WO2009097922A1 - Verfahren zur überwachung von wenigstens einer glühstiftkerze eines brennkraftmotors und vorrichtung hierzu - Google Patents

Verfahren zur überwachung von wenigstens einer glühstiftkerze eines brennkraftmotors und vorrichtung hierzu Download PDF

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WO2009097922A1
WO2009097922A1 PCT/EP2008/065550 EP2008065550W WO2009097922A1 WO 2009097922 A1 WO2009097922 A1 WO 2009097922A1 EP 2008065550 W EP2008065550 W EP 2008065550W WO 2009097922 A1 WO2009097922 A1 WO 2009097922A1
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WO
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glow plug
time
derivative
monitoring
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/065550
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Bauer
Rainer Moritz
Simon Schmittinger
Andreas Reissner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2010545365A priority patent/JP2011511205A/ja
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Priority to EP08872082A priority patent/EP2240677A1/de
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    • 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
    • F02P19/027—Safety devices, e.g. for diagnosing the glow plugs or the related circuits
    • 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
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring at least one glow plug of an internal combustion engine according to claim 1, and a device for this according to claim 9.
  • glow plugs in internal combustion engines are monitored by comparing the current flowing through the glow plugs with a predetermined, fixed threshold value. If the current consumption through the glow plug is smaller than the threshold value, the glow plug is rated as faulty.
  • Analog circuits use comparators or differential amplifiers for this purpose.
  • Microcomputer-based Glühzeit tenuieri determine via an analog / digital converter to the current through the glow plug corresponding digital value and compare this with a stored digital threshold.
  • the problem is that the current profile of the glow plug after application of the supply voltage is highly time-dependent.
  • the monitoring of the glow plug based on a fixed current value therefore only allows a very rough rating.
  • FIG. 5 shows in a diagram a current profile of a current ⁇ K e rz e through a glow plug in relation to time for monitoring at least one glow plug, as used in the prior art for determining a faulty glow plug.
  • the current profile decreases with increasing defectiveness of the glow plug with time.
  • a lower threshold IU is known, which is determined based on a modeling of the glow plug or a computer model is taken. This lower threshold IU is a threshold for error detection. If the current curve falls below this lower threshold value IU, a fault in the glow plug is recognized in the prior art, whereupon the glow plug path is interrupted in order to prevent melting of the glow plug or of the heater in the case of metal cores. Melting the glow plug can cause a complete engine failure.
  • an upper threshold value can furthermore be determined, wherein, if the current profile exceeds this upper threshold value, a fault in the glow plug is detected.
  • the current profile assumes a strongly unsteady course with increasing decrease of the current value.
  • the current profile below a current value IB at a time t1 takes a sudden course and is at least strongly undulating. This current value IB is still above the lower threshold IU.
  • a possible course of the current is detected in the prior art. More precisely, the current profile can be predicted or modeled in this area. In the time domain of the current profile from tl, below the current value IB, the possible course can be contrasted do not take it exactly.
  • a method for monitoring at least one glow plug of an internal combustion engine in which a time-dependent variable which characterizes the current flowing through the at least one glow plug, for fault detection with at least one time-dependent minimum and / or maximum threshold value is compared, and on Error is detected when the time-dependent size is greater and / or less than the minimum and / or maximum threshold.
  • the method is characterized in that the first derivative of the time-dependent variable is compared with the first derivative of the maximum threshold value and the second derivative of the time-dependent quantity with the second derivative of the maximum threshold value, and is detected for errors if the first derivative of the time-dependent variable is less than the first derivative of the maximum threshold and the second derivative of the Time-dependent size is smaller than the second derivative of the maximum threshold.
  • An essential point of the method according to the invention is that it reliably detects errors in the glow plug.
  • the time-dependent variable which characterizes the current flowing through the at least one glow plug, is a resistance model of the glow plug.
  • the time-dependent threshold value preferably contains the characteristic temporal resistance profile of the corresponding glow plug. Also, the circuit complexity or the programming effort in the control unit can be significantly reduced and there is a simple and cost-effective solution available.
  • a Glühschkerzenpfad is turned off in an error detection.
  • a melting of the glow plug, in particular the heater in metal cores can be prevented.
  • a diagnostic message is sent when an error is detected.
  • an effective glow plug control can be ensured.
  • a glow plug control is changed in response to the diagnostic message.
  • the glow plug control can be updated to always new parameters.
  • the driver in response to the diagnostic message, the driver is notified of the condition of the glow plug.
  • the driver is always informed about the condition of the glow plug and can adjust his driving behavior if necessary.
  • the above object is further achieved by a device for monitoring at least one glow plug of a
  • the device for monitoring at least one glow plug of an internal combustion engine includes a rating unit, which
  • Comparative means which compares a time-dependent quantity characterizing the current flowing through the at least one glow plug for error detection with at least one time-dependent minimum and / or maximum threshold, and recognizes the evaluation unit for errors if the time-dependent variable is greater than and / or less than is the minimum and / or maximum threshold.
  • the device is characterized in that the evaluation unit further contains another comparison means which compares the first derivative of the time-dependent variable with the first derivative of the maximum threshold value and the second derivative of the time-dependent variable with the second derivative of the maximum threshold value, and the evaluation unit
  • Error detects when the first derivative of the time-dependent variable is smaller than the first derivative of the maximum threshold value and the second derivative of the time-dependent variable is smaller than the second derivative of the maximum threshold value. As a result, the effort in the context of the application of the control unit can be significantly reduced.
  • the comparison means preferably contain at least one
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device for monitoring at least one glow plug of the prior art
  • FIG. 2 shows a representation of a replica of a glow plug of the prior art
  • FIG. 3 shows an embodiment according to the invention of a device for monitoring at least one glow plug
  • FIG. 4 shows a current profile through a glow plug in relation to time for monitoring at least one glow plug in one embodiment of the present invention
  • Figure 5 shows a current waveform through a glow plug in relation to the time for monitoring at least one glow plug, as known from the prior art.
  • Figure 1 shows an embodiment of a device for monitoring at least one glow plug of the prior art, as disclosed for example in the published patent application DE 10 2006 005 711 A.
  • a glow plug 100 is connected in series with a current measuring means 120 and a switching means 110 between the two terminals of a supply voltage.
  • a current measuring means 120 and a switching means 110 are provided for each glow plug.
  • a common switching means 110 and / or a common current measuring means 120 are provided for several glow plugs or all the glow plugs of an internal combustion engine.
  • each glow plug 100 is connected in series with a current measuring means 120 and a switching means 110 between the two terminals of a supply voltage.
  • a current measuring means 120 and a switching means 110 are provided for each glow plug.
  • a common switching means 110 and / or a common current measuring means 120 are provided for several glow plugs or all the glow plugs of an internal combustion engine.
  • Glow plug are associated with a current measuring means 120 and a switching means 110, offers the advantage that the glow plugs can be controlled individually and the current flowing through the respective glow plug candle current can be evaluated. If several glow plugs are combined into one group, or if all the glow plugs are actuated together and / or the current is evaluated together, this offers the advantage that more expensive elements, For example, the switching means can be saved and thus results in a significant cost savings.
  • a control unit 130 which, in addition to other components not shown, includes an evaluation 133, a control 135 and an error detection 137.
  • the driver 135 controls the switching means 110 to supply the glow plug with a desired energy.
  • the evaluation 133 evaluates the voltage drop across the current measuring means 120 in order to determine the current flowing through the glow plug.
  • the current measuring means 120 is preferably designed as an ohmic resistor.
  • the voltage drop at the current measuring means 120 is supplied to an amplifier 140, which provides its output signal to the evaluation 133. Furthermore, the output signal of the measuring amplifier 140 reaches a comparator 150, to the second input of which the output signal of a threshold value input 160 is applied.
  • FIG. 2 shows a representation of a replica of a glow plug of the prior art, as disclosed for example in the published patent application DE 10 2006 005 711 A.
  • the threshold value 160 is essentially formed by an RC circuit in this embodiment. This consists of a series connection of a resistor 201 and a capacitor 205, which between the ground terminal and the connection point between the
  • Resistors 202, 203 and 204 This series connection is arranged between the ground terminal and the connection point between the switching means 110 and the current measuring means 120, respectively.
  • the input signal for a comparator 150a is tapped.
  • the signal for a second comparator 150b is tapped.
  • the two comparators 150a and 150b correspond to the comparator 150 shown in FIG.
  • two comparators are provided so that a threshold value query with a lower and an upper threshold value is possible.
  • one of the two comparators and one of the three resistors 202, 203 or 204 can be omitted. In this embodiment, only a comparison with a threshold value is possible. It is essential that the voltage divider and the series circuit of capacitor 205 and resistor 201 are applied with the same voltage applied to the glow plug to be monitored. The voltage drop corresponding to the current flowing through the glow plug is compared with the voltage drop across the capacitor 205.
  • the voltage divider consisting of the resistors 202, 203 and 204
  • the circuit shown represents a simple replica of the glow plug.
  • the voltage across the capacitor depends on the charge of the capacitor.
  • the capacitor acts integrating and sums up the energy introduced into the glow plug. This is achieved by applying a voltage proportional to the voltage drop across the glow plug to the capacitor 205.
  • the state of charge, or the voltage across the capacitor 205 is a measure of the temperature or the resistance of the glow plug.
  • Resistors is achieved that the temporal behavior of the output voltage of the voltage divider, which is formed by the resistors 202, 203 and 204, corresponds to the temporal behavior of the fault-free current through the glow plug.
  • the lower and / or upper threshold values can be specified. It is disadvantageous that the current course assumes a strongly unsteady course with increasing decrease of the current value.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a device according to the invention for monitoring at least one glow plug in a simplified circuit configuration.
  • a ratiometric or voltage-compensated current measurement is made.
  • the resistance R Ke rze is input to a judging unit 320.
  • the resistance value R Ke e is input directly to a first comparison unit 330, which contains, for example, two comparators.
  • the first comparison unit 330 is likewise each input a minimum resistance threshold value R min and maximum resistance threshold value R max from the glow plug.
  • the first comparison unit 330 compares the resistance R Ke rz e respectively with the minimum resistance threshold R min and maximum resistance threshold R max of the glow plug, as already described in the explanation of Figures 2 and 3.
  • the evaluation unit 320 further includes a first derivation unit 340, which calculates a first time derivative d / dt, which is also connected to the signal path for supplying the resistance value R Ke rz e .
  • the first discharge unit 340 performs this case a first time derivative of the resistance value R Ke rz e, and performs the result of a second comparison unit 350 to.
  • the second comparison unit 350 compares the result of the first derivative from the first derivative unit 340 with a value of a first derivative of the maximum resistance threshold value i? ma ⁇ of the glow plug.
  • the evaluation unit 320 further includes a second derivation unit 360, which is connected to the output of the first derivation unit 340.
  • the second derivation unit 360 performs a time derivation on the first derivative of the resistance value R Ke rz e and supplies the result, namely a two-fold derivative of the resistance value R Ke rze, to a third comparison unit 370.
  • the third comparison unit 370 compares the result of the second derivative of the resistance R Ke rz e from the second derivative unit 360 with a value of a second derivative of the maximum resistance threshold value R max of the glow plug.
  • the first comparison unit 330 of the evaluation unit 320 is designed such that in each case a signal is output, which indicates a fault of the glow plug when the resistance R Ke rz e is greater than the minimum resistance threshold R min or the resistance value R Ke e is smaller than the maximum resistance threshold R max .
  • the second comparison unit 350 of the evaluation unit 320 is designed such that a signal is output, which indicates a fault of the glow plug when the first time derivative of the resistance value of the glow plug is smaller than the first derivative of the maximum resistance threshold R ma ⁇ .
  • the third comparison unit 370 is formed by the evaluation unit 320 such that a signal indicative of a fault of the glow plug when the second time derivative of the
  • the output signals indicative of a fault of the glow plug are each input to a control unit 380 which, in response to only a single input signal, turns off the glow plug path and / or enters appropriate information in a fault memory 382 and / or via a transmitter 384 Diagnostic message sends out.
  • the error memory 382 and the transmitting device 384 can in this case be connected via an interface 386, which receives the input signals to the control unit 380 and in each case forwards them to the error memory 382 and the transmitting device 384.
  • Transmitter 384 is connected, optionally a change of a glow plug control can be effected. Further, in response to the transmitted diagnostic message, the driver may be notified via a display 410 of notification information about the state of the glow plug.
  • Figure 4 is a diagram showing a current waveform of a first derivative / K e rz e by a glow plug in an embodiment of the present invention.
  • Threshold IS exceeds, a faulty glow plug is detected. Up to a time tl this passes through the glow plug flowing current / candle below the threshold ZS. At time t 1, the course of the current Z Ke rz e flowing through the glow plug candle experiences a sudden increase, as can be explained by a sudden defect in the glow plug. The increase is such that the threshold value ZS is exceeded. As a result, a faulty glow plug is detected quickly and reliably. Thus, a defect of the glow plug can be detected in the engine control very quickly and reliably and possible engine damage can be avoided.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors, bei welchem eine zeitabhängige Größe, die den durch die wenigstens eine Glühstiftkerze (100) fließenden Strom charakterisiert, zur Fehlererkennung mit wenigstens einem zeitabhängigen minimalen (Rmin) und/oder maximalen Schwellwert (Rmax) verglichen wird, und auf Fehler erkannt wird, wenn die zeitabhängige Größe größer und/oder kleiner als der minimale (Rmin) und/oder maximale (Rmax) Schwellwert ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der ersten Ableitung des maximalen Schwellwertes (Formel (I)) und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der zweiten Ableitung des maximalen Schwellwertes (Formel (II)) verglichen werden, und auf Fehler erkannt wird, wenn die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die erste Ableitung des maximalen Schwellwertes (Formel (I)) ist und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die zweite Ableitung des maximalen Schwellwertes (Formel (II)) ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze eines Brennkraftmotors und Vorrichtung hierzu
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze eines Brennkraftmotors nach Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung hierzu nach Anspruch 9.
Üblicherweise werden Glühstiftkerzen in Brennkraftmotoren dadurch überwacht, dass der durch die Glühstiftkerzen fließende Strom mit einem vorgegebenen festen Schwellwert verglichen wird. Ist die Stromaufnahme durch die Glühstiftkerze kleiner als der Schwellwert, wird die Glühstiftkerze als fehlerhaft bewertet. Analoge Schaltungen verwenden hiefür Komparatoren oder Differenzverstärker. Mikrocomputerbasierte Glühzeitsteuergeräte ermitteln über einen Analog/Digital-Konverter einen dem Strom durch die Glühstiftkerze entsprechenden digitalen Wert und vergleichen diesen mit einem abgespeicherten digitalen Schwellwert.
Problematisch ist, dass der Stromverlauf der Glühstiftkerze nach Anlegen der Versorgungsspannung stark zeitabhängig ist. Die Überwachung der Glühstiftkerze auf Basis eines festen Stromwerts erlaubt daher nur eine sehr grobe Bewertung.
Figur 5 zeigt in einem Diagramm einen Stromverlauf von einem Strom ∑Kerze durch eine Glühstiftkerze in Relation zur Zeit zur Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze an, wie im Stand der Technik zur Ermittlung einer fehlerhaften Glühstiftkerze verwendet. Hierbei nimmt der Stromverlauf bei zunehmender Fehlerhaftigkeit der Glühstiftkerze mit der Zeit ab. Im Stand der Technik ist ein unterer Schwellwert IU bekannt, welcher anhand von einer Modellierung der Glühstiftkerze bestimmt wird oder einem Rechnermodell entnommen ist. Dieser untere Schwellwert IU ist dabei eine Schwelle zur Fehlererkennung. Unterschreitet der Stromverlauf diesen unteren Schwellwert IU, so wird im Stand der Technik auf einen Fehler der Glühstiftkerze erkannt, woraufhin der Glühstiftkerzenpfad unterbrochen wird, um ein Abschmelzen der Glühstiftkerze, bzw des Heizers bei Metallkernen, zu verhindern. Ein Abschmelzen der Glühstiftkerze kann einen kompletten Motorschaden zur Folge haben. Neben dem unteren Schwellwert IU kann ferner ein oberer Schwellwert bestimmt sein, wobei, wenn der Stromverlauf diesen oberen Schwellwert überschreitet, auf einen Fehler der Glühstiftkerze erkannt wird.
Es hat sich als Nachteilig erwiesen, dass der Stromverlauf mit zunehmender Abnahme des Stromwertes einen stark unstetigen Verlauf annimmt. In der Figur ist gezeigt, dass der Stromverlauf unterhalb von einem Stromwert IB zu einem Zeitpunkt tl einen sprunghaften Verlauf einnimmt und zumindest stark wellenförmig ist. Dieser Stromwert IB liegt dabei noch oberhalb des unteren Schwellwertes IU. Im Zeitbereich des Stromverlaufes bis tl, oberhalb des Stromwertes IB, wird im Stand der Technik ein möglicher Verlauf des Stroms erkannt. Genauer gesagt, lässt sich in diesem Bereich der Stromverlauf vorhersagen, bzw modellieren. Im Zeitbereich des Stromverlaufes ab tl, unterhalb des Stromwertes IB, lässt sich der mögliche Verlauf hingegen nicht exakt entnehmen. Dies ist nachteilig, weil in diesem Bereich somit auch ein Unterschreiten des unteren Schwellwertes IU nicht, kaum oder zumindest verspätet erkennbar ist. Somit ist eine Fehlererkennung der Glühstiftkerze unzuverlässig, mit dem möglichen Risiko eines Abschmelzens der Glühstiftkerze und einem kompletten Motorschaden .
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine zuverlässige Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze eines Brennkraftmotors ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze eines Brennkraftmotors gelöst, bei welchem eine zeitabhängige Größe, die den durch die wenigstens eine Glühstiftkerze fließenden Strom charakterisiert, zur Fehlererkennung mit wenigstens einem zeitabhängigen minimalen und/oder maximalen Schwellwert verglichen wird, und auf Fehler erkannt wird, wenn die zeitabhängige Größe größer und/oder kleiner als der minimale und/oder maximale Schwellwert ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der ersten Ableitung des maximalen Schwellwertes und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der zweiten Ableitung des maximalen Schwellwertes verglichen werden, und auf Fehler erkannt wird, wenn die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die erste Ableitung des maximalen Schwellwertes ist und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die zweite Ableitung des maximalen Schwellwertes ist.
Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zuverlässiger auf Fehler der Glühstiftkerze erkannt wird.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
Danach ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die zeitabhängige Größe, die den durch die wenigstens eine Glühstiftkerze fließenden Strom charakterisiert, ein Widerstandsmodell von der Glühstiftkerze ist. Dadurch kann der Schaltungsaufwand bzw der
Programmieraufwand im Steuergerät deutlich reduziert werden und es steht eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verfügung.
Vorzugsweise enthält der zeitabhängige Schwellwert den charakteristischen zeitlichen Widerstandsverlauf der entsprechenden Glühstiftkerze. Ebenfalls kann auch hier der Schaltungsaufwand bzw der Programmieraufwand im Steuergerät deutlich reduziert werden und es steht eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verfügung.
Vorzugsweise wird bei einer Fehlererkennung ein Glühstiftkerzenpfad abgeschaltet. Somit kann ein Abschmelzen der Glühstiftkerze, insbesondere des Heizers bei Metallkernen, verhindert werden.
Vorzugsweise wird bei einer Fehlererkennung eine entsprechende Information in einem Fehlerspeicher eingetragen. Somit kann eine wirksame Glühstiftkerzen- Steuerung gewährleistet werden.
Vorzugsweise wird bei einer Fehlererkennung eine Diagnosebotschaft gesendet. Somit kann ferner eine wirksame Glühstiftkerzensteuerung gewährleistet werden.
Vorzugsweise wird in Ansprechen auf die Diagnosebotschaft eine Glühstiftkerzensteuerung geändert. Somit kann die Glühstiftkerzensteuerung auf stets neue Parameter aktualisiert werden.
Vorzugsweise wird in Ansprechen auf die Diagnosebotschaft dem Fahrer eine Hinweisinformation über den Zustand der Glühstiftkerze angezeigt. Somit ist der Fahrer stets über den Zustand der Glühstiftkerze informiert und kann ggf. sein Fahrverhalten darauf einstellen.
Die vorstehende Aufgabe wird zudem durch eine Vorrichtung zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze eines
Brennkraftmotors nach einem der Ansprüche 9 und 10 gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorrichtung zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze eines Brennkraftmotors eine Bewertungseinheit, welche ein
Vergleichsmittel enthält, welches eine zeitabhängige Größe, die den durch die wenigstens eine Glühstiftkerze fließenden Strom charakterisiert, zur Fehlererkennung mit wenigstens einem zeitabhängigen minimalen und/oder maximalen Schwellwert vergleicht, und die Bewertungseinheit auf Fehler erkennt, wenn die zeitabhängige Größe größer und/oder kleiner als der minimale und/oder maximale Schwellwert ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinheit ferner ein weiteres Vergleichsmittel enthält, welches die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der ersten Ableitung des maximalen Schwellwertes und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der zweiten Ableitung des maximalen Schwellwertes vergleicht, und die Bewertungseinheit auf
Fehler erkennt, wenn die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die erste Ableitung des maximalen Schwellwertes ist und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die zweite Ableitung des maximalen Schwellwertes ist. Dadurch kann der Aufwand im Rahmen der Applikation des Steuergeräts deutlich reduziert werden.
Bevorzugt enthalten die Vergleichsmittel zumindest einen
Komparator .
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung dazu werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform von einer Vorrichtung zur Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik,
Figur 2 eine Darstellung von einer Nachbildung von einer Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik,
Figur 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform von einer Vorrichtung zur Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze, Figur 4 einen Stromverlauf durch eine Glühstiftkerze in Relation zur Zeit zur Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze in einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung, und
Figur 5 einen Stromverlauf durch eine Glühstiftkerze in Relation zur Zeit zur Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze, wie aus dem Stand der Technik bekannt.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform von einer Vorrichtung zur Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2006 005 711 A offenbart. Eine Glühstiftkerze 100 ist in Reihe mit einem Strommessmittel 120 und einem Schaltmittel 110 zwischen den beiden Anschlüssen einer Versorgungsspannung geschaltet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind für jede Glühstiftkerze ein Strommessmittel 120 und ein Schaltmittel 110 vorgesehen. Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass für mehrere Glühstiftkerzen oder alle Glühstiftkerzen einer Brennkraftmaschine ein gemeinsames Schaltmittel 110 und/oder ein gemeinsames Strommessmittel 120 vorgesehen sind. Die dargestellte Ausführungsform, bei welcher jeder
Glühstiftkerze ein Strommessmittel 120 und ein Schaltmittel 110 zugeordnet sind, bietet den Vorteil, dass die Glühstiftkerzen einzeln angesteuert und der durch die jeweilige Glühstiftkerze fließende Strom ausgewertet werden kann. Sind mehrere Glühstiftkerzen zu einer Gruppe zusammengefasst, bzw werden alle Glühstiftkerzen gemeinsam angesteuert und/oder der Strom gemeinsam ausgewertet, so bietet dies den Vorteil, dass teurere Elemente, beispielsweise die Schaltmittel, eingespart werden können und sich damit eine erhebliche Kostenersparnis ergibt.
Des Weiteren ist eine Steuereinheit 130 vorgesehen, die neben weiteren nicht dargestellten Bauelementen eine Auswertung 133, eine Ansteuerung 135 und eine Fehlererkennung 137 umfasst. Die Ansteuerung 135 steuert das Schaltmittel 110 an, um der Glühstiftkerze eine gewünschte Energie zuzuführen. Die Auswertung 133 wertet die am Strommessmittel 120 abfallende Spannung aus, um den Strom, der durch die Glühstiftkerze fließt, zu ermitteln. Das Strommessmittel 120 ist vorzugsweise als ohmscher Widerstand ausgebildet. Der Spannungsabfall am Strommessmittel 120 wird einem Verstärker 140 zugeführt, der sein Ausgangssignal der Auswertung 133 zur Verfügung stellt. Des Weiteren gelangt das Ausgangssignal des Messverstärkers 140 zu einem Komparator 150, an dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal einer Schwellwertvorgabe 160 anliegt.
Üblicherweise haben die Glühstiftkerzen zu Beginn der
Bestromung einen sehr geringen Widerstand. Dies hat zur Folge, dass zu Beginn der Bestromung ein sehr großer Strom fließt. Durch die Aufheizung der Glühstiftkerze erhöht sich deren Widerstand, was wiederum dazu führt, dass der Strom abfällt. Es zeigt sich als nachteilig, dass der Stromverlauf mit zunehmender Abnahme des Stromwertes einen stark unstetigen Verlauf annimmt.
Figur 2 zeigt eine Darstellung von einer Nachbildung von einer Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2006 005 711 A offenbart. In der Figur sind wesentliche Elemente der Figur 1, insbesondere die Schwellwertvorgabe 160, detailliert dargestellt. Die Schwellwertvorgabe 160 wird in dieser Ausführungsform im Wesentlichen durch eine RC-Schaltung gebildet. Diese besteht aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes 201 und eines Kondensators 205, die zwischen dem Masseanschluss und dem Verbindungspunkt zwischen dem
Strommessmittel 120 und dem Schaltmittel 110 angeordnet sind. Das heißt, dass im Wesentlichen an dem Kondensator 205 eine zu dem Spannungsabfall an der Glühstiftkerze 100 proportionale Spannung anliegt. Des Weiteren besteht eine Reihenschaltung aus dem Widerstand 201 und weiteren
Widerständen 202, 203 und 204. Diese Reihenschaltung ist entsprechend zwischen dem Massenanschluss und dem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel 110 und Strommessmittel 120 angeordnet. Am dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 202 und 203 wird das Eingangssignal für einen Komparator 150a abgegriffen. An dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 203 und 204 wird das Signal für einen zweiten Komparator 150b abgegriffen. Die beiden Komparatoren 150a und 150b entsprechen dem in Figur 1 dargestellten Komparator 150.
In der Ausführungsform sind zwei Komparatoren vorgesehen, damit eine Schwellwertabfrage mit einem unteren und einem oberen Schwellwert möglich ist. Bei einer vereinfachten Ausführungsform können einer der beiden Komparatoren sowie einer der drei Widerstände 202, 203 oder 204 entfallen. Bei dieser Ausführungsform ist dann nur ein Vergleich mit einem Schwellwert möglich. Wesentlich ist, dass der Spannungsteiler und die Reihenschaltung aus Kondensator 205 und Widerstand 201 mit der gleichen Spannung beaufschlagt werden, die an der zu überwachenden Glühstiftkerze anliegt. Der Spannungsabfall, welcher dem Strom entspricht, der durch die Glühstiftkerze fließt, wird mit dem Spannungsabfall an dem Kondensator 205 verglichen. Wobei hierbei nicht die Gesamtspannung, sondern die durch den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 202, 203 und 204, geteilte
Spannung ausgewertet wird. An den Ausgängen der Komparatoren 150a und 150b liegt jeweils ein Signal an, das abhängig von dem Vergleich einen Fehler anzeigt oder einen fehlerfreien Betrieb anzeigt.
Die dargestellte Schaltung stellt eine einfache Nachbildung der Glühstiftkerze dar. Die Spannung am Kondensator hängt von der Ladung des Kondensators ab. Der Kondensator wirkt integrierend und summiert die in die Glühstiftkerze eingebrachte Energie auf. Dies wird dadurch erreicht, dass am Kondensator 205 eine zum Spannungsabfall an der Glühstiftkerze proportionale Spannung anliegt. Der Ladezustand, bzw die Spannung am Kondensator 205, ist ein Maß für die Temperatur bzw den Widerstand der Glühstiftkerze. Durch geeignete Wahl der Werte des Kondensators und der
Widerstände wird erreicht, dass das zeitliche Verhalten der Ausgangsspannung des Spannungsteilers, der durch die Widerstände 202, 203 und 204 gebildet wird, dem zeitlichen Verhalten des fehlerfreien Stroms durch die Glühstiftkerze entspricht. Durch eine entsprechende Aufteilung der Widerstandswerte können die unteren und/oder oberen Schwellwerte vorgegeben werden. Es zeigt sich als nachteilig, dass der Stromverlauf mit zunehmender Abnahme des Stromwertes einen stark unstetigen Verlauf annimmt.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze in einem vereinfachten Schaltungsaufbau. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform werden der gemessene Stromverlauf IKerze von der Glühstiftkerze und die über der Glühstiftkerze anliegende, gemessene Spannung UKerze einer Berechnungseinheit 310 eingegeben, welche aus dem Quotienten aus der Spannung UKerze und dem Strom IKerze einen gemessenen Widerstandswert RKerze = UKerze/Iκerze der Glühstiftkerze berechnet. Hierbei wird eine ratiometrische oder spannungskompensierte Strommessung vorgenommen.
Der Widerstandswert RKerze wird einer Bewertungseinheit 320 eingegeben. In der Bewertungseinheit 320 wird der Widerstandswert RKerze direkt einer ersten Vergleichseinheit 330 eingegeben, welche beispielsweise zwei Komparatoren enthält. Der ersten Vergleichseinheit 330 werden ebenfalls jeweils ein minimaler Widerstands-Schwellwert Rmin und maximaler Widerstands-Schwellwert Rmax von der Glühstiftkerze eingegeben. Die erste Vergleichseinheit 330 vergleicht den Widerstandswert RKerze jeweils mit dem minimalen Widerstands- Schwellwert Rmin und maximalen Widerstands-Schwellwert Rmax der Glühstiftkerze, wie bereits bei der Erläuterung zu Figuren 2 und 3 beschrieben.
Die Bewertungseinheit 320 enthält ferner eine erste Ableitungseinheit 340, welche eine erste zeitliche Ableitung d/dt berechnet, welche ebenfalls mit dem Signalpfad zur Zuführung des Widerstandswertes RKerze verbunden ist. Die erste Ableitungseinheit 340 führt hierbei eine erste zeitliche Ableitung auf den Widerstandswerts RKerze durch und führt das Ergebnis einer zweiten Vergleichseinheit 350 zu. Die zweite Vergleichseinheit 350 vergleicht das Ergebnis der ersten Ableitung von der ersten Ableitungseinheit 340 mit einem Wert einer ersten Ableitung des maximalen Widerstands- Schwellwert i?maχ der Glühstiftkerze. Die Bewertungseinheit 320 enthält ferner eine zweite Ableitungseinheit 360, welche mit dem Ausgang der ersten Ableitungseinheit 340 verbunden ist. Die zweite Ableitungseinheit 360 führt eine zeitliche Ableitung auf die erste Ableitung des Widerstandswerts RKerze durch und führt das Ergebnis, nämlich eine zweifache Ableitung des Widerstandswertes RKerze, einer dritten Vergleichseinheit 370 zu. Die dritte Vergleichseinheit 370 vergleicht das Ergebnis der zweiten Ableitung des Widerstandswertes RKerze von der zweiten Ableitungseinheit 360 mit einem Wert von einer zweiten Ableitung des maximalen Widerstands-Schwellwert Rmax der Glühstiftkerze.
Die erste Vergleichseinheit 330 von der Bewertungseinheit 320 ist dabei derart ausgebildet, dass jeweils ein Signal ausgegeben wird, welches auf einen Fehler der Glühstiftkerze hinweist, wenn der Widerstandswert RKerze größer als der minimale Widerstands-Schwellwert Rmin ist oder der Widerstandswert RKerze kleiner als der maximale Widerstands- Schwellwert Rmax ist. Die zweite Vergleichseinheit 350 von der Bewertungseinheit 320 ist hingegen derart ausgebildet, dass ein Signal ausgegeben wird, welches auf einen Fehler der Glühstiftkerze hinweist, wenn die erste zeitliche Ableitung des Widerstandswertes der Glühstiftkerze kleiner als die erste Ableitung des maximalen Widerstands-Schwellwertes Rmaκ ist. Ferner ist die dritte Vergleichseinheit 370 von der Bewertungseinheit 320 derart ausgebildet, dass ein Signal ausgegeben wird, welches auf einen Fehler der Glühstiftkerze hinweist, wenn die zweite zeitliche Ableitung des
Widerstandswertes der Glühstiftkerze kleiner als die zweite
Ableitung des maximalen Widerstands-Schwellwertes Rmaκ ist. Die ausgegebenen Signale, welche auf einen Fehler der Glühstiftkerze hinweisen, werden jeweils einer Steuereinheit 380 eingegeben, welche in Ansprechen auf nur ein einzelnes eingegebenes Signal den Glühstiftkerzenpfad abschaltet und/oder eine entsprechende Information in einem Fehlerspeicher 382 einträgt und/oder über eine Sendeeinrichtung 384 eine Diagnosebotschaft aussendet. Der Fehlerspeicher 382 und die Sendeeinrichtung 384 können hierbei über eine Schnittstelle 386 verbunden sein, welche die Eingangssignale an die Steuereinheit 380 aufnimmt und jeweils an den Fehlerspeicher 382 und die Sendeeinrichtung 384 weiterleitet.
In Ansprechen auf die ausgesendete Diagnosebotschaft kann in einer Glühstiftkerzen-Einheit 400, welche mit der
Sendeeinrichtung 384 verbunden ist, optional eine Änderung von einer Glühstiftkerzensteuerung bewirkt werden. Ferner kann in Ansprechen auf die ausgesendete Diagnosebotschaft dem Fahrer über eine Anzeige 410 eine Hinweisinformation über den Zustand der Glühstiftkerze angezeigt werden.
Figur 4 zeigt in einem Diagramm einen Stromverlauf einer ersten Ableitung / Kerze durch eine Glühstiftkerze in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird der Stromverlauf in einer Ausführungsform von der Erfindung zur
Überwachung von zumindest einer Glühstiftkerze verwendet. Die erste Ableitung des durch die Glühstiftkerze fließenden
Stroms / Kerze ist zur Zeit t aufgetragen. Mit ZS ist in dem Diagramm ein möglicher Schwellwert eingetragen, wobei, wenn der durch die Glühstiftkerze fließende Strom / Kerze diesen
Schwellwert IS übersteigt, eine fehlerhafte Glühstiftkerze erkannt wird. Bis zu einer Zeit tl verläuft hierbei der durch die Glühstiftkerze fließende Strom / Kerze unterhalb des Schwellwertes ZS . Zum Zeitpunkt tl erfährt der Verlauf des durch die Glühstiftkerze fließenden Stroms ZKerze einen sprunghaften Anstieg, wie er sich durch einen plötzlichen Defekt der Glühstiftkerze erklären lässt. Der Anstieg ist dabei dergestalt, dass der Schwellwert ZS überschritten wird. Dadurch wird schnell und zuverlässig eine fehlerhafte Glühstiftkerze erkannt. Somit kann in der Motorsteuerung sehr schnell und zuverlässig ein Defekt der Glühstiftkerze erkannt werden und ein möglicher Motorschaden vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors, bei welchem eine zeitabhängige Größe, die den durch die wenigstens eine Glühstiftkerze (100) fließenden Strom charakterisiert, zur Fehlererkennung mit wenigstens einem zeitabhängigen minimalen (Rmin) und/oder maximalen Schwellwert (Rmaχ) verglichen wird, und auf Fehler erkannt wird, wenn die zeitabhängige Größe größer und/oder kleiner als der minimale (Rmm) und/oder maximale (Rmax) Schwellwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der ersten
Ableitung des maximalen Schwellwertes (i?max) und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der zweiten
Ableitung des maximalen Schwellwertes (Rmax) verglichen werden, und auf Fehler erkannt wird, wenn die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die erste
Ableitung des maximalen Schwellwertes (i?max)ist und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die zweite Ableitung des maximalen Schwellwertes (i?max) ist.
2. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors nach Anspruch 1, bei welchem die zeitabhängige Größe, die den durch die wenigstens eine Glühstiftkerze (100) fließenden Strom charakterisiert, ein Widerstandsmodell von der Glühstiftkerze (100) ist.
3. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer
Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem der zeitabhängige Schwellwert den charakteristischen zeitlichen Widerstandsverlauf (RκerZe) der entsprechenden Glühstiftkerze enthält.
4. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem bei einer Fehlererkennung ein Glühstiftkerzenpfad abgeschaltet wird.
5. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer
Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem bei einer Fehlererkennung eine entsprechende Information in einem Fehlerspeicher (382) eingetragen wird.
6. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem bei einer Fehlererkennung eine Diagnosebotschaft gesendet wird.
7. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors nach Anspruch 6, bei welchem in Ansprechen auf die Diagnosebotschaft eine Glühstiftkerzensteuerung geändert wird.
8. Verfahren zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem in Ansprechen auf die Diagnosebotschaft dem Fahrer eine Hinweisinformation über den Zustand der Glühstiftkerze (100) angezeigt wird.
9. Vorrichtung zur Überwachung von wenigstens einer Glühstiftkerze (100) eines Brennkraftmotors, mit einer Bewertungseinheit (320), welche ein Vergleichsmittel (330) enthält, welches eine zeitabhängige Größe, die den durch die wenigstens eine Glühstiftkerze (100) fließenden Strom charakterisiert, zur Fehlererkennung mit wenigstens einem zeitabhängigen minimalen (Rmin) und/oder maximalen (Rmax) Schwellwert vergleicht, und die Bewertungseinheit (320) auf Fehler erkennt, wenn die zeitabhängige Größe größer und/oder kleiner als der minimale (Rmm) und/oder maximale (Rmax) Schwellwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinheit (320) ferner ein weiteres
Vergleichsmittel (350, 370) enthält, welches die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der ersten
Ableitung des maximalen Schwellwertes (i?max) und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe mit der zweiten Ableitung des maximalen Schwellwertes (i?max) vergleicht, und die Bewertungseinheit (320) auf Fehler erkennt, wenn die erste Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die erste Ableitung des maximalen Schwellwertes (i?max) ist und die zweite Ableitung der zeitabhängigen Größe kleiner als die zweite Ableitung des maximalen
Schwellwertes (i?max) ist.
10. Vorrichtung zur Überwachung von wenigstens einer
Glühstiftkerze eines Brennkraftmotors, bei welcher die Vergleichsmittel (330, 350, 370) zumindest einen Komparator enthalten.
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