; I4 = 3,5 A.
In der zweiten Messung, welche von der Messeinheit 12 ausgeführt wurde, wurde eine Kerzenspannung von U = 7 V angelegt. Dabei wurden folgende Kerzenströme gemessen:
I1 = 3,7 A; I2 = 3,5 A; I3 = 3,7 A; I4 = 4,0 A.
Daraus ergibt sich folgendes Muster in Abhängigkeit von der Größe der einzelnen gemessenen Werte
I2 < I1 = I3 < I4.
Da sowohl bei der Spannung von 5 Volt als auch bei der Spannung von 7 Volt das gleiche Muster des Kerzenstromes von den Glühstiftkerzen 21 bis 24 erzeugt wurde, kann sicher davon ausgegangen werden, dass keine der Glühstiftkerzen 21 bis 24 ausgewechselt wurde.
Wurde nun aber bei einer Spannung von 6 Volt folgendes gemessen:
I1 = 3,5 A; I2 = 3,4 A; I3 = 3,5 A; I4 = 3,3 A
ergibt sich daraus folgendes Muster:
I4 < I2 < I1 = I3.
Daraus ist ersichtlich, dass das Muster sich zu dem zuvor erläuterten Muster verändert hat. Da nur der Kerzenstrom der Kerze 24 seinen Wert geändert hat, kann daraus geschlossen werden, dass die Glühstiftkerze 24 ausgetauscht wurde.
Dadurch, dass der Vergleich der abgespeicherten Werte bei bestimmten Motorbedingungen erfolgt (z. B. Injektormenge, Drehzahl und ähnliches), muss nicht auf diese Umgebungsbedingungen geachtet werden bzw. es können größere Toleranzbereiche zugelassen werden. Durch die Musterbildung können die Grenzwerte der Motorbedingungen und der Schwellwerte zum Detektieren eines Kerzenwechsels weiter gefasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008007398 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor, bei welchem innerhalb eines Fahrzyklusses wenigstens ein elektrischer Parameter (I) der Glühstiftkerze (21 bis 24) bestimmt wird, der mit einem abgespeicherten Wert des gleichen elektrischen Parameters (I) der Glühstiftkerze (21 bis 24) verglichen wird, welcher in einem vorangegangenen Fahrzyklus bestimmt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrzyklus derselbe elektrische Parameter (I) bei allen im Verbrennungsmotor verbauten Glühstiftkerzen (21 bis 24) bestimmt wird, wobei sich diese elektrischen Parameter (I) der Glühstiftkerzen (21 bis 24) in einem bestimmten Muster zueinander verhalten und dieses Muster mit einem Muster des elektrischen Parameters (I) der Glühstiftkerzen (21 bis 24) verglichen wird, welches in einem vorhergehenden Fahrzyklus ermittelt wurde, wobei bei einer Abweichung des Musters des Fahrzyklusses von einem Muster des vorhergehenden Fahrzyklusses auf einen Wechsel einer Glühstiftkerze (21 bis 24) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster der Glühstiftkerzen (21 bis 24) durch die Größenordnung des an den verschiedenen Glühstiftkerzen (21 bis 24) gemessenen elektrischen Parameters (I) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Parameter (I) für alle Glühstiftkerzen (21 bis 24) zum annähernd gleichen Zeitpunkt gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Muster der elektrischen Parameter (I) der Glühstiftkerzen (21 bis 24) über Fahrzyklen hinweg gespeichert werden und aus der Diskontinuität des Musters mit den gespeicherten Mustern auf einen Kerzenwechsel erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Parameter ein Strom (I) und/oder ein Widerstand und/oder eine Leistung der Glühstiftkerze ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand einen Kaltwiderstand, einen Heißwiderstand und/oder eine Widerstandsänderung umfasst.
Vorrichtung zum Erkennen des Wechsels von Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor, mit einer Messeinheit (12) zum Messen wenigstens eines elektrischen Parameters (I) einer Glühstiftkerze (21 bis 24) und einer Speichereinheit (13) zum Speichern des wenigstens einen gemessenen elektrischen Parameters (I) einer Glühstiftkerze (21 bis 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (12) den wenigstens einen elektrischen Parameter (I) aller im Verbrennungsmotor verbauten Glühstiftkerzen (21 bis 24) misst und die Speichereinheit (13) die gemessenen Werte des mindestens einen elektrischen Parameters (I) aller Glühstiftkerzen (21 bis 24) speichert und eine mit der Messeinheit (12) und der Speichereinheit (13) verbundene Musterdetektionseinheit (14) das Muster, welches von dem mindestens einen elektrischen Parameter (I) aller Glühstiftkerzen (21 bis 24) gebildet wird, mit dem sich aus den abgespeicherten Werten des mindestens einen Parameters (I) der Glühstiftkerzen (21 bis 24) gebildeten Muster vergleicht und bei Abweichung des Musters der gemessenen Werte von dem Muster der gespeicherten Werte auf einen Wechsel einer Glühstiftkerze (21 bis 24) erkennt.