DE3608602C2

DE3608602C2 -

Info

Publication number: DE3608602C2
Application number: DE19863608602
Authority: DE
Inventors: Helmut 8000 Muenchen De Rabl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1990-01-04
Also published as: DE3608602A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern von Glühkerzen, insbesondere Schnellstart-Glühkerzen, beim Kaltstart von Mehrzylinder-Dieselmotoren mittels Impuls breiten-Modulation, wobei jedem Zylinder zumindest ei ne Glühkerze zugeordnet ist.

Dieselmotoren benötigen beim Kaltstart eine Vorwärmung der Verbrennungsräume durch Glühkerzen. Um eine schnelle Startbereitschaft zu erzielen, soll möglichst rasch ei ne genügend hohe Temperatur erreicht werden. Entsprechend ausgeführte Glühkerzen, sogenannte Schnellstart-Glühker zen, müssen oder sollen zumindest zur Verlängerung ihrer Lebensdauer nach dem Erreichen der gewünschten Endtempe ratur so zurückgeregelt werden, daß keine schädliche Über hitzung auftritt. Wegen des hohen Stromes und der Wärme trägheit des Glühkörpers eignet sich dafür eine Impulsbrei ten-Modulation, wobei die Periodendauer auch verhältnis mäßig lang sein kann (Größenordnung 1 s). Das Tastverhält nis (Ein-/Aus-Verhältnis) läßt sich verschiedenen äußeren Bedingungen (z. B. Kühlwasser- oder Umgebungstemperatur) anpassen und kann auch zeitlich gesteuert werden.

Als steuerbare Schalter werden im allgemeinen elektrome chanische Relais verwendet, die aber nur mit einer niedri gen Taktfrequenz betrieben werden können. Dabei werden alle im Motor vorhandenen Glühkerzen gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet, so daß ein hoher Strom plötzlich der Batterie entnommen oder unterbrochen wird. Bei den übli chen Arbeitsfrequenzen eines elektromechanischen Relais ergibt sich dadurch ein sichtbares Flackern von Lichtquel len (z. B. Innenraumbeleuchtung), was physiologisch unan genehm ist. Ferner können weitere unerwünschte Nebeneffek te, wie z. B. elektromagnetische Störungen, auftreten. Diese elektromagnetischen Störungen können beim Einsatz eines bereits in Erwägung gezogenen Halbleiterschalter auftreten, da sich damit die Taktfrequenz zwar wesentlich erhöhen läßt, aber andererseits wegen der Umschaltverlu ste mit verhältnismäßig steilen Flanken geschaltet wer den muß, so daß man einen hohen Oberwellenanteil erhält.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der ein gangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die geschil derten Schwierigkeiten nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Glühkerzen phasenmäßig versetzt angesteuert werden.

In vorteilhafter Weise wird bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jede Glühkerze über einen Transistor oder über ein Relais ge schaltet.

Besonders günstig ist es, die Glühkerzen in Serie mit der Drain-Source-Strecke eines Leistungs-MOS-FETs zwischen Mi nus- und Pluspol einer Batterie der Spannung U _B anzuordnen und die Gates der Leistungs-MOS-FETs mit der gewünschten Modulation zu beaufschlagen. Zur Ansteuerung der Leistungs- MOS-FETs wird bevorzugt ein Mikroprozessor verwendet.

Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigt

Fig. 1 die phasenmäßig versetzte Ansteuerung bei einem Sechs-Zylinder-Dieselmotor,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer phasenmä ßig versetzten Ansteuerung,

Fig. 3 einen schematischen Abregelungsvorgang und

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Glühkerzenansteuerung.

Anhand der Fig. 1, in der die Ansteuerung der sechs Glüh kerzen in einem Sechs-Zylinder-Dieselmotor dargestellt ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht. Die einzelnen Glühkerzen werden mit einer Periodendauer von T=120 ms getaktet, was einer Frequenz von 8,33 ... Hz entspricht. Die Phasenverschiebung bei der Ansteuerung zwi schen den einzelnen Zweigen beträgt demnach bei sechs ange steuerten Glühkerzen 120 ms/6, also Tg=20 ms, d. h. die das Bordnetz belastende Frequenz beträgt 1 : 20 ms, also fg=50 Hz.

Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist jede Glühker ze 110 ms ein- und anschließend 10 ms ausgeschaltet. Es ergibt sich somit ein Tastverhältnis von 11 : 1 und durch jede Glühkerze fließt ein Effektivstrom I _eff von ca. 92% des maximal möglichen Stromes I _g.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2, das wiederum eine pha senmäßig versetzte Ansteuerung der Glühkerzen eines Sechs- Zylinder-Motors betrifft, beträgt das Tastverhältnis 8,5 : 3,5, d. h. einer Einschaltdauer von 85 ms steht ei ne Ausschaltdauer von 35 ms gegenüber. In diesem Fall er gibt sich ein Effektivstrom I _eff von ca. 70%.

In der Fig. 3 ist schematisch ein Abregelungsvorgang dar gestellt, bei dem der Effektivwert des Stromes I _eff von 100 auf 0% von I _max herabgeregelt wird.

Den Ausführungsbeispielen ist das Wesentliche des Gegen standes gemäß der Erfindung zu entnehmen, daß nämlich nie ein großer Stromhub auftritt und daß die dem Mittelwert überlagerte Welligkeit um den Faktor n (n = Anzahl der Glühkerzen) höherfrequenter ist als sie es bei einer Par allelansteuerung sein würde. Bei n-Glühkerzen beträgt des halb der bei einem gewissen Widerstand der Kerzen (u. a. abhängig von der augenblicklichen Temperatur der Heizkör per) auftretende Stromhub nur den n-ten Teil des Gesamt stromes, wobei der Effektivwert durch das Tastverhältnis bestimmt wird.

Aus den angeführten Gründen kann also die Grundfrequenz sehr tief gewählt werden, ohne daß es zu einem sichtbaren Lichtflackern kommt. Dadurch kann man wiederum eine ge wisse Anstiegs- sowie Abfallszeit einbauen, ohne die effek tiven Umschaltverluste wesentlich zu erhöhen. Wegen die ser Abflachung der Flanken der Stromimpulse und des klei nen Stromhubes sind letztendlich die Probleme hinsichtlich der elektromagnetischen Störungen beim Takten wesentlich vermindert.

In der Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Glühkerzen G dargestellt. Jeder Glühkerze G des Die selmotors ist ein separater Schalttransistor LT, vorzugs weise ein Leistungs-MOS-FET, zugeordnet. Durch diese An ordnung ist neben den erwähnten Vorteilen auch die Ablei tung und Verteilung der Verlustwärme leichter. Im Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 4 wird als Schalttransistor LT ein N-Kanal-Leistungs-MOS-FET verwendet, wobei die Glühker ze G in Serie zu der Drain-Source-Strecke zwischen Masse und Source geschaltet ist. Der Drain-Anschluß des Schalt transistors LT ist mit dem Pluspol der Batterie U _B ver bunden. Das Gate des Transistors LT wird über zwei Wider stände R 1, R 2 mit der getakteten Ansteuerung der Perioden dauer T beaufschlagt. Diese Ansteuerung geschieht vorteil hafterweise durch einen Mikroprozessor. Ferner ist von ei nem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 1 und R 2 ein Kondensator C gegen Masse geschaltet.

Die als Leistungsschalter verwendeten Leistungs-MOS-FETs LT weisen bei entsprechender Dimensionierung im durchge schalteten Zustand nur einen verhältnismäßig kleinen Span nungsabfall auf, wobei die Abflachung der Flanken durch die im Ausführungsbeispiel dargestellte Schaltungsanord nung realisiert wird. Mit den in der Fig. 4 dargestellten Bauelementen ergibt sich eine Stromanstiegs- sowie -ab fallszeit von ca. 1 ms.

Neben dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich die Ansteuerung auch mit einem P-Kanal-Leistungs- MOS-FET bewerkstelligen.

Ferner läßt sich das Phasenverschiebungsprinzip ebenfalls mit elektromechanischen Relais verwirklichen. Da man jetzt trotz niedriger Taktfrequenz eine genügend hochfrequente Stromwelligkeit mit kleiner Amplitude erhält, ergeben sich fast alle früher beschriebenen Vorteile. Nur hinsichtlich der Flankenabflachung sind gewisse Abstriche zu machen, da sich dies durch Relais praktisch kaum realisieren läßt. Statt dem früher verwendeten einen Leistungsrelais sind jetzt al lerdings entsprechend leistungsschwächere und daher auch billigere Relais möglich.

Claims

1. Verfahren zum Ansteuern von Glühkerzen, insbesondere Schnellstart-Glühkerzen, beim Kaltstart von Mehrzylinder- Dieselmotoren mittels Impulsbreiten-Modulation, wobei jedem Zylinder zumindest eine Glühkerze zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glühkerzen (G) phasenmäßig versetzt angesteuert werden.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jede Glühkerze (G) über einen Transistor (LT) oder über ein Relais geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerzen (G) in Serie zu der Drain-Source-Strecke eines Leistungs-MOS-FETs (LT) zwischen Minus- und Pluspol einer Batterie der Span nung U _B angeordnet sind, und daß die Gates der Leistungs- MOS-FETs (LT) mit der gewünschten Modulation beaufschlagt werden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Leistungs-MOS-FETs (LT) ein Mikroprozessor verwendet wird.