Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Aus der EP-A 0 018 257 ist ein Verfahren zur Ansteuerung von Glühkerzen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine beschrieben. Diese Entgegenhaltung beschreibt eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Glühkerzen eines Dieselmotors. Die Vorrichtung umfaßt eine elektronische Steuereinheit die verschiedene Relais ansteuert, die den Stromfluß durch die Glühkerzen freigeben. Die Leistungszufuhr zu den Glühkerzen wird abhängig von der Temperatur und der Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert. Diese Einrichtung erlaubt drei verschiedene Glühvorgänge, die als Vorglühen, Glühen und Nachglühen bezeichnet werden.
Ein weiteres Verfahren zur Ansteuerung von Glühkerzen ist in der am 28-1-88 veröffentlichten DE-OS 36 24 664 beschrieben. Danach ist es bekannt, Glühkerzen eines Dieselmotors mit einem von der Batteriespannung abhängigen Tastverhältnis anzusteuern. Nachteil dieses Verfahrens ist es, daß die Auswahl der bei der Ansteuerung der Glühkerzen verwendeten Parameter bzw. Informationen beschränkt ist.
Eine Berücksichtigung des Effektes der eingespritzten Kraftstoffmenge auf die Temperatur der Glühkerzen ist mit dieser Einrichtung nicht möglich. Dadurch ist eine genaue Steuerung der Glühkerzentemperatur, die erwünscht ist, nicht möglich. So wird bei kleinen Einspritzmengen die für eine optimale Verbrennung erforderliche Temperatur nicht erreicht. Andererseits kann bei hohen Einspritzmengen eine Beschädigung der Glühkerzen nicht ausgeschlossen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei der Ansteuerung der Glühkerzen relevante in der Motorsteuerung vorhandenen Daten insbesondere die eingespritzte Kraftstoffmenge berücksichtigt werden. Dadurch kann die den Glühkerzen zugeführte Leistung und damit deren Betriebstemperatur optimal eingestellt werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß der Tastgrad bei der Ansteuerung der Glühkerzen einfach an Änderungen der Bordnetzspannung angepaßt werden kann.
Eine Ausführungsform des Verfahrens wird anhand der Figuren näher erläutert. Es Zeigen:
- Figur 1 ein Blockschaltbild einer Motorsteuerung mit einer Schnittstelle;
- Figur 2 ein bei der Ansteuerung der Glühkerzen als Steuerbefehl dienendes Datenwort;
- Figur 3 zwei Impulsdiagramme von Datenbits und
- Figur 4 eine Tabelle zur Erläuterung von Datenworten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung von Glühkerzen wird eine Schnittstelle verwendet, die zwischen einer elektronischen Motorsteuerung MS, z.B. einem elektronischen Diesel-Steuergerät (EDC) und einer Glühanlage bzw. einem Glühzeitsteuergerät einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Motorsteuerung MS mit einer Schnittstelle 1 sowie einer Glühanlage dargestellt, von der zur besseren Übersichtlichkeit hier lediglich den Glühkerzen zugeordnete Treiberstufen 2, eine Glühkerzenüberwachung 3 und eine Überstromerkennung 4 abgebildet sind. Die Treiberstufen 2 dienen der Ansteuerung mehrerer Glühkerzen, ggf. auch der Ansteuerung einer oder mehrerer als Kontrollampe ausgebildeter Glühkerzenkontrollanzeigen.
Die Schnittstelle 1 weist einen Mikroprozessor MP auf, der die Treiberstufen 2 ansteuert und der mit der Glühkerzenüberwachung 3 sowie der Überstromerkennung 4 verbunden ist. Außerdem ist die Schnittstelle auf der Eingangsseite mit einem Pegelumsetzer 5 versehen, mit dem das von der Motorsteuerung MS abgegebene Datenwort auf die für den Mikroprozessor MP notwendigen Pegel umgesetzt wird. Im Pegelumsetzer 5 kann auch ein Eingangsfilter enthalten sein, mit dem unerwünschte Störsignale eliminiert werden können. Entsprechend ist für die Übertragung von Datenworten vom Mikroprozessor MP zur Motorsteuerung MS ein Rückumsetzer 6 vorgesehen, der eine geeignete Pegelanpassung vornimmt. Schließlich sind an den Mikroprozessor MP ein Taktgenerator 7 und eine Schalteinrichtung 8 angeschlossen, mit der der Mikroprozessor ein- und ausschaltbar sowie rücksetzbar ist.
Zur Ansteuerung der Glühkerzen wird von der Motorsteuerung MS ein Datenwort, wie es in Figur 2 dargestellt ist, seriell zur Schnittstelle 1 übertragen. Das Datenwort weist ein Startbit auf, welches den Beginn des Datenworts anzeigt und ein das Ende des Datenworts anzeigendes Stopbit. Zwischen Start- und Stopbit liegen 8 Datenbits D0 bis D7. Durch D0 bis D4 wird, wie sich aus Figur 4 ergibt, der Tastgrad mit einer Auflösung von ca. 3% bestimmt. Durch das Datenbit D5 ist beispielsweise eine hier nicht dargstellte Vorglühkontrollampe L1 ansteuerbar. Durch das Datenbit D6 kann ein Diagnoseabruf erfolgen. D7 kann für weitere Sonderaufgaben, beispielsweise für die Ansteuerung einer zweiten Lampe L2 vorgesehen werden. Die Lampe L2 wird beispielsweise bei Startbereitschaft angesteuert.
Für die Aussage der Datenbits D5 und D6 gilt folgendes: Nimmt D5 den logischen Wert "1" an, so wird die Vorglühkontrollampe ein-, ansonsten ausgeschaltet. Entsprechend wird für den Fall, daß D6 den logischen Wert "1" annimmt, eine Diagnose angefordert.
Jedes der 8 Datenbits kann einen in Figur 3 dargestellten Impulsverlauf haben, wobei der obere Impulsverlauf mit einer Impulsdauer von T/8 eine logische "0" und der untere Impulsverlauf mit der Impulsdauer T/2 eine logische "1" repräsentiert. Dadurch, daß auch bei der logischen "0" ein Impuls übertragen wird, kann jedes der Datenbits gleichzeitig als Synchronisierbit verwendet werden.
Um ein Datenwort zu übertragen, sind im vorliegenden Fall 64 ms für die Datenbits D0 bis D7 und je 1 ms für das Start- und Stopbit erforderlich. Die Übertragung des Datenworts von der Motorsteuerung MS an das Glühzeitsteuergerät (GZS) erfolgt vorzugsweise alle 200 bis 300 ms.
Es wird im folgenden davon ausgegangen, daß zur Ansteuerung der Glühkerzen zwei von den Treiberstufen angesteuerte, hier nicht dargestellte Relais R1 und R2 vorgesehen sind, wobei das Relais R1 als Hauptrelais für die Stromzufuhr und das Relais R2 der Überbrückung eines den Glühkerzen vorgeschalteten Vorwiderstands dient. Bei der Ansteuerung der Glühkerzen wird der Tastgrad dadurch variiert, daß die Einschaltdauer des Relais R2 verändert wird, während das Relais R1 kontinuierlich eingeschaltet bzw. erregt bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert:
Der Glühanlage bzw. dem Glühzeitsteuergerät stehen während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs die in der Motorsteuerung vorhandenen Daten wie z.B. Bordnetzspannung, Motortemperatur, Kraftstoffeinspritzmenge usw. zur Verfügung; sie können optimal zur Ansteuerung der Glühkerzen verwendet werden. Aufgrund der Daten lassen sich bei diesen Verfahren auch einzelne voneinander unabhängige bzw. untereinander entkoppelte Glühvorgänge unterscheiden, vorzugsweise Vorglühen, Glühen, Nachglühen und Zwischenglühen.
Vor Beginn eines Glühvorgangs wird die Bordnetz- oder Batteriespannung U_Batt erfaßt und dieser Spannungswert mit einem vorgegebenen Parameter U_GLmax verglichen. Um zu vermeiden, daß die Glühkerzen überlastet werden, wird bei einer zu hohen Bordnetzspannung, nämlich bei Spannungen oberhalb des Wertes U_GLmax kein Glühvorgang eingeleitet.
Auf die einzelnen Glühvorgänge soll chronologisch eingegangen werden:
Nachdem festgestellt wurde, daß die Bordnetzspannung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, wird nach Einschalten der Steuergeräte-Versorgungsspannung zunächst für eine Vorglühzeit T_V ein Vorglühvorgang eingeleitet, bei dem sowohl das Relais R1 als auch das Relais R2 ständig angezogen sind. Die Vorglühzeit T_V ist eine Funktion der Motortemperatur T_M und der Batteriespannung U_Batt. Diese Funktion ist in einem dreidimensionalen Kennfeld abgelegt.
Der Vorglühvorgang wird beendet, wenn die Vorglühzeit T_V abgelaufen ist.
Während des Vorglühens wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt und der Vorglühvorgang auch vor Ablauf der Vorglühzeit beendet, wenn die sog. Startabwurfdrehzahl erreicht ist.
Während des Vorglühens wird die den Vorglühvorgang anzeigende Kontrollampe L1 angesteuert bzw. eingeschaltet. Sie wird wieder abgeschaltet, wenn die Vorglühzeit T_V abgelaufen ist, oder wenn eine bestimmte Motor-Startdrehzahl N_St von beispielsweise 800 U/min für eine Zeit T_VSt von z.B. 10 s überschritten ist.
Nach Ablauf der Vorglühzeit T_V schließt sich an den Vorglühvorgang für längstens eine Sicherheitsglühzeit T_S ein Glühvorgang an, bei dem die den Kerzen zugeführte Leistung dadurch begrenzt wird, daß das Relais R2 mit einer festen im Glühzeitsteuergerät vorgegebenen Periodendauer T_p und mit einem in der Motorsteuerung (EDC) zu bestimmenden Tastgrad T_G getaktet wird. Dagegen bleibt R1 während der Sicherheitsglühzeit T_S voll angezogen.
In der Motorsteuerung ist ein Tastgrad T_G1 abgelegt, der nur während der vorgegebenen Periodendauer T_p beibehalten wird. Er wurde durch Versuche bei der üblichen Batteriespannung U_Batt1 ermittelt. Er ist als Funktion der Kraftstoff-Einspritzmenge M_E und der Motordrehzahl N in einem Kennfeld gespeichert.
Bei beliebigen von U_Batt1 abweichenden Spannungen U_Batt erfolgt nach Ablauf der Periodendauer T_p eine Korrektur des Tastgrads gemäß folgender Gleichung:
wobei mit Rv der Vorwiderstand und mit Rk der Kerzenwiderstand bezeichnet wird.
Es ist festzuhalten, daß der auf diese Weise ermittelte Tastgrad T_G nur für die bei der Messung von T_G1 vorgegebenen Periodendauer T_p gültig ist.
Der Glühvorgang wird beendet, wenn entweder die Sicherheitsglühzeit T_S abgelaufen ist, oder der Motor die Startwurfdrehzahl erreicht hat.
Wird entweder beim Vorglühen oder beim Glühen die Startabwurfdrehzahl erreicht, so wird ein Nachglühvorgang eingeleitet, der während einer Nachglühzeit T_M aufrecht erhalten wird. Die Nachglühzeit ist eine Funktion der Motortemperatur T_M und wird durch eine Kennlinie
Wie beim Glühvorgang werden die zulässige der Kerze zugeführte Leistung P_KE und der Tastgrad T_G aus dem Kennfeld
Die den Kerzen zugeführte Leistung ist abhängig von der Motor- bzw. Brennraumtemperatur. Bei höherer Belastung des Motors und daraus resultierender höherer Temperatur werden die Kerzen kürzer eingeschaltet, d.h. die Energiezufuhr wird reduziert. Dadurch werden termische Überlastungen vermieden. Da die Temperatur des Brennraums beim Gasgeben nicht abrupt steigen kann, braucht die den Kerzen zugeführte Energie nicht sofort zurückgenommen werden. Sie wird vielmehr mit einer Verzögerung - entsprechend der langsam steigenden Brennraumtemperatur - zurückgenommen.
Das Umgekehrte gilt für die Gasrücknahme, also für die Reduzierung der Kraftstoff-Einspritzmenge: Die Temperatur des Brennraums sinkt bei abnehmender Last allmählich; die Energiezufuhr zu den Kerzen nimmt also bei Lastreduktion mit einer gewissen Verzögerung zu.
Daraus folgt, daß der tatsächlich realisierte, von der Motorsteuerung MS an die Schnittstelle 1 übermittelte Tastgrad T_G* dem ermittelten Tastgrad T_G mit einer gewissen Verzögerung, hier einer Verzögerung erster Ordnung folgt. Diese Verzögerungszeit wird mit T_VG bezeichnet und liegt im Bereich von beispielsweise 1 bis 3 s.
Schließlich kann noch ein weiterer Glühvorgang unterschieden werden: Das Zwischenglühen. Dieser Vorgang wird bei Leerlauf des Motors, also bei Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl N_Sch bzw. einer vorgegebenen Einspritzmenge M_Sch, und bei kaltem Motor, nämlich wenn die Motortemperatur T_M einen vorgegebenen Temperaturwert T_MSch unterschreitet, eingeleitet. Dabei wird das Relais R1 kontinuierlich angezogen und das Relais R2 mit einem festen Tastgrad T_GZ bei einer Periodendauer T_p getaktet. Die Periodendauer ist aus dem obenbeschriebenen Glühvorgang bekannt.
Auch hier wird - wie beim Glühen und Nachglühen - eine Spannungskorrektur des Tastgrads vorgenommen. Der beim Zwischenglühen anhand der Spannungskorrektur ermittelte Tastgrad wird mit dem beim Nachglühen erforderlichen Tastgrad verglichen und der größere der beiden Werte verwendet (Maximalwertauswahl).
Aus Figur 4 ergibt sich, daß immer dann eine Diagnose angefordert wird, wenn die Datenbits D0 bis D4 alle den Wert "0" annehmen, also dann, wenn die Relais R1 und R2-nicht angezogen sind. Die Motorsteuerung stellt auf diese Weise vor der Vorglühzeit T_V und der Nachglühzeit T_N Diagnoseaufforderungen an das Glühzeitsteuergerät. Unabhängig davon kann über das Datenbit D6 eine Diagnoseaufforderung erfolgen.
Das hier beschriebene Verfahren ist so ausgelegt, daß jede Diagnoseaufforderung der Motorsteuerung MS an das Glühzeitsteuergerät beantwortet werden muß. Nach der Diagnoseaufforderung sendet die Motorsteuerung eine logische "1". Als Antwort auf diese Aufforderung wird in dem Glühzeitsteuergerät die zur Motorsteuerung führende Übertragungsleitung zeitlich begrenzt auf Nullpotential gelegt. Die Motorsteuerung wertet die Zeiten aus, während denen die Übertragungsleitung auf Nullpotential liegt. Aus der folgenden Tabelle ist ersichtlich, daß zwei Fälle unterschieden werden können: Motorsteuerung unterscheidet die von der Glühzeitsteuerung zurückgemeldeten Fehler oder nicht. Die beiden Fälle sind in der Tabelle durch eine doppelte, gestrichelte horizontale Linie unterschieden.
Anstelle der bei der Erläuterung des Verfahrens zur Ansteuerung von Glühkerzen genannten Relais R1 und R2 können auch Halbleiterschalter verwendet werden. Sie haben den Vorteil, daß sie wesentlich schneller als Relais getaktet werden können, so daß auch Taktfrequenzen oberhalb von 16 Hz realisierbar sind. Das menschliche Auge nimmt dann aufgrund der Augenträgheit beim Ein- und Ausschalten der hohen Kerzenströme kein Flackern von elektrischen Beleuchtungseinrichtungen des Fahrzeugs mehr wahr. Dadurch können auch das Relais R 1 und der Vorwiderstand entfallen.
Dadurch, daß bei dem beschriebenen Verfahren die in der Motorsteuerung vorhandenen Informationen genutzt werden, können diverse, sonst zusätzlich vorgesehene Signal-Eingabeanschlüsse entfallen:
Der NTC im Glühzeitsteuergerät wird durch ein Kühlwassertemperatur-Signal der Motorsteuerung ersetzt; der Lastschalter bzw. das Lastpotentiometer an der Kraftstoff-Einspritzpumpe bzw. am Fahrpedal werden ersetzt durch auf der Einspritzmenge und der Drehzahl beruhende Lastinformationen in der Motorsteuerung und das Anlassersignal durch Drehzahlinformationen wie Mindest- bzw. Startabwurfdrehzahl.
Darüber hinaus wird zur Änderung des Tastgrads die in der Motorsteuerung vorhandene Information über die Bordnetzspannung in dem Glühzeitsteuergerät genutzt. Schließlich besteht die Möglichkeit, die bei der Diagnose festgestellten Fehler der Glühzeitsteuerung über die Schnittstelle an die Motorsteuerung zurückzumelden und dort zu speichern.