EP0492084A2 - Verfahren zum Aufheizen der Ansaugluft bei Brennkraftmaschinen mittels einer Flammstartanlage - Google Patents
Verfahren zum Aufheizen der Ansaugluft bei Brennkraftmaschinen mittels einer Flammstartanlage Download PDFInfo
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- F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
- F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
- F02P19/025—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs with means for determining glow plug temperature or glow plug resistance
Definitions
- the invention relates to a method for heating the intake air in internal combustion engines by means of a flame start system according to the preamble of patent claim 1.
- Such a method is known from DE-PS 33 42 865. It is a flame start system in which the air flowing through the intake pipe is preheated to prevent the so-called "white smoke" in the warm-up phase of the internal combustion engine.
- a combustion chamber is provided in the intake manifold of the internal combustion engine, in which a fuel injection nozzle and a glow plug are arranged.
- the glow plug is preheated and, after the preheat time has elapsed, when the engine starts, fuel is brought to the fuel injection nozzle via a solenoid valve and thus into the combustion chamber of the flame start system.
- the fuel igniting in the combustion chamber pre-heats the intake air flowing past and enables the internal combustion engine cylinders to be ignited safely at low outside temperatures.
- the glow plug is supplied with a steady current for the duration of a certain first time period until the engine runs safely, and after this first time period has elapsed, during a second time period until the engine has reached a certain operating temperature, an intermittent current corresponding to a reduced output.
- a safety time is started, which is ended by a successful start.
- the current to the glow plug is interrupted for safety purposes and to protect the battery after the safety period has expired and the flame start process is ended and the glow plug cools down.
- the invention is therefore based on the object of preheating a glow plug taking into account the instantaneous glow plug temperature and the applied voltage in such a way that the temperature required for a repeat start is achieved in a simple manner within a narrow tolerance band.
- the flame start process is ended and the glow plug used in the flame start system cools down.
- the current glow plug temperature is determined by time measurement and the associated preheating time for a repeat start passed on the control unit of the flame start system.
- the glow plug temperature is always brought to a defined value required for the repeat start, which is within a permissible tolerance range .
- Flame start systems for preheating the intake air in internal combustion engines contain one or more glow plugs, which are supplied with power by the vehicle battery.
- the glow plug or the glow plugs are continuously preheated for a first period of time and the engine can be started.
- the flame start system is supplied with a surge of current corresponding to a reduced output for a second period until the engine has reached its operating temperature, and the flame start process is then ended by switching off the current to the glow plug.
- the flame start system switches off automatically after a safety period and the glow plug cools down.
- Such a course of cooling is shown in the diagram shown in FIG. 1.
- the curve labeled 1 represents the course of the cooling of a glow plug over time t in seconds, i.e. the glow plug temperature as a function of time ⁇ (t).
- the glow plug must be preheated for this repeat start depending on its current temperature.
- a measure of the instantaneous glow plug temperature ⁇ is given by the cooling time, which can be determined for each type of glow plug used, such as a rod glow plug or a flame glow plug, and which is plotted in FIG. 1 in the form of the cooling curve 1 over the time t.
- the resulting different cooling and heating behavior is taken into account by other preheating times.
- the voltage applied to the glow plug is also taken into account, which plays an important role in the selection of the preheating time.
- the preheat time can be shortened accordingly if the voltage is above its setpoint, while the preheat time is lower than the normal value if the voltage is below the setpoint, as is the case, for example, at low temperatures at which the flame start system is being used.
- the values once determined for the preheating time at the repeat start can be stored in a simple manner in a map, the control of the flame start system consisting of an electronic control unit which contains a timer for determining the cooling time for the glow plug and which also includes a non-volatile one Map stored in memory for the corresponding values of the preheating time depending of the cooling time, the applied voltage and the type and number of glow plugs used.
- an electronic control unit which contains a timer for determining the cooling time for the glow plug and which also includes a non-volatile one Map stored in memory for the corresponding values of the preheating time depending of the cooling time, the applied voltage and the type and number of glow plugs used.
- a programmable microprocessor is expedient for such an electronic control unit.
- Such a map is shown as an example in the table shown in FIG. 2.
- the values for the preheating time for the repeat start are only dependent on the cooling time, that is to say on the instantaneous glow plug temperature after cooling from the setpoint ⁇ should be shown.
- the values to be found in the table are only given as examples, without restricting the invention to these values.
- the number of values to be stored in the map is directly dependent on the fineness of the division of the value range for the applied voltage and the cooling time.
- the cooling time is broken down into individual intervals, for example as shown in FIG. 1 into the eight intervals t0-t1, t1-t2, ..., t7-t8.
- a certain value for the preheating time is assigned to each time interval, so that exactly 8 different preheating times are also stored at the 8 intervals shown here.
- the procedure described below can of course also be applied to the first and the second interval, but is not shown in this figure for reasons of clarity.
- the glow plug cools down to a temperature der2 below the set temperature ⁇ should the glow plug start again. That temperature ⁇ 2 is about 900 ° C in this example. Starting from this temperature, the glow plug is preheated with a predetermined preheating time of about 8 seconds in this example.
- This preheating time is chosen so that the glow plug temperature, based on its current temperature at the beginning of this interval , does not exceed a predetermined value nach after the preheating time has expired.
- the length of the interval t2-t3 from here about 4 seconds is chosen such that at the predetermined preheating time of 8 seconds with a repeat start at the end of the interval, that is to say directly before the time t3, the glow plug temperature based on its current temperature at this Time, a second predetermined value ⁇ should not fall below min .
- a second predetermined value ⁇ should not fall below min .
- the predetermined preheating time for the fourth interval beginning at time t3, which extends up to time t4, is again chosen so that the upper limit temperature ⁇ should not exceed max and the lower limit temperature ⁇ should not fall below min .
- this fourth interval this is achieved in the example shown with an interval length of approximately 8 seconds and an associated preheating time of approximately 10 seconds. In this way it can be achieved that for all intervals of a repeat start with the smallest possible number of stored preheating times, the glow plug temperature is always within a permissible tolerance band between the upper limit temperature ⁇ should, max and the lower limit temperature ⁇ should be min , which are selected so that a repeat start is guaranteed.
- the intervals can be divided so that - apart from the first and last intervals - the interval duration is selected such that the following interval has an interval duration that is approximately twice as large is like the duration of the previous interval. This is not valid for the first and last intervals because the cooling curve there is extremely steep or extremely flat.
- FIG. 2 shows the situation known from the diagram in FIG. 1 in tabular form.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen der Ansaugluft bei Brennkraftmaschinen mittels einer Flammstartanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-PS 33 42 865 bekannt. Dabei handelt es sich um eine Flammstartanlage, bei der zur Verhinderung des sogenannten "Weißrauchs" in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine die durch das Ansaugrohr strömende Luft vorgewärmt wird. Zu diesem Zweck ist im Saugrohr der Brennkraftmaschine eine Brennkammer vorgesehen, in welcher eine Kraftstoffeinspritzdüse und eine Glühkerze angeordnet sind. Zum Starten der Brennkraftmaschine bei tieferen Temperaturen wird die Glühkerze vorgeglüht und nach Ablauf der Vorglühzeit beim Start des Motors Kraftstoff über ein Magnetventil zur Kraftstoffeinspritzdüse und damit in die Brennkammer der Flammstartanlage gebracht. Der in der Brennkammer zur Entzündung kommende Kraftstoff heizt die vorbeiströmende Ansaugluft vor und ermöglicht ein sicheres Zünden der Zylinder der Brennkraftmaschine bei niedrigen Außentemperaturen. Dabei wird der Glühkerze während der Dauer einer bestimmten ersten Zeitspanne, bis der Motor sicher rundläuft, ein stetiger Strom zugeführt und nach Ablauf dieser ersten Zeitspanne während einer zweiten Zeitspanne, bis der Motor eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht hat, entsprechend einer verminderten Leistung ein stoßweiser Strom.
- Schon mit Erreichen der Startbereitschaft des Motors wird eine Sicherheitszeit gestartet, die durch einen erfolgreichen Startvorgang beendet wird. Erfolgt jedoch kein Startvorgang oder bleibt der Motor nach erfolgtem Startvorgang innerhalb der Sicherheitszeit wieder stehen, so wird zu Sicherheitszwecken und zur Schonung der Batterie der Strom zur Glühkerze nach Ablauf der Sicherheitsdauer unterbrochen und der Flammstartvorgang beendet und die Glühkerze kühlt ab.
- Soll ein erneuter Startvorgang vorgenommen werden, so muß die Flammanlage wieder eingeschaltet und die Glühkerze entsprechend dem oben geschilderten Vorgehen wieder vorgeglüht werden. Dieser erneute Vorglühvorgang berücksichtigt dabei jedoch nicht die momentane Glühkerzentemperatur, die durch die Abkühlzeit der Glühkerze bestimmt ist und auch nicht die zur Verfügung stehende Spannung an der Glühkerze.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Glühkerze unter Berücksichtigung der momentanen Glühkerzentemperatur und der anliegenden Spannung so vorzuglühen, daß die für einen Wiederholstart benötigte Temperatur in einfacher Weise in einem engen Toleranzband erreicht wird.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Merkmale und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
- Nach Ablauf der Sicherheitszeit einer Flammstartanlage und nicht erfolgtem Start des Motors wird der Flammstartvorgang beendet und die in der Flammstartanlage eingesetzte Glühkerze kühlt ab. Aus der ermittelten Abkühlkurve der Glühkerze wird durch Zeitmessung die momentane Glühkerzentemperatur ermittelt und die dazugehörige Vorglühzeit für einen Wiederholstart an das Steuergerät der Flammstartanlage weitergegeben. Bei einem nun erfolgenden erneuten Start der Anlage ist zu jedem Zeitabschnitt der Abkühlkurve der Glühkerze ein eigener, zuvor ermittelter, Wert für die Vorglühzeit vorhanden, wodurch die Glühkerzentemperatur immer auf einen fest definierten, zum Wiederholstart benötigten Wert gebracht wird, der innerhalb eines zulässigen Toleranzbereiches liegt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
- Figur 1
- die Vorglühzeiten für einen Wiederholstart gemäß dem Verfahren nach der Erfindung in Abhängigkeit von der Abkühlzeit,
- Figur 2
- beispielhaft in tabellarischer Form die Vorglühzeiten in Abhängigkeit von den Abkühlintervallen und der anliegenden Spannung.
- Flammstartanlagen zur Vorwärmung der Ansaugluft in Brennkraftmaschinen enthalten eine oder mehrere Glühkerzen, welche von der Fahrzeugbatterie mit Strom versorgt werden. Bei Inbetriebnahme der Flammstartanlage wird die Glühkerze bzw. werden die Glühkerzen während einer ersten Zeitspanne stetig vorgeglüht und der Motor kann gestartet werden. Nach Ablauf der ersten Zeitspanne wird der Flammstartanlage für die Dauer einer zweiten Zeitspanne, bis der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat, ein stoßweiser Strom entsprechend einer verminderten Leistung zugeführt und danach der Flammstartvorgang durch Abschalten des Stroms zur Glühkerze beendet. Findet jedoch gar kein Startvorgang des Motors statt, so schaltet die Flammstartanlage selbsttätig nach Ablauf einer Sicherheitszeit ab und die Glühkerze kühlt ab.
- Ein derartiger Verlauf der Abkühlung ist in dem in Figur 1 gezeigten Diagramm dargestellt. Ausgehend von der Glühkerzen-Solltemperatur
ϑsoll, die gemäß dem Diagramm etwa 1050°C beträgt, stellt die mit 1 bezeichnete Kurve den Verlauf der Abkühlung einer Glühkerze über der Zeit t in Sekunden, also die Glühkerzentemperatur als Funktion der Zeit ϑ(t) dar. - Wird nun innerhalb dieser Abkühlzeit ein erneuter Startversuch unternommen, so muß die Glühkerze abhängig von ihrer momentanen Temperatur für diesen Wiederholstart vorgeglüht werden. Ein Maß für die momentane Glühkerzentemperatur ϑ ist mit der Abkühlzeit, die für jeden Verwendung findenden Glühkerzentyp, wie zum Beispiel Stabglühkerze oder Flammglühkerze, ermittelt werden kann und in der Figur 1 in Form der Abkühlkurve 1 über der Zeit t aufgetragen ist, gegeben. Beim Einsatz von mehreren anstelle nur einer Glühkerze in der Flammstartanlage wird das daraus resultierende unterschiedliche Abkühl- und Aufheizverhalten durch andere Vorglühzeiten berücksichtigt. Ebenso berücksichtigt wird die an der Glühkerze anliegende Spannung, die ja für die Wahl der Vorglühzeit eine bedeutende Rolle spielt. So kann die Vorglühzeit bei einer über ihrem Sollwert liegenden Spannung entsprechend verkürzt werden, während die Vorglühzeit bei unter dem Sollwert liegender Spannung, wie es zum Beispiel bei tiefen Temperaturen, bei denen die Flammstartanlage ja gerade eingesetzt wird, gegenüber dem Normalwert verlängert wird.
- Die einmal ermittelten Werte für die Vorglühzeit beim Wiederholstart können in einfacher Weise in einem Kennfeld abgespeichert sein, wobei die Steuerung der Flammstartanlage aus einer elektronischen Steuereinheit besteht, welche einen Timer zur Ermittlung der Abkühlzeit für die Glühkerze enthält und welche weiter ein in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichertes Kennfeld für die entsprechenden Werte der Vorglühzeit in Abhängigkeit von der Abkühlzeit, der anliegenden Spannung sowie der Art und Anzahl der eingesetzten Glühkerzen umfaßt. Zweckmäßig für eine solche elektronische Steuereinheit ist der Einsatz eines programmierbaren Mikroprozessors. Ein solches genanntes Kennfeld ist beispielhaft in der in Figur 2 abgebildeten Tabelle dargestellt. Der Einfachheit halber sind hier die Werte für die Vorglühzeit für den Wiederholstart nur in Abhängigkeit von der Abkühlzeit, das heißt von der momentanen Glühkerzentemperatur nach dem Abkühlen vom Sollwert
ϑsoll dargestellt. Die der Tabelle zu entnehmenden Werte sind dabei nur beispielhaft angegeben, ohne die Erfindung auf diese Werte zu beschränken. - Wie leicht zu sehen ist, ist die Anzahl der im Kennfeld zu speichernden Werte direkt abhängig von der Feinheit der Unterteilung des Wertebereichs für die anliegende Spannung und die Abkühlzeit. Zur Verminderung der zu speichernden Werte für die Vorglühzeit ist die Abkühlzeit in einzelne Intervalle zerlegt, zum Beispiel wie in der Figur 1 gezeigt in die acht Intervalle t₀-t₁, t₁-t₂,...,t₇-t₈. In diesem Falle ist jedem Zeitintervall ein bestimmter Wert für die Vorglühzeit zugeordnet, so daß zu den hier gezeigten 8 Intervallen auch genau 8 verschiedene Vorglühzeiten gespeichert sind. In der Figur 1 ist nun für eine Normspannung von U = 12 V beginnend zum Zeitpunkt t₂, also zu Beginn des dritten Intervalls (und entsprechend für die folgenden Intervalle), ein Vorglühen für einen Wiederholstart gezeigt. Das nachstehend beschriebene Vorgehen ist natürlich auch auf das erste und das zweite Intervall anwendbar, jedoch in dieser Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Zu Beginn dieses Intervalls weist die Glühkerze durch ihr Abkühlen eine Temperatur ϑ₂ unterhalb der Solltemperatur ϑsoll der Glühkerze für einen Wiederholstart auf. Diese Temperatur
ϑ₂ beträgt in diesem Beispiel etwa 900°C. Ausgehend von dieser Temperatur wird die Glühkerze mit einer vorgegebenen Vorglühzeit von in diesem Beispiel etwa 8 Sekunden vorgeglüht. Diese Vorglühzeit ist dabei so gewählt, daß die Glühkerzentemperatur ausgehend von ihrer momentanen Temperatur zu Beginn dieses Intervalls nach Ablauf der Vorglühzeit einen vorgegebenen Wert ϑsoll,max nicht übersteigt. Die Länge des Intervalls t₂-t₃ von hier etwa 4 Sekunden ist derart gewählt, daß bei der vorgegebenen Vorglühzeit von 8 Sekunden bei einem Wiederholstart am Ende des Intervalls, das heißt also direkt vor dem Zeitpunkt t₃, die Glühkerzentemperatur ausgehend von ihrer momentanen Temperatur zu diesem Zeitpunkt, einen zweiten vorgegebenen Wert ϑsoll,min nicht unterschreitet. Für die folgenden Intervalle gilt sinngemäß das gleiche. Das heißt die vorgegebene Vorglühzeit für das zum Zeitpunkt t₃ beginnende vierte Intervall, welches sich bis zum Zeitpunkt t₄ erstreckt, ist wieder so gewählt, daß die obere Grenztemperatur ϑsoll,max nicht überschritten und die untere Grenztemperatur ϑsoll,min nicht unterschritten wird. Im Falle dieses vierten Intervalls wird dies im gezeigten Beispiel mit einer Intervallänge von circa 8 Sekunden und einer dazugehörigen Vorglühzeit von etwa 10 Sekunden erzielt. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß für alle Intervalle eines Wiederholstarts bei einer möglichst geringen Anzahl von gespeicherten Vorglühzeiten die Glühkerzentemperatur immer innerhalb eines zulässigen Toleranzbandes zwischen der oberen Grenztemperatur
ϑsoll,max und der unteren Grenztemperatur
ϑsoll,min liegt, welche so gewählt sind, daß ein Wiederholstart sicher gewährleistet ist. - Vereinfachend kann die Aufteilung der Intervalle so erfolgen, daß - abgesehen von den ersten und letzten Intervallen - die Intervalldauer so gewählt ist, daß das jeweils folgende Intervall eine Intervalldauer aufweist, die ungefähr doppelt so groß ist wie die Dauer des vorhergehenden Intervalls. Für die ersten und letzten Intervalle hat dies deshalb keine Gültigkeit, weil dort die Abkühlkurve extrem steil beziehungsweise extrem flach verläuft.
- In der Figur 2 ist in tabellarischer Form der aus dem Diagramm der Figur 1 bekannte Sachverhalt dargestellt. Dabei sind die vorgegebenen Vorglühzeiten in Abhängigkeit von der in die einzelnen Intervalle unterteilten Abkühlzeit t der Glühkerze sowie in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung U in Volt angegeben. Ausgehend von einer Normspannung von U = 12 V sind die Vorglühzeiten innerhalb jedes Intervalls mit sinkender Spannung größer und mit steigender Spannung entsprechend geringer vorgegeben.
Claims (7)
- Verfahren zum Aufheizen der Ansaugluft bei Brennkraftmaschinen mittels einer mindestens eine Glühkerze aufweisenden Flammstartanlage, welche derart gesteuert ist, daß die Glühkerze während einer ersten Zeitspanne stetig vorgeglüht und in einer darauffolgenden zweiten Zeitspanne stoßweise betrieben wird und daß nach Ablauf einer Sicherheitszeit die Glühkerze abgeschaltet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem nach Ablauf der Sicherheitszeit erfolgenden wiederholten Startvorgang die erneute Vorglühzeit (t) der Glühkerze nach einem aus der Glühkerzentemperatur (ϑ) bestimmten Wert vorgegeben ist, wobei die momentane Glühkerzentemperatur (ϑ) aus der Abkühlzeit der Glühkerze nach deren Abschalten ermittelt ist, wobei der zeitliche Verlauf der Glühkerzentemperatur ( (t)) in einzelne Intervalle (t₀-t₁, t₁-t₂,...,t₇-t₈) unterteilt ist, denen jeweils ein bestimmter Wert für die Vorglühzeit (t) zugeordnet ist. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Intervall (t₀-t₁, t₁-t₂,...,t₇-t₈) annähernd die doppelte Zeitdauer gegenüber dem davorliegenden Intervall aufweist. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wert für die Vorglühzeit abhängig ist von der Spannung (U) an der Glühkerze. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wert für die Vorglühzeit abhängig ist von der Art und Anzahl der eingesetzten Glühkerzen. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die entsprechenden Werte für die Vorglühzeit aus einem Kennfeld ausgelesen sind. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch
eine elektronische Steuereinheit mit einem Timer zur Ermittlung der Abkühlzeit nach Abschalten der Glühkerze und einem Kennfeld zur Speicherung der entsprechenden Werte für die Vorglühzeit. - Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Steuereinheit ein programmierbarer Mikroprozessor ist.
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