Glühsystem, Steuereinrichtung und Verfahren zur Leistungssteuerung einer Glühkerze

Abstract

 Beschrieben wird Glühsystem für einen Dieselmotor eines Kfz mit einer Glühkerze (RG1, RG2), die einen Potentialanschluss zum Anlegen einer Versorgungsspannung (U1) und einen Masseanschluss zum Anschluss an ein Massepotential (GND) aufweist, einer Steuereinrichtung (1) zum Steuern der elektrischen Leistung, die der Glühkerze (RG1, RG2) im Betrieb zugeführt wird, wobei die Steuereinrichtung (1) einen Messeingang (ADC1) und einen Masseeingang (ADC2) aufweist, um im Betrieb einen Messwert der Versorgungsspannung U1 relativ zu einem an dem Masseeingang (ADC2) anliegenden Referenzpotential (GND') zu ermitteln. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (1) einen Prüfeingang (ADC3) hat, der im Betrieb über einen ersten Widerstand (R1) an eine Prüfspannungsquelle und über einen zweiten Widerstand (R2) an den Potentialanschluss der Glühkerze (RG1, RG2) angeschlossen ist, wobei die Steuereinrichtung (1) im Betrieb eine Potentialdifferenz zwischen dem Potential des Prüfeingangs (ADC 3) und dem Potential (GND') des Masseeingangs (ADC2) ermittelt, eine Abweichung der Potentialdifferenz von einem Sollwert ermittelt und, falls diese Abweichung von Null verschieden ist, die Abweichung für eine Korrektur des relativ zu dem am Masseeingang (ADC2) anliegenden Referenzpotentials (GND') gemessenen Messwerts der Versorgungsspannung (U1) verwendet und für die Leistungssteuerung von dem korrigierten Wert der Versorgungsspannung (U1) ausgeht. Beschrieben werden ferner eine Steuereinrichtung für ein derartiges Glühsystem und ein Verfahren zur Leistungssteuerung einer Glühkerze.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Glühsystem für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, eine Steuereinrichtung zum Steuern der Leistung eines elektrischen Verbrauchers sowie ein Verfahren zur Leistungssteuerung einer Glühkerze.

[0002] Die Stärke der elektrischen Versorgungsspannung unterliegt in Kraftfahrzeugen in der Regel mehr oder weniger großen Schwankungen. Für eine präzise Leistungssteuerung elektrischer Verbraucher wie Glühkerzen oder Heizelemente ist deshalb eine Messung der Stärke der zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung erforderlich. Beispielsweise kann bei einer Leistungssteuerung durch Pulsweitenmodulation die Pulsweite, d. h. die Dauer der Zeitintervalle, während denen die Versorgungsspannung zum Einspeisen einer gewünschten elektrischen Leistung an den Verbraucher angelegt wird, in Abhängigkeit von dem Wert der Versorgungsspannung gewählt werden.

[0003] Eine schlechte Anbindung einer Mess- oder Steuereinrichtung an ein dem Verbraucher anliegendes Massepotential kann dazu führen, dass bei einer Messung der Versorgungsspannung ein fehlerhafter Wert ermittelt wird, da die Versorgungsspannung in einem solchen Fall relativ zu einem Referenzpotential gemessen wird, das von dem an dem Verbraucher anliegenden Massepotential abweicht. Wird ein falscher Wert der Versorgungsspannung für die Leistungssteuerung herangezogen, führt dies dazu, dass eine zu große oder zu kleine Leistung zur Verfügung gestellt wird, was zu Schäden führen kann. Beispielsweise haben Glühkerzen, die sich wegen einer zu großen Leistung überhitzen, eine verringerte Lebensdauer. Glühkerzen, die ihre vorgegebene Endtemperatur nicht erreichen, führen zu einer Verschlechterung des Zündverhaltens.

[0004] Eine häufige Ursache für eine schlechte Anbindung einer Mess- oder Steuereinrichtung an ein Massepotential sind fehlerhafte oder gealterte Steckverbindungen, die einen erheblichen Widerstand erzeugen können.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie die Leistungssteuerung von Glühkerzen verbessert werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Glühsystem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie ein Verfahren zur Leistungssteuerung einer Glühkerze mit den im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmalen.

[0007] Die Erfindung ermöglicht eine bessere Leistungssteuerung durch eine präzisere Bestimmung der Versorgungsspannung. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass bei einer Messung der Verbrauchsspannung diese Messung gegenüber einem Referenzpotential erfolgt, das unter Umständen von dem an den Verbraucher anliegenden Massepotential, beispielsweise wegen schlechter Kontakte, abweicht, so dass der tatsächliche Wert der an dem Verbraucher anliegenden Verbrauchsspannung von dem ermittelten Wert um die Differenz zwischen dem Referenzpotential und dem Massepotential abweicht. Mit der Erfindung kann eine evtl. Abweichung des Referenzpotentials von dem Massepotential erkannt und für eine Korrektur eines Messwertes der Versorgungsspannung verwendet werden. Auf diese Weise kann der Wert der Versorgungsspannung des Verbrauchers mit einer größeren Präzision ermittelt werden, so dass beispielsweise bei einer Leistungssteuerung durch Pulsweitenmodulation die Zeitdauer von Versorgungsspannungspulsen, die zum Einbringen einer gewünschten Leistung an den Verbraucher angelegt werden, auf einer zuverlässigeren Grundlage berechnet werden können.

[0008] Erfindungsgemäß wird die Versorgungsspannung in einem ersten Schritt relativ zu einem Referenzpotential gemessen. Da der Wert dieses Referenzpotentials aus verschiedenen Gründen von dem Wert eines an dem Verbraucher anliegenden Massepotentials abweichen kann, wird in einem weiteren Schritt überprüft, ob das Referenzpotential von dem Massepotential abweicht und ein Wert einer evtl. vorhandenen Abweichung ermittelt. Bevorzugt wird der Wert einer eventuellen Abweichung des Referenzpotentials von dem Massepotential mit einer Spannungsteilerschaltung und einer Prüfspannungsquelle ermittelt. Als Prüfspannung kann beispielsweise die für elektronische Bauteile benötigte Betriebsspannung verwendet werden. Geeignete Spannungsquellen sind in viele elektronische Geräte ohnehin bereits integriert, so dass beispielsweise eine Spannung von 5 Volt mit geringem Aufwand zuverlässig und weitestgehend frei von Spannungsschwankungen zur Verfügung gestellt werden kann.

[0009] Bei einem erfindungsgemäßen Glühsystem wird die Versorgungsspannung zwischen einem Messeingang und einem Masseeingang eines in die Steuereinrichtung integrierten Messgeräts relativ zu einem Referenzpotential gemessen, das an dem Masseeingang der Steuereinrichtung anliegt. Zusätzlich zu dem Messeingang, an den bestimmungsgemäß die Versorgungsspannung angelegt wird, und dem Masseeingang hat die Steuereinrichtung einen Prüfeingang, der im Betrieb über einen ersten Widerstand an eine Prüfspannungsquelle und über einen zweiten Widerstand an den Potentialanschluss der Glühkerze angeschlossen ist. Die beiden Widerstände bilden eine Spannungsteilerschaltung, so dass bekannt bzw. leicht feststellbar ist, welche Potentialdifferenz bei idealen Bedingungen zwischen dem Potential des Prüfeingangs und dem Potential des Masseeingangs vorliegen sollte, also wenn das Referenzpotential mit dem Massepotential identisch ist. Wird von der Steuereinrichtung nicht der erwartete Wert gemessen, so beruht eine evtl. Abweichung auf einem Unterschied zwischen dem Referenzpotential und dem Massepotential. Eine evtl. festgestellte Abweichung kann deshalb für eine Korrektur des gemessenen Werts der Versorgungsspannung verwendet werden.

[0010] Wesentlicher Bestandteil eines erfindungsgemäßen Glühsystems ist die im Vorhergehenden beschriebene Steuereinrichtung, die ohne weiteres auch zur Leistungssteuerung von anderen Verbrauchern als Glühkerzen eingesetzt werden kann. Die eingangs beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß deshalb auch durch eine Steuereinrichtung mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.

[0011] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Die dabei beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination zum Gegenstand von Ansprüchen gemacht werden.

[0012] Figur 1 zeigt eine Schaltungsskizze eines erfindungsgemäßen Glühsystems.

[0013] Das in Figur 1 schematisch dargestellte Glühsystem umfasst mehrere Glühkerzen, die in Figur 1 als Widerstände RG1 und RG2 dargestellt sind. Selbstverständlich können dem Glühsystem je nach Bedarf weitere Glühkerzen hinzugefügt werden. Jede der Glühkerzen RG1, RG2 hat einen Potentialanschluss, der über eine Versorgungsleitung G1 bzw. G2 an eine Versorgungsspannung U1 angelegt werden kann. In jeder der Versorgungsleitungen G1, G2 ist ein Schalter S1 angeordnet, so dass die Bestromung der Glühkerzen RG1, RG2 für eine Leistungssteuerung durch Pulsweitenmodulation nach Bedarf unterbrochen werden kann. Der Schalter S1, bevorzugt ein Leistungstransistor, wird zur Leistungssteuerung von einer Steuereinheit 1 betätigt.

[0014] Die Steuereinheit 1 umfasst einen Mikroprozessor mit einem Analog-Digital-Wandler. Die Leistungssteuerung wird von der Steuereinheit 1 durch ein Verfahren der Pulsweitenmodulation durchgeführt, bei dem zum Einspeisen einer gewünschten elektrischen Leistung in die Glühkerze RG1 der Schalter S1 zum Erzeugen der Pulsweiten für geeignete Zeitintervalle geöffnet bzw. geschlossen wird. Die Dauer der Pulsweiten werden von der Steuereinheit 1 zum Einspeisen der gewünschten elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Stärke der Versorgungsspannung U1 festgelegt. Die Versorgungsspannung U1 von beispielsweise etwa 11 Volt wird von dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges bereitgestellt.

[0015] Zur Messung der Versorgungsspannung U1 weist die Steuereinrichtung 1 einen Messeingang ADC1 ihres integrierten Analog-Digital-Wandlers auf. Dem Messeingang ADC1 wird gemäß Figur 1 ebenso wie dem Potentialanschluss der Glühkerzen RG1, RG2 die Versorgungsspannung U1 zugeführt. Die Versorgungsspannung U1 wird von der Steuereinrichtung 1 relativ zu einem Referenzpotential GND' gemessen, das an einem Masseeingang ADC2 der Steuereinrichtung 1 anliegt. Das Referenzpotential GND' kann von dem Massepotential GND abweichen, das an dem Masseanschluss der Glühkerzen RG1, RG2 anliegt, beispielsweise wegen schlechter Kontakte, die auf schadhaften Steckverbindern, die zum Anschluss elektronischer Komponenten in der Kfz-Technik gebräuchlich sind, beruhen können. In Figur 1 ist deshalb zwischen dem Referenzpotential GND' und dem Massepotential GND der Widerstand R3 eingezeichnet, der auf einer schlechten Anbindung des Masseeingangs ADC2 der Steuereinrichtung 1 an das Massepotential GND beruht.

[0016] Der Störwiderstand R3 bewirkt, dass das Referenzpotential GND' von dem Massepotential GND abweicht und folglich der von der Steuereinrichtung 1 für die Versorgungsspannung U1 ermittelte Spannungswert von dem an der Glühkerze RG1, RG2 abfallenden Spannungswert abweicht.

[0017] Um eine evtl. Abweichung des Referenzpotentials GND' von dem Massepotential GND ermitteln zu können, hat die Steuereinrichtung 1 einen Prüfeingang ADC3, der über einen ersten Festwiderstand R1 an eine Prüfspannungsquelle, welche die konstante Prüfspannung U2 liefert, angeschlossen ist. Der Prüfeingang ADC3 ist ferner über einen zweiten Festwiderstand R2 an den Potentialanschluss der Glühkerze RG1, RG2 angeschlossen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Festwiderstand R2 parallel mit jeweils einer Glühkerze RG1, RG2 verbunden.

[0018] Zum Überprüfen, ob das an dem Masseeingang ADC2 anliegende Referenzpotential GND' von dem an dem Masseanschluss der Glühkerze RG1, RG2 anliegenden Massepotential GND abweicht, wird die Versorgungsspannung U1 von dem Potentialanschluss der Glühkerze RG1, RG2 abgekoppelt. Hierzu wird der Schalter S1 von der Steuereinrichtung 1 geöffnet.

[0019] Die definierten Widerstände R1 und R2 bilden eine Spannungsteilerschaltung, so dass an dem Prüfeingang ADC3 eine Spannung U3 anliegt, deren Wert gegenüber dem Massepotential GND sehr genau bekannt ist, da er in erster Nährung nur von dem Wert der Prüfspannung U2, und den Festwiderständen R1 und R2 abhängt. Prinzipiell wird der genaue Wert der Spannung U3 selbstverständlich auch von weiteren Faktoren, beispielsweise dem elektrischen Widerstand der Glühkerzen RG1, RG2 beeinflusst. Da der elektrische Widerstand einer Glühkerze einschließlich Zuleitungen bei Zimmertemperatur typischerweise nur etwa 0,5 Ohm beträgt, sind diese Einflüsse üblicherweise vernachlässigbar und können erforderlichenfalls durch eine genauere Berechnung berücksichtigt werden. Die Festwiderstände R1 und R2 haben typischerweise einen Wert von einigen hundert Ohm, die Prüfspannung U2 bevorzugt einen Wert von 5 Volt. Bevorzugt liefert die Prüfspannungsquelle auch die von der Steuereinrichtung benötigte Betriebsspannung. Als Prüfspannungsquelle kann deshalb die für den Mikroprozessor der Steuereinrichtung 1 ohnehin benötigte Spannungsversorgung verwendet werden.

[0020] Bevorzugt sind der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2 jeweils mindestens 50-mal, bevorzugt mindestens 200-mal, insbesondere mindestens 1000-mal, so groß wie der Widerstand der Glühkerze RG1, RG2. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der elektrische Widerstand der Glühkerze RG1, RG2 auf das an dem Prüfeingang ADC3 anliegende Potential U3 in guter Nährung keinen Einfluss hat.

[0021] Stellt die Steuereinrichtung 1 fest, dass der Wert des an dem Prüfeingang ADC3 anliegenden Potentials U3 relativ zu dem Referenzpotential GND' von einem Sollwert abweicht, der wie im Vorhergehenden erläutert in erster Nährung nur von den Festwiderständen R1, R2 und dem Wert der Prüfspannung U2 abhängt, so bedeutet dies, dass auch das Referenzpotential GND' von dem Massepotential GND abweicht. Eine evtl. festgestellte Abweichung wird von der Steuereinrichtung 1 für eine Korrektur des Messwerts der Versorgungsspannung U1 verwendet, der relativ zu dem am Masseeingang anliegenden Referenzpotential GND' gemessen wurde. Auf diese Weise kann für die Leistungssteuerung mit einer größeren Präzision die gewünschte elektrische Leistung in der Glühkerze RG1, RG2 eingespeist werden.

[0022] Die Prüfspannung U2 ist bevorzugt kleiner als die Versorgungsspannung U1, die beispielsweise 11 Volt beträgt. Zwischen dem zweiten Festwiderstand R2 und dem Potentialanschluss der Glühkerze RG1, RG2 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel deshalb eine Diode D1 bzw. D2 angeordnet. Die Diode D1, D2 verhindert, dass die Versorgungsspannung U1 den Wert des an dem Prüfeingang ADC3 der Steuereinrichtung 1 anliegenden Potentials U3 beeinflusst.

Bezugszahlen

[0023] 

RG1

Glühkerze

RG2

Glühkerze

G1

Versorgungsleitung

G2

Versorgungsleitung

U1

Versorgungsspannung

S1

Schalter

1

Steuereinheit

ADC1

Messeingang

GND'

Referenzpotential

ADC2

Masseeingang

GND

Massepotential

R3

Störwiderstand

R1

Festwiderstand

U2

Prüfspannung

ADC3

Prüfeingang

R2

Festwiderstand

U3

Spannung

D1

Diode

D2

Diode

Ansprüche

1. Glühsystem für einen Dieselmotor eines Kfz mit
einer Glühkerze (RG1, RG2), die einen Potentialanschluss zum Anlegen einer Versorgungsspannung (U1) und einen Masseanschluss zum Anschluss an ein Massepotential (GND) aufweist,
einer Steuereinrichtung (1) zum Steuern der elektrischen Leistung, die der Glühkerze (RG1, RG2) im Betrieb zugeführt wird, wobei die Steuereinrichtung (1) einen Messeingang (ADC1) und einen Masseeingang (ADC2) aufweist, um im Betrieb einen Messwert der Versorgungsspannung U1 relativ zu einem an dem Masseeingang (ADC2) anliegenden Referenzpotential (GND') zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (1) einen Prüfeingang (ADC3) hat, der im Betrieb über einen ersten Widerstand (R1) an eine Prüfspannungsquelle und über einen zweiten Widerstand (R2) an den Potentialanschluss der Glühkerze (RG1, RG2) angeschlossen ist, wobei die Steuereinrichtung (1)
im Betrieb eine Potentialdifferenz zwischen dem Potential des Prüfeingangs (ADC 3) und dem Potential (GND') des Masseeingangs (ADC2) ermittelt,
eine Abweichung der Potentialdifferenz von einem Sollwert ermittelt und, falls diese Abweichung von Null verschieden ist, die Abweichung für eine Korrektur des relativ zu dem am Masseeingang (ADC2) anliegenden Referenzpotentials (GND') gemessenen Messwerts der Versorgungsspannung (U1) verwendet und für die Leistungssteuerung von dem korrigierten Wert der Versorgungsspannung (U1) ausgeht.

2. Glühsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuerung durch Pulsweitenmodulation erfolgt.

3. Glühsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Widerstand (R2) und dem Potentialanschluss der Glühkerze (RG1, RG2) eine Diode (D1, D2) angeordnet ist.

4. Glühsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an den Potentialanschluss der Glühkerze (RG1, RG2) angeschlossene Versorgungsleitung (G1) zum Anschluss an eine Versorgungsspannungsquelle, wobei in der Versorgungsleitung (G1) ein Schalter (S1) angeordnet ist, der von der Steuereinrichtung (1) zur Leistungssteuerung betätigt wird.

5. Glühsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Glühkerzen (RG1, RG2).

6. Glühsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfspannungsquelle eine von der Steuereinrichtung (1) benötigte Betriebsspannung, vorzugsweise von 5 V, liefert.

7. Glühsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand (R1) und der zweite Widerstand (R2) jeweils mindestens 50-mal, vorzugsweise mindestens 200-mal, insbesondere mindestens 1000-mal, so groß wie der Widerstand der Glühkerze (RG1, RG2) sind.

8. Steuereinrichtung (1) zum Steuern der Leistung eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere für ein Glühsystem, wobei die Steuereinrichtung (1) einen Messeingang (ADC1) und einen Masseeingang (ADC2) aufweist, um im Betrieb einen Messwert einer Versorgungsspannung (U1) des Verbrauchers relativ zu einem an dem Masseeingang (ADC2) anliegenden Referenzpotential (GND') zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (1) einen Prüfeingang (ADC3) hat, der über einen ersten Widerstand (R1) an eine Prüfspannungsquelle angeschlossen ist und über einen zweiten Widerstand (R2) bestimmungsgemäß an einen Potentialanschluss des Verbrauchers (RG1, RG2) angeschlossen wird,
im Betrieb eine Potentialdifferenz zwischen dem Potential des Prüfeingangs (ADC3) und dem Potential des Masseeingangs (ADC2) ermittelt,
eine Abweichung der Potentialdifferenz von einem Sollwert ermittelt und, falls diese Abweichung von Null verschieden ist, die Abweichung für eine Korrektur des relativ zu dem am Masseeingang (ADC2) anliegenden Potentials gemessenen Messwerts der Versorgungsspannung (U1) verwendet und für die Leistungssteuerung von dem korrigierten Wert der Versorgungsspannung (U1) ausgeht.

9. Verfahren zur Leistungssteuerung einer Glühkerze (RG1, RG2) durch Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung (U1), dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung (U1) relativ zu einem an einem Masseeingang (ADC2) eines Spannungsmessgeräts anliegenden Referenzpotential (GND') gemessen wird,
überprüft wird, ob das Referenzpotential (GND') von einem an die Glühkerze (RG1, RG2) angelegten Massepotential (GND) abweicht und ein Wert einer eventuell vorhandenen Abweichung ermittelt wird,
die zeitliche Dauer von Versorgungsspannungspulsen, die zum Einbringen einer gewünschten Leistung an die Glühkerze (RG1, RG2) angelegt werden, aus einem relativ zu dem Referenzpotential (GND') gemessenen Wert der Versorgungsspannung (U1) und dem Wert einer eventuellen Abweichung des Referenzpotentials (GND') von dem Massepotential (GND) berechnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung des Referenzpotentials (GND') von dem Massepotential (GND) mit einer Spannungsteilerschaltung (R1, R2) und einer Prüfspannungsquelle ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überprüfen, ob das Referenzpotential (GND') von dem an die Glühkerze (RG1, RG2) angelegten Massepotential (GND) abweicht, die Versorgungsspannung (U1) von der Glühkerze (RG1, RG2) abgekoppelt wird.

Zeichnung