BERU Aktiengesellschaft, Mörikestraße 155, D-71636 Ludwigsburg

Verfahren zum Bestromen einer Glühkerze

Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Bestromen einer Glühkerze in ei- nem laufenden Dieselmotor nach Erreichen ihrer Betriebstemperatur durch eine Folge von Strompulsen. Ein Verfahren mit dem im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen ist aus der EP 1 780 397 A1 bekannt.

Bei einem derartigen Verfahren wird die Glühkerze in Abhängigkeit von den Takten des Arbeitszyklus in der Weise bestromt, dass der in jedem Arbeitszyklus zugeführte elektrische Strom überwiegend in einem vorbestimmten, gleich bleibenden Takt zugeführt wird. Die EP 1 780 397 A1 lehrt, Glühkerzen bei einem Viertaktmotor während der Ansaugphase zu bestromen und die Bestromung während des Arbeitstaktes auszusetzen. Die Bestromung während der Ansaugphase erfolgt durch eine Folge von pulsweitenmodulierten Strompulsen Bei einem Verfahren der Pulsweitenmodulation wird von einem Steuergerät in einem Steuerungszeitintervall jeweils bis zu zwei Schaltvorgänge ausgelöst, mit denen eine Glühkerze zum Erzeugen eines Strompulses an eine Spannungsquelle angeschlossen oder zum Beenden eines Strompulses von der Spannungsquelle getrennt wird

Indem Glühkerzen in Abhängigkeit von den Takten des Arbeitszyklus bestromt werden, kann die Verbrennung verbessert und zudem die Lebensdauer der Glühkerzen erhöht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie mit geringerem Aufwand eine Bestromung von Glühkerzen in Abhängigkeit von den Takten des Arbeitszyklus des Motors erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren in dem Anspruch 1 angegebenen Merkma- len gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anstatt stets Steuerungszeitintervalle konstanter Länge zu verwenden und lediglich in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel die Bestromung für mehrere Steue- rungsintervalle vollständig auszusetzen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuerungsintervalle eine Länge haben, die von dem Steuergerät in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors geändert wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft mit einer geringeren Anzahl von Schaltvorgängen eine Glühkerze in Abhängigkeit von den Takten des Arbeitszykluses bestromt werden. Vorteilhaft wird dadurch das Steue- rungsgerät entlastet, da es erfindungsgemäß weniger Operationen pro Arbeitszyklus des Motors durchführen muss.

Prinzipiell ist es möglich, die Länge der Steuerungszeitintervalle mit der Dauer des Arbeitszyklus zu synchronisieren, also die Länge der Steuerungsintervalle jeweils gleich der Dauer des momentanen Arbeitszyklus zu wählen, so dass pro Arbeitszyklus genau ein Strompuls erzeugt wird, dessen Beginn und/oder Ende stets bei einem gleich bleibenden Kurbelwellenwinkel erfolgen kann. Bevorzugt wird die Länge der Steuerungsintervalle jedoch nur stufenweise geändert und an eine Änderung der Motordrehzahl angepasst, indem bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahlschwelle die Länge der Steuerungszeitintervalle verkürzt und beim Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahlschwelle verlängert wird. Die An- zahl der für eine taktabhängige Bestromung der Glühkerzen benötigten Schaltvorgänge kann nämlich beispielsweise insbesondere auch dann vorteilhaft gering gehalten werden, wenn die Steuerungszeitintervalle kürzer als die Länge des momentanen Arbeitszyklus aber länger als die Hälfte der Dauer eines Arbeitszyklus sind. Durch Verschieben der Einschalt- und/oder Ausschaltzeitpunkte in den Steuerungszeitinter- vallen können Strompulse erzeugt werden, die von der gewünschten Weise eine taktabhängige Bestromung der Glühkerzen bewirken. Dabei kann es vorkommen, dass ein Strompuls in einem Steuerungszeitintervall begonnen und erst in dem darauf folgenden Steuerungszeitintervall beendet wird, so dass in einem Steuerungszeitintervall unter Umständen nur ein einziger Schaltvorgang stattfindet. Um unnötige Steuerungszeitintervalle zu vermeiden, ist deren Länge bevorzugt so gewählt, dass in jedem Steuerungszeitintervall mindestens ein Schaltvorgang statt findet.

Die Motordrehzahl kann einem Glühkerzensteuergerät von einem Motorsteuergerät zur Verfügung gestellt werden. Motorsteuergeräte ermitteln die Motordrehzahl in der Regel ohnehin, indem der Kurbelwellenwinkel überwacht wird, so dass diese Information dem Glühkerzensteuergerät übermittelt werden kann. Möglich ist es auch, dass das Glühkerzensteuergerät die Motordrehzahl selbst durch Messung des elektrischen Widerstands der Glühkerze überwacht. Bei der Zündung kommt es durch die Verbrennung typischerweise zu einer Erwärmung der Glühkerze, die eine messbare Widerstanderhöhung bewirkt. Auf diese Weise kann der Zündzeitpunkt und damit der zum Beginn des Arbeitstaktes gehörende Kurbelwellenwinkel bestimmt werden.

Bevorzugt sind weniger als 8, vorzugsweise 2 bis 5, Drehzahlschwellen vorgegeben sind, bei deren Überschreiten die Länge der Steuerungszeitintervalle verkürzt wird. Wenn die Drehzahlschwellen zum Verlängern der Steuerungszeitintervalle von den Drehzahlschwellen zum Verkürzen der Steuerungszeitintervalle abweichen, sind entsprechend bevorzugt weniger als 8, vorzugsweise 2 bis 5, Drehzahlschwellen vorgegeben sind, bei deren Unterschreiten die Länge der Steuerungszeitintervalle verlängert wird. Bevorzugt ist, dass sich die vorgegebenen Drehzahlschwellen, bei deren Überschreiten die Länge der Steuerungszeitintervalle verkürzt wird von den vorgegebenen Drehzahlschwellen, bei deren Unterschreiten die Länge der Steuerungszeitintervalle verlängert wird, um weniger als 10%, insbesondere um weniger als 5% unterscheiden, also bis auf eine geringe Hysterese, welche die Stabilität des Systems erhöhen soll, gleich sind.

Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die Dauer des Steuerungszeitintervalls bei Drehzahlen unterhalb der kleinsten Drehzahlschwelle ein ganzzahliges Vielfaches der Dauer des Steuerungszeitintervalls bei Drehzahlen oberhalb der größten Drehzahlschwelle ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät, das im Betrieb ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden am Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : eine schematische Darstellung des Verlaufes der Strompulse und des Kurbelwellenwinkels bei stetiger Anpassung der Länge der Steuerungs- zeitintervalle an die Dauer des Arbeitszyklus;

Figur 2a: den Verlauf der Strompulse und des Kurbelwellenwinkels bei stufenweiser Änderung der Länge der Steuerungszeitintervalle in einem ersten Drehzahlbereich; und

Figur 2b: den Verlauf der Strompulse und des Kurbelwellenwinkels bei stufenweiser Änderung der Länge der Steuerungszeitintervalle in einem zweiten Drehzahlbereich.

In Figur 1 sind über der Zeit t Strompulse 1 als schraffierte Rechtecke dargestellt, wobei die linke Ordinate die Stromstärke I in willkürlichen Einheiten angibt. Zusätzlich ist der Kurbelwellenwinkel α in Abhängigkeit von der Zeit durch schräge Linien 2 dargestellt, wobei hierfür die rechte Ordinate den Wert des Kurbelwellenwinkels α in Grad angibt. Beginn und Ende der schrägen Linien 2 markieren Beginn und Ende eines Arbeitszyklus 3 des Motorkolbens.

Da bei einem Viertaktmotor ein Arbeitszyklus 3 zwei Umdrehungen der Kurbelwelle umfasst, sind in Figur 1 Werte des Kurbelwellenwinkels α von 0 C° bis 720 C° angegeben. Ein Kurbelwellenwinkel α von 0 C ⁰ entspricht in Figur 1 dem Beginn des Arbeitstaktes, d. h. dem Zündzeitpunkt.

Die Strompulse 1 werden erzeugt, indem ein Steuergerät Schaltvorgänge auslöst, durch die eine Glühkerze an das Bordnetz eines Fahrzeugs angeschlossen bzw. von ihm getrennt wird. Indem das Steuergerät mit einem Schaltvorgang einen Leistungstransistor in seinen leitenden Zustand versetzt, wird ein Strompuls 1 begonnen. Indem das Steuergerät den Leistungstransistor in seinen Sperrzustand versetzt, wird ein Strompuls 1 beendet.

Das Steuergerät legt aneinander angrenzende Steuerungszeitintervalle 4 fest, in welchen jeweils bis zu zwei Schaltvorgänge ausgelöst werden können, durch welche die Glühkerze zum Erzeugen eines Strompulses an eine Spannungsquelle angeschlossen oder zum Beenden eines Strompulses von der Spannungsquelle getrennt wird. Beginn und Ende der Steuerungszeitintervalle 4 sind in Figur 1 durch Markierungen unterhalb der Abszisse eingezeichnet. Ersichtlich ist die Länge der Steuerungsintervalle 4 jeweils gleich der Länge des jeweiligen Arbeitszyklus 3.

Das Glühsteuergerät erhält von einem Motorsteuergerät Daten über den Kurbelwel- lenwinkel und wählt die Länge der Steuerungszeitintervalle 4 entsprechend, so dass diese mit dem Arbeitszyklus 3 synchronisiert sind. Möglich ist es auch, dass das Glühsteuergerät den Kurbelwellenwinkel α durch eine Messung des temperaturabhängigen Widerstands der Glühkerze selbst ermittelt. Während des Arbeitszyklus 3 unterliegt die Temperatur einer Glühkerze nämlich messbaren Schwankungen, die es ermöglichen den Zündzeitpunkt zu bestimmen. Bei der Zündung und einer anschließenden Verbrennung von Brennstoffgemisch wird die Glühkerze nämlich durch die Verbrennungsenergie erwärmt. Dies bewirkt einen messbaren Anstieg des elektrischen Widerstands der Glühkerze, so dass durch Auswertung des Widerstandszeit- punkts der Zündzeitpunkt und damit auch der Kurbelwellenwinkel bestimmt werden kann.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beginnt ein Strompuls 1 stets bei demselben Kurbelwellenwinkel und endet auch stets bei demselben Kurbelwellenwinkel, nämlich nach der Hälfte des Arbeitstaktes 3. Das Ende eines Strompulses 1 fällt also mit der Zündung von Brennstoffgemisch in der Brennkammer zusammen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn beim Zünden des Brennstoffgemisches ein Strompuls endet, da auf dieser Weise eine Überhitzung der Glühkerze vermieden werden kann.

In Figur 2a und 2b sind die Strompulse 1, der Kurbelwellenwinkel α und die Grenzen der Steuerungszeitintervalle 4 für ein alternatives Verfahren angegeben, bei dem die Länge der Steuerungszeitintervalle 4 stufenweise an eine Änderung der Drehzahl der Kurbelwelle angepasst werden. In den Figuren 2a und 2b weicht deshalb die Länge der Steuerungszeitintervalle 4 von der Länge des jeweiligen Arbeitszyklus 3 ab. Figur 2a zeigt die Verhältnisse in einem unteren, Figur 2b in einem oberen Drehzahlbereich. Die Länge der Steuerungszeitintervalle 4 ist dabei stets so, dass sie einerseits kürzer als die Dauer des momentanen Arbeitszyklus 3 und andererseits größer als die Hälfte der Dauer des momentanen Arbeitszyklus 3 ist.

Überschreitet die Drehzahl vorgegebene Schwellenwerte wird die Länge der Steuerungszeitintervalle 4 verkürzt, wie diese in der rechten Hälfte von Figur 2 dargestellt ist. In ^* entsprechender Weise wird die Länge der Steuerungszeitintervalle 4 verlän- gert, wenn eine vorgegebene Drehzahlschwelle unterschritten wird. Bevorzugt sind weniger als 8, insbesondere 2 bis 5, Drehzahlschwellen vorgegeben. Dabei ist es vorteilhaft, die Drehzahlschwellen, bei deren Überschreiten die Länge der Steuerungszeitintervalle verkürzt wird, und die Drehzahlschwellen, bei deren Unterschreiten der Länge der Steuerungszeitintervalle 4 verlängert wird, gleich zu wählen, dies ist jedoch nicht zwingend.

Bei dem in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt in einigen Steuerungszeitintervallen 4 nur ein einziger Schaltvorgang. Beispielsweise wird in dem ersten Steuerungszeitintervall 4 der Figur 2a ein Strompuls 1 begonnen, der in dem darauf folgenden Steuerungszeitintervall 4 durch einen Ausschaltvorgang beendet wird. Um die Grenzen der Steuerungszeitintervalle 4 zu verdeutlichen, ist die Schraffur der Strompulse 1 in benachbarten Steuerungszeitintervallen unterschiedlich.

In jedem Steuerungszeitintervall 4 findet mindestens ein Schaltvorgang statt. Stets wird während eines Teils der Dauer eines Steuerungszeitintervalls 4 die Glühkerze bestromt, d.h. von Strom durchflössen. Die Größe dieses Teils wird von dem Glühsteuergerät aus der Energiemenge bestimmt, die pro Steuerungszeitintervall 4 in die Glühkerze eingespeist werden soll, damit diese beispielsweise bei Zündung eine gewünschte Temperatur hat.

Um eine taktabhängige Bestromung zu erzielen werden die Zeitpunkte der Schaltvorgänge von dem Glühsteuergerät in den einzelnen Steuerungszeitintervallen 4 ge- eignet gewählt, so dass sie in jedem Steuerungszeitintervall 4 die angestrebte Energiemenge in die Glühkerze eingespeist wird.

Bezugszahlen

α Kurbelwellenwinkel t Zeit

I Strom

1 Strom p u Is

2 Verlauf des Kurbelwellenwinkels α

3 Arbeitszyklus 4 Steuerungszeitintervall