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WO2008110143A1 - Verfahren und vorrichtung zur glühkerzenerregungssteuerung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur glühkerzenerregungssteuerung Download PDF

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WO2008110143A1
WO2008110143A1 PCT/DE2008/000395 DE2008000395W WO2008110143A1 WO 2008110143 A1 WO2008110143 A1 WO 2008110143A1 DE 2008000395 W DE2008000395 W DE 2008000395W WO 2008110143 A1 WO2008110143 A1 WO 2008110143A1
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WO
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glow plug
glow
voltage
heating
control
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2008/000395
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Ehlert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
Beru AG
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Publication date
Application filed by Beru AG filed Critical Beru AG
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Priority to JP2009553003A priority patent/JP5291007B2/ja
Priority to US12/529,992 priority patent/US8280609B2/en
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for
  • Glow plug excitation control especially during so-called rapid heating or the so-called key start.
  • glow plugs that have a self-regulating heating characteristic. These are timed switched to a supply voltage and heat up due to their self-regulating behavior on the predetermined operating temperature.
  • Electronic controlled glow systems for diesel engines are known.
  • Such an annealing system consists of an electronic glow plug control unit and performance-optimized glow plugs. These candles have a heating time of only 2 seconds, compared to 5 seconds for the glow plugs with self-regulating heating characteristics.
  • In the control unit are used as a switch for controlling the glow plugs power semiconductors, which replace the previously used electromechanical relay.
  • Each glow plug is individually controlled. Temperature behavior and power consumption are not determined in the electronically controlled glow plug as in the self-regulating SRS by the internal structure of the candle, but adjusted by the control unit in a wide range of the glow requirement of the engine.
  • the power consumption is changed by clocking (pulse width modulation) of the glow plug current with the aid of a power semiconductor.
  • the efficiency of the system is so high that the electrical system is taken from the power required by the glow plug little more. Since each glow plug is controlled by a separate power semiconductor at the ISS, the current can be monitored separately in each annealing circuit. This makes an individual diagnosis possible on every candle. Diagnostic depth or scope are designed according to the requirements of the engine manufacturer. The requirements of the glow system and the resulting functions require a communication of the glow system with the engine control, which goes far beyond the previous switching on and off of the glow plugs. The various annealing requirements must be transmitted, as well as diagnostic and status information. In some applications, the power consumed by the glow system is fed back to a power management system. The so-called ISS glow plug reaches a temperature of over one thousand degrees Celsius in about two seconds, requiring less power.
  • Such methods and devices are known, e.g. from glow systems in which the logic is integrated in the engine control, the engine control unit sends an annealing request in the form of a PWM request to the glow system, and in this control the glow plugs are actuated.
  • the object of the invention is to prevent the aforementioned disadvantages, in particular during the pre-glowing process, and to provide a device or a method that compensates for possibly lower voltage at the glow plug by suitable measures.
  • the object of the invention is achieved in particular by a method according to claim 1, or an apparatus according to claim 4, wherein the glow plugs possibly existing undervoltages are compensated for too low on-board voltage by extending the preheating time and thus lead to an improved engine start, alternatively becomes at sufficient on-board voltage the system-related voltage loss between engine control, glow system and glow plug corrected by the voltage loss. Further, the voltage drops within the glow control system are determined, empirically or mathematically, and taken into account in the operation of driving the glow plugs in such a way that the glow plug is e.g. constant 11 V has applied.
  • An advantage of the invention is that it allows a normal start with preheating and a key start even with on-board voltages below 12 V in extreme cold or bad battery or excessive on-board network load.
  • FIG. 1 shows a diagram of the annealing control device with the illustration of FIG
  • the glow control system or glow plug control device 2 comprises a microprocessor for controlling all functions, MOSFET power semiconductors for switching on and off the individual glow plugs, an electrical interface for communication with the motor control and an internal power supply for the microprocessor and the interface.
  • the microprocessor controls the power semiconductors, reads their status information and communicates with the motor control via the electrical interface.
  • the power semiconductors are so-called high-side switches with integrated control and protection functions such as a charge pump, a current limiter and overtemperature shutdown. With the charge pump, the required gate voltage for driving the actual switching transistor is generated. Status information, such as open or short-circuited load circuit and activated overtemperature switch-off, are available as output signal.
  • the interface makes the adjustment of the signals needed for communication between motor control and microprocessor.
  • the signal supply provides a stable voltage for the microprocessor and the interface.
  • the glow plug control device 2 is preferably mounted directly on the engine. The advantage here is that the high-current cable connections for the connections to the glow plugs and the electrical system are short.
  • the simultaneous periodic switching on and off of all glow plugs would lead depending on the number of cylinders of the engine to a more or less large periodic, sudden current load on the electrical system.
  • This is prevented by a power optimization, that is, by a sequential switching on the glow plugs, which minimizes the current fluctuations occurring.
  • the power optimization algorithm attempts to turn on the glow plugs one after the other as far as possible. In the best case, the electrical system is then evenly loaded by the current of a glow plug. Normally, the current load of the vehicle electrical system will fluctuate around the current of a glow plug.
  • a re-start detection prevents the glow plug from overheating if several pre-glow actions are to be triggered shortly after one another.
  • the glow plugs are cooled to varying degrees. Nevertheless, in order to keep the glow plug temperature constant, the electric power supplied to the glow plugs is adjusted to the changing conditions.
  • the individual control of the glow plugs with power semiconductors enables comprehensive selective diagnostics and protection functions.
  • An overcurrent detection interrupts the affected annealing circuit at high load currents, such as due to a short circuit.
  • the over-temperature shutdown implemented in the power semiconductors prevents destruction of the semiconductor switch if the semiconductor temperature assumes inadmissibly high values due to self-heating or excessively high ambient temperatures.
  • An open load circuit is also detected. This status information can be transmitted as well as the electrical power absorbed by the glow system of the engine control.
  • the engine control unit determines on the basis of the given parameters e.g. the cooling water temperature, the outside temperature, the engine condition, or the on-board voltage a value for the amount of energy to be entered into the glow plugs in the form of a PWM requirement.
  • the annealing control unit converts this annealing request into a PWM activation signal and correspondingly controls the individual glow plugs with a time delay. Since usually glow plugs are designed for a Auffilggiggi at a certain on-board voltage z. B. 12 V, the pulse width is converted according to the actual voltage at terminal 30 of the Glüh concede experts and controlled the glow plugs 3 with corresponding pulse widths in a request based on a higher on-board voltage. If the vehicle electrical system voltage is so low that the voltage required for rapid heating, including the voltage drop U4 to be corrected and the voltage drop U2, is not present, the required amount of energy may not be able to be introduced into the glow plug.
  • the heating of the glow plug is energy-controlled by the heating energy required for heating to the predetermined temperature determined from the parameters of the respective glow plug in its given arrangement and the output temperature of the glow plug and supplied within a selected heating time of the glow plug. It is assumed that in known initial conditions, always the same heating energy is needed to heat a glow plug of the same Glühkerzentyps to the desired final temperature, that is, the predetermined temperature. These initial conditions are the starting temperature, the cooling conditions, the heat capacity of the heated area of the glow plug, which is a delimited area of the glow plug, ie the glow tube and especially the glow plug tip and the system-related voltage losses between the engine control, glow system and glow plug.
  • the cooling conditions are determined by the arrangement or the installation of the glow plug in the engine and can be determined by calculation or by measurement.
  • the heat capacity of the glow plug, in particular its area to be heated at the glow plug tip is determined by the geometry and by the material properties and can also be determined by calculation or by measurement. It can be assumed that with regard to the production of glow plugs in large numbers, the cooling conditions, the heat capacity of glow plugs of the same Glühkerzentyps and the systemic voltage losses between the engine control, glow system and glow plug are subject to only slight variations in vehicles of the same type.
  • the energy demand for heating a glow plug from an initial temperature to the desired or predetermined final temperature can be determined by measurement and / or calculation as a function of the abovementioned system parameters and that in glow plugs of the same glow plug type in the same arrangement in the same vehicle type, the heating can be controlled in such a way that in the heating phase always the same predetermined heating energy required for heating the glow plug to the predetermined temperature and supplied by measurement or calculation or by a combination of measurement and calculation is supplied.
  • Other output or final temperatures can be assigned other, required heating energy.
  • the heating energy supply is controlled electronically, the supply of heating energy per time, the recording of electrical power can be arbitrarily controlled. For example, the power consumption can be kept constant or it can first be fed more and then less or vice versa first and then more power.
  • the heating energy absorbed by the glow plug (GK) can be determined from the product of the glow plug voltage U (GK) applied during the part-time interval T1, the applied glow plug current I (GK) and the time period T1.
  • the total of a glow plug supplied heating energy results from the addition of the individual during the respective part-time intervals supplied heating energy.
  • the heating energy supply can be controlled by dividing the total heating time interval into individual part-time intervals.
  • the partial heat quantity actually supplied to the glow plug in the respective part-time intervals is determined and added up until the total heat energy required for heating the glow plug to the predetermined temperature is reached, depending on the system parameters.
  • Glow plugs are designed for a heating operation at a certain on-board voltage, z. B. 12 V, the pulse width corresponding to the actual voltage at terminal 30 of the Glüh horrieris is converted to a 11V operation in a request related to a higher on-board voltage and accordingly controlled the glow plugs with extended pulse widths. If the voltage at the engine control unit is so different from the voltage at the annealing control unit due to the voltage drop U2 that the 11 V is not reached at the annealing control unit, the voltage difference can no longer be compensated.
  • a system-related defined value for the voltage drop delta U (depending on the vehicle type, cable length, cross section) is subtracted from the measured voltage U1.
  • the correction voltage can still be stored in a characteristic field as a function of the glow current and / or the glow voltage and / or the on-board voltage and / or the cooling water temperature with the different and empirically determined values.
  • this map can also be taken into account by appropriate measures in the annealing control unit, so that this makes the adjustment for the control.
  • An alternative embodiment provides that the voltage actually applied to the glow plug 3 is measured and reported to the control unit 1.
  • the engine control unit 1 is now determined whether the measured voltage value at glow plug 3 is smaller than the required 11 volts. If the measured voltage is less than 11 volts, the motor controller 1 determines the existing battery voltage. If the determined battery voltage is above 12.1 volts, for example, the voltage to be conducted to the glow plug 3 is adjusted by the engine controller 1 or in cooperation with the glow system 2 such that the required 11 volts are applied to the glow plug 3 and thus the system-related Voltage losses are compensated.
  • the existing battery voltage is below 12.1 volts, so the engine control and / or the glow system 2 must also take into account the existing voltage losses necessary for successful starting the diesel engine amount of energy that heats the glow plug to about 1100 degrees Celsius, in timed Enter sections, which leads in the result to an extension of the reaching of the steady-state temperature.
  • An advantage is the compensation of the line losses to the annealing control unit, taking into account a voltage drop for the calculation of the heating time.
  • Another advantage is the deposit of a characteristic map in the engine control unit for the correction of the on-board voltage measured there, in particular as a function of the system-inherent voltage losses, which is used to calculate the time for the rapid heating of the glow plugs.
  • Another advantage is the deposit of a map described above in the glow control unit for correcting the glow plug drive. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Glühkerzenerregungssteuerung, insbesondere in einem Glühsystem (2) zum Ansteuern wenigstens eines Glühkerzenstifts (3), insbesondere für das schnelle Aufheizen mit einem Motorsteuergerätes (1), umfassend wenigstens eine Motorsteuerung 1, ein Glühsystem (2), eine Glühkerze (3), einen Zuleitungswiderstand Klemme 30 (4), einen Zuleitungswiderstand Glühkerze (5), einen inneren Widerstand Glühsteuerung (6), eine gemessene Spannung an der Motorsteuerung U1 (7), einen Spannungsabfall auf Zuleitung zu Glühsteuergerät U2 (8), einen Spannungsabfall im Glühsteuergerät U3 (9), einen Spannungsabfall an der Zuleitung zur Glühkerze U4 (10), eine Spannung an der Glühkerze U5 (11).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Glühkerzenerregungssteuerung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Glühkerzenerregungssteuerung, insbesondere beim sogenannten schnellen Aufheizen oder dem sogenannten Schlüsselstart.
Es sind Glühkerzen bekannt, die eine selbstregelnde Aufheizcharakteristik haben. Diese werden zeitgesteuert an eine Versorgungsspannung geschaltet und heizen sich aufgrund ihres selbstregelnden Verhaltens auf die vorbestimmte Betriebstemperatur auf.
Aus der US 4658772 ist ein Verfahren zum Aufheizen einer Glühkerze bekannt, bei dem aus dem kalten Zustand der Brennkraftmaschine die Glühkerze auf die Zündtemperatur aufgeheizt wird und dann nicht wie üblich der Heizstrom abgestellt wird, sondern in Abhängigkeit von verschiedenen Maschinenbetriebsparametem insbesondere der Kraftstoffzufuhr, das heißt motorabhängig gesteuert beibehalten wird, um die Temperatur der Glühkerze in dieser sogenannten Nachheizphase auf einen bestimmten Wert oder zumindest in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten.
Bei einem aus der US 5469819 bekannten Verfahren zum Steuern des Aufheizens einer Glühkerze in der Vorheizphase wird die benötigte Vorheizzeit in Abhängigkeit von der Motorwassertemperatur ermittelt und wird die Vorheizung über ein Relais geschaltet, wobei eine maximale Vorheizzeit gegeben ist, die auch bei niedrigen Kühlwassertemperaturen nicht überschritten wird. Hierbei handelt es sich um ein Beispiel eines Verfahrens, bei dem die Glühkerze zeitgesteuert an die Versorgungsschaltung geschaltet wird.
Elektronische gesteuerte Glühsysteme für Dieselmotoren sind bekannt. Ein derartiges Glühsystem besteht aus einem elektronischen Glühkerzen - Steuergerät und leistungsoptimierten Glühkerzen. Diese Kerzen haben eine Aufheizzeit von nur 2 Sekunden, gegenüber 5 Sekunden bei den Glühkerzen mit selbstregelnder Aufheizcharakteristik. Im Steuergerät werden als Schalter zur Ansteuerung der Glühkerzen Leistungshalbleiter eingesetzt, die das früher verwendete elektromechanische Relais ersetzen. Jede Glühkerze wird individuell angesteuert. Temperaturverhalten und Leistungsaufnahme werden bei der elektronisch gesteuerten Glühkerze nicht wie bei der selbstregelnden SRS durch den inneren Aufbau der Kerze festgelegt, sondern vom Steuergerät in einem weiten Bereich an den Glühbedarf des Motors angepasst. Die Leistungsaufnahme wird durch Takten (Pulsweiten - Modulation) des Glühkerzenstromes mit Hilfe eines Leistungshalbleiters verändert. Der Wirkungsgrad des Systems ist so hoch, dass dem Bordnetz kaum mehr als die von der Glühkerze benötigte Leistung entnommen wird. Da beim ISS jede Glühkerze durch einen separaten Leistungshalbleiter angesteuert wird, kann in jedem Glühstromkreis der Strom separat überwacht werden. Damit ist eine individuelle Diagnose an jeder Kerze möglich. Diagnosetiefe oder -umfang werden nach den Anforderungen des Motorenherstellers ausgelegt. Die Anforderungen an das Glühsystem und die daraus resultierenden Funktionen erfordern eine Kommunikation des Glühsystems mit der Motorsteuerung, die weit über das bisherige Ein- bzw. Ausschalten der Glühkerzen hinausgeht. Die verschiedenen Glühanforderungen sind zu übertragen, dazu Diagnose- und Statusinformationen. In manchen Applikationen wird die vom Glühsystem aufgenommene Leistung an ein Power - Management - System zurückgemeldet. Die sogenannte ISS Glühkerze erreicht in etwa zwei Sekunden eine Temperatur von über eintausend Grad Celsius, wobei sie eine geringere Leistungsaufnahme erfordern.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt, z.B. aus Glühsystemen bei denen die Logik in der Motorsteuerung integriert ist, vom Motorsteuergerät eine Glühanforderung in Form einer PWM - Anforderung an das Glühsystem geschickt wird und in diesem die Ansteuerung der Glühkerzen vorgenommen wird.
Daran ist nachteilig, dass der Spannungsabfall an der Zuleitung zum Glühsteuergerät und zu den Glühkerzen und ggf. im Glühsteuergerät in der Motorsteuerung nicht berücksichtigt wird. Für das Vorglühen wird dann insbesondere bei niedriger Bordspannung ein zu geringer Energieeintrag in die Glühkerzen vorgenommen und bewirkt, bedingt durch zu geringe Glühkerzenendtemperaturen einen verschlechterten Start. Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere beim Vorglühvorgang die vorgenannten Nachteile zu verhindern und eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zu schaffen, dass die möglicherweise zu geringere Spannung an der Glühkerze durch geeignete Maßnahmen kompensiert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei an den Glühkerzen eventuell vorhandene Unterspannungen bei zu geringer Bordspannung durch eine Verlängerung der Vorglühzeit ausgeglichen werden und so einem verbesserten Motorstart führen, alternativ wird bei ausreichender Bordspannung der systembedingte Spannungsverlust zwischen Motorsteuerung, Glühsystem und Glühkerze um den Spannungsverlust korrigiert. Weiter werden die Spannungsabfälle innerhalb des Glühsteuerungssystems ermittelt, empirisch oder rechnerisch, und im Betrieb bei der Ansteuerung der Glühkerzen in der Weise berücksichtigt, dass die Glühkerze z.B. konstant 11 V anliegen hat. Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass sie einen Normalstart mit Vorglühen und einen Schlüsselstart auch bei Bordspannungen unter 12 V bei extremer Kälte oder schlechter Batterie oder zu großer Bordnetzbelastung ermöglicht.
Figur 1 zeigt ein Schema der Glühsteuerungsvorrichtung mit der Darstellung der
Leitungswiderstände und Spannungsabfälle.
Die in Figur 1 dargestellte Motorsteuerung 1 kommuniziert mittels einer bidirektionalen Verbindung mit dem Glühsystem bzw. Glühkerzensteuergerät 2. Das Glühsystem bzw. Glühkerzensteuergerät 2 umfasst einen Mikroprozessor zur Steuerung aller Funktionen, MOSFET Leistungshalbleiter zum Ein- und Ausschalten der einzelnen Glühkerzen, eine elektrische Schnittstelle zur Kommunikation mit der Motorsteuerung und eine interne Spannungsversorgung für den Mikroprozessor und die Schnittstelle. Der Mikroprozessor steuert die Leistungshalbleiter an, liest deren Statusinformationen und kommuniziert über die elektrische Schnittstelle mit der Motorsteuerung. Die Leistungshalbleiter sind sogenannte High - Side - Schalter mit integrierten Ansteuer- und Schutzfunktionen wie etwa einer Ladungspumpe, einer Strombegrenzung und Übertemperaturabschaltung. Mit der Ladungspumpe wird die erforderliche Gatespannung zur Ansteuerung des eigentlichen Schalttransistors erzeugt. Statusinformationen, wie offener oder kurzgeschlossener Lastkreis und aktivierte Übertemperaturabschaltung, stehen als Ausgangssignal zur Verfügung. Um keine Störungen der EMV durch das Takten der hohen Glühkerzenströme mit Frequenzen von 30 bis 100 Hz zu erzeugen, ist in den Leistungshalbleitem eine Flankenregelung implementiert. Dadurch werden zu schnelle Spannungs- oder Stromänderungen, die zu Störungen der EMV führen könnten, im Lastkreis verhindert. Die Schnittstelle nimmt die Anpassung der Signale vor, die zur Kommunikation zwischen Motorsteuerung und Mikroprozessor benötigt werden. Die Signalversorgung liefert eine stabile Spannung für den Mikroprozessor und die Schnittstelle. Das Glühkerzensteuergerät 2 wird vorzugsweise direkt am Motor angebaut. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Hochstromkabelverbindungen für die Anschlüsse an die Glühkerzen und das Bordnetz kurz sind.
Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an die mechanische Stabilität des Steuergerätes und die elektrische Aufbau- und Verbindungstechnik. Für den Anschluss des Steuergerätes 2 gibt es ein zweiteiliges Stecksystem für den Bordnetzanschluss - die Klemme 30 - und die anderen Anschlüsse. Das schnelle Aufheizen der Glühkerzen in der Vorglühphase erfolgt energiegesteuert. Damit wird sichergestellt, dass die Glühkerzen so schnell wie möglich ihre Solltemperatur erreichen, ohne überhitzt zu werden. In den folgenden Ansteuerintervallen wird die Spannung an den Glühkerzen schrittweise reduziert, wodurch gezielt ein an die Bedürfnisse des Motors angepasstes Temperatur - Zeit - Profil der Glühkerzen eingestellt wird. Aus einer üblichen Aufheizkurve einer ISS Glühkerze kann man entnehmen, dass nach Erreichen der Vorglühtemperatur der Spannungsbedarf der Glühkerze 3 deutlich - in etwa bei 5 Volt - unter der zur Verfügung stehenden Bordspannung liegt. Der Einbruch der Bordspannung während des Startvorganges hat nur einen geringen Einfluss auf die Glühkerzentemperatur. Die Reduktion der Spannung an der Glühkerze durch die Pulsweitenmodulation führt dazu, dass die Bordspannung nicht permanent an der Glühkerze anliegt, sondern periodisch für eine bestimmte Einschaltzeit angelegt wird. Um die Effektivspannung an den Glühkerzen innerhalb der einzelnen Ansteuerintervalle konstant zu halten, werden Schwankungen der Bordnetzspannung durch Verändern der Einschaltzeit ausgeregelt. Das gleichzeitige periodische Ein- und Ausschalten aller Glühkerzen würde in Abhängigkeit von der Zylinderzahl des Motors zu einer mehr oder weniger großen periodischen, sprungartigen Strombelastung des Bordnetzes führen. Verhindert wird dies durch eine Stromoptimierung, das heißt durch ein sequenzielles Einschalten der Glühkerzen, was die auftretenden Stromschwankungen minimiert. Der Algorithmus der Stromoptimierung versucht die Glühkerzen möglichst nacheinander einzuschalten. Im günstigsten Fall wird dann das Bordnetz durch den Strom einer Glühkerze gleichmäßig belastet. Im Normalfall wird die Strombelastung des Bordnetzes um den Strom einer Glühkerze schwanken. Eine Wiederholstarterkennung verhindert eine Überhitzung der Glühkerze, wenn kurz hintereinander mehrere Vorglühaktionen ausgelöst werden sollten. Je nach Motordrehzahl und Motorlast werden die Glühkerzen unterschiedlich stark abgekühlt. Um dennoch die Glühkerzentemperatur konstant zu halten, wird die den Glühkerzen zugeführte elektrische Leistung den sich ändernden Bedingungen angepasst.
Dies geschieht entsprechend den Vorgaben aus dem Motorsteuergerät durch Anheben oder Absenken der Glühkerzenspannung. Die Einzelansteuerung der Glühkerzen mit Leistungshalbleitern ermöglicht umfangreiche selektive Diagnose- und Schutzfunktionen. Eine Überstromerkennung unterbricht den betroffenen Glühstromkreis bei zu hohen Lastströmen, etwa infolge eines Kurzschlusses. Die in den Leistungshalbleitern implementierte Übertemperaturabschaltung verhindert eine Zerstörung des Halbleiterschalters, wenn durch Eigenerwärmung oder zu hohe Umgebungstemperaturen die Halbleitertemperatur unzulässig hohe Werte annimmt. Auch ein offener Lastkreis wird erkannt. Diese Zustandsinformationen lassen sich ebenso wie die vom Glühsystem aufgenommene elektrische Leistung der Motorsteuerung übermitteln. c
Das Motorsteuergerät ermittelt an Hand der gegebenen Parametern z.B. der Kühlwassertemperatur, der Außentemperatur, dem Motorzustand, oder der Bordspannung einen Wert für die in die Glühkerzen einzutragenden Energiemenge in Form einer PWM Anforderung. Das Glühsteuergerät setzt diese Glühanforderung in ein PWM - Ansteuersignal um und steuert entsprechend die einzelnen Glühkerzen zeitversetzt an. Da üblicherweise Glühkerzen für einen Aufheizbetrieb bei einer bestimmten Bordspannung ausgelegt sind z. B. 12 V, wird bei einer Anforderung bezogen auf einer höheren Bordspannung die Pulsweite entsprechend der tatsächlichen Spannung an Klemme 30 des Glühsteuergerätes umgerechnet und die Glühkerzen 3 mit dementsprechenden Pulsweiten angesteuert. Ist die Bordnetzspannung so niedrig, dass die für das schnelle Aufheizen erforderliche Spannung, inklusive des zu korrigierenden Spannungsabfalls U4 und des Spannungsabfalls U2, nicht vorhanden ist, kann die geforderte Energiemenge unter Umständen nicht in die Glühkerze eingebracht werden.
Die Aufheizung der Glühkerze erfolgt energiegesteuert, indem die zum Aufheizen auf die vorbestimmte Temperatur benötigte Heizenergie aus den Parametern des jeweiligen Glühkerzentyps in seiner gegebenen Anordnung und der Ausgangstemperatur der Glühkerze ermittelt und innerhalb eines gewählten Aufheizzeitintervalls der Glühkerze zugeführt wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei bekannten Anfangsbedingungen immer die gleiche Heizenergie benötigt wird, um eine Glühkerze desselben Glühkerzentyps auf die gewünschte Endtemperatur, dass heißt die vorbestimmte Temperatur aufzuheizen. Diese Anfangsbedingungen sind die Ausgangstemperatur, die Abkühlbedingungen, die Wärmekapazität des aufzuheizenden Bereiches der Glühkerze, bei dem es sich um einen abgegrenzten Bereich der Glühkerze, das heißt des Glührohres und vor allem der Glühkerzenspitze handelt und die systembedingte Spannungsverluste zwischen Motorsteuerung, Glühsystem und Glühkerze. Die Abkühlbedingungen sind durch die Anordnung bzw. den Einbau der Glühkerze im Motor bestimmt und können durch Berechnung oder durch Messung ermittelt werden. Die Wärmekapazität der Glühkerze, insbesondere ihres aufzuheizenden Bereiches an der Glühkerzenspitze ist durch die Geometrie und durch die Materialeigenschaften bestimmt und kann ebenfalls durch Berechnung oder durch Messung ermittelt werden. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass im Hinblick auf die Fertigung von Glühkerzen in großer Stückzahl die Abkühlbedingungen, die Wärmekapazität von Glühkerzen desselben Glühkerzentyps und die systembedingten Spannungsverluste zwischen Motorsteuerung, Glühsystem und Glühkerze bei Fahrzeugen desselben Typs nur geringen Streuungen unterliegen. Daraus ergibt sich, dass der Energiebedarf zum Aufheizen einer Glühkerze von einer Ausgangstemperatur auf die gewollte oder vorbestimmte Endtemperatur durch Messung und/oder durch Berechnung in Abhängigkeit der vorgenannten Systemparameter ermittelt werden kann und dass bei Glühkerzen des gleichen Glühkerzentyps in der gleichen Anordnung im gleichen Fahrzeugtyp, dass das Aufheizen derart gesteuert werden kann, dass in der Aufheizphase immer die gleiche vorbestimmte, für das Aufheizen der Glühkerze auf die vorbestimmte Temperatur benötigte und durch Messung oder Berechnung oder durch eine Kombination aus Messung und Berechnung ermittelte Heizenergie zugeführt wird. Anderen Ausgangs- oder Endtemperaturen lassen sich andere, benötigte Heizenergien zuordnen.
Wenn die Heizenergiezufuhr elektronisch gesteuert wird, kann die Zufuhr der Heizenergie pro Zeit, die Aufnahme der elektrischen Leistung beliebig gesteuert werden. Beispielsweise kann die Leistungsaufnahme konstant gehalten werden oder es kann zunächst mehr und dann weniger oder aber umgekehrt erst weniger und dann mehr Leistung zugeführt werden. In einem Betrachtungszeitraum T1 lässt sich die von der Glühkerze (GK) aufgenommene Heizenergie aus dem Produkt der während des Teilzeitintervalls T1 anliegenden Glühkerzenspannung U(GK), dem anliegenden Glühkerzenstromes I(GK) und der Zeitspanne T1 ermitteln. Die einer Glühkerze insgesamt zugeführte Heizenergie ergibt sich aus der Addition der einzelnen während der jeweiligen Teilzeitintervalle zugeführten Heizenergien. Die Heizenergiezufuhr lässt sich dadurch steuern, dass das Gesamtaufheizzeitintervall in einzelne Teilzeitintervalle unterteilt wird. Die der Glühkerze in den jeweiligen Teilzeitintervallen tatsächlich zugeführte Teilheizmenge wird ermittelt und aufaddiert, bis die in Abhängigkeit der Systemparameter erforderliche Gesamtheizenergie erreicht ist, die zum Aufheizen der Glühkerze auf die vorbestimmte Temperatur benötigt wird. Glühkerzen sind für einen Aufheizbetrieb bei einer bestimmten Bordspannung ausgelegt, z. B. 12 V, wird bei einer Anforderung bezogen auf eine höhere Bordspannung die Pulsweite entsprechend der tatsächlichen Spannung an Klemme 30 des Glühsteuergerätes auf einen 11V-Betrieb umgerechnet und dementsprechend die Glühkerzen mit verlängerten Pulsweiten angesteuert. Ist die Spannung am Motorsteuergerät zu der Spannung am Glühsteuergerät bedingt durch den Spannungsabfall U2 so unterschiedlich, dass am Glühsteuergerät die 11 V nicht erreicht werden, kann der Spannungsunterschied nicht mehr ausgeglichen werden.
Während dem Vorglühvorgang führt dies zu einer, bezogen auf die tatsächliche Glühkerzenspannung, zu geringen Vorglühzeit und dadurch zu einer zu geringen Endtemperatur.
Es wird daher vorgeschlagen ein Kennfeld zu erstellen, das für einen bestimmten Fahrzeugtyp (Einbausituation, Leitungslängen, Anzahl zwischengeschalteter Verbraucher oder Stecker) den Spannungsabfall bereits im Motorsteuergerät bei Spannungen unter der Sollbetriebsspannung berücksichtigt und dementsprechend das Motorsteuergerät bereits eine korrigierte Glühanforderung an das Glühsteuergerät gibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein systembedingter definierter Wert für den Spannungsabfall delta U (abhängig vom Fahrzeugtyp, Kabellänge, -querschnitt) von der gemessenen Spannung U1 abgezogen. Zur genaueren Anpassung kann jedoch die Korrekturspannung noch in Abhängigkeit des Glühstromes und/oder der Glühspannung und/oder der Bordspannung und/oder der Kühlwassertemperatur mit den unterschiedlichen und empirisch ermittelten Werten in einem Kennfeld hinterlegt werden.
Durch die Spannungskorrekturen im Motorsteuergerät wird an der Glühkerze auch bei ungünstigen Bedingungen die geforderte End- bzw. Beharrungstemperatur erreicht werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann dieses Kennfeld auch durch entsprechende Maßnahmen im Glühsteuergerät berücksichtigt werden, so dass dieses die Anpassung für die Ansteuerung vornimmt.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die tatsächlich an der Glühkerze 3 anliegende Spannung gemessen wird und an das Steuergerät 1 gemeldet wird. Im Motorsteuergerät 1 wird nun ermittelt, ob der gemessene Spannungswert an Glühkerze 3 kleiner als die erforderlichen 11 Volt ist. Ist die gemessene Spannung kleiner als 11 Volt, so ermittelt die Motorsteuerung 1 die existierende Batteriespannung. Liegt die ermittelte Batteriespannung beispielsweise über 12,1 Volt, so wird durch die Motorsteuerung 1 bzw. in Zusammenarbeit mit dem Glühsystem 2 die an die Glühkerze 3 zu leitende Spannung derart angepasst, dass die geforderten 11 Volt an der Glühkerze 3 anliegen und so die systembedingten Spannungsverluste ausgeglichen werden. Liegt die existierende Batteriespannung aber unterhalb von 12,1 Volt, so muss die Motorsteuerung und/oder das Glühsystem 2 ebenfalls unter Berücksichtigung der vorhandenen Spannungsverluste die zum erfolgreichen Starten der Dieselkraftmaschine notwendige Energiemenge, die die Glühkerze auf etwa 1100 Grad Celsius erhitzt, in zeitlich angepassten Abschnitten eintragen, was im Ergebnis zu einer Verlängerung des Erreichens der Beharrungstemperatur führt. Von Vorteil ist der Ausgleich der Leitungsverluste zum Glühsteuergerät unter Berücksichtigung eines Spannungsabfalls für die Berechnung der Aufheizzeit. Ein weiterer Vorteil ist die Hinterlegung eines Kennfeldes im Motorsteuergerät zur Korrektur der dort gemessenen Bordspannung insbesondere in Abhängigkeit von den systemimmanenten Spannungsverlusten, welche für die Berechnung der Zeit für das schnelle Aufheizen der Glühkerzen herangezogen wird. Ein anderer Vorteil ist die Hinterlegung eines oben beschriebenen Kennfeldes im Glühsteuergerät zur Korrektur der Glühkerzenansteuerung. Bezugszeichenliste
1. Motorsteuerung
2. Glühsystem
3. Glühkerzen
4. Zuleitungswiderstand Klemme 30
5. Zuleitungswiderstand Glühkerze
6. Innerer Widerstand Glühsteuerung
7. U1 gemessene Spannung an der Motorsteuerung
8. U2 Spannungsabfall auf Zuleitung zu Glühsteuergerät
9. U3 Spannungsabfall im Glühsteuergerät
10. U4 Spannungsabfall an der Zuleitung zur Glühkerze
11. U5 Spannung an der Glühkerze

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufheizen einer Glühkerze eines gegebenen Glühkerzentyps in einer gegebenen Anordnung, insbesondere in einer Brennkraftmaschine auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur in der Vorheizphase, wobei die zum Aufheizen auf die vorbestimmte Betriebstemperatur benötigte Heizenergie aus den Parametern des jeweiligen Systems, bestehend aus Motorsteuerung (1 ) und/oder Glühsystem (2) und/oder Glühkerze (3) in der gegebenen Anordnung und der Ausgangstemperatur der Glühkerze ermittelt und der Glühkerze zugeführt wird.
2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 zur Glühkerzenerregungssteuerung, insbesondere in einem Glühsystem (2) zum Ansteuern wenigstens eines Glühkerzenstifts (3), insbesondere für das schnelle Aufheizen mit einem Motorsteuergerätes (1 ) , welches ein getaktetes Anlegen einer Versorgungsspannung an den Glühkerzenstift (3) ermöglicht, wobei der Glühkerzenstift (3) zumindest während einer bestimmten Glühphase mit einer konstanten elektrischen Energie angesteuert wird, die eine für das Fahrzeugheizgerät typische Abstrahltemperatur des Glühstifts erzeugt, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Messen der Bordspannung, b) Ermittlung bzw. Kompensation um den Spannungsabfall in der Glühsteuerungsvorrichtung c) Ansteuern des Glühstifts während einer Vorglühphase mit der konstanten elektrischen Energie.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln der an den Glühstift angelegten Leistung durch Taktung auf einen konstanten Wert in einer an die Vorglühphase anschließenden Zündphase erfolgt.
4. Vorrichtung zur Glühkerzenerregungssteuerung, insbesondere in einem Glühsystem (2) zum Ansteuern wenigstens eines Glühkerzenstifts (3), insbesondere für das schnelle Aufheizen mit einem Motorsteuergerät (1), umfassend wenigstens eine Motorsteuerung (1 ), ein Glühsystem (2), eine Glühkerze (3), einen Zuleitungswiderstand Klemme 30 (4), einen Zuleitungswiderstand Glühkerze (5), einen inneren Widerstand Glühsteuerung (6), eine gemessene Spannung an der Motorsteuerung U1 (7), einen Spannungsabfall auf Zuleitung zu Glühsteuergerät U2 (8), einen Spannungsabfall im Glühsteuergerät U3 (9), einen Spannungsabfall an der Zuleitung zur Glühkerze U4 (10), eine Spannung an der Glühkerze U5 (11 ).
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