DE10025953C2

DE10025953C2 - Verfahren zum Ansteuern eines Glühstifts zum Zünden eines Fahrzeugheizgeräts

Info

Publication number: DE10025953C2
Application number: DE2000125953
Authority: DE
Inventors: Christian Baecker
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: DE10025953A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Glühstifts für das Zünden eines Fahrzeugheizgeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE 44 46 113 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Glühstift während der gesamten Glühperiode mit einer konstanten elektrischen Leistung angesteuert. Erreicht wird dies durch einen Leistungshalbleiterschalter, der zwischen der Versorgungsspannung und den Glühstift geschaltet ist, der mittels einer Pulsmodulationsschaltung mit Schaltsteuerimpulsen angesteuert wird, die eine derart hohe Impulsfrequenz aufweisen und in Abhängigkeit von dem aktuellen Spannungswert der Versorgungsspannung derart moduliert sind, daß die Glühtemperatur des Glühstifts unabhängig von Schwankungen des aktuellen Spannungswerts der Versorgungsspannung und trotz der Ausschaltperioden des getakteten Betriebs im wesentlichen konstant bleibt.

Aus der DE 40 15 097 C1 ist es bekannt, eine Stabglühkerze mit einer in eine Keramikmasse eingebetteten Glühwendel mittels eines Glühtaktrelais oder eines Transistors getaktet anzusteuern und dadurch auf die für eine Zündung geeignete Temperatur zu erhitzen.

Aus der älteren deutschen Patentanmeldung 199 36 729.9-23 ist bekannt, daß zumindest während der Endphase einer Vorglühphase der Glühstift mit einer konstanten Leistung angesteuert wird, wobei diese konstante in den Glühstift eingebrachte Leistung eine für den jeweiligen Fahrzeugheizgeräte-Typ typische Abstrahltemperatur erzeugt. Diesem Verfahrensschritt liegt der grundsätzliche Gedanke zugrunde, daß sich bei einer konstanten eingebrachten Leistung ein Gleichgewichtszustand einstellt zwischen dieser zugeführten elektrischen Leistung und der Wärmeabfuhr durch Strahlung und Konvektion, die durch die baulichen Gegebenheiten der jeweiligen Brennkammer festgelegt sind. Durch das Abtasten der Temperatur eines Temperaturbegrenzers (Überhitzungsschutz) kann die "konstante Leistung" an die unterschiedlichen Abstrahlverhältnisse einer wärmeren oder kälteren Brennkammes angepaßt werden.

Das Einbringen einer konstanten elektrischen Leistung, die zu einer bestimmten Abstrahltemperatur des Glühstifts führt, ermöglicht es, diese Leistung so festzulegen, daß der erzielbare Sollwert der Temperatur zwischen einer maximal zulässigen Oberflächentemperatur des Glühstifts, die einen Schutz vor dessen Zerstörung bietet und einer minimalen Oberflächentemperatur, die einen sicheren Start ermöglicht, liegt. Die Regelung des Glühstifts nach einer konstanten Leistung ist nur in den Zuständen zulässig, in denen eine Flammbildung ausgeschlossen werden kann.

Am Ende der Vorglühphase wird dann der am Glühstift anliegende Widerstand gemessen und im Steuergerät des Heizgeräts für die weitere Regelung abgelegt. Die weitere Regelung des Glühstifts erfolgt dann durch Regelung auf diesen konstanten Widerstand, so daß bei ausgebildeter Flamme die Flammenrückwärme automatisch durch eine Reduzierung der eingebrachten elektrischen Leistung ausgeglichen wird.

In der deutschen Patentanmeldung 199 36 729.9-23 wird darauf hingewiesen, daß es für eine beschleunigte Aufheizung des Glühstifts vorteilhaft ist, wenn dieser in einer ersten Phase der Vorglühphase mit einer konstanten Spannung, d. h. mit einem aus der derzeitigen Betriebsspannung U_Ist im Bordnetzbereich berechneten festen Taktverhältnis betrieben wird. Zu diesem Zweck ist dort vorgeschlagen, für einen empirisch für den jeweiligen Heizgeräte-Typ ermittelten Zeitraum den Glühstift in dieser Weise zu betreiben, wobei zu gewährleisten ist, daß innerhalb dieses Zeitraums bei Anlegen der vollen Spannung keine unzulässige Überhitzung des Glühstifts auftritt.

Die vorliegende Erfindung sieht als Alternative hierzu vor, zu Beginn der Vorglühphase (Zeitraum Δt₁₂) den Glühstift nicht über ein empirisch zu ermittelndes Zeitintervall mit einer konstanten Spannung zu betreiben, sondern die maximal mögliche und für den Glühstift zulässige Spannung so lange anzulegen, bis ein festgelegter Prozentsatz x des im Rahmen der letzten ordnungsgemäßen Leistungsregelung gespeicherten Widerstandswertes erreicht ist (siehe Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5). Das Ende des Zeitraumes Δt₁₂ ergibt sich somit aus dem Erreichen des berechneten Widerstandswertes. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß auf Toleranzen des Glühstifts bzw. auf sich ändernde Randbedingungen keine Rücksicht genommen werden muß, da eine Überhitzung auf diese Weise vermieden wird. Darüber hinaus kann mit dem Erreichen des geforderten Widerstandswertes frühzeitig auf die in der deutschen Patentanmeldung 199 36 729.9-23 beschriebene Leistungsregelung umgeschaltet werden.

Alternativ hierzu kann zu Beginn der Vorglühphase (Zeitraum Δt₁₂) der Glühstift auf einen festgelegten Prozentsatz x des im Rahmen der letzten ordnungsgemäßen Leistungsregelung gespeicherten Widerstandswertes geregelt werden (siehe Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6). Das Ende des Zeitraumes Δt₁₂ ergibt sich hierbei aus dem Erreichen des berechneten Widerstandswertes oder eines Wertes innerhalb einer festzulegenden Toleranz um diesen Wert. Zusätzlich kann auch eine Auswertung der aufgenommenen Leistung, die mit Annäherung an den geforderten Glühstiftwiderstand absinkt, hinsichtlich ihres Wertes (z. B. bezogen auf den für die Leistungsregelung angegebenen Wert) oder Gradienten zur Bestimmung des Zeitpunktes t₂ herangezogen werden.

Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, das Verfahren gemäß der deutschen Patentanmeldung 199 36 729.9-23 dahingehend zu erweitern, daß die Dauer des Zeitraums t₁₂ nicht empirisch oder entsprechend der dort unter Anspruch 4 dargestellten Formel ermittelt wird, sondern das Ende dieses Zeitraumes durch das Erreichen des im Rahmen einer vorausgegangenen Vorglühphase abgespeicherten Widerstandswertes R₃ oder eines Prozentsatzes x hiervon bestimmt ist. Das System ist somit quasi selbstlernend ausgebildet.

Für den ersten Start des Heizgerätes wird für eine der im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Ansteuerungsalternativen ein Widerstand (R_soll1) vorgegeben, der eine entsprechende Sicherheit für den Betrieb des jeweils verwendeten Glühstifttyps beinhaltet. Dieser Widerstand kann durch den am Ende der Vorglühung (Zeitpunkt t₃) ermittelten Widerstand ersetzt werden (Ablauf siehe Fig. 3).

Alternativ hierzu kann für den ersten Start des Heizgerätes die zuvor beschriebene Ansteuerung vollständig entfallen und direkt mit der für die Vorglühung in der deutschen Patentanmeldung 199 36 729.9-23 beschriebenen leistungsgeregelten Ansteuerung des Glühstifts begonnen werden. Für die Regelung des Glühstifts im Rahmen der folgenden Betriebszustände und der Ansteuerung während der ersten Phase des folgenden Starts (s. o.) wird der hierbei ermittelte Widerstandswert zugrundegelegt (Ablauf siehe Fig. 4). Bei diesem Verfahren ergibt sich für den ersten Start eine längere Vorglühzeit.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm, bei dem über der Zeit die Temperatur des Glühstifts und der dem Glühstift zugeführte Strom dargestellt sind,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der für das erfindungsgemäße Verfahren relevanten Komponenten eines Fahrzeugheizgeräts,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für den ersten Heigerätestart,

Fig. 4 ein alternatives Ablaufdiagramm für den ersten Heigerätestart,

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm für einen folgenden Heigerätestart, und

Fig. 6 ein alternatives Ablaufdiagramm für einen folgenden Heigerätestart.

Ein in Fig. 2 mit 1 bezeichnetes Fahrzeugheizgerät weist eine Brennkammer 2 auf, an deren einer Stirnseite ein saugfähiger Körper 3 angeordnet ist. Dieser saugfähige Körper wird über eine Brennstoffleitung 4 von einer Dosierpumpe 5 mit Brennstoff versorgt.

Ein in die Brennkammer 2 hineinragender Glühstift 6, dessen Widerstand von einem keramischen Dickschicht-Widerstand gebildet wird, ist über einen Taktgeber 7 mit dem Steuergerät 8 des Fahrzeugheizgeräts 1 verbunden. Das Steuergerät 8 steuert sowohl die Taktung des Taktgebers 7 und somit die in den Glühstift 6 eingebrachte elektrische Leistung als auch die Dosierpumpe 5 und somit die Menge des in den saugfähigen Körper 3 eingebrachten Brennstoffs. Dem Steuergerät 8 liegen als Eingangssignale eine Spannung U_Ist, welche die momentane Ist-Spannung des Bordnetzes repräsentiert, ferner ein Temperatursignal T₉ eines beispielsweise an der Brennkammerwand angeordneten Temperaturbegrenzers (Überhitzungsschutz) 9 und ein in Taktpausen des Taktgebers 7 ermittelter Widerstandswert R₆ des Glühstifts an.

In der Fig. 1 ist über der Zeitachse die Temperatur T des Glühstifts 6 und in strichpunktierten Linien der Strom I aufgetragen, der dem Glühstift 6 zugeführt wird. Der Zündvorgang des Fahrzeugheizgeräts 1 beginnt zum Zeitpunkt t₁, wobei vorausgesetzt wird, daß der vorherige Betrieb des Fahrzeugheizgeräts mit einem korrekten Nachlauf zur Abkühlung beendet wurde und keine Störungsmeldung erzeugt wurde. Dieser (bezogen auf die Betriebsdauer des Heizgeräts wiederholte) Start zum Zeitpunkt t₁ entspricht dem Verfahrensschritt S1 im Ablaufdiagramm gemäß den Fig. 5 und 6. Zu unterscheiden hiervon ist der allererste Start des Heizgeräts bei der Qualitätsprüfung durch den Hersteller oder bei der ersten Benutzung durch den Endkunden. Dieser Neustart ist in den Fig. 3 und 4 mit S11 bezeichnet.

Beim wiederholten Start gemäß Fig. 5 wird nun der Glühstift 6 für ein erstes Zeitintervall Δt₁₂ mit einer konstanten Spannung betrieben, bis ein festgelegter Prozentsatz x des im Rahmen der letzten ordnungsgemäßen Leistungsregelung gespeicherten Widerstandswertes erreicht ist (Zeitpunkt t₂).

Alternativ kann der Glühstift gemäß Fig. 6 im Zeitraum Δt₁₂ auf einen festgelegter Prozentsatz x des im Rahmen der letzten ordnungsgemäßen Leistungsregelung gespeicherten Widerstandswertes geregelt werden, wobei der Zeitpunkt t₂ wie oben beschrieben ermittelt wird. Zum Zeitpunkt t₂ beginnt das Ansteuern des Glühstifts 6 während eines Intervalls Δt₂₃ mit einer konstanten Leistung, die eine für das jeweilige Fahrzeugheizgerät 1 typische Abstrahltemperatur T des Glühstift 6 erzeugt. Diesem Zeitintervall entspricht der Verfahrensschritt S4 gemäß dem Ablaufdiagramm in den Fig. 3 bis 6. Dem Ansteuern mit einer konstanten Leistung liegt der Gedanke zugrunde, daß eine zugeführte elektrische Leistung P_zu bei einem bestimmten Heizgeräte-Typ aufgrund von dessen baulichen Verhältnissen zu einem Gleichgewichtszustand mit der vom Glühstift 6 abgestrahlten Leistung P_ab führt, welche sich ihrerseits in einer bestimmten Abstrahltemperatur T_ab äußert. Da während dieser Phase einer konstanten Leistungszufuhr die durch den Temperaturkoeffizienten α und andere Einflüsse hervorgerufenen Widerstandstoleranzen des Glühstifts 6 völlig ohne Belang sind, wird die gewünschte Abstrahltemperatur T_ab unabhängig von herstellungsbedingten Toleranzen oder Alterungsprozessen des Glühstifts 6 erreicht. Die Abstrahltemperatur liegt dabei in einem Bereich, der zwischen einer minimalen für das Zünden erforderlichen Temperatur und einer maximalen, eine Zerstörung des Glühstift 6 eben noch verhindernden Temperatur liegt.

Zum Zeitpunkt t₃, der das Ende der Vorglühphase bezeichnet, wird im Verfahrensschritt S5 der am Glühstift 6 anliegende Widerstand R₃ durch das Steuergerät ermittelt. Die Ermittlung des Glühstiftwiderstandes durch das Steuergerät wurde bereits bei schon bekannten Verfahren zum Ansteuern von Glühstiften mit Wolframwendeln vorgenommen und stellt insofern keinen zusätzlichen Aufwand dar. Der ermittelte Widerstandswert R₃ wird nun in einen Speicher des Steuergeräts 8 eingelesen und im folgenden für die weitere Ansteuerung des Glühstifts 6 als Regelgröße verwendet. Da der Glühstift 6 wie auch die bekannten Glühstifte eine positive Temperaturcharakteristik (PTC-Charakteristik) aufweist, führt das Ausbilden einer Flamme im Zünd-Zeitpunkt t_z, das normalerweise (gemäß der oberen gestrichelten Linie in Fig. 1) zu einer Erhöhung der Glühstifttemperatur T führen würde, zu einer Verminderung des aufgenommenen Stroms I, so daß insgesamt die Temperatur des Glühstift 6 auch nach dem Zeitpunkt t_z im gesamten Zeitintervall Δt₃₄ bis zur Beendigung des Glühstiftbetriebes gleichbleibt.

Das Abspeichern des Widerstandswertes R₃ ist im Ablaufdiagramm gemäß den Fig. 3 bis 6 im Verfahrensschritt S5 dargestellt. Die Regelung nach dem zuletzt ermittelten Widerstand R₃ gemäß dem Verfahrensschritt c des Hauptanspruchs ist dort im Verfahrensschritt S6 dargestellt.

Im Ablaufdiagramm gemäß den Fig. 3, 5 und 6 ist zusätzlich zwischen dem Verfahrensschritt S2 und dem Glühen mit konstanter geregelter Leistung im Verfahrensschritt S4 noch eine Abfrage im Verfahrensschritt S3 zwischengeschaltet, ob ein Störflag gesetzt wurde. Sollte dies der Fall sein, wird vom Verfahrensschritt S3 unmittelbar zum Verfahrensschritt S6, (der Regelung nach dem zuletzt ermittelten Widerstand R₃) gesprungen, da dann unter Umständen das Glühen mit konstanter, geregelter Leistung zu einer Überhitzung führen könnte.

Während ein bisher verwendeter Glühstift mit einer in eine Keramikmasse eingebetteten Wolfram-Wendel eine Leistungsaufnahme von etwa 50 W hatte, weist der in Verbindung mit dem vorliegenden Verfahren verwendete Glühstift mit einem Dickschicht-Widerstand aus Keramik eine Leistungsaufnahme von etwa 70 bis 80 W auf. Mit einem derartigen Glühstift 6 können in einer kürzeren Startzeit höhere Zündtemperaturen und auch eine längere Lebensdauer erreicht werden.

Die Ansteuerung in der ersten Phase der Vorglühung erfolgt bei jedem wiederholten Start entsprechend einer der im Zusammenhang mit den Fig. 5 oder 6 beschriebenen Ablaufalternativen. Es wird der zum Zeitpunkt t₃ gemessene Glühstiftwiderstand R₃ zur Ansteuerung verwendet. Nur für den ersten Start wird einer der im Zusammenhang mit den Fig. 3 oder 4 beschriebenen Abläufe verwendet.

Auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren vorstehend in Verbindung mit einem Verdampfungsbrenner beschrieben wurde, ist für den Fachmann klar, daß es ebenso vorteilhaft auch in Verbindung mit anderen Brenner-Bauarten einsetzbar ist.

Bezugszeichenliste

1

Fahrzeugheizgerät

2

Brennkammer

3

saugfähiger Körper

4

Brennstoffleitung

5

Dosierpumpe

6

Glühstift

7

Taktgeber

8

Steuergerät

9

Temperaturbegrenzer
T Temperatur am Glühstift
t₁

Beginn der Vorglühphase
t₂

Beginn der Endphase der Vorglühphase
t₃

Ende der Vorglühphase
R₃

Widerstand am Glühstift im Zeitpunkt (t₃

)
U_soll

Sollspannung am Glühstift
U_Ist

Istspannung am Glühstift
P₂₃

Leistung im Intervall t₂

-t₃

R_soll1

Widerstandswert für den ersten Start des Heizgeräts
U12 Ansteuerspannung des Glühstifts im Zeitintervall Δt₁₂

Claims

1. Verfahren zum Ansteuern eines Glühstifts für das Zünden eines Fahrzeugheizgeräts mit einem Steuergerät, welches ein getaktetes Anlegen einer Versorgungsspannung an den Glühstift ermöglicht und mittels dem ein am Glühstift gemessener Widerstand auswertbar ist, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Ansteuern des Glühstifts zumindestens während der Endphase (Δt₂₃) einer Vorglühphase (Δt₁₃) mit einer konstanten elektrischen Leistung, die eine für das Fahrzeugheizgerät typische Abstrahltemperatur des Glühstifts erzeugt,
b) Messen des Glühstift-Widerstandes (R₃) am Ende der ersten Vorglühphase (im Zeitpunkt t₃),
c) Regeln der an den Glühstift angelegten Leistung durch Taktung auf einen konstanten Widerstand (R₃) in einer an die erste Vorglühphase anschließenden Zündphase (Δt₃₄),

dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn jeder weiteren folgenden Vorglühphase der Glühstift mit einer Spannung (U₁₂) betrieben wird, bis ein vorgegebener Prozentsatz (x) des Werts des Widerstands des Glühstifts erreicht ist, der in der vorausgehenden Vorglühphase als optimal ermittelt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühstift im Zeitintervall (Δt₁₂) mit einer konstanten Spannung (U₁₂) betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Spannung (U₁₂) die maximal vom Bordnetz zur Verfügung stellbare Leistung berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß andere Aggregate, wie ein Fahrzeuggebläse oder eine Sitzheizung, zur Erhöhung der zur Verfügung stellbaren Leistung mittels des Steuergeräts zeitweise abschaltbar oder in ihrer Leistung reduzierbar sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten Startablauf des Heizgeräts der Wert für den Glühstift-Widerstand (R₃) von einem vom Hersteller in einem Speicher des Steuergeräts hinterlegten gerätespezifischen Basiswert gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Laufe mehrerer Startvorgänge ermittelter Maximalwert für den Glühstift-Widerstand (R₃) mit einem einem Sicherheitsabschlag in den nächsten Startablauf einberechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Laufe mehrerer Startvorgänge ermittelter Durchschnittswert für den Glühstift-Widerstand (R₃), optional unter Einbeziehung eines Sicherheitsabschlags, für den nächsten Startablauf zugrunde gelegt wird.