Titel

Steuereinheit für eine Mehrzahl von Glühstiftkerzen und Verfahren hierzu

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine Mehrzahl von Glühstiftkerzen nach Anspruch 1 und ein Verfahren hierzu nach Anspruch 17.

Üblicherweise werden bei Motorblöcken von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselmotoren, Systeme zur Brennraumerwärmung eingesetzt, um das Kaltstart- und Leerlaufverhalten von dem Motorblock zu verbessern. Diese Systeme werden ebenfalls in Zusammenhang mit einer Abgasnachbehandlung eingesetzt um optimale Verbrennungsergebnisse zu erzielen. Diese Systeme enthalten ein

Heizelement, insbesondere eine Mehrzahl von Glühstiftkerzen, welche in einem Verbrennungsraum von dem Motorblock der Brennkraftmaschine eingebracht sind.

Eine Brennkraftmaschine enthält zusätzlich zu einem Motorblock eine Vielzahl von elektronischen Steuergeräten. Hierzu zählen unter anderem ein Motorsteuergerät, welches motorspezifische Daten sensorisch ermittelt und diese für eine Berechnung einer Verbrennungsraumerwärmung im Motorblock bereitstellt, und ein Glühzeitsteuergerät, welches eine Ablaufsteuerung und Endstufen für die Bestromung der Glühstiftkerzen beinhaltet. Ferner sind die Glühstiftkerzen in der

Brennkraftmaschine enthalten, welche als elektrische Heizelemente in einen Zylinderkopf des Motorblocks eingebracht sind.

Die elektrische Ansteuerung bzw. Versorgung der Glühstiftkerzen erfolgt ausge- hend vom Glühzeitsteuergerät für jede Glühstiftkerze über eine eigene elektrische Zuleitung. Über diese elektrische Zuleitung wird der Glühstiftkerze ein posi- tives Batteriespannungspotential zugeführt, wobei das positive Batteriespannungspotential pulsweitenmoduliert ist. Die Glühstiftkerze ist ein zweipoliges E- lement und enthält neben einen Ansteuerungs- und Versorgungskontakt ferner einen Ableitkontakt, welcher an dem Metallgehäuse von der Glühstiftkerze ange- schlössen ist. Dieser Ableitkontakt dient als Ableitung der Glühstiftkerzenströme zu einem Minuspol von der Batterie. Um die Anzahl von Kabeln in dem Kraftfahrzeug möglichst gering zu halten, erfolgen Ableitungen von elektrischen Bauteilen des Kraftfahrzeuges üblicherweise über elektrisch leitende Bauteile, insbesondere über eine elektrisch leitfähige Karosserie des Kraftfahrzeuges. Bei der Glüh- stiftkerze erfolgt die Ableitung der Glühstiftkerzenströme hierbei über den Motorblock, ein Motormasseband, welches zwischen dem Motorblock und der Karosserie verbunden ist, über die Karosserie selber, welche hierbei aus einem elektrisch leitbaren Material ausgebildet ist, wie beispielsweise Stahl, und ein Batteriemasseband, welches zwischen dem Minuspol von der Batterie und der Karos- serie verbunden ist, zurück zum negativen Batteriespannungspol.

Insbesondere bei Systemen mit Niederspannungs-Glühstiftkerzen hält das Glühzeitsteuergerät die Möglichkeit bereit, die Bestromungsintensität von den Glühstiftkerzen nachzuregeln, um einen ausreichenden Energieeintrag in die Glüh- stiftkerzen bereitzustellen und damit gute Starteigenschaften zu gewährleisten.

Diese Nachregelung des Glühzeitsteuergerätes erfolgt bei Versorgungsspan- nungs-Änderungen, welche insbesondere beim Starten des Motorblocks erfolgen. Die zur Verfügung stehende Batteriespannung wird im Glühzeitsteuergerät zwischen einem Versorgungspunkt, welcher mit dem Pluspol von der Batterie verbunden ist (Dauerplus), und einem Referenzmassepunkt (Karosseriemasse) erfasst. Aus diesem Versorgungsspannungswert bestimmt das Glühzeitsteuergerät eine für den notwendigen Energieeintrag an die Glühstiftkerzen erforderliche jeweilige Effektivspannung und damit das erforderliche Tastverhältnis für die Bestromung der Glühstiftkerzen.

Es hat sich bei diesem elektrischen Aufbau als nachteilig erwiesen, dass Spannungsabfälle auftreten. Diese Spannungsabfälle resultieren aus prinzipbedingt vorhandenen elektrischen Widerständen des Motorblocks, der Massebänder und der Karosserie, sodass es bei einem Stromfluss über diese elektrischen Leiter zu Spannungsabfällen kommt, die zu einem Massepotentialunterschied bzw. Masseversatz zwischen dem Glühzeitsteuergerät und den Glühstiftkerzen führen. Dieser Masseversatz verfälscht dabei die vom Glühzeitsteuergerät eingestellte Effektivspannung der Glühstiftkerzen. Stellt das Glühzeitsteuergerät eine Ausgangseffektivspannung bezogen auf seinen Massebezugspunkt (Karosseriemasse) ein, so unterscheidet sich die tatsächlich an den Glühstiftkerzen anliegende Effektivspannung, welche die Heizintensität bestimmt, um den Betrag des Masseversatzes. Daraus resultiert ein vom Sollwert abweichender Energieeintrag in die Glühstiftkerzen, welches bei starker Ausprägung und je nach Polarität zu einem schlechten Startverhalten (zu kalt) oder zu einer Überlastung (zu heiß) der Glühstiftkerzen führen kann.

Ist der zur Ansteuerung verwendete effektive Spannungswert zu gering, so ist die Funktionsfähigkeit der Glühstiftkerzen beeinträchtigt, da diese keine ausreichend hohe Temperatur erreichen. Ist jedoch der zur Ansteuerung verwendete effektive Spannungswert zu hoch, wirkt sich dies nachteilhaft auf die Lebensdauer von den Glühstiftkerzen aus. Aus diesem Grund darf der tatsächlich jeweils an den

Glühstiftkerzen anliegende effektive Spannungswert nur gering von seinem Sollwert abweichen.

Ein bekannter Ansatz diesem Problem entgegenzutreten, besteht darin, die Lei- tungswiderstände der elektrisch leitfähigen Elemente und/oder der elektrischen

Leiter, wie beispielsweise das Motormasseband, zu reduzieren. Dies hat sich jedoch als nicht ausreichend erwiesen, um den auftretenden Masseversatz zwischen dem Gehäuse von den Glühstiftkerzen (Motorblockmasse) und dem Referenzmassepunkt des Glühzeitsteuergerätes vollständig zu unterbinden, wodurch weiterhin die problematische Abweichung der Glühintensität besteht.

Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinheit und ein Verfahren bereitzustellen, welche den Glühstiftkerzen eine jeweils korrekte Bestromung bereitstellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuereinheit für eine Mehrzahl von Glühstiftkerzen, welche in einem Motorblock eines Kraftfahrzeugs eingebracht sind, gelöst, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, einen Masseversatz zwischen einem elektrischen Potential einer Karosserie des Kraftfahrzeugs und einem elektri- schen Potential des Motorblocks zu erfassen, und den Glühstiftkerzen in Ansprechen auf diesen Masseversatz eine jeweils korrekte Glühstiftkerzen-Spannung mittelbar ist.

Ein wesentlicher Punkt der erfindungsgemäßen Steuereinheit besteht darin, dass der Masseversatz zwischen der Karosserie und dem Motorblock erfasst wird und diese erfasste Messgröße als Korrektur bei der Bestimmung der notwendigen Glühstiftkerzen-Spannung herangezogen wird. Somit werden Abweichungen der Glühstiftkerzen-Bestromung kompensiert.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 16 angegeben.

Danach ist in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Motorsteuergerät mit einer Steuereinheit nach Anspruch 1 ausgestattet. Bevorzugt ist das Motorsteuergerät zur Bereitstellung von Kenndaten zur Verbrennungsraumerwärmung des Motorblocks ausgelegt. Vorteilhaft zeigt sich hierbei, dass die Erfassung des Masseversatzes und eine in Ansprechen darauf erfolgte Kompensation der Glühstiftkerzen-Spannung in jenem Steuergerät vorgenommen werden, welches auch zur Berechnung der Verbrennungsraumerwärmung ausgelegt ist. Somit werden Kos- ten eingespart.

In einer bevorzugten Ausbildung ist das Motorsteuergerät dazu ausgelegt, eine von Motorbetriebsdaten abhängige Glühintensität in Ansprechen auf den erfass- ten Masseversatz als einen Versatz in eine Spannungsvorgabe an ein Glühzeit- Steuergerät zu bestimmen. Somit kann der gemessene Masseversatz als ein

Versatz in die Spannungsvorgabe an das Glühzeitsteuergerät einfließen. Bevorzugt erfolgt die Erfassung des Masseversatzes zyklisch in einem für das Motorsteuergerät möglichen Zeitraster. Vorzugsweise ist das Motorsteuergerät über eine Messleitung mit dem Motorblock verbunden.

Alternativ bevorzugt ist das Motorsteuergerät über einen im Motorblock angebrachten, massebezogenen Schalter mit dem Motorblock verbunden. Durch diese Ausgestaltung wird eine zusätzliche Messleitung vermieden, wodurch eine Montagezeit verkürzt wird und ferner Kosten reduziert werden. Dieser Schalter kann beispielsweise ein im Motorblock angebrachter Öldruckschalter sein. Vorzugsweise ist der Schalter auf das elektrische Potential des Motorblocks durch- geschaltet. Bevorzugt ist das Motorsteuergerät dazu ausgelegt, einen Schaltzustand des Schalters über einen Analogmesskanal zu erfassen. Am Beispiel des Öldruckschalters ist bei nicht ausreichendem Druck eine Ausblendung der Korrektur notwendig. Diese Ausblendung der Korrektur ist beispielsweise im Falle eines Startens des Motorblocks notwendig.

Bevorzugt ist das Motorsteuergerät dazu ausgelegt, den erfassten Masseversatz an ein Glühzeitsteuergerät anzulegen, welches dazu ausgelegt ist, eine Glühintensität von den Glühstiftkerzen in Ansprechen darauf zu berechnen.

In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung ist ein Glühzeitsteuergerät mit einer Steuereinheit nach Anspruch 1 ausgestattet. Somit erfolgt die Erfassung des Masseversatzes in jenem Gerät, welches auch die Ablaufsteuerung der Glühstiftkerze vornimmt. Somit werden Kosten eingespart.

Bevorzugt ist das Glühzeitsteuergerät über eine zusätzliche Messleitung mit dem Motorblock verbunden. Bevorzugt ist das Glühzeitsteuergerät dazu ausgelegt, eine Glühstiftkerzen-Spannung für die Ansteuerung der Glühstiftkerzen in Ansprechen auf den erfassten Masseversatz zu adaptieren. Bei diesem Konzept fließt somit die erfasste Korrekturgröße, nämlich der Masseversatz, in die Adaptierung der Ausgangsspannung ein. Dies kann direkt durch Analogtechnik oder durch eine Berücksichtigung bei der Glühintensitätsberechnung innerhalb des Glühzeitsteuergerätes erfolgen. Bevorzugt ist das Glühzeitsteuergerät dazu ausgelegt, den Masseversatz an ein Motorsteuergerät anzulegen, welches dazu ausgelegt ist, die Glühintensität von den Glühstiftkerzen in Ansprechen darauf zu berechnen.

Alternativ bevorzugt ist das Glühzeitsteuergerät über eine vorhandene elektrische Glühstiftkerzen-Zuleitung mit den Glühstiftkerzen verbunden. Somit ist kei- ne zusätzliche Leitung zum Motorblock erforderlich, wodurch die Montagezeit reduziert wird und ferner Kosten eingespart werden, was einen Systemvorteil aufweist. Bevorzugt ist das Glühzeitsteuergerät dazu ausgelegt, den Masseversatz zwischen einem Potential von der elektrischen Glühstiftkerzen-Zuleitung in einem unbestromten Zustand und einem Potential eines Referenzmassepunktes des Glühzeitsteuergerätes zu erfassen. Dieser im Glühzeitsteuergerät ermittelte

Masseversatz wird über eine Datenleitung an das Motorsteuergerät übertragen. Im Motorsteuergerät wird der Masseversatzwert als Korrektur in die Berechnung der Glühintensität einbezogen.

Das Prinzip beruht auf der Tatsache, dass über einen unbestromten elektrischen Leiter keine Spannung abfällt. Somit steht dem Glühzeitsteuergerät die Potentialinformation des Motorblocks zumindest zeitweise zur Verfügung. Wird jedoch die für die Messung herangezogene elektrische Leitung zur Glühstiftkerze bestromt, so wird die Messung ausgeblendet. Sofern in keinem Betriebspunkt alle Glühstiftkerzen gleichzeitig bestromt sind, lässt sich zum Beispiel über eine Verdop- pelung von Erfassungsressourcen und entsprechenden Berechnungsalgorithmen eine zeitlich ausreichende Quantisierung des Masseversatzes ermittelt.

Die vorstehende Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung einer Mehrzahl von Glühstiftkerzen, welche in einem Motorblock eines Kraftfahrzeugs eingebracht sind, gelöst, bei welchem ein Masseversatz zwischen einem elektrischen Potential einer Karosserie des Kraftfahrzeugs und einem e- lektrischen Potential des Motorblocks erfasst wird, und den Glühstiftkerzen in Ansprechen auf diesen Masseversatz eine jeweils korrekte Glühstiftkerzen- Spannung vermittelt wird.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit und das Verfahren hierzu werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Verbrennungsraumerwärmung, und

Figur 2 eine schematische Darstellung von einer Brennkraftmaschine.

Figur 1 zeigt ein schematisches System zur Verbrennungsraumerwärmung. Dieses System enthält ein Motorsteuergerät MSG, welches motorspezifische Kenndaten sensorisch ermittelt und diese für die Berechnung der Verbrennungsraumerwärmung bereitstellt. Das System enthält ferner ein Glühzeitsteuergerät GZS, welches die Ablaufsteuerung und die Endstufen für die Bestromung von Glüh- stiftkerzen GSK beinhaltet. Außerdem enthält das System die Glühstiftkerzen

GSK selber, welche als elektrische Heizelemente in den Zylinderkopf des Motor- blocks eingebracht sind. Das Motorsteuergerät MSG ist elektrisch mit dem Glühzeitsteuergerät GZS verbunden, welches ferner mit den Glühstiftkerzen GSK verbunden ist.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Verschaltung zwischen Glühzeitsteuergerät GZS, Motorsteuergerät MSG und mehreren Glühstiftkerzen GSK1 -n an. Ferner sind weitere Elemente des Kraftfahrzeuges angezeigt, nämlich die Karosserie K und Batterie B. Die elektrische Ansteuerung der Glühstiftkerzen GSK1 -n erfolgt vom Glühzeitsteuergerät GZS für jede Glühstiftkerze ein- zeln über eine eigene elektrische Leitung. Im Motorblock MB sind in diesem Beispiel n Glühstiftkerzen GSK1 -n eingesetzt. Der Pluspol vom Glühzeitsteuergerät GZS ist mit einem positiven Batteriespannungspotential T30 verbunden. Über dieses positive Batteriespannungspotential T30 wird optional der Pluspol des Motorsteuergeräts MSG versorgt. Das positive Batteriespannungspotential T30 wird von einem Pluspol P+ von der Batterie B versorgt. Die Ableitkontakte bzw. Minuspol-Kontakte vom Glühzeitsteuergerät GZS und Motorsteuergerät MSG sind mit einem Referenzmassepunkt T31 verbunden, dessen Potential gleich dem Massepotential von der Karosserie K ist.

Die Karosserie K ist mit dem Minuspol P- von der Batterie B verbunden. Diese

Verbindung erfolgt beispielsweise über ein erstes Masseband M1 . Der Motorblock MB ist über ein zweites Masseband M2 mit der Karosserie K verbunden. In der Figur sind ferner Potentiale angezeigt, wie beispielsweise das Potential zwischen der vom Glühzeitsteuergerät GZS ausgegebenen Ansteuerung zu einer ersten Glühstiftkerze GSK1 und dem Referenzmassepunkt T31. Dieses Potential ist in der Figur mit UGZS angezeigt. Ferner ist das Potential zwischen der Zuleitung zu der ersten Glühstiftkerze GSK1 und dem Massepotential von dem Motorblock MB angezeigt. Dieses Potential ist mit UGSK angezeigt. Aufgrund der e- lektrischen Widerstände des Motorblocks MB, der Massebänder M1 , M2 und der Karosserie K kommt es bei einem Stromfluss über diese elektrischen Leiter zu

Spannungsabfällen, die zu einem Massepotentialunterschied bzw. Masseversatz UMV zwischen dem Glühzeitsteuergerät GZS und den Glühstiftkerzen GSK1 -n führen.

Stellt das Glühzeitsteuergerät GZS eine Ausgangseffektivspannung U _G zs, bezogen auf seinen Massebezugspunkt T31 , ein, so unterscheidet sich die tatsächlich an der ersten Glühstiftkerze GSK1 anliegende Effektivspannung U _G sκ um jenen Masseversatz U _MV - Um die daraus resultierenden Probleme zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Steuereinheit (nicht gezeigt) vor, welche diesen Masseversatz zwischen dem elektrischen Potential an der Karosserie K und dem e- lektrischen Potential am Motorblock MB erfasst. Ferner sieht die Erfindung vor, dass den jeweiligen Glühstiftkerzen GSK1-n in Ansprechen auf den erfassten Masseversatz U _M v eine jeweils korrekte Glühstiftkerzen-Spannung U _G sκ mittelbar ist. Somit wird der erfasste Masseversatz U _MV 3ls ein Korrekturwert bei der Bestimmung der notwendigen Glühstiftkerzen-Spannung U _G sκ herangezogen. Zwi- sehen dem Glühzeitsteuergerät GZS und Motorsteuergerät MSG kann, wie in der

Figur angezeigt, eine Leitung LD zur Übertragung von Daten angeschlossen sein.