DE3729638A1 - Verfahren zur ansteuerung von gluehkerzen einer selbstzuendenden brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur ansteuerung von gluehkerzen einer selbstzuendenden brennkraftmaschine

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ansteuerung von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraft­ maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Ein solches Verfahren ist in der deutschen Patentanmeldung P 36 24 664 beschrieben. Danach ist es bekannt, Glühkerzen eines Dieselmotors mit einem von der Batterie­ spannung abhängigen Tastverhältnis anzusteuern. Nachteil dieses Verfahrens ist es, daß die Auswahl der bei der Ansteuerung der Glühkerzen verwendeten Parameter bzw. Informationen beschränkt ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei der Ansteuerung der Glühkerzen sämtliche, relevante in der Motorsteuerung (EDC) vorhandenen Daten berücksichtigt werden. Dadurch kann die den Glühkerzen zugeführte Leistung und damit deren Betriebstemperatur optimal eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, daß verschiedene Glühvorgänge unterschieden werden können, die sich gegenseitig nicht beeinflussen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß der Tastgrad bei der Ansteuerung der Glühkerzen einfach an Änderungen der Bordnetzspannung angepaßt werden kann.
Zeichnung
Eine Ausführungsform des Verfahrens wird an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Motorsteuerung mit einer Schnittstelle;
Fig. 2 ein bei der Ansteuerung der Glühkerzen als Steuerbefehl dienendes Datenwort;
Fig. 3 zwei Impulsdiagramme von Datenbits und
Fig. 4 eine Tabelle zur Erläuterung von Datenworten.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung von Glühkerzen wird eine Schnittstelle verwendet, die zwischen einer elektronischen Motorsteuerung, z. B. einem elektronischen Diesel-Steuergerät (EDC) und einer Glühanlage bzw. einem Glühzeitsteuergerät einer Brenn­ kraftmaschine angeordnet ist.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Motorsteuerung MS mit einer Schnittstelle 1 sowie einer Glühanlage dargestellt, von der zur besseren Übersichtlichkeit hier lediglich den Glühkerzen zugeordnete Treiberstufen 2, eine Glühkerzenüberwachung 3 und eine Überstromerken­ nung 4 abgebildet sind. Die Treiberstufen 2 dienen der Ansteuerung mehrerer Glühkerzen, ggf. auch der Ansteuerung einer oder mehrerer als Kontrollampe ausge­ bildeter Glühkerzenkontrollanzeigen.
Die Schnittstelle 1 weist einen Mikroprozessor MP auf, der die Treiberstufe 2 ansteuert und der mit der Glüh­ kerzenüberwachung 3 sowie der Überstromerkennung 4 verbunden ist. Außerdem ist die Schnittstelle auf der Eingangsseite mit einem Pegelumsetzer 5 versehen, mit dem das von der Motorsteuerung MS abgegebene Datenwort auf die für den Mikroprozessor MP notwendigen Pegel umgesetzt wird. Im Pegelumsetzer 5 kann auch ein Ein­ gangsfilter enthalten sein, mit dem unerwünschte Stör­ signale eliminiert werden können. Entsprechend ist für die Übertragung von Datenworten vom Mikroprozessor MP zur Motorsteuerung MS ein Rückumsetzer 6 vorgesehen, der eine geeignete Pegelanpassung vornimmt. Schließlich sind an den Mikroprozessor MP ein Taktgenerator 7 und eine Schalteinrichtung 8 angeschlossen, mit der der Mikroprozessor ein- und ausschaltbar sowie rücksetzbar ist.
Zur Ansteuerung der Glühkerzen wird von der Motorsteuerung MS ein Datenwort, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, seriell zur Schnittstelle 1 übertragen. Das Datenwort weist ein Startbit auf, welches den Beginn des Datenworts anzeigt und ein das Ende des Datenworts anzeigendes Stopbit. Zwischen Start- und Stopbit liegen 8 Datenbits D 0 bis D 7. Durch D 0 bis D 4 wird, wie sich aus Fig. 4 ergibt, der Tastgrad mit einer Auflösung von ca. 3% bestimmt. Durch das Datenbit D 5 ist beispiels­ weise eine hier nicht dargestellte Vorglühkontrollampe L 1 ansteuerbar. Durch das Datenbit D 6 kann ein Diagnose­ abruf erfolgen. D 7 kann für weitere Sonderaufgaben, bei­ spielsweise für die Ansteuerung einer zweiten Lampe L 2 vorgesehen werden. Die Lampe L 2 wird beispielsweise bei Startbereitschaft angesteuert.
Für die Aussage der Datenbits D 5 und D 6 gilt folgendes: Nimmt D 5 den logischen Wert "1" an, so wird die Vorglüh­ kontrollampe ein-, ansonsten ausgeschaltet. Entsprechend wird für den Fall, daß D 6 den logischen Wert "1" annimmt, eine Diagnose angefordert.
Jedes der 8 Datenbits kann einen in Fig. 3 dargestellten Impulsverlauf haben, wobei der obere Impulsverlauf mit einer Impulsdauer von T/8 eine logische "0" und der untere Impulsverlauf mit der Impulsdauer T/2 eine logi­ sche "1" repräsentiert. Dadurch, daß auch bei der logischen "0" ein Impuls übertragen wird, kann jedes der Datenbits gleichzeitig als Synchronisierbit verwendet werden.
Um ein Datenwort zu übertragen, sind im vorliegenden Fall 64 ms für die Datenbits D 0 bis D 7 und je 1 ms für das Start- und Stopbit erforderlich. Die Übertragung des Datenworts von der Motorsteuerung MS an das Glühzeitsteuergerät (GZS) erfolgt vorzugsweise alle 200 bis 300 ms.
Es wird im folgenden davon ausgegangen, daß zur Ansteuerung der Glühkerzen zwei von den Treiberstufen angesteuerte, hier nicht dargestellte Relais R 1 und R 2 vorge­ sehen sind, wobei das Relais R 1 als Hauptrelais für die Stromzufuhr und das Relais R 2 der Überbrückung eines den Glühkerzen vorgeschalteten Vorwiderstands dient. Bei der Ansteuerung der Glühkerzen wird der Tastgrad dadurch variiert, daß die Einschaltdauer des Relais R 2 verändert wird, während das Relais R 1 kontinuierlich eingeschaltet bzw. erregt bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert:
Der Glühanlage bzw. dem Glühzeitsteuergerät stehen während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs die in der Motorsteuerung vorhandenen Daten z. B. Bordnetzspan­ nung, Motortemperatur, Kraftstoffeinspritzmenge usw. zur Verfügung; sie können optimal zur Ansteuerung der Glühkerzen verwendet werden. Auf Grund der Daten lassen sich bei diesen Verfahren auch einzelne voneinander unabhängige bzw. untereinander entkoppelte Glühvorgänge unterscheiden, vorzugsweise Vorglühen, Glühen, Nachglühen und Zwischenglühen.
Vor Beginn eines Glühvorgangs wird die Bordnetz- oder Batteriespannung U_Batt erfaßt und dieser Spannungs­ wert mit einem vorgegebenen Parameter U_GLmax verglichen. Um zu vermeiden, daß die Glühkerzen überlastet werden, wird bei einer zu hohen Bordnetzspannung, nämlich bei Spannungen oberhalb des Werte U_GLmax kein Glühvorgang eingeleitet.
Auf die einzelnen Glühvorgänge soll chronologisch einge­ gangen werden:
Nachdem festgestellt wurde, daß die Bordnetzspannung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, wird nach Einschalten der Steuergeräte-Versorgungsspannung zu­ nächst für eine Vorglühzeit T_V ein Vorglühvorgang eingeleitet, bei dem sowohl das Relais R 1 als auch das Relais R 2 ständig angezogen sind. Die Vorglühzeit T_V ist eine Funktion der Motortemperatur T_M und der Batteriespannung U_Batt. Diese Funktion ist in einem dreidimensionalen Kennfeld abgelegt.
Der Vorglühvorgang wird beendet, wenn die Vorglühzeit T_V abgelaufen ist.
Während des Vorglühens wird die Drehzahl der Brennkraft­ maschine erfaßt und der Vorglühvorgang auch vor Ablauf der Vorglühzeit beendet, wenn die sog. Startabwurfdreh­ zahl erreicht ist.
Während des Vorglühens wird die den Vorglühvorgang anzeigende Kontrollampe L 1 angesteuert bzw. eingeschaltet. Sie wird wieder abgeschaltet, wenn die Vorglühzeit T_V abgelaufen ist, oder wenn eine bestimmte Motor- Startdrehzahl N_St von beispielsweise 800 U/min für eine Zeit T_VSt von z. B. 10 s überschritten ist.
Nach Ablauf der Vorglühzeit T_V schließt sich an den Vorglühvorgang für längstens eine Sicherheitsglühzeit T_S ein Glühvorgang an, bei dem die den Kerzen zugeführte Leistung dadurch begrenzt wird, daß das Relais R 2 mit einer festen im Glühzeitsteuergerät vorgegebenen Periodendauer T_p und mit einem in der Motorsteuerung (EDC) zu bestimmenden Tastgrad T_G getaktet wird. Dage­ gen bleibt R 1 während der Sicherheitsglühzeit T_S voll angezogen.
In der Motorsteuerung ist ein Tastgrad T_G 1 abgelegt, der nur während der vorgegebenen Periodendauer T_p beibehalten wird. Er wurde durch Versuche bei der üblichen Batterie­ spannung U_Batt 1 ermittelt. Er ist als Funktion der Kraft­ stoff-Einspritzmenge M_E und der Motordrehzahl N in einem Kennfeld gespeichert.
Bei beliebigen von U_Batt 1 abweichenden Spannungen U_Batt erfolgt nach Ablauf der Periodendauer T_p eine Korrektur des Tastgrads gemäß folgender Gleichung:
wobei mit R v der Vorwiderstand und mit R k der Kerzenwider­ stand bezeichnet wird.
Es ist festzuhalten, daß der auf diese Weise ermittelte Tastgrad T_G nur für die bei der Messung von T_G 1 vorge­ gebene Periodendauer T_p gültig ist.
Der Glühvorgang wird beendet, wenn entweder die Sicher­ heitsglühzeit T_S abgelaufen ist, oder der Motor die Start­ wurfdrehzahl erreicht hat.
Wird entweder beim Vorglühen oder beim Glühen die Start­ abwurfdrehzahl erreicht, so wird ein Nachglühvorgang einge­ leitet, der während einer Nachglühzeit T_M aufrechterhalten wird. Die Nachglühzeit ist eine Funktion der Motortemperatur T_M und wird durch eine Kennlinie T_M=f(T_M) dargestellt.
Wie beim Glühvorgang werden die zulässige der Kerze zuge­ führte Leistung P_KE und der Tastgrad T_G aus dem Kennfeld T_G=f(M_E, N) und aus der Spannungskorrektur ermittelt. Auch während des Nachglühens ist das Relais R 1 dauernd angezogen, während das Relais R 2 getaktet betrieben wird.
Die den Kerzen zugeführte Leistung ist abhängig von der Motor- bzw. Brennraumtemperatur. Bei höherer Belastung des Motors und daraus resultierender höherer Temperatur werden die Kerzen kürzer eingeschaltet, d. h. die Energiezufuhr wird reduziert. Dadurch werden termische Überlastungen vermieden. Da die Temperatur des Brennraums beim Gasgeben nicht abrupt steigen kann, braucht die den Kerzen zugeführte Energie nicht sofort zurückgenommen werden. Sie wird vielmehr mit einer Verzögerung - entsprechend der langsam steigenden Brenn­ raumtemperatur - zurückgenommen.
Das Umgekehrte gilt für die Gasrücknahme, also für die Reduzierung der Kraftstoff-Einspritzmenge: Die Temperatur des Brennraums sinkt bei abnehmender Last allmählich; die Energiezufuhr zu den Kerzen nimmt also bei Lastreduktion mit einer gewissen Verzögerung zu.
Daraus folgt, daß der tatsächlich realisierte, von der Motorsteuerung MS an die Schnittstelle 1 übermittelte Tastgrad T_G* dem ermittelten Tastgrad T_G mit einer gewissen Verzögerung, hier einer Verzögerung erster Ordnung folgt. Diese Verzögerungszeit wird mit T_VG bezeichnet und liegt im Bereich von beispielsweise 1 bis 3 s.
Schließlich kann noch ein weiterer Glühvorgang unter­ schieden werden: Das Zwischenglühen. Dieser Vorgang wird bei Leerlauf des Motors, also bei Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl N_Sch bzw. einer vorgegebenen Einspritzmenge M_Sch, und bei kaltem Motor, nämlich wenn die Motortemperatur T_M einen vorgegebenen Temperatur­ wert T_MSch unterschreitet, eingeleitet. Dabei wird das Relais R 1 kontinuierlich angezogen und das Relais R 2 mit einem festen Tastgrad T_GZ bei einer Perioden­ dauer T_p getaktet. Die Periodendauer ist aus dem oben­ beschriebenen Glühvorgang bekannt.
Auch hier wird - wie beim Glühen und Nachglühen - eine Spannungskorrektur des Tastgrads vorgenommen. Der beim Zwischenglühen an Hand der Spannungskorrektur ermittelte Tastgrad wird mit dem beim Nachglühen erforderlichen Tastgrad verglichen und der größere der beiden Werte verwendet (Maximalwertauswahl).
Aus Fig. 4 ergibt sich, daß immer dann eine Diagnose ange­ fordert wird, wenn die Datenbits D 0 bis D 4 alle den Wert "0" annehmen, also dann, wenn die Relais R 1 und R 2 nicht angezogen sind. Die Motorsteuerung stellt auf diese Weise vor der Vorglühzeit T_V und der Nachglühzeit T_N Diagnoseaufforderungen an das Glühzeitsteuergerät. Unabhängig davon kann über das Datenbit D 6 eine Diagnoseaufforderung erfolgen.
Das hier beschriebene Verfahren ist so ausgelegt, daß jede Diagnoseaufforderung der Motorsteuerung MS an das Glühzeit­ steuergerät beantwortet werden muß. Nach der Diagnoseauf­ forderung sendet die Motorsteuerung eine logische "1". Als Antwort auf diese Aufforderung wird in dem Glühzeitsteuer­ gerät die zur Motorsteuerung führende Übertragungsleitung zeitlich begrenzt auf Nullpotential gelegt. Die Motorsteuerung wertet die Zeiten aus, während denen die Übertragungs­ leitung auf Nullpotential liegt. Aus der folgenden Tabelle ist ersichtlich, daß zwei Fälle unterschieden werden können: Motorsteuerung unterscheidet die von der Glühzeit­ steuerung zurückgemeldeten Fehler oder nicht. Die beiden Fälle sind in der Tabelle durch eine doppelte, gestrichelte horizontale Linie unterschieden.
An Stelle der bei der Erläuterung des Verfahrens zur Ansteuerung von Glühkerzen genannten Relais R 1 und R 2 können auch Halbleiterschalter verwendet werden. Sie haben den Vorteil, daß sie wesentlich schneller als Relais getaktet werden können, so daß auch Taktfrequenzen oberhalb von 16 Hz realisierbar sind. Das menschliche Auge nimmt dann auf Grund der Augenträgheit beim Ein- und Ausschalten der hohen Kerzenströme kein Flackern von elektrischen Beleuchtungseinrichtungen des Fahrzeugs mehr wahr. Dadurch können auch das Relais R 1 und der Vorwiderstand entfallen.
Dadurch, daß bei dem beschriebenen Verfahren die in der Motorsteuerung vorhandenen Informationen genutzt werden, können diverse, sonst zusätzlich vorgesehene Signal-Eingabeanschlüsse entfallen:
Der NTC im Glühzeitsteuergerät wird durch ein Kühlwasser­ temperatur-Siganl der Motorsteuerung ersetzt; der Lastschalter bzw. das Lastpotentiometer an der Kraft­ stoff-Einspritzpumpe bzw. am Fahrpedal werden ersetzt durch auf der Einspritzmenge und der Drehzahl beruhende Lastinformationen in der Motorsteuerung und das Anlas­ sersignal durch Drehzahlinformationen wie Mindest- bzw. Startabwurfdrehzahl.
Darüber hinaus wird zur Änderung des Tastgrads die in der Motorsteuerung vorhandene Information über die Bordnetzspannung in dem Glühzeitsteuergerät genutzt. Schließlich besteht die Möglichkeit, die bei der Diagnose festgestellten Fehler der Glühzeitsteuerung über die Schnittstelle an die Motorsteuerung zurückzumelden und dort zu speichern.

Claims (13)

1. Verfahren zur Ansteuerung von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mittels einer zwi­ schen einer elektrischen Motorsteuerung und einer Glühanlage der Brennkraftmaschine angeordneten Schnittstelle, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne untereinander entkoppelte Glühvorgänge unterschieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Glühvorgängen die Leistungszufuhr zu den Glühkerzen unter Verwendung der in der Motorsteuerung vorhandenen Informationen gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß folgende Glühvorgänge unterschieden werden: Vorglühen, Glühen, Nachglühen und Zwischenglühen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Nach Einschalten der Motorsteuerung wird ein Vorglühvorgang eingeleitet, bei dem die Glüh­ kerzen der Brennkraftmaschine von einem kontinuierlichen Strom durchflossen werden, wobei der Vorglühvorgang nach Ablauf einer Vorglühzeit (T_V) oder bei Erreichen einer Startabwurfdrehzahl beendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorfglühvorgangs eine Anzeigeeinrichtung (L 1) aktiviert wird, die inaktiviert wird, wenn die Vorglühzeit (T_V) abgelaufen ist, oder wenn eine vorge­ gebene Motor-Startdrehzahl (N_St) für eine vorgegebene Zeit (T_VSt) überschritten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß des Vorglühvorgangs ein Glühvorgang eingeleitet und maximal für eine vorgegebene Zeit (T_S) der bis zum Erreichen der Startabwurfdrehzahl aufrecht erhalten wird, bei dem die den Glühkerzen zugeführte Leistung begrenzt wird, indem ein intermittierender Strom durch die Glühkerzen geleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Glühkerzen zugeführte Strom zunächst während einer in der Glühanlage vorgegebenen Perioden­ dauer (T_p) mit einem von der Motorsteuerung bestimmten Tastgrad (T_G 1) getaktet wird, der von der Kraftstoff­ einspritzmenge (M_E) und der Motordrehzahl (N) abhängt, und daß anschließend ein an die momentane Versorgungs­ spannung (U_Batt) angepaßter Tastgrad (T_G) bestimmt und verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach Erreichen der Startabwurfdrehzahl an den Glühvorgang ein Nachglühvorgang für eine Nachglühzeit (T_N) anschließt, die von der Motortemperatur (T_M) abhängt, wobei die den Glühkerzen zugeführte Leistung begrenzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der den Glühkerzen zugeführte Strom mit einem Tast­ grad (T_G*) getastet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kaltem Motor, bei Unterschreiten einer vorgege­ benen unteren Drehzahl N_Sch) und/oder bei Unterschreiten einer vorgegebenen unteren Kraftstoffeinspritzmenge (M_Sch) die Glühkerzen mit einem intermittierenden Strom angesteuert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der den Glühkerzen zugeführte Strom zunächst mit einem festen Tastgrad (T_GZ) während einer Periode von (T_p) getaktet wird, daß anschließend eine Korrektur des Tastgrads entsprechend der momentanen Versorgungs­ spannung (U_Batt) vorgenommen wird und daß dann als Tastgrad der beim Nachglühen und beim Zwischenglühen ermittelte Maximalwert gewählt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die für den jeweiligen Glüh­ vorgang notwendigen Informationen seriell von der Motor­ steuerung an die Glühanlage übertragen werden, wobei in einem Datenwort zumindest der momentan zu verwendende Tastgrad übermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Datenwort zusätzliche Informationen zur Steuerung von mindestens einer Anzeigeeinrichtung und/oder Zusatzinformationen übertragen werden.
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