DE10026339A1 - Vorrichtung zum Vorwärmen von Luft in einer zu einer Dieselbrennkraftmaschine führenden Ansaugleitung - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Luft in einer zu einer Dieselbrennkraftmaschine führenden Ansaugleitung weist einen in der Ansaugleitung angeordneten Heizflansch auf, welcher nach Bedarf mittels einer Schalteinrichtung aus- und einschaltbar ist. Die Schalteinrichtung ist mittels eines Halbleiterelements schaltbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Luft in einer zu einer Dieselbrennkraftmaschine führenden Ansaugleitung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren be­ trifft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen des La­ dezustandes einer Batterie für eine Dieselbrennkraft­ maschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 8 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 195 15 533 C2 bekannt. Derartige Vorrichtungen mit Heizflan­ schen werden verwendet, um vor und in der Startphase die Luft in einer zu einer Dieselbrennkraftmaschine führenden Ansaugleitung zu erwärmen, was insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen für Nutzfahrzeuge erfor­ derlich ist, da hier die ansonsten bei Dieselbrenn­ kraftmaschinen im allgemeinen zum Einsatz kommenden Glühkerzen nicht effektiv sind.

Solche bekannten Vorrichtungen haben sich gegenüber aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten, soge­ nannten Flammstartanlagen, durch welche beim Kaltstart der Dieselbrennkraftmaschine die Ansaugluft mittels einer offenen Flamme erwärmt wird, als überlegen er­ wiesen, und zwar vor allem, weil beim Einsatz der be­ kannten Flammstartanlagen dem innerhalb der Diesel­ brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsprozeß ein Großteil des erforderlichen Sauerstoffes entzogen wird.

Bei der bekannten Vorrichtung mit dem Heizflansch ist jedoch nachteilig, daß das den Heizflansch ein- und ausschaltende Relais prinzipbedingt keine allzu lange Standzeit aufweist und aus diesem Grund der Heiz­ flansch zum Vorwärmen der Luft in der Ansaugleitung nur vor dem Start der Dieselbrennkraftmaschine einge­ schaltet und nach verhältnismäßig kurzer Zeit wieder ausgeschaltet werden muß, um eine Überhitzung des Heizelements zu verhindern. Es ist bei der bekannten Vorrichtung nicht möglich, die Leistung des Heizflan­ sches zu regeln, was dazu führt, daß bei der Festle­ gung dieser Leistung bzw. der dem Heizflansch zuge­ führten Stromstärke ein Kompromiß zwischen der anfangs erforderlichen hohen Leistung und der begrenzten Halt­ barkeit des Heizelements des Heizflansches gefunden werden muß. Dies führt jedoch zwangsläufig zu einer nicht ausreichenden Heizleistung solcher bekannten Heizflansche bei erschwerten Startbedingungen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Luft in einer zu einer Dieselbrennkraftmaschine führenden Ansaugleitung mit­ tels eines Heizflansches zu schaffen, bei welcher eine Leistungsregelung des Heizflansches ohne Beschädigung bzw. Überbelastung von Bauteilen möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die mittels eines vollkommen verschleißfrei arbeiten­ den Halbleiterelements steuerbare Schalteinrichtung ermöglicht es, den Heizflansch beliebig oft und in annähernd beliebig kurzen Abständen, d. h. mit verhält­ nismäßig hohen Frequenzen, aus- und einzuschalten, wodurch eine annähernd stufenlose Einstellung der Lei­ stung des Heizflansches und somit eine Anpassung an die Warmlaufbedingungen der Dieselbrennkraftmaschine möglich wird. Auf diese Weise und aufgrund der Tatsa­ che, daß der Heizflansch erfindungsgemäß nicht ständig eingeschaltet sein muß, kann die Stromstärke und somit die maximale Heizleistung des Heizflansches um ein Vielfaches erhöht werden, was insbesondere direkt zu Beginn des Vorwärmens der Ansaugluft eine weitaus schnellere Temperatursteigerung der der Dieselbrenn­ kraftmaschine zugeführten Luft ermöglicht und so zu einer Verkürzung der Vorglühzeit führt. Eine niedrige­ re Leistung für den Heizflansch wird dann einfach über eine entsprechende Dauer des Ein- und Ausschaltens erreicht, da die Stromstärke ja stets gleich hoch ist.

Durch die erfindungsgemäß mögliche höhere Heizleistung ist man beispielsweise in der Lage, Dieselbrennkraft­ maschinen bei sehr niedrigen Außentemperaturen und in großen Höhenlagen zu starten, in denen ein solcher Startvorgang bisher nicht möglich war. Dadurch, daß es erfindungsgemäß beliebig oft möglich ist, den Heizflansch aus- und einzuschalten, kann das Vorwärmen der Luft auch über einen längeren Zeitraum als bisher üb­ lich bzw. möglich durchgeführt werden, da der Heiz­ flansch durch die dann niedrigere Heizleistung nicht beschädigt werden kann. In einem solchen Fall nehmen die Einschaltzeiten im Vergleich zu dem Ausschaltzei­ ten einen ständig geringer werdenden Anteil ein. Hier­ durch ergibt sich vorteilhafterweise auch eine Verbes­ serung der Abgaswerte der Dieselbrennkraftmaschine.

Mit Hilfe der mittels eines Halbleiterelements steuer­ baren Schalteinrichtung zum Aus- und Einschalten des Heizflansches ergibt sich außerdem ein völlig neues, im unabhängigen Anspruch 8 beschriebenes Verfahren zum Prüfen des Ladezustandes einer Batterie für die Die­ selbrennkraftmaschine.

Erfindungsgemäß wird nämlich über eine bestimmte Zeit­ dauer der Heizflansch mittels des Halbleiterelements eingeschaltet und auf diese Weise der Batterie ein verhältnismäßig hoher Strom entnommen. Mittels des Rückgangs der Batteriespannung können dann sehr ein­ fach Rückschlüsse auf den Ladezustand der Batterie gezogen werden.

Bisher war eine solche Vorgehensweise aufgrund der zu hohen Belastung und der nur sehr ungenau definierten Schaltzeitpunkte für das Relais nicht möglich. Außer­ dem sind bei einer Brennkraftmaschine auch keine ande­ ren Einrichtungen vorhanden, mit denen der Batterie ein ausreichend hoher Strom entnommen werden kann und die dabei gleichzeitig keine das Meßergebnis negativ beeinflussenden Störwirkungen hervorrufen, um ein aus­ reichend genaues Meßergebnis zu ermöglichen.

Durch die hohe Stromstärke des Stroms, der den Heiz­ flansch durchströmt, sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr genaue Aussagen über den Ladezustand der Batterie möglich. Ein weiterer Grund, warum mit­ tels des erfindungsgemäßen Halbleiterelements der La­ dezustand der Batterie gemessen werden kann, sind die definierten Schaltzeitpunkte eines solchen Halbleiter­ elements, so daß die genaue, gegebenenfalls sehr kurze Einschaltzeit des Heizflansches bestimmt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Dieselbrenn­ kraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum Vorwärmen von Luft in einer An­ saugleitung;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Heizflansch; und

Fig. 3 eine Steuerschaltung für den Heizflansch aus Fig. 2.

Eine äußerst prinzipmäßig dargestellte Dieselbrenn­ kraftmaschine 1 ist mit einer Ansaugleitung 2 verse­ hen, die über einen Abgasturbolader 3 und einen Lade­ luftkühler 4 angesaugte Frischluft zu der Dieselbrenn­ kraftmaschine 1 führt. Von dem Abgasturbolader 3 aus wird von der Dieselbrennkraftmaschine 1 erzeugtes Ab­ gas über eine Abgasleitung 5 abgeführt.

Die Dieselbrennkraftmaschine 1 ist vor allem für den Einsatz bei Nutzfahrzeugen vorgesehen. Aus diesem Grund ist es vor dem Starten derselben erforderlich, die über die Ansaugleitung 2 angesaugte Luft zu erwär­ men, um ein Starten der Dieselbrennkraftmaschine 1 zu erleichtern und bei schwierigen äußeren Bedingungen überhaupt erst zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung 6 vorgesehen, welche einen in die Ansaugleitung 2 ragenden Heizflansch 7 aufweist, der unmittelbar vor der Dieselbrennkraftmaschine 1 ange­ ordnet ist. In Strömungsrichtung der Ansaugluft ist zwischen dem Heizflansch 7 und einem nicht dargestell­ ten, jedoch an sich bekannten und direkt mit der Die­ selbrennkraftmaschine 1 verbundenen Ansaugkrümmer ein Temperatursensor 8 vorgesehen, mit dem die Ansaugluft­ temperatur gemessen werden kann.

Der Heizflansch 7 ist in Fig. 2 näher dargestellt und weist in an sich bekannter Weise ein topfförmiges Ge­ häuse 9 mit einem daran angebrachten Deckel 10 auf. Der Deckel 10 ist mit Bohrungen 11 zum Anbringen des Heizflansches 7 an der Ansaugleitung 2 versehen. Des weiteren befinden sich an dem Deckel 10 zwei in das Innere des Gehäuses 9 führende elektrische Anschlüsse, nämlich ein Steueranschluß 12 und ein Leistungsan­ schluß 13. Über den als Zuleitung dienenden Leistungs­ anschluß 13 wird einem in an sich bekannter Weise im Inneren des Gehäuses 9 angeordneten elektrischen Hei­ zelement 14, das im vorliegenden Fall als Heizwendel ausgebildet ist, elektrischer Strom zugeführt, wodurch dieses erhitzt wird und die Wärme zum Erhitzen der Ansaugluft erzeugt. Der Steueranschluß 12 dient zur Steuerung des Aus- und Einschaltens des Heizflansches 7, was im folgenden näher beschrieben wird.

So ist zum Aus- und Einschalten des Heizflansches 7 eine Schalteinrichtung 15 vorgesehen, die neben dem Steueranschluß 12 auch ein Halbleiterelement 16 auf­ weist. Wenn über den Steueranschluß 12 ein entspre­ chender Impuls auf das Halbleiterelement 16 aufge­ bracht wird, schaltet dasselbe das Heizelement 14 ein oder aus, d. h. es wird über den Leistungsanschluß 13 Strom zugeführt bzw. die Stromzufuhr unterbrochen. Der Steueranschluß 12 kann dabei mit dem Temperatursensor 8 gekoppelt sein.

Da das Halbleiterelement 16 keinerlei Verschleiß aus­ gesetzt ist, kann mittels der Schalteinrichtung 15 das Heizelement 14 des Heizflansches 7 beliebig oft aus- und eingeschaltet werden. Um die Leistung des Heizele­ ments 14 zu regeln, wird mittels der Schalteinrichtung 15 das Heizelement 14 mit einer bestimmten Frequenz aus- und eingeschaltet. Ist die Einschaltzeit dabei länger als die Ausschaltzeit, so ergibt sich eine über die Zeit betrachtet höhere Leistung des Heizelements 14, wodurch die Luft in der Ansaugleitung 2 schneller erwärmt werden kann und so ein leichteres Starten der Dieselbrennkraftmaschine 1 möglich ist. Zu beachten ist dabei, daß die Stromstärke, mit der das Heizele­ ment 14 beaufschlagt wird, konstant bleibt und sich die Heizleistung nur durch die Anschaltzeit des Heiz­ elements 14 bestimmt. Beim Starten der Dieselbrenn­ kraftmaschine 1 wird der Heizflansch 7 kurz ausge­ schaltet, um einem nicht dargestellten Anlasser aus­ reichend Energie zur Verfügung zu stellen. Die Startprozedur zum Vorwärmen und Anlassen der Dieselbrenn­ kraftmaschine 1 kann dabei in einem Kennfeld abgelegt sein.

Durch den Einsatz eines nicht dargestellten Siche­ rungselementes vor dem Leistungsanschluß 13 kann eine Überlastung des Heizelementes 14 ausgeschlossen wer­ den, wodurch es möglich ist, das Heizelement 14 über den Leistungsanschluß 13 mit weitaus höheren Strom­ stärken zu versorgen als dies bisher möglich war und damit auch höhere Heizleistungen zu erzeugen.

In Fig. 3 ist ein Schaltbild für den Heizflansch 7 dargestellt, in dem zwischen dem Halbleiterelement 16 und den hierbei vorgesehenen zwei Heizelementen 14 ein Diagnoseeingang 17 angeordnet ist. Des weiteren ist an dem Halbleiterelement 16 ein an sich bekanntes Steuer­ gerät 18 angeschlossen, welches mit dem Temperatursen­ sor 8 verbunden ist. In Fig. 3 ist außerdem der Lei­ stungsanschluß 13 mittels eines Pluspols 19 und eines Minuspols 20 dargestellt, an denen die erforderliche Spannung angelegt wird, um einen Stromfluß zur Aufhei­ zung des Heizelementes 14 zu ermöglichen. Mit dem Pfeil A in Fig. 3 ist die Strömungsrichtung der An­ saugluft angedeutet.

Mittels des Diagnoseeingangs 17 ist eine Fehlerdiagno­ se für die Vorrichtung 6, d. h. für den Heizflansch 7 und das Halbleiterelement 16, möglich, welche den nachfolgend angegebenen Signalen an den Diagnoseein­ gang 17 und dem Steuergerät 18 folgende Fehlermeldun­ gen zuordnet:

Am Diagnoseeingang 17 und am Steuergerät 18 die Signale 0, d. h. kein Anliegen von Spannung: Das Halbleite­ relement 16 ist durchlegiert und/oder es besteht Masseschluß.

An dem Diagnoseeingang 17 das Signal 1, also das An­ liegen einer Spannung, und an dem Steuergerät 18 das Signal 0: Es besteht kein Fehler, der Heizflansch 7 ist ausgeschaltet.

An dem Diagnoseeingang 17 das Signal 0 und an dem Steuergerät 18 das Signal 1: Es besteht kein Fehler, der Heizflansch 7 ist eingeschaltet.

An dem Diagnoseeingang 17 und an dem Steuergerät 18 die Signale 1: Es besteht eine Unterbrechung in dem Leistungsanschluss 13 und/oder das Halbleitererlement 16 ist defekt.

Mit der in den Figuren dargestellten Anordnung ist außerdem ein neuartiges Verfahren zum Prüfen des Lade­ zustands einer Batterie 21 der Dieselbrennkraftmaschi­ ne möglich. Hierzu ist es erforderlich, für eine be­ stimmte Zeitdauer den Heizflansch 7 mittels des Halb­ leiterelements 16 der Schalteinrichtung 15 einzuschal­ ten. Der Heizflansch 7 zieht dann aufgrund seines fe­ sten Innenwiderstandes einen bestimmten Strom aus der Batterie 21 und es kann durch Messen des Rückgangs der Spannung der Batterie 21 der Ladezustand der Batterie 21 festgestellt werden. Das beschriebene Verfahren ist beispielsweise auch für eine onboard-Diagnose sehr gut geeignet.

Das Verfahren kann durchgeführt werden, weil der Heiz­ flansch 7 bzw. das Heizelement 14 einen für eine solche Messung bzw. für Rückschlüsse aus einer solchen Messung erforderlichen hohen Strom von bis zu 400 Am­ pere und mehr aus der Batterie 21 entnimmt. Da beim Betrieb des Heizelementes 14 keine in einem Magnetfeld bewegten elektrischen Leiter vorhanden sind, wie dies beispielsweise bei einem Anlasser der Fall ist, wird kein Strom induziert und das Meßergebnis somit nicht beeinflußt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Vorwärmen von Luft in einer zu einer Dieselbrennkraftmaschine führenden Ansaug­ leitung, mit einem in der Ansaugleitung angeordne­ ten Heizflansch, welcher nach Bedarf mittels einer Schalteinrichtung aus- und einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (15) mittels eines Halblei­ terelements (16) schaltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizflansch (7) ein elektrisches Heizelement (14) aufweist, welches durch einen elektrischen Strom aufheizbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (14) oder eine Zuleitung (13) zu dem Heizelement (14) ein Sicherungselement auf­ weist, welches vor der Überlastung des Heizelemen­ tes (14) den Kontakt zu demselben unterbricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizflansch (7) mit einem Diagnoseeingang (17) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (16) mit einem Steuergerät (18) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (18) mit einem Temperatursensor (8) zur Messung der Temperatur der Luft in der An­ saugleitung (2) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (8) in der Ansaugleitung (2) in Strömungsrichtung der Luft nach dem Heizflansch (7) und vor einem Ansaugkrümmer angeordnet ist.

8. Verfahren zum Prüfen des Ladezustandes einer Bat­ terie für eine Dieselbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß für eine bestimmte Zeitdauer durch eine mittels eines Halbleiterelements (16) steuerbare Schalt­ einrichtung (15) ein elektrischen Heizflansch (7) zum Vorwärmen von Luft in einer zu der Diesel­ brennkraftmaschine (1) führenden Ansaugleitung (2) eingeschaltet wird, und daß der Rückgang der Span­ nung der Batterie gemessen wird.