DE3832567A1 - Verfahren und vorrichtung zur sicherheitsabstellung des mengenstellwerks bei einspritzpumpen fuer dieselbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Es ist bekannt, zur elektronischen Regelung beim Betrieb selbstzündender Brennkraftmaschinen, also Dieselmoto­ ren, von elektrischen Signalen angesteuerte, elektri­ sche Stellwerke einzusetzen (DE-OS 35 31 198), wobei die erforderlichen Stellsignale von einem zentralen Steuergerät (EDC-System) erzeugt werden, anstelle von mechanischen Kraftstoffzumeß- und Regelsystemen. Zwar sind mechanische Kraftstoffzumeßsysteme bei Dieselmotoren bezüglich ihrer Fehlersicherheit zuverlässig; sie sind aber zunehmend weniger in der Lage, der Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsbedingungen und Umwelt­ einflüssen Rechnung zu tragen.

Der durch die elektronische Dieselregelung (EDC) be­ wirkte Einsatz elektronischer Komponenten macht er­ gänzende Sicherheits-, Überwachungs- und Notfahrmaß­ nahmen auch dann wünschenswert, wenn die einzelnen Baugruppen für sich gesehen schon Möglichkeiten zur Fehlererkennung und gegebenenfalls Fehlerausschei­ dung aufweisen.

So werden bei einer bekannten Sicherheitseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung (DE-OS 33 01 742) fortlaufend bestimmte, den Betrieb der Brennkraftmaschine betreffende Signale wie Fahr­ pedalstellung, errechneter Sollwert des Regelwegs, Bremspedalstellung, Drehzahl u. dgl. erfaßt und durch eine Minimalwertauswahl ein korrigierter Regelweg- Sollwert erstellt, der dem Stellregler der EDC-Anlage zugeführt ist. Dieser korrigierte Regelweg-Sollwert dient gleichzeitig der Feststellung einer Regelab­ weichung unter Einbeziehung eines rückgemeldeten Re­ gelweg-Istwertsignals. Bei Überschreiten vorgegebe­ ner Grenzen reagiert die bekannte Sicherheitsein­ richtung dann entweder mit einem Abschalten der Ein­ spritzpumpe, Stromlosschalten der Endstufe des Stell­ reglers im EDC-Steuergerät oder Einführung eines Not­ fahrbetriebs. Bei dieser bekannten Sicherheitsein­ richtung können sich aber unter Umständen Probleme ergeben, da nicht alle möglichen Randbedingungen ein­ bezogen sind.

Die bekannte elektronische Dieselregelung (EDC) um­ faßt ferner einen speziellen (reduntanten) Sicher­ heitsabsteller in Form eines elektromagnetischen Ab­ schaltventils (ELAB), welches im Bereich der Kraft­ stoffeinspritzpumpe angeordnet und in der Lage ist, bei entsprechender Ansteuerung die Kraftstoffzufuhr zur Pumpe zu unterbrechen.

Dabei ist das EDC-Steuergerät in der Lage, einen mög­ lichen Defekt am Mengenstellwerk zu erkennen, und zwar aufgrund einer bleibenden Regelabweichung im Stellregelkreis. Das EDC-Steuergerät schaltet dann über eine geeignete Sicherheitslogik durch Ansteue­ rung des elektromagnetischen Abschaltventils (ELAB) die Kraftstoffzufuhr ab. Auf diese Weise ist ein Ab­ schalten des Motors auch bei klemmendem Mengenstell­ werk beispielsweise oder bei durchlegierter Endstufe (im EDC-Steuergerät) möglich. Es versteht sich, daß hierzu eine durchlaufende Überwachung der ELAB-Funk­ tion wünschenswert ist, andererseits aber das Pro­ blem auftritt, daß auch bei überwachtem ELAB auf Funk­ tionstüchtigkeit im erkannten Defektfall keine Ab­ schaltung des Kraftstoffs mehr erfolgen kann, wenn der Störfall auftritt und der ELAB nicht funktions­ tüchtig ist.

Es besteht daher Bedarf, auch diesen eher seltenen, aber denkbaren Doppelfehler beim Betrieb einer Die­ selbrennkraftmaschine noch abzudecken, wenn nämlich gleichzeitig das Mengenstellwerk aus irgendwelchen Störungsgründen ungewollt volle Menge ausgibt, aus welchen Gründen auch immer, beispielsweise Fehler im Steuergerät oder Klemmen des Regelschiebers der Pumpe, und gleichzeitig die Sicherheitsabschaltung über die ELAB-Funktion versagt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung für EDC-Systeme zu schaffen, die in der Lage ist, unter Einbeziehung der in einem solchen Störfall auftretenden Reaktion des Fahrers durch Einwirkung auf das Magnetstellwerk der Kraft­ stoffeinspritzpumpe ein Durchgehen des Dieselmotors bzw. dessen ungewünschten Betrieb mit Sicherheit zu verhindern.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des Anspruchs 3 und hat den Vorteil, daß auch für den seltenen Fall des Ausfalls der ELAB-Funktion dann, wenn der Fahr­ zeugführer auf die Bremse tritt, die Kraftstoffzufuhr und damit der weitere Betrieb der Brennkraftmaschine sicher unterbunden wird, vorausgesetzt, die Brenn­ kraftmaschine dreht oberhalb einer Grenzdrehzahl, die höher als die Leerlaufdrehzahl liegt.

Hierdurch ergibt sich eine entscheidende Sicherheit beim Betrieb von Dieselbrennkraftmaschinen, da ein Durchgehen selbst aufgrund eines seltenen Doppelfeh­ lers nicht mehr möglich ist. Die Einbeziehung der menschlichen Urteilskraft, also der Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer ist dabei als besonders sinnvoll anzusehen.

Vorteilhaft ist ferner, daß die korrekte Funktion der Sicherheitsabschaltung vom EDC-Steuergerät selbst wieder überwacht werden kann, und zwar durch Überprü­ fung des Rückmeldesignals für die Stellwerksposition.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich schließlich dadurch, daß für die Realisierung der erfindungsgemäßen Si­ cherheitsabstellung des Mengenstellwerks keine grö­ ßeren Eingriffe erforderlich sind; in die Ansteuerung des Magnetstellwerks vom EDC-Steuergerät aus wird ein Unterbrecherschalter geschaltet, der von der Si­ cherheitsschaltung angesteuert ist. Die Sicherheits­ schaltung kann dabei Signale externer Sensoren ver­ wenden, die dem EDC-Steuergerät ohnehin zugeführt werden. Gegebenenfalls können auch zur Verbesserung der Redundanz separate Geber für die Sicherheits­ schaltung vorgesehen sein.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen der Erfindung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 schematisiert und teilweise als Blockschaltbild eine zusätzliche (redundante) Sicherheitsschaltung für eine Dieselbrennkraftmaschine mit Eingriffsmöglich­ keit in der Ansteuerleitung zwischen dem EDC-Steuer­ gerät und der Einspritzpumpe und in Fig. 2 ein Flußdiagramm.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung beruht auf der sicheren Voraussetzung, daß jeder Fahrer auto­ matisch auf die Bremse des von ihm gelenkten Kraft­ fahrzeugs tritt, wenn der Motor ungewollt hochdreht. Durch die Reihenschaltung des Fahrpedals (Schalter geschlossen bei Leerlauf) und des Bremspedals (Schal­ ter geschlossen bei getretener Bremse) ergibt sich eine Aussage über das vom Fahrer gewünschte Fahrver­ halten der Brennkraftmaschine, ergänzt durch eine Abfragung der jeweiligen Drehzahl; sobald hier eine vorgegebene Grenzdrehzahl überschritten ist, tritt die Sicherheitsschaltung in Aktion und unterbricht die weitere Ansteuerung des Magnetstellwerks der Pumpe.

Bevor auf die Erfindung im folgenden eingegangen wird, wird darauf hingewiesen, daß das in der Zeichnung dargestellte, die Erfindung anhand diskreter Schalt­ stufen oder auch Wirkungsblöcken angegebene Block­ schaltbild die Erfindung nicht beschränkt, sondern im besonderen dazu dient, die funktionellen Grundwir­ kungen zu veranschaulichen und spezielle Funktions­ abläufe anzugeben. Es versteht sich, daß die einzel­ nen Bausteine und Blöcke in analoger, hybrider und insbesondere auch digitaler Technik aufgebaut sein können oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digi­ talen Systemen, beispielsweise also Mikroprozesso­ ren, Mikrorechnern, digitalen oder analogen Logik­ schaltungen o. dgl. umfassen bzw. belegen können. Die im folgenden angegebene Beschreibung ist daher lediglich als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezüglich des funktionellen Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die besprochenen Blöcke er­ zielten Wirkungsweise und ihres Zusammenwirkens zu werten, wobei, wie auch das später noch angegebene Flußdiagramm zeigt, sowohl die Sicherheitsschaltung als auch deren Funktionsüberprüfung durch entspre­ chende Programmbelegung im Bereich von Mikroprozes­ soren oder Rechnern realisierbar sind.

In der Zeichnung ist das EDC-Steuergerät mit 10 und eine spezielle Auswerteschaltung für einen Drehzahl­ geber 11 mit 10 a bezeichnet. Innerhalb des EDC- Steuergeräteblocks ist noch der Endstufentransistor 10 b für die Ansteuerung des Magnetstellwerks 12 in­ nerhalb der Kraftstoffeinspritzpumpe 13 mit Rückmel­ dung 14 für die Position der Regelstange angegeben; das bekannte ELAB-Kraftstoffabschaltventil ist mit 15 bezeichnet und wird über eine gesonderte Ansteuer­ leitung 16 im Störungsfall vom EDC-Steuergerät 10 mit einem Abschaltsignal beaufschlagt.

Zum Steuergerät 10 gelangen ferner über äußere Sen­ soren in Form eines Fahrpedalgebers 17 ein Fahr­ pedalsignal und in Form eines Bremslichtgebers 18 ein Bremslichtsignal.

Die Ansteuerung des Magnetstellwerks 12 über die End­ stufe 10 b im EDC-Steuergerät erfolgt über eine Hin­ leitung 19 a und eine Rückleitung 19 b, wobei zur Er­ möglichung des Eingriffs der erfindungsgemäßen Si­ cherheitsschaltung 20 vorzugsweise die Hinleitung, die positive Versorgungsspannung von bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel +12 V führt, unter Um­ ständen aber auch die Rückleitung aufgeschnitten und ein Schalter 21 eingesetzt ist. Der Schalter 21 ist Teil der Sicherheitsschaltung 20, die so ausgebildet ist, daß sie Fahrpedalstellung, Bremspedalstellung und jeweilige Drehzahl überwacht und die Ansteuer­ leitung zum Magnetstellwerk erst dann unterbricht, wenn alle drei Bedingungen in vorgegebener Konsequenz erfüllt sind.

Hierzu ist ein Fahrpedalgeber 17′ nochmals gesondert dargestellt, desgleichen ein Bremspedalgeber 18′, jeweils mit zugeordneten Schaltern 17 a′ und 18 a′, die so ausgebildet sind, daß der Schalter 17 a′ bei Leerlaufposition des Fahrpedals und der Schalter 18 a′ bei getretener Bremse jeweils geschlossen sind. Durch Zuführung der Bordnetzspannung am Punkt 22′ ergibt sich somit eine Ansteuerspannung für ein Schaltrelais 21 innerhalb der Sicherheitsschaltung 10, welches dann anspricht, wenn auch ein in die Ansteuerleitung 22 geschalteter weiterer Schalter 23 a geschlossen ist. Dieser Schalter bringt in die Sicherheitsschal­ tung das Kriterium der Drehzahl hinein, denn er ist geschlossen, wenn die momentane Drehzahl n < n _gr ist.

Zur Realisierung dieses Kriteriums (Überschreiten einer festen Grenzdrehzahlschwelle) kann die Sicher­ heitsschaltung 20 so ausgebildet sein, daß die vom Drehzahlgeber 11 oder eines redundanten Drehzahlge­ bers 11′ stammende, drehzahlsynchrone Impulsfrequenz über einen Analog-Digitalwandler 23 in eine Gleich­ stromspannung umgesetzt wird, die an einem nachgeschal­ teten Komparator 24 mit Rückführwiderstand 24 a zur Bildung einer Hysterese mit einer festen Grenzdreh­ zahlschwelle verbunden wird, die von einer Spannungs­ teilerschaltung aus den Widerständen 25 und 26 erzeugt wird. Der Komparator 24 steuert ein Relais 23 an, welches entspre­ chend seinen schon erwähnten Schalter 23 a betätigt.

Eine solche Schaltung ist in der Lage, den Fall abzu­ decken, daß sowohl das Mengenstellwerk ungewollt volle Menge ausgibt, beispielsweise durch einen Fehler im Steuergerät, als auch gleichzeitig die Sicherheitsab­ schaltung über die ELAB-Funktion versagt. Es wird vorausgesetzt, daß in diesem Fall der Fahrer auf die Bremse tritt, so daß sich durch die Verknüpfung der Brems- und Fahrpedal-Signale ein Ansteuersignal für das Relais 21 ergibt, welches dann zugeführt wird, wenn die Momentandrehzahl der Brennkraftmaschine eine Grenzdrehzahl n _gr überschreitet, die oberhalb des Be­ reichs der Leerlaufdrehzahlregelung (einschließlich Zusatzmaßnahmen zum Abfangen von Sturzgas usw.) liegt, d.h. in Zahlenwerten ausgedrückt üblicherweise bei 1500 ... 2000 min^-1.

Die Komparatorhysterese über den Rückführwiderstand 24 a vermeidet Pendelschaltungen, wenn die Drehzahl (beispielsweise bei Bergabfahrten) längere Zeit im Bereich der Grenzdrehzahl n _gr liegt.

Es versteht sich, daß die Sicherheitsschaltung 20 statt mit Relais auch mit elektronischen Schaltern bzw. UND-Gliedern ausgeführt werden kann.

Ferner ist weiter vorn schon darauf hingewiesen worden, daß die Sicherheitsschaltung mit Drehzahlauswertung, Komparator und logischen Verknüpfungen auch unter Zugrundelegung eines Mikroprozessors realisierbar ist, als Teil von dessen programmgesteuertem Arbeits­ ablauf.

Das Drehzahlsignal kann vom Hauptdrehzahlgeber 11 des Systems abgezweigt werden; die Auswertung in der Sicherheitsschaltung 20 ist dann so auszuführen, daß die Normalfunktion im EDC-Steuergerät 10 nicht merk­ lich beeinflußt wird. Der Vorteil dieser Möglichkeit, also Benutzung des Hauptdrehzahlgebers auch für die Sicherheitsschaltung 20 liegt darin, daß die korrekte Funktion des Drehzahlgebers 11 im EDC-Steuergerät ohnehin überwacht und daher fehlerfrei ist.

Es ist aber auch möglich, einen zweiten, separaten Drehzahlgeber 11′ zur Erzielung einer entsprechenden Sicherheitsredundanz zu verwenden.

Ferner ist vorteilhaft, daß die korrekte Funktion der Sicherheitsschaltung 20 vom Steuergerät selbst überwacht werden kann. Tatsächlich erhält das EDC- Steuergerät 10 ebenfalls die Eingangssignale der ex­ ternen Sensoren zugeführt, wie sie die Sicherheits­ schaltung 20 benötigt, so daß das Steuergerät die Bedingungen:

• a) Bremse getreten und
• b) Fahrpedalstellung Leerlauf und
• c) n < n _gr

nachbilden kann, was ohne weiteres möglich ist und mit der ihr über die Leitung 14 a zugeführten Rückmel­ dung der Stellwerkposition vergleichen kann.

Soll die Sicherheitsabstellfunktion in einem Rechner oder Mikroprozessor realisiert werden, dann kann diese so verlaufen, wie das das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm an­ gibt, d.h. nach Einschaltung des Steuergeräts 30 und dann zyklisch bei jedem Programmdurchlauf (typisch einige Millisekunden) werden aufeinanderfolgend die Fahrpedal­ position 31, die Bremspedalposition 32 und das Überschreiten der Grenzdrehzahl 33 überprüft und im jeweils positiven Fall die Ansteuerung zur Unterbrechung der Ansteuer­ leitung im Stellwerk 34 unterbrochen; liegt eine der Be­ dingungen nicht vor, dann ergibt sich normaler Fahrbetrieb 35.

In gleicher Weise kann dieses Flußdiagramm, ergänzt durch die sich rechts neben der gestrichelten Linie befindenden Funktionsblöcke für die Funktionsüber­ prüfung der Sicherheitsschaltung im EDC-Steuergerät Verwendung finden; das Steuergerät überprüft nach Erfassen der drei weiter vorn schon genannten Kri­ terien Leerlauf, Bremse und Grenzdrehzahl das vor­ liegende Rückmeldesignal 36 vom Stellwerk und entschei­ det, ob die Sicherheitsschaltung defekt 37 oder funk­ tionsfähig 38 ist.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (5)

1. Verfahren zur Sicherheitsabstellung des Mengen­ stellwerks für die Kraftstoffzuführung (EDC- Kraftstoffeinspritzung) für Dieselbrennkraft­ maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ steuerleitung (19 a, 19 b) vom EDC-Steuergerät (10) zum Magnetstellwerk (12) der mechanischen Kraft­ stoffeinspritzpumpe (13) dann unterbrochen wird, wenn bei gleichzeitiger Fahrpedalleerlaufstel­ lung und getretenem Bremspedal die Drehzahl (n) der Dieselbrennkraftmaschine eine vorgegebene Grenzdrehzahl (n _gr ) überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Impulsfrequenz eines Drehzahlge­ bers (11, 11′) in eine Gleichspannung umgesetzt und mit einer der festen Grenzdrehzahl (n _gr ) ent­ sprechenden Gleichspannung verglichen wird und daß je nach Vergleich eine UND-Verknüpfung (Re­ lais 23, Relais 21) zur Unterbrechung der Steuer­ leitung (19 a) zum Magnetstellwerk (12) angesteu­ ert wird.

3. Vorrichtung zur Sicherheitsabstellung des Mengen­ stellwerks für die Kraftstoffzufuhr (EDC-Kraft­ stoffeinspritzung) für Dieselbrennkraftmaschinen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen­ schaltung eines Schalters (18 a′) im Bremspedal­ bereich und eines Schalters (17 a′) im Bereich des Fahrpedals zur Ansteuerung einer UND-Verknüpfungs­ schaltung vorgesehen ist, der ferner ein bei Über­ schreiten einer Grenzdrehzahl (n _gr ) gebildetes Signal zugeführt ist derart, daß ein Unterbre­ cherschalter (21 a) in der Ansteuerleitung (19 a, 19 b) vom EDC-Steuergerät (10) zum Magnetstellwerk (12) der Kraftstoffeinspritzpumpe (13) öffnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ausgangssignale vorhandener oder ge­ sonderter Fahrpedal- und Bremspedalgeber (17, 18; 17′, 18′) mit dem aufbereiteten Ausgangssignal eines Drehzahlgebers (11) als Teil des EDC-Steuer­ geräts bzw. eines gesonderten Drehzahlgebers (11′) zur Unterbrechung der Ansteuerleitung für das Magnetstellwerk (12) verknüpft sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Impulsfrequenz-Signal des Dreh­ zahlgebers (11, 11′) einem Digital/Analogwandler (23) zum nachgeschalteten Vergleich mit einem Grenz­ drehzahl-Schwellwertsignal an einem Komparator (24) zugeführt ist, daß das Ausgangssignal des Komparators (24) ein Schaltglied (Relais 23) an­ steuert, welches eine Leitungsverbindung (22) zur Ansteuerung eines weiteren Schaltgliedes (21) schließt, welches den Unterbrecherschalter (21 a) in der Ansteuerleitung zum Magnetstellwerk (12) öffnet, wobei die Leitungsverbindung (22) die Rei­ henschaltung des Fahrpedalschalters (17 a′) sowie des Bremsschalters (18 a′) enthält.