DE3107994C2

DE3107994C2 - Vorglühsteuereinrichtung für Dieselmotoren

Info

Publication number: DE3107994C2
Application number: DE3107994A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Higashimatsuyama Saitama Watanabe
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1980-03-03
Filing date: 1981-03-03
Publication date: 1983-06-30
Also published as: JPS56121870A; US4962300A; GB2070803B; DE3107994A1; GB2070803A

Abstract

Es ist eine Vorglühsteuerschaltung für Dieselmotore geschaffen, in welcher die an einem in Reihe mit einer Glühkerze geschalteten Widerstand erzeugte Spannung, welche die Temperatur der Glühkerze anzeigt, durch einen Verstärker verstärkt wird. Die verstärkte Spannung wird mit einer vorher festgelegten Bezugsspannung verglichen, um den Vorglühstrom durch die Glühkerze zu steuern, so daß die Temperatur der Glühkerze ohne ein Erhöhen des Widerstandswertes des Fühlwiderstandes genau gesteuert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorglühsteuereinrichtung für Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung soll die Glühtemperatur einer Glühkerze zum Vorheizen der Verbrennungskammer des Motors vor dessen Start steuern.

Im allgemeinen muß beim Starten eines Dieselmotors zuerst dessen Glühkerze auf eine vorbestimmte Temperatur vorgeglüht werden. Hierzu sind Einrichtungen zum Steuern des Vorglühens eines Dieselmotors bekannt, die eine Bezugsspannung- mit einer Spannung aus einem Fühlwiderstand vergleichen. Der Fühlwiderstand ist dabei in Reihe mit einer Glühkerze mit großem positiven Temperaturkoeffizient geschaltet. Der Widerstand der Glühkerze nimmt daher bei einem Temperaturanstieg zu. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Bezugsspannung und der Spannung an dem Fühlwiderstand wird ein zwischen der Glühkerze und einer Batterie vorgesehener Schalter gesteuert. Daher muß, um die Temperatur der Glühkerze mit einer solchen herkömmlichen Einrichtung genau festzustellen, der Widerstand des Fühlwiderstands groß gemacht werden, um ah ihm eine größere Spannungsänderung bei einer Temperaturänderung an der Glühkerze zu erhalten und um die Wirkung der Streuung des Widerstandswertes des Fühlwiderstandes, der Glühkerze und der Leitung zu verringern. Jedoch nimmt die vom Fühlwiderstand verbrauchte Energie zu, wenn dessen Widerstandswert höher ist, was bedeutet, daß das Aufheizen der Glühkerze auf eine varbestimmte Temperatur langer dauert Ferner ist ein solcher Fotowiderstand unvermeidbar größer und teurer.

Aus der DE-OS 29 06 731 ist eine Vorglühsteuereinrichtung für Dieselmotoren der eingangs angegebenen Gattung bekannt, die schon einen in Reihe mit der Glühkerze geschalteten kleinen Widerstand, um eine möglichst geringe Energieaufnahme zu erreichen, verwendet Bei kleinen Widerständen ist aber nachteilig, daß die aus dem angegebenen Stand der Technik zu entnehmende Anordnung durch Exemplarstreuungen sehr leicht in ihrer Funktion beeinträchtigt werden kann. Die Kleinheit des Widerstandes läßt sowohl fertigungstechnisch als auch temperaturabhängig Schwankungen zu, die unmittelbar dem Komparator, der beispielsweise unter Verwendung eines Operationsverstärkers geschaltet ist zugeleitet werden.

Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der angegebenen Gattung dahingehend weiterzubilden, daß trotz Exemplarstreuung zur Vermeidung überflüssigen Energieverbrauchs ein kleiner in Reihe mit der Glühkerze geschalteter Fühlwiderstand verwendet werden kann und dennoch eine genaue Steuerung der Glühkerzentemperatur erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird in der angegebenen Einrichtung durch einen Verstärker zum Verstärken der Spannung an dem Widerstand gelöst

Die erfindungsgemäße Lösung hat insbesondere den

Vorteil, daß nunmehr trotz Exemplarstreuungen eine genaue Steuerung der Glühkerzentemperatur ermöglicht ist

Die Schaltung kann unter stabilen Bedingungen betrieben werden, selbst wenn die Spannung der Energiequelle geändert wird. Die Temperatur der Glühkerze kann also insbesondere genau gesteuert werden, ohne daß der Widerstandswert des Fühlwiderstandes vergrößert wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beanspruch».

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der

Erfindung,

Fig.2 eine schematische Wiedergabe einer im einzelnen wiedergegebenen Schaltung der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausfüii-

rungsform der Erfindung,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer im einzelnen wiedergegebenen Schaltung der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform. In F i g. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungs-

form einer Vorglühsteuereinrichtung für Dieselmotore gemäß der Erfindung dargestellt. Die Vorglühsteuereinrichtung ist eine Einrichtung zum Steuern der Vorglühbedingung einer Glühkerze I unter Zugrundelegung des Änderungswertes des durch die Glühkerze 1

fließenden Stroms, und die Glühkerze 1 ist mit einer Energiequelle B über eine Reihenschaltung aus einem Fühlwidefständ 2 zum Feststellen des durch die Glühkerze 1 fließenden Heizstroms, eines Schaltelementes 3 und eines Leistungsschalters S verbunden. Die

Glühkerze 1 weist einen derart großen positiven Temperaturkoeffizienten auf, daß ihr Widerstandswert bei niedrigen Temperaturen niedrig ist, aber sofort ansteigt, wenn ihre Temperatur nahe einer vorbestimm-

ten Temperatur kommt. Um festzustellen, ob die Temperatur der Glühkerze 1 eine vorbestimmte Temperatur aufgrund deren Widerstandsänderung infolge einer Temperaturänderung erreicht hat, oder nicht, wird eine Spannung Vj an dem Fühlwiderstand 2 an einen Verstärker 4 angelegt, wo sie um einen vorbestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt wird. Die sich dann ergebende Ausgangsspannung V2 am Verstärker 4 wird an einen Eingang eines Vergleichers 6 angelegt An den anderen Eingangsanschluß des Vergleichers 6 wird eine von einem Bezugsspannungsgenerator 3 erzeugte Bezugsspannung V₃ angelegt und der Pegel der Bezugsspannung Vi wird mit dem der Spannung V₃ in dem Vergleicher 6 verglichen. Der Wert der Spannung V₃ ist so eingestellt daß er gleich dem Wert der Ausgangsspannung Vi zu dem Zeitpunkt ist wenn die Temperatur der Glühkerze 1 eine vorbestimmte Vorglühtemperatur erreicht Infolgedessen ist die Ausgangsspannung V₄ des Vergleichers 6 hoch, wenn die Spannung Vz größer als die Spannung V₃ ist und wird niedrig, wenn die Spannung V₂ niedriger als die Spannung V₃ ist Die Ausgangsspannung V₄ wird an einen Eingang eines weiteren Verstärkers 7 angelegt und ein Ausgangssignal Si des Verstärkers 7 wird zn das Schaltelement 3 als Steuersignal angelegt Wenn dann ₂j die Ausgangsspannung V₄ niedrig wird, wird das Schaltelement abgeschaltet, wodurch das Vorglühen der Glühkerze 1 beendet wird. Ein Kondensator 16 und ein Widerstand 17 werden dazu benutet das Schaltelement 3 für eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem der _J0 Leistungsschalter Seingeschaltet ist, in eingeschaltetem Zustand zu halten.

Die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung wird numnehr im einzelnen beschrieben. Wenn der Schalter S geschlossen ist da ein Strom zum Laden des _J5 Kondensators 16 über den Widerstand 17 fließt steigt der Spannungspegel am Eingang des Verstärkers 7 sofort hoch genug an, so daß der Verstärker 7 ein Ausgangssignal Si erzeugt durch das das Schaltelement 3 angeschaltet wird, worauf dann Strom durch Glühkerze 1 zu fließen beginnt Sobald der Strom durch die Glühkerze 1 zu fließen beginnt, wird eine Spannung an dem Fühlwiderstand 2 erzeugt Da der Anfangsstrom groß ist, wird die Spannung V₂ größer als die Spannung V₃, und der Pegel der Ausgangsspannung V₄ kann auf einem hohen Pegel gehalten werden, selbst nachdem ein Ladestrom auihört zu dem Kondensator 16 zu fließen. Der Widerstand der Glühkerze 1 wird mit dem Temperaturanstieg allmählich größer, während die Amplitude der Spannung V₁ allmählich abnimmt Wenn die Temperatur der Glühkerze 1 eine vorbestimmte Vorglühtemperatur erreicht fällt da die Spannung V₂ kleiner als die Spannung V₃ wird, die Spannung V₄ am Vergleicher 6 ab, wodurch das Schaltelement 3 abgeschaltet wird. Das heißt, das Vorglühen der Glühkerze 1 hört automatisch auf, wenn die Temperatur der Glühkerze 1 eine vorbestimmte Temperatur erreicht

Da bei dieser Schaltung die Temperatur Vi durch den Verstärker 4 verstärkt wird, kann das Vorglühen genau gesteuert werden, selbst wenn der Widerstandswert des Fühlwiderstandes 2 verhältnismäßig klein ist. Infolgedessen kann die Größe des Fühlwiderstands 2 verkleinert werden und darüber hinaus kann wirksam verhindert werden, daß die Glühkerze unzureichend ti oder übermäßig vorgeglüht wird.

In Fig. 2 ist eine schematische Schaltung einer ins einzelne gehenden Ausfüiirungsform der Erfindung dargestellt, welche dem Blockschaltbild in Fig, I entspricht. Die Teile oder Elemente der Fig,2, die denen in F i g. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet

In Fig.2 weist der Verstärker 4 eine bekannte Schaltung aus einem Operationsverstärker 40 und Widerständen 41 bis 44 auf, und die Spannung Vl wird üb··*¹ die Widerstände 41 und 42 an einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 40 angelegt Die verstärkte Ausgangsspannung V₂ wird am Ausgang des Operationsverstärkers 40 erhalten, und sie (Vt) wird über einen Widerstand 12 an den Vergleicher 6 angelegt Der Bezugsspannungsgenerator 5 besteht aus Widerständen 50 und 51, welche eine Spannung V, zwischen dem Scheitungspunkt A zwischen dem Schaltelement 3 und dem Fühlwiderstand 2 und Erde teilt Die geteilte Spannung V₃ am Widerstand 51 wird als Bezugsspannung an den Vergleicher 6 angelegt, und die sich ergebende Ausgangsspannung V₄ wird durch Teilen der Ausgangsspannung des Vergleichers 6 mit Hilfe von Widerständen 13 .sA 14 erhalten. Der Verstärker 7 weist Transistoren TSt r,nd 71 und Widerstände 72 bis 74 auf, und die Spannung V₄ wird an die Basis des Transistors 70 angelegt Die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 73 und 74, weiche in der Kollektorschaltung des Transistors 71 vorgesehen sind, wird an die Basis eines Transistors 30 angelegt, der als Schaltelement wirkt Wenn daher die Spannung V₄ hoch genug wird, um die Transistoren 70 und 71 anzuschalter, wird der Spannungspegel an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 73 und 74 niedrig, so daß der Transistor 30 angeschaltet wird. Wenn dagegen die Spannung V₄ niedrig ist, werden die Transistoren 70 und 71 abgeschaltet, und damit wird auch der Transistor 30 abgeschaltet Um den ein- oder ausgeschalteten Zustand des Transistors 30 anzuzeigen, ist eine Lampe 19 zwischen dem Kollektor des Transistors 71 und der positive Spannung führenden Leitung LN vorgesehen. Die Lampe 19 geht aus, wenn der Vorglühvorgang beendet ist

Die Arbeitsweise der in Fig.2 wiedergegebenen Schaltung wird nunmehr beschrieben. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ohne weiteres zu ersehen, daß der Transistor 30 durch den Ladestrom, der in den Kondensator 16 zu dem Zeitpunkt fließt, wenn der Schalter 5 geschlossen ist, angeschaltet wird. Der Wert der Spannung Vj, die durch den durch die Glühkerze 1 fließenden Strom erzeugt wird, kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Rs

(D

wobei Rs der Widerstandswert des Fühlwiderstandes und Rg der Widerstandswert der Glühkerze ist Widerstandswerte Α· bis A₄₄, welche die Wic!erstandswerte der Widerstände 41 bis 44 sind, können entsprechend den folgenden Gleichungen festgelegt werden:

A₄₄

+ R4I R42 + "44

wobei K der Verstärkungsfaktor 4 ist.

Folglich kann die Hezugsspannung Γ, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

*<■

wobei ft™ und ftsi die Widerstandswerte der Widerstünde 50 bzw. 51 sind. Der Wert V₁ ■ K, der die in CJI. (I) ausgedrückte. /C-fache Spannung K, ist, wird mit dem Wert der durch die Gl. (4) ausgedrückten Spannung Ki in dem Vcrgleichcr 6 verglichen, und das Schaltelement wird entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs gesteuert.

Das heißt, die Bedingung, unter welcher das Schaltelement 3 ausgeschaltet wird, isl folgende:

ft,

ft„ t- ft

Daher kann die Ungleichung (M lolgemlermaljen ausgedrückt werden:

ft, > ft

ft, t ft.

Aus der I ingleicluing (h) ist /u ersehen, dall die Bedingung, bei welcher das Schaltelement abgeschaltet wird, nicht von dem Wert der Spannung K, abhängt. Infolgedessen wird die Arbeitsweise dieser Schaltung nicht unmittelbar durch eine Änderung in der Versorgungsspannung beeinflußt. Darüber hinaus kann aus der Ungleichung (6) ersehen werden, daß ein durch die Glühkerze fließender Strom immer unstetig ist. wenn der Widerstandswert der Glühkerze einen vorbestimmten Wert erreicht, welcher unabhängig von der Größe des Spannungsabfalls am Schaltelement 3 oder dem Widerstandswert des Drahtes zwischen der Energiequelle H und dem Schaltelement 3 ist. Infolgedessen kann das Vorglühen der Glühkerze genau gesteuert werden.

Um zu verhindern, daß die Ausgangsspannung des Vergleichen 6 wieder hoch wird, wenn das Schaltelement 3 abgeschaltet ist. wird die Spannung am Kollektor des Transistors 70 statt der Spannung V\ an den negativen Anschluß des Vergleichers 3 über einen Widersiand 15 und eine Diode 18 angelegt. Wenn daher der Kollektor des Transistors 70 ausgeschaltet ist. ist die Diode 18 in Sperrichtung vorgespannt, so daß der Vergleicher 6 den Vergleich ausführt, wie 'orstehend beschrieben ist. Wenn jedoch -der Transistor 70 angeschaltet wird, wird die hohe Spannung am Kollektor des "i ransistors 70. welche beinahe gleich der Spannung der Energiequelle ist. an den negativen Anschluß des Vergleichers 6 angelegt, so daß die Ausgangsspannung V₄ unabhängig vor dem Verschwinden der Spannung V, auf einem hohen Pegel gehalten ist.

In F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Die in F i g. 3 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung · dadurch, daß ein Bezugsspannungsgenerator 8 vorgesehen ist. um eine Bezugsspannung aufgrund einer Spannung Γ an der Glühkerze 1 zu erzeugen. Die mit der Bezug^spannung Vj zu vergleichende Spannung Vi wird durch Verstärken der Spannung V₁ an dem · Fühlvviderstand 2 durch einen Verstärker 9 in ähnlicher Weise wie in der Ausführungsform der F i g. 1 erreicht. In Fig. 3 sind die Teile oder Elemente, die denen in I'i g. I entsprechen, mit den gleichen lie/iigszeichen bezeichnet. Mit W, und VV',, sind die Widerslandswerlc der Verbindungsleitungen (die l.eitungswidcrstände) bezeichnet. Wenn die Bezugsspannung V₁ unter Zugrundelegung der an der Glühkerze I geschaffenen Spannung W er/eugl wird, können die Einflüsse infolge der l.eilungswiderslände IV, und VV/, der Verbindiings leitungen beseitigt werden, so daß eine noch genauere Vorgliihsieiieriing durchgeführt werden kann.

Die Gründe hierfür werden nunmehr anhand einer ins einzelne gehenden, in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei die gleichen oilcr entsprecht >lc Teile oiler Elemente wie in den Fig. I bis 3 mn den gleichen He/ugs/eichen bezeichnet sind.

Der Bezugsspannungsgenerator 8 besteht .ms m Reihe geschalteten Widerstanden 80 und 81. und du He/ugsspanniing ΙΊ wird durch Teilen der Spannung 1 . durch die Reihenschaltung .ins Widerstanden 80 und 81 erzeugt. Foigiich kann u'ie i>(.vngss|Miii'itirig Ί ι dm'Cn üic folgende Gleichung ausgedruckt werden:

I.

K..

ft,, l· ft.

— · i:

wobei Rf₁, und ft,i die Widerstandswerte tier Widerstände 80 bzw. 81 sind.

Der Verstärker 3 ist eine an sich bekannte Schaltung aus Operationsverstärkern 90 und 91. Widerständen 92 bis 96 und einem veränderlichen Widerstand 97. Wenn die Anschlußspannung der Energiequelle fl mit V₁, bezeichnet wird, läßt sich die Spunnung V₁ folgendermaßen ausdrücken:

i; -

ft,

ft

R_v

f R_n, - R₁,

wobei R» , der Wen c'es Leitungswiderstandes IKi. Rw : der Wert des Leitungswiderstandes \V_h und /?<_> der äquivalente Widerstandswert des Schaltelements 3 in angeschaltetem Zustand ist.

Wie aus Gl. (8) zu ersehen, nimmt der Wert der Spannung V₁ bei einem Temperaturanstieg der Glühkerze 1 ab. Die Spannung Vi wird in dem Verstärker 9 auf das /.-fache verstärkt, in welchem ein Differenzverstärker in Form des Operationsverstärkers 90 und des als nichtinvertierender Verstärker wirkenden Operationsverstärkers 91 angeordnet ist. Die Widcrstandswerte R*: bis R^ der Widerstände 92 und 95 sind so festgelegt, daß sie der folgenden Beziehung genügen-

R„_: + R.,_A

ft,·. + ft,-

Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 9 kann durch Einstellen des Wertes des veränderlichen Widerstandes 92 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Aus Gl. (7) kann die Bezugsspannung Vj folgendermaßen ausgedrückt werden:

(10)

Das Schaltelement 3 wird auch entsprechend den Ergebnissen eines Vergleichs der Spannung V₂ mit der Spannung V₃ in dem Vergleicher 6 in ähnlicher Weise wie bei der vorhergehenden Ausführungsform ge-

steuert. Die Bedingung, unter welcher der durch die Glühkerze fließende Strom beendet wird, ist folgende:

(II)

Die folgende Hedinizimg k;mn durch I insct/en der (il. (8) und (10) erhalten werden:

K₁, s

(12)

■\us der Ungleichung (12) ist zn ersehen, daß die liedingiing zum Absehalten des Vorglühstroms nicht von der Spannung Vi,oder den Widerstandswerten /Λι ι. Wn und R,, abhängt. Hieraus foliM. d.iH der durch die (iluh kerze 11 ic Hc rule S ι rom unabhängig \on irgendeiner Spannungsandening an tier TiIL-IgIC(IUeIIe und dem Wert des l.citungswiderstandes oder des Widerstands wertes des Sehaltelementes beendet wird, wenn der Widerstandswert der Glühkerze einen vorbestimmten Wert erreicht. folglich kann eine stabile Arbeitsweise erhallen werden, und ein /ti starkes oder ein unzureichendes Vorgliihen kann vollständig vermieden werden, so daß auch ein Schmelzen der Glühkerze und ein Versagen beim Anlassen vermieden werden kann. Da irgendein .Streuwiderstand des Rihlwiderstandes, der vorhanden sein kann, ohne weiters durch Fünstellen des Verstärkungsfaktors I. des Verstärkers 9 ausgeglichen werden kann, braucht keine strenge Qualitätskontrolle des Widerstandes des liihlwiderslandes \orgenommen zu werden, folglich können die Herstellungskosten des l'ühluiderstandes ohne weiteres gesenkt werden.

lier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Vorglühsteuereinrichtung für Dieselmotoren, mit einer Glühkerze (1), mit einem positiven bestimmten Widerstands-Temperaturkoeffizienten, mit einem in Reihe mit der Glühkerze (I) geschalteten kleinen Widerstand (2), um möglichst geringe Energieaufnahme zu erreichen,

mit einer Einrichtung (5; 8) zum Erzeugen einer Bezugsspannung (V3) mit einem vorbestimmten Wert,

mit einer Einrichtung (6) zum Vergleichen einer aus dem Widerstand (2) gewonnenen Spannung mit der Bezugsspannung (Vi), und

mit einer Schalteinrichtung (3) zum Steuern eines der Glühkerze (1) zugeführten Stroms aufgrund des Vergleichsergebnisses in dem Vergleicher (6), gekennzeichnet durch einen Verstärker(4; 9) zum Verstärken der Spannung (V₁) an dem Widersinn! (2).

2, Vorglühsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (9) ein regelbarer Verstärker ist

3. Vorglühsteuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsspannungsgenerator (8) eine Bezugsspannung (V₃) aufgrund einer Potentialdifferenz an der Glühkerze (I) erzeugt

4. Vorglühsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsspannungsgenerator (8) als Spannungsteilerschaltung ausgebildet ist, die aus Widerständen besteht um die Lpannuug der Glühkerze (1) einzustellen.