WO1988010367A1 - Device and process for actuating and controlling electric consumers, in particular heat plugs - Google Patents

Device and process for actuating and controlling electric consumers, in particular heat plugs Download PDF

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WO1988010367A1
WO1988010367A1 PCT/DE1988/000294 DE8800294W WO8810367A1 WO 1988010367 A1 WO1988010367 A1 WO 1988010367A1 DE 8800294 W DE8800294 W DE 8800294W WO 8810367 A1 WO8810367 A1 WO 8810367A1
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glow plugs
glow
plugs
switching mechanism
microprocessor
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PCT/DE1988/000294
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Hans-Peter Bauer
Wolf Wessel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P19/021—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 characterised by power delivery controls
    • F02P19/023—Individual control of the glow plugs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
    • F02P7/02—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors
    • F02P7/03—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors with electrical means
    • F02P7/035—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of distributors with electrical means without mechanical switching means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • 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
    • F02P19/021—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 characterised by power delivery controls
    • F02P19/022—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 characterised by power delivery controls using intermittent current supply

Definitions

  • the invention proceeds from a device for Ansteu * augmentation and control of electrical consumers, in particular of glow plugs according to the preamble of the main claim ⁇ .
  • a device for Ansteu * augmentation and control of electrical consumers in particular of glow plugs according to the preamble of the main claim ⁇ .
  • glow plugs of an internal combustion engine of a motor vehicle are driven in succession in a phase-shifted manner.
  • this type of control has the disadvantage that the current increase can largely subside after a glow plug is switched on before the next plug is switched on. With small pulse lengths, it is also possible for one candle to be switched off again before the next candle is switched on. This causes high-frequency interference in the vehicle electrical system. - 2 -
  • the device according to the invention for the control and control of electrical consumers with the characterizing features of the main claim and the method for the control and control of electrical consumers by means of the mentioned device with the characterizing features of claims 8, 13, 14 and 16 have the opposite Advantage that impairments of the voltage supply when controlling the electrical consumers or glow plugs are avoided by the consumers being switched on and / or off so shortly in succession that there is a practically continuous current increase or decrease. It is a particular advantage that the electrical consumers or glow plugs are checked for interruption or short-circuit by sequentially at any time . stood with measuring pulses, preferably lasting 1 ms, and the current flowing through the glow plugs is detected with the aid of the measuring resistor. It is particularly advantageous that high-energy interference voltages of the voltage supply or the vehicle electrical system are reduced by controlling one or more glow plugs simultaneously for a certain time.
  • FIG. 1 shows a basic circuit of the device which has a microprocessor with a switching mechanism designed as a shift register
  • FIG 2 is a schematic diagram of the device according to. Figure 1 with only one measuring resistor and
  • FIG. 3 diagrams of the course of current and voltage in the power control of the glow plugs.
  • the device is suitable for the control and monitoring of any electrical consumer.
  • the use for controlling and checking glow plugs in motor vehicles having a self-controlling internal combustion engine is particularly advantageous.
  • An exemplary embodiment with four glow plugs is explained below.
  • FIG. 1 only the internal resistances RK of the four glow plugs are shown for simplification, the first end of which is connected to a first line 1 which is connected to ground. Its second end is connected to a semiconductor switch 3, which is connected to a second line 5 via a shunt or resistor R serving as a measuring resistor. It is connected to the voltage supply or the vehicle electrical system, for example to terminal 15, at which a voltage of e.g. approx. 12 to. 14 V.
  • n-channel enhancement MOSFETs are selected as semiconductor switches. Other semi-conductor circuit breakers can also be used.
  • Source S and substrate or bulk B of the FETs are connected to one another and are located at the second end of the internal resistance RK of the glow plug opposite the ground connection.
  • the drain electrode D of the FETs lies at the connection point 7 at which the semiconductor switches are linked to the measuring resistor R.
  • the gate electrode G is connected to a multi-stage switching mechanism, which is shown here as a shift register 9.
  • the division of the shift register 9 into four sections indicates that each stage, ie each flip-flop of the shift register is assigned to an FET 3.
  • a measuring line 11 leads to a signal evaluation or undercurrent / overcurrent detection circuit 13 which detects the potential present at the connection point 7 and by means of undercurrent / overcurrent comparators with the line 5 and / or line 1 compares the applied potential.
  • a signal line 15 leads from the detection circuit 13 to a microprocessor 17, which is connected to the shift register 9 via a control line 19.
  • FIG. 1 A further exemplary embodiment of the device is shown in FIG. Elements which correspond in FIGS. 1 and 2 are provided with identical reference symbols.
  • FIG. 2 shows series connections of glow plugs, of which only the internal resistance RK is shown for simplification, and semiconductor switches which are designed as n-channel enhancement MOSFETs 3.
  • the drain electrodes D of all FETs 3 are connected to one another at the connection point 7.
  • Figure 3 shows in separate diagrams the time course of the currents flowing through the four glow plugs
  • the glow plugs are triggered by the microprocessor 17 with a time delay. This can be done by a corresponding program stored in the microprocessor or by the microprocessor having a multi-stage switching mechanism, which in the present case is designed as a shift register 9.
  • Each stage of the shift register 9 is assigned to a semiconducting * as terschalter serving FET. 3 That is, the gate G of the FETs 3 is driven by signals from the shift register 9 in such a way that the FETs become conductive and thereby connect the glow plugs RK to the live line 5.
  • the FETs 3 are activated in such a way that the glow plugs are switched on one after the other so quickly in succession that the current rise in a glow plug still occurs when the glow plug is switched on - 6 -
  • the shutdown process of the glow plugs is controlled accordingly, i.e. before the current drop of one glow plug has subsided, the next one is switched off, so that there is a practically continuous current drop. This leads to a "damped" switch-off process.
  • the preheating process is consequently initiated and ended in such a way that no high-frequency interference signals can arise in the vehicle electrical system.
  • Errors in the glow plugs can be determined by measuring the candle currents.
  • 1 shows the four resistors R connected in series with the FETs 3 and internal resistors RK of the candles R.
  • the voltage drop across the resistors R is detected by the undercurrent / overcurrent detection circuit 13 via the measuring lines 11.
  • the measuring lines 11 can also lead to an OR circuit, the output signal of which is passed on to the detection circuit 13.
  • the OR circuit can also be integrated in the detection circuit 13.
  • FIG. 2 shows a simplification of the device, in which only one shunt or measuring resistor R is provided, which is used for connecting all in parallel - 7 -
  • the candles are switched on in the vehicle mode without glowing in succession at any time interval for a very short time, preferably for 1 ms.
  • the current flowing through the candles is detected by measuring the voltage drop across the shunt or resistor R. It is not necessary to query the voltages dropping across the resistors R individually in the detection circuit 13 and to feed them to the individual comparators designed as undercurrent comparators; it is sufficient to OR the signals to determine whether a certain current threshold has been exceeded or not.
  • Both exemplary embodiments according to FIG. 1 and FIG. 2 are suitable for undercurrent detection.
  • the short circuit of a candle can also be detected in the detection circuit 13 by detecting the voltage dropping across the resistor R by means of individual comparators designed as overcurrent comparators, by the candles, as in the case of undercurrent detection, at any time interval can be switched on in succession for a very short time, preferably 1 ms. Due to the known timing of the activation by the microprocessor 17, an OR combination of the measurement signals is sufficient here, too, so that both exemplary embodiments can be used for overcurrent detection. However, a higher current threshold is to be selected here than for undercurrent detection.
  • an overcurrent or a short-circuit can only be assigned to a specific candle if, according to 1 a single shunt is assigned to all candles.
  • the detection circuit 13 does not recognize which of the candles is short-circuited. In this case, all candles are first switched off and then in a time-delayed switch-on process it is determined which of the candles is defective.
  • the fault detection and identification of a defective candle can be combined with an optical and / or acoustic fault indicator.
  • Defective candles can be selectively switched off if a freely switchable switching mechanism is used. In this way, faults in the vehicle electrical system can be avoided without the immediate shutdown of the engine being necessary.
  • the devices according to FIGS. 1 and 2 are also suitable for reducing interference voltages.
  • High-energy interference voltages for example so-called “load-Du p” pulses, can occur in motor vehicles, which, with an internal resistance of 0.5 to 4 JL, assume a voltage of up to 120 V over several hundred milliseconds. So far, protective zener diodes have been used to suppress such pulses, which can lead to the destruction of electronic control devices, which convert the energy of the interference signal source into heat. This requires large and expensive diodes.
  • the energy of these interference signals can also be dissipated or converted into heat with appropriate activation via the glow plugs.
  • the microprocessor 17 determines in any way whether a higher interference voltage of for example * - 1 0 -
  • one or more glow plugs are switched on simultaneously after approximately 1 ms, preferably for 200 to 300 ms, by a control signal emitted via the control line 19, in order to ensure that the dangerous energy is reduced.
  • the parallel-connected glow plugs have a total resistance of approx. 100 il, so that the interference source is so heavily loaded that the interference voltage drops to values harmless for electronic control units.
  • interference voltages can only occur for about 1 ms before the microprocessor 17 responds. These voltages can be reduced with much smaller and cheaper protective Zener diodes.
  • FIG. 3 shows the sequential activation of the candles from the time profile of the currents I ,,, to I ,, assigned to the individual candles. recognizable. Since all the candles are assigned a common shunt, the voltage dropping at this resistor R voltage U R, the course is shown over the time also in Figure 3, proportional to the total current. The measurement of the voltage is shown in FIG. 3 in a separate diagram.
  • the voltage changes corresponding to the respective candle current and the instantaneous operating voltage are used to convert the instantaneous electrical cables associated with each individual candle. - n -
  • a predetermined, average power can be set for each individual candle. This happens because the duty cycle can be extended or shortened by ⁇ t. In Figure 3, the duty cycle of I ⁇ ? shortened and extended by I ⁇ 3 . Tolerance deviations of the candles, which can lead to current fluctuations around I, can be compensated in this way, as can fluctuations in the vehicle electrical system voltage and different cylinder behavior.
  • control device described can also be used for temperature control of the glow plugs.
  • temperature-dependent resistors are assigned to the glow plugs, for example, the measurement signals of which are passed to the microprocessor 17. This then controls the glow plugs with short shuttering pulses of approximately 1 s in length in order to maintain the desired temperature.

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Description

Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung und Kontrolle von elektrischen Verbrauchern , insbesondere Glühkerzen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Ansteu* erung und Kontrolle von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von Glühkerzen nach der Gattung des Haupt¬ anspruchs. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art werden Glühkerzen einer Brennkraftmaschine eines Kraft¬ fahrzeugs nacheinander phasenverschoben angesteuert. Diese Art der Ansteuerung hat jedoch den Nachteil, daß jeweils nach Einschalten einer Glühkerze der Strom¬ anstieg weitgehend abklingen kann, bevor die nächste Kerze eingeschaltet wird. Bei kleinen Impulslängen ist es auch möglich, daß eine Kerze schon wieder abge¬ schaltet ist, bevor die nächste Kerze eingeschaltet wird. Dadurch treten hochfrequente Störungen des Bord¬ netzes auf. - 2 -
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung und Kontrolle von elektrischen Verbrauchern mit den kenn¬ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und das Ver¬ fahren zur Ansteuerung und Kontrolle von elektrischen Verbrauchern mittels der genannten Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 8, 13, 14 und 16 haben demgegenüber den Vorteil, daß Beeinträchti¬ gungen der Spannungsversorgung bei der Ansteuerung der elektrischen Verbraucher bzw. Glühkerzen vermieden werden, indem die Verbraucher zeitversetzt so kurz nacheinander ein- und/oder ausgeschaltet werden, daß sich ein praktisch kontinuierl cher Stromanstieg bzw. -abfall ergibt. Ein besonderer Vorteil ist es, daß die elektrischen Verbraucher bzw. Glühkerzen auf Unter¬ brechung bzw. Kurzschluß geprüft werden, indem sie nacheinander in beliebigem zeitlichen Ab.stand mit Me߬ impulsen von vorzugsweise 1 ms Dauer angesteuert werden und der durch die Glühkerzen fließende Strom mit Hilfe des Meßwiderstands erfaßt wird. Besonders vorteilhaft ist es, daß energiereiche Störspannungen der Spannungs¬ versorgung bzw. des Bordnetzes abgebaut werden, indem eine oder mehrere Glühkerzen gleichzeitig für eine bestimmte Zeit angesteuert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterb ldungen und Verbesserungen sowohl der Vorrichtung als auch des Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Leistung der einzelnen Verbraucher bzw. Glühkerzen steuerbar ist.
Zei chnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: - 3 -
Figur 1 eine Prinzipschaltung der Vorrichtung, die ei nen .Mi kroprozessor mit einem als Schieberegister ausgebildeten Schaltwerk aufweist,
Figur 2 ein Prinzipschaltbild der Vorrichtung gem. Figur 1 mit nur einem Meßwiderstand und
Figur 3 Diagramme des Verlaufs von Strom und Spannung bei der Leistungssteuerung der Glühkerzen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Grundsätzlich ist die Vorrichtung zur Ansteuerung und Kontrolle beliebiger elektrischer Verbraucher geeignet. Besonders vorteilhaft ist allerdings die Verwendung zur Ansteuerung und Kontrolle von Glühkerzen in eine selbststeuernde Brennkraftmaschine aufweisenden Kraft¬ fahrzeugen. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel mit vier Glühkerzen erläutert.
In Figur 1 sind zur Vereinfachung lediglich die Innen¬ widerstände RK der vier Glühkerzen dargestellt, deren erstes Ende mit einer an Masse liegenden ersten Leitung 1 verbunden ist. Ihr zweites Ende ist mit einem Halblei¬ terschalter 3 verbunden, der über einen als Meßwider¬ stand dienenden Shunt bzw. Widerstand R an eine zweite Leitung 5 geführt ist. Sie ist mit der Spannungsversor¬ gung bzw. dem Bordnetz, beispielsweise mit Klemme 15 verbunden, an der im Betriebszustand eine Spannung von z.B. ca. 12 bis, 14 V anliegt.
Als Halbleiterschalter sind im vorliegenden Fall n-Kanal -Enhancement-MOSFETs gewählt. Es können auch andere Hai l ei terl ei stungsschal ter verwendet werden. Source S und Substrat bzw. Bulk B der FETs sind unter- einander verbunden und liegen am zweiten, dem Massean¬ schluß gegenüberliegenden Ende des Innenwiderstands RK der Glühkerze. Die Drainelektrode D der FETs liegt an der Verbindungsstelle 7, an der die Halbleiterschal¬ ter mit dem Meßwiderstand R verknüpft sind. Die Gate¬ elektrode G ist mit einem mehrstufigen Schaltwerk ver¬ bunden, das hier als Schieberegister 9 dargestellt ist. Durch die Unterteilung des Schieberegisters 9 in vier Abschnitte wird angedeutet, daß jede Stufe, d.h. jedes Flip-Flop des Schieberegisters einem FET 3 zugeordnet ist. Von den Verbindungsstellen 7 führt eine Meßleituπg 11 zu einer Signal auswertungs- bzw. Unterstrom/Überstrom-Erkennungsschaltung 13, die das an der Verbindungsstelle 7 anliegende Potential erfaßt und es mittels Unterstrom/Überstrom-Komparatoren mit dem an Leitung 5 und/oder an Leitung 1 anliegenden Potential vergleicht. Eine Signalleitung 15 führt von der Erken¬ nungsschaltung 13 zu einem Mikroprozessor 17. Dieser ist über eine Ansteuerleitung 19 mit dem Schieberegi¬ ster 9 verbunden.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt. In den Figuren 1 und 2 überein¬ stimmende Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen .
Figur 2 zeigt Reihenschaltungen von Glühkerzen, von denen zur Vereinfachung nur der Innenwiderstand RK dargestellt ist, und Halbleiterschaltern, die als n-Kanal -Enhancement-MOSFETs 3 ausgebildet sind. Die Drainelektroden D aller FETs 3 sind untereinander an der Verbindungsstelle 7 verbunden. Zwischen dieser Verbindungsstelle und der zweiten Leitung 5 liegt bei diesem Ausführungsbe spiel lediglich ein als Meßwider¬ stand dienender Shunt bzw. Widerstand R. Aufgrund der Änderung der Schaltung führt nur noch eine Verbindungs¬ leitung 11 zu der Unterstrom/Überstrom-Erkennungsschal¬ tung 13. Figur 3 zeigt in getrennten Diagrammen den zeitlichen Verlauf der durch die vier Glühkerzen fließenden Ströme
Iκl bis I K4. Außerdem ist der Verlauf der am in Figur 2 dargestellten Widerstand abfallenden Spannung UR ge¬ zeigt. Schließlich ist noch eingezeichnet, wann die Spannungsmessung am Shunt bzw. am Widerstand erfolgt. Während der Abschaltung der Glühkerzen ist die Span¬ nungsmessung nicht zwingend. Dies wird durch die ge¬ strichelte Darstellung verdeutlicht.
Die Funktion der Vorrichtung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert:
Beim Vorglühen werden alle Glühkerzen auf eine Tempera¬ tur von ca. 800 bis 1000 C gebracht. Dazu muß die Spannungsversorgung, also das Bordnetz eine hohe Span¬ nung liefern. Das führt dazu, daß die Bornetzspannung stark absinkt, wenn alle Glühkerzen gleichzeitig ange¬ steuert werden. Bei phasenverschobener Ansteuerung treten, wie oben beschrieben, hochfrequente Störspan¬ nungen im Bordnetz auf. Daher werden bei. den dargestell¬ ten Ausführungsbeispielen die Glühkerzen von dem Mikro¬ prozessor 17 zeitversetzt angesteuert. Dies kann durch ein entsprechendes im Mikroprozessor abgelegtes Pro¬ gramm erfolgen oder dadurch, daß der Mikroprozessor ein mehrstufiges Schaltwerk aufweist, das im vorliegen¬ den Fall als Schieberegister 9 ausgebildet ist.
Jede Stufe des Schieberegisters 9 ist einem als Halblei* terschalter dienenden FET 3 zugeordnet. D.h. das Gate G der FETs 3 wird von Signalen des Schieberegisters 9 so angesteuert, daß die FETs in leitenden Zustand übergehen und dadurch die Glühkerzen RK mit der span¬ nungsführenden Leitung 5 verbinden. Die Ansteuerung der FETs 3 erfolgt so, daß die Glühkerzen zeitversetzt so schnell nacheinander eingeschaltet werden, daß beim Einschalten der Stromanstieg in einer Glühkerze noch - 6 -
nicht ganz abgeschlossen ist, wenn die nächste Glüh¬ kerze eingeschaltet wird.
Auf diese Weise ergibt sich ein quasi stationärer Strom¬ anstieg .
Der Abschaltvorgang der Glühkerzen wird entsprechend gesteuert, d.h. bevor der Stromabfall einer Glühkerze abgeklungen ist, wird die nächste abgeschaltet, so daß sich ein praktisch kontinuierlicher Stromabfall ergibt. Dies führt zu einem "gedämpften" Ausschaltvor¬ gang .
Der Vorgl ühvorgang wird folglich so eingeleitet und beendet, daß im Bordnetz keine hochfrequenten Störsig- πale entstehen können.
Fehler in den Glühkerzen, z.B. Kurzschluß oder Unter¬ brechung, lassen sich durch Messen der Kerzenströme feststellen. Dazu dienen gem. Figur 1 die vier in Reihe zu den FETs 3 und Innenwiderständen RK der Kerzen ge¬ schalteten Widerstände R. Die an den Widerständen R abfallende Spannung wird über die Meßleitungen 11 von der Unterstrom/Überstrom-Erkennungsschal ung 13 erfaßt. Diese wertet die Meßwerte vorzugsweise mit als Einzel- komparatoren ausgelegten Unterstrom- bzw. Überstromkom- paratoren aus und gibt ein entsprechendes Ausgangssig¬ nal über die Si gnal 1 eitung 15 an den Mikroprozessor 17 ab. Die Meßleitungen 11 können auch zu einer ODER-Schal¬ tung führen, deren Ausgangssignal an die Erkennungs¬ schaltung 13 weitergeleitet wird. Die ODER-Schal ung kann auch in der Erkennungsschaltung 13 integriert sei n .
In Figur 2 ist eine Vereinfachung der Vorrichtung darge¬ stellt, bei der lediglich ein Shunt bzw. Meßwiderstand R vorgesehen ist, welcher der Parallelschaltung aller - 7 -
Kerzen mit den FETs 3 zugeordnet ist. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Meßleitungen 11 ebenfalls auf eine." Entsprechend ist in der Erkennungsschaltung 13 ledig¬ lich ein Komparator vorgesehen.
Zur Erkennung von Unterbrechungen werden die Kerzen im Fahrzeugbetrieb ohne Glühen nacheinander in beliebi¬ gem zeitlichen Abstand für sehr kurze Zeit, vorzugs¬ weise für 1 ms eingeschaltet. Durch Messung der am Shunt bzw. Widerstand R abfallenden Spannung wird der durch die Kerzen fließende Strom erfaßt. Es ist dabei nicht erforderlich, die an den Widerständen R abfallen¬ den Spannungen einzeln in der Erkennungsschaltung 13 abzufragen und den als Unterstromkomparatoren ausge¬ legten Ei nzel komparatoren zuzuleiten; es genügt eine ODER-Verknüpfung der Signale, um festzustellen, ob eine bestimmte Stromschwelle überschritten wurde oder nicht. Beide Ausführungsbeispiele nach Figur 1 und Figur 2 sind für die Unterstromerkennung geeignet.
Wesentlich ist, daß hier aufgrund der Ansteuerung der Kerzen mittels des Mikroprozessors 17 über die Ansteuer¬ leitung 19 bekannt ist, welche Kerze gerade angesteuert wurde. Auf diese Weise kann eine Unterbrechung, d.h. ein zu niedriger Spannungs- bzw. Stromwert einer Kerze zugeordnet werden, ohne daß aus der ODER-Verknüpfung eine Identifikation erfolgen könnte.
Im Fahrzeugbetrieb ohne Glühen kann auch der Kurzschluß einer Kerze durch Erfassung der am Widerstand R abfal¬ lenden Spannung mittels als Uberstromkomparatoren ausge¬ legten Einzelkomparatoren in der Erkennungsschaltung 13 erfaßt werden, indem die Kerzen, wie bei der Unter¬ strom-Erkennung in beliebigem zeitlichen Abstand nach¬ einander für sehr kurze Zeit, vorzugsweise 1 ms einge¬ schaltet werden. Aufgrund der bekannten zeitlichen Zuordnung der Ansteuerung durch den Mikroprozessor 17 genügt auch hier eine ODER-Verknüpfung der Meßsig¬ nale, so daß beide Ausführungsbeispiele zur Überstromer- kennung verwendet werden können. Allerdings ist hier eine höhere Stromschwelle als bei der Unterstromerken¬ nung zu wählen.
Der Kurzschluß von Kerzen ist auch beim Vorglühen zu erkennen, während also die Kerzen nacheinander 'zeitver¬ setzt eingeschaltet werden. Aufgrund der zeitlichen Zuordnung des Einschaltvorgangs ist bei Auftreten eines Überstroms die defekte Kerze zu identifizieren.
Tritt ein Kurzschluß einer Kerze erst auf, wenn alle Kerzen eingeschaltet sind, kann ein Überstrom bzw. ein Kurzschluß einer bestimmten Kerze nur dann zugeord¬ net werden, wenn gem. Figur 1 allen Kerzen ein Einzel¬ shunt zugeordnet ist.
Bei Verknüpfung der Meßleitungen 11 in Figur 1 durch ein ODER-Glied ist für die Erkennungsschaltung 13 nicht erkennbar, welche der Kerzen kurzgeschlossen ist. In diesem Fall werden zunächst alle Kerzen abgeschaltet und dann in einem zeitlich versetzten Einschaltvorgang fes-tges-tellt, welche der Kerzen defekt ist.
Bei der Schaltung nach Figur 2 läßt sich zunächst nicht feststellen, welche der Kerzen defekt ist, wenn der Fehler auftaucht, nachdem alle Kerzen eingeschaltet waren.
Auch hier werden bei Auftreten eines Überstroms alle Kerzen zunächst abgeschaltet und dann in beliebigem zeitlichen Abstand mit Impulsen von vorzugsweise 1 ms Dauer angesteuert, wobei jeweils nur ein FET 3 in leitenden Zustand gebracht wird. Da bekannt ist, wel¬ cher Zweig gerade angesteuert wird, wenn ein Überstrom auftritt, läßt sich die defekte Kerze identifizieren. Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Figur 1 kann anstelle des als Meßwiderstand dienenden Widerstands R auch der Bahnwiderstand des Halbleiterschalters für die Erfassung des durch die Glühkerzen fließenden Stroms verwendet werden. Es muß dann das an der Sourceel ektro- de S anliegende Potential gemessen werden. Es sind jedoch auch beliebige andere Strommeßmethoden einsetz¬ bar, beispielsweise auch Hai 1 -Sensoren .
Die Fehlererkennung und Identifizierung einer defekten Kerze kann mit einer optischen und/oder akustischen Fehleranzeige kombiniert werden.
Defekte Kerzen können selektiv abgeschaltet werden, wenn ein frei setzbares Schaltwerk verwendet wird. Auf diese Weise können Störungen des Bordnetzes vermieden werden, ohne daß eine sofortige Stillegung des Motors erforderlich wäre.
Die Vorrichtungen nach Figur 1 und 2 sind auch dazu geeignet, Störspannungen abzubauen. In Kraftfahrzeugen können energiereiche Störspannungen, beispielsweise sog. "Load-Du p"- Impul se auftreten, die bei einem Innen* widerstand von 0,5 bis 4JL über mehrere Hundert Millise¬ kunden eine Spannung von bis zu 120 V annehmen. Bislang wurden zur Unterdrückung solcher Impulse, die zur Zer¬ störung elektronischer Steuergeräte führen können, Schutz-Zenerdi öden verwendet, die die Energie der Stör¬ signalquelle in Wärme umsetzen. Dazu sind große und teure Dioden nötig.
Die Energie dieser Störsignale kann auch bei entspre¬ chender Ansteuerung über die Glühkerzen abgebaut bzw. in Wärme umgesetzt werden.
Dazu wird von dem Mikroprozessor 17 auf beliebige Weise festgestellt, ob eine höhere Störspannung von beispiels* - 1 0 -
weise 50 V und mehr vorliegt. Ist dies der Fall, werden eine oder mehrere Glühkerzen durch ein über die Ansteu- erleitung 19 abgegebenes Steuersignal etwa nach 1 ms gleichzeitig eingeschaltet, vorzugsweise für 200 bis 300 ms, um einen Abbau der gefährlichen Energie sicher¬ zustellen. Die parall elgeschalteten Glühkerzen haben einen Gesamtwiderstand von ca. 100 il , so daß die Störquelle so stark belastet wird, daß die Störspannung auf für elektronische Steuergeräte ungefährliche Werte absinkt.
Auf diese Weise können Störspannungen nur noch für ca. 1 ms auftreten, bevor der Mikroprozessor 17 an¬ spricht. Diese Spannungen können mit wesentlich kleine¬ ren und preiswerteren Schutz-Zenerdioden abgebaut wer¬ den .
Die anhand der Figuren näher erläuterte Ansteuervorri ch- tung kann auch - wie aus Figur 3 ersichtlich - zur Steuerung der von den Glühkerzen abgegebenen Leistung verwendet werden: Beim sequentiellen Einschalten der Glühkerzen wird die an dem allen Kerzen gemeinsamen Shunt bzw. Widerstand R (vgl. Figur 2) abfallende Span¬ nung gemessen. In Figur 3 ist die sequentielle Ansteue¬ rung der Kerzen aus dem zeitlichen Verlauf der den einzelnen Kerzen zugeordneten Ströme I,,, bis I,,. erkenn¬ bar. Da allen Kerzen ein gemeinsamer Shunt zugeordnet ist, ist die an diesem Widerstand R abfallende Spannung UR, deren Verlauf über der Zeit ebenfalls in Figur 3 dargestellt ist, proportional zum Gesamtstrom. Die Messung der Spannung ist gemäß Figur 3 in einem separa¬ ten Diagramm dargestellt.
Mit Hilfe des Mikroprozessors 17 wird aus den dem jewei¬ ligen Kerzenstrom entsprechenden Spannungsänderungen und aus der augenblicklichen Betriebsspannung die jeder einzelnen Kerze zugehörige momentane elektrische Lei- - n -
stung errechnet.
Aufgrund dieser Berechnung kann für jede einzelne Kerze eine vorgegebene, mittlere Leistung eingestellt werden. Dies geschieht dadurch, daß die Einschaltdauer um Δt verlängert oder verkürzt werden kann. In Figur 3 ist die Einschaltdauer von Iκ? verkürzt und die von Iκ3 verlängert. Toleranzabweichungen der Kerzen, die zu Stromstärkeschwankungen um I führen können, lassen sich auf diese Weise, ebenso wie Schwankungen der Bord¬ netzspannung und unterschiedliches Zylinderverhalten ausgl ei chen .
Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die be¬ schriebene Ansteuervorrichtung auch für eine Temperatur* Steuerung der Glühkerzen einsetzbar ist. Dazu sind den Glühkerzen beispielsweise temperaturabhängige Wider¬ stände zugeordnet, deren Meßsignale an den Mikroprozes¬ sor 17 geleitet werden. Dieser steuert dann die Glühker¬ zen mit kurzen Einschal impulsen von ca. 1 s Länge an, um die gewünschte Temperatur zu halten.

Claims

- 12 -Ansprüche
1. Vorrichtung zur Ansteuerung und Kontrolle von elek-. trischen Verbrauchern, insbesondere von Glühkerzen, die den Glühkerzen zugeordnete, von einem Mikroprozes¬ sor ansteuerbare Halbleiterschalter sowie mindestens einen Meßwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (17) so ausgelegt ist, daß - die Ansteuerung der Glühkerzen (RK) zeitlich versetzt so erfolgt, daß der resultierende, durch alle Glühker¬ zen (RK) fließende Strom beim Einschaltvorgang im we¬ sentlichen kontinuierlich ansteigt und/oder beim Aus¬ schal tvorgang im wesentlichen kontinuierlich abfällt, und/oder daß die Glühkerzen (RK) zur Erkennung einer Unterbre¬ chung und/oder eines Kurzschlusses in einer der Glühker¬ zen (RK) nacheinander in beliebigem zeitlichen Abstand für sehr kurze Zeit, vorzugsweise für 1 ms angesteuert und der durch die Glühkerzen (RK) fließende Strom mit Hilfe des Meßwiderstands (R) erfaßt wird, und/oder daß die Ansteuerung einer oder mehrerer Glühkerzen (RK) bei Auftreten einer energiereichen Überspannung in der Spannungsversorgung der Vorrichtung gleichzeitig er- fol gt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet', daß der Mikroprozessor (17) ein elektronisches, mehr¬ stufiges Schaltwerk (9) zur Ansteuerung der Halbleiter¬ schalter (3) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk (9) zur selektiven Ansteuerung der Glühkerzen (RK) frei setzbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk als Schieberegister (9) ausgebildet i st .
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der im Schieberegister (9) vorgesehenen Flip-Flops der Anzahl der anzusteuernden Glühkerzen (RK) entspricht und daß jede Glühkerze (RK) mit einem zugehörigen Flip-Flop. verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein im Mikroprozessor (17) gespeichertes und/oder verarbeitetes Programm ein elektronisches, mehrstufiges Schaltwerk zur Ansteuerung der Halbleiter¬ schalter (3) realisierbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieberegister und/oder ein frei setzbares Schaltwerk realisierbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da¬ durch gekennzeichnet, daß dem Mikroprozessor (17) eine Si gnal auswertungsschaltung (13) zur Erfassung und Aus¬ wertung der an den Glühkerzen (RK) liegenden Spannung zugeordnet ist.
9. Verfahren zur Ansteuerung und Kontrolle von elektri¬ schen Verbrauchern, insbesondere von Glühkerzen mittels - 14 -
der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Glüh¬ kerzen mittels des mehrstufigen elektronischen Schalt¬ werks so erfolgt, daß der resultierende, durch alle Glühkerzen fließende Strom beim Einschaltvorgang im wesentlichen kontinuierlich ansteigt und/oder beim Ausschaltvorgang im wesentlichen kontinuierlich abfällt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Ansteuerung der Glühkerzen an dem Me߬ widerstand abfallende Spannung ermittelt und ein durch die Glühkerzen fließender Über- oder Unterst'rom festge¬ stellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Über- und Unterstrom mittels einer ODER-Schal¬ tung erfaßt wird*.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß beim Auftreten eines Überstroms nach Ansteuerung aller Glühkerzen alle Glühkerzen abgeschal¬ tet und anschließend zeitlich versetzt wieder einge¬ schaltet werden, um die defekte Glühkerze zu ermitteln.
13. Verfahren zur Ansteuerung und Kontrolle von elektri¬ schen Verbrauchern, insbesondere von Glühkerzen mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Glühkerzen mittels des mehrstufigen, elektronischen Schaltwerks gleichzeitig angesteuert werden, wenn eine energie¬ reiche Überspannung in der elektrischen Versorgung der Glühkerzen, des Mi roprozessors und/oder des Schalt¬ werks festgestellt wird.
14. Verfahren zur Ansteuerung und Kontrolle von elektri¬ schen Verbrauchern, insbesondere von Glühkerzen mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da- - 15 -
durch gekennzeichnet, daß zur Erkennung einer Unter¬ brechung und/oder eines Kurzschlusses in einer der Glühkerzen die Glühkerzen von dem mehrstufigen elektro¬ nischen Schaltwerk nacheinander in beliebigem zeit¬ lichem Abstand für sehr kurze Zeit, vorzugsweise für 1 ms angesteuert werden und der durch die Glühkerzen fließende Strom mit Hilfe des Meßwiderstandes erfaßt wi rd .
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Glühkerzen fließende Strom mittels einer ODER-Schaltung erfaßt und defekte Glühkerzen selektiv abgeschaltet werden.
16. Verfahren zur Ansteuerung und Kontrolle von elektri¬ schen Verbrauchern, insbesondere von Glühkerzen mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch gekennzeichnet, daß die momentane elektrische Leistung der Glühkerzen bestimmt und zur Einstellung einer vorgegebenen Leistung der Glühkerzen, die Ein¬ schaltdauer der einzelnen Glühkerzen individuell ver¬ kürzt oder verlängert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane elektrische Leistung einer Glühkerze beim sequentiellen Einschalten der Glühkerzen mittels eines Mikroprozessors aus den dem jeweiligen Kerzen¬ strom entsprechenden Schwankungen der an einem den Glühkerzen gemeinsamen Widerstand abfallenden Spannung und aus der momentanen Betriebsspannung ermittelt wird.
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