DE3802770A1 - Sicherheitssystem fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines Sicherheitsabstellers in Form eines elektromagneti­ schen Abschaltventils (ELAB) bei Brenn­ kraftmaschinen nach dem Obergebriff des Anspruchs 1 bzw. einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe für Diesel­ motoren (DE-OS 29 45 484) wird ein im Gehäuse der Kraft­ stoffeinspritzpumpe angeordneter Pumpenkolben in eine hin- und hergehende und gleichzeitig rotierende Bewegung ver­ setzt, wobei Kraftstoff aus dem den Saugraum bildenden Gehäuseinnenraum der Einspritzpumpe zum Pumpenkolben fließt. Von dort gelangt der Kraftstoff je nach der eingestellten Menge in die zu den Zylindern des Dieselmotors führenden Druckleitungen. In der Verbindungsleitung zwischen dem Saugraum und dem Pumpenkolbenzufluß ist ein Sicherheits­ ventil angeordnet, welches die weitere Kraftstoffzufuhr aus dem Saugraum zum Pumpenkolben bei Überschreiten bestimm­ ter Sicherheitsbedingungen unterbricht. Eine solche Sicher­ heitsbedingung wird beispielsweise überschritten, wenn der Pumpenförderdruck im Gehäuse der Kraftstoffeinspritzpumpe einer über dem Leerlauf liegenden höheren Drehzahl entspricht, andererseits aber ein beispielsweise vom Fahrpedal betätigter Verstellhebel sich in Leerlaufstellung befindet.

Eine weitere bekannte Notsteuereinrichtung für das Kraft­ stoffzumeßsystem, insbesondere eines Dieselmotors, (DE-OS 32 38 191) verfügt parallel zu einer Signalverarbeitungseinrichtung mit Regeleinrichtung für die Kraftstoffzufuhr über einen manuell oder auch automatisch einschaltbaren Notsteuerzweig, der min­ destens einen Ladedruckregler enthält und dessen Ausgangs­ signal im Störungsfall durch eine Störerkennungsschaltung auf das der Brennkraftmaschine die für deren Betrieb erfor­ derliche Kraftstoffmenge zuführende Stellwerk geschaltet wird. Zur Einbeziehung weiterer Betriebsbedingungen kann im Notsteuerzweig eine Minimalwert-Auswahlschaltung vorgesehen sein.

Aus der DE-OS 19 62 570 ist eine Rückstellvorrichtung für ein mengenbestimmendes Glied bei einem Kraftstoffeinspritz­ system für Dieselmotoren bekannt, die dann aktiviert wird, wenn sich ein Fehlerfall ergibt, beispielsweise der Regel­ kreis selbst oder eine Zuleitung von einem der vorhandenen Sensoren unterbrochen ist, mit der Folge, daß die Einstel­ lung des mengenbestimmenden Gliedes dann der für kleine Ein­ spritzmengen entspricht. Hierbei ist problematisch, daß bei einer solchen Schutzverstellung in Richtung auf eine klei­ nere, zuzuführende Kraftstoffmenge die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine in einem solchen Ausmaß reduziert werden kann, daß beispielsweise bei Einsatz in schwierigem Gelände der Betrieb nicht mehr aufrechterhalten werden kann.

Allgemein ist es bekannt, zu elektronischen Regelung des Betriebs von selbstzündenden Brennkraftmaschinen, also Die­ selmotoren, mit elektrischen Signalen angesteuerte, elek­ trische Stellwerke einzusetzen (DE-OS 35 31 198), wobei anstelle von mechanischen Kraftzumeß- und Regelsystemen ein zentrales Steuergerät (SG) die erforderlichen Stellsignale erzeugt. Mechanische Kraftstoffzumeßsysteme bei Dieselmoto­ ren sind zwar bezüglich ihrer Fehlersicherheit zuverlässig, sie sind aber unter Umständen zunehmend weniger in der Lage, der Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsbedingungen und Umwelteinflüssen Rechnung zu tragen.

Der Einsatz elektronischer Komponenten in Verbindung mit einer elektronischen Dieselregelung (EDC) macht auch dann umfassende Sicherheits-, Überwachungs- und Notfahrmaßnahmen wünschenswert, wenn die einzelnen Baugruppen für sich gese­ hen schon Möglichkeiten zu Fehlererkennung und gegebenen­ falls Fehlerausschaltung aufweisen.

Daher ist es bei einer Sicherheitseinrichtung für eine Brenn­ kraftmaschine mit Selbstzündung ferner schon bekannt (DE-OS 33 01 742), fortlaufend bestimmte, den Betrieb der Brennkraftmaschine betreffende Signale wie Fahrpedalstel­ lung, errechneter Sollwert des Regelwegs, Drehzahl, Brems­ pedalstellung u. dgl. zu erfassen und durch Minmalwertaus­ wahl einen korrigierten Regelweg-Sollwert zu erstellen und dem Stellregler der EDC-Anlage zuzuführen. Dieser korrigierte Regelweg-Sollwert dient gleichzeitig der Feststellung einer Regelabweichung unter Einbeziehung eines rückgemeldeten Re­ gelweg-Istwertsignals. Bei Überschreiten vorgegebener Gren­ zen reagiert die bekannte Sicherheitseinrichtung dann ent­ weder mit einem Abschalten der Einspritzpumpe, Stromlos­ schalten der Endstufe des Stellreglers oder Einführung eines Notfahrbetriebs. Bei dieser bekannten Sicherheitseinrichtung können sich aber unter Umständen Probleme ergeben, weil nicht alle möglichen Randbedingungen bei der Erfassung der Sicherheitsbedingungen einbezogen sind. So läßt sich zwar durch einen entsprechenden Leerlaufkontakt am Fahrpedal ein Leerlaufsignal gewinnen; dies ist aber dann nicht gültig, wenn beispielsweise die Brennkraftmaschine mit einem Fahr­ geschwindigkeitsregler ausgerüstet ist. Außerdem ist es denkbar, daß, etwa bei sportlichem Fahren, Warnen rückwär­ tiger Fahrer bei hoher Geschwindigkeit o. dgl., ein Fahrer kurz das Bremspedal betätigt oder auch nur antippt, anderer­ seits aber das Fußpedal ausgelenkt bleibt, sich also nicht in der Leerlaufstellung befindet.

Im Hinblick auf die Bedeutung, die das elektromagnetische Abschaltventil (ELAB) als redundanter Sicherheitsabsteller bei Brennkraftmaschinen hat, um letztlich den Motor im Stö­ rungsfalls durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr abschal­ ten und dadurch an einem Durchgehen hindern zu können, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die korrekte Funktion des elektromagnetischen Abschaltventils selbst kontinuierlich zu überwachen.

Im normalen Betrieb ist das EDC-Steuergerät in der Lage, einen Defekt etwa am Mengenstellwerk zu erkennen, und zwar im wesentlichen aufgrund einer beliebigen Regelabweichung im Stellregelkreis. Das EDC-Steuergerät schaltet dann über eine geeignete Sicherheitslogik die Kraftstoffzufuhr mit Hilfe des elektromagnetischen Abschaltventils ab. Das elek­ tromagnetische Abschaltventil (ELAB) ist daher als Sicher­ heitsorgan in der Lage, ein Abschalten des Motors auch bei klemmendem Mengenstellwerk beispielsweise oder bei durch­ legierter Endstufe (beim EDC-Steuergerät) zu ermöglichen. Die durchlaufende Überwachung der ELAB-Funktion ist daher wegen der Bedeutung des ELAB unbedingt erforderlich, wobei sich hier allerdings Schwierigkeiten ergeben, die darin liegen, daß das ELAB selbst wie alle anderen Komponenten und Systeme Teil der Kraftstoffdosiereinrichtung ist und daher nicht separat auf seine Funktion überprüft werden kann. Diese Funktion besteht ja gerade darin, den Motor abzuschal­ ten; die Forderung oder die sich anbietende Möglichkeit, das ELAB etwa zeitgesteuert, also in vorgegebenen Zeitab­ ständen beim Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs durch seine Inbetriebnahme auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen, verbietet sich daher von selbst aus Gründen der Fahrsicher­ heit, da diese Überprüfung ja gerade zu einem Abstellen des Motors führen würde.

Ein Defekt des ELAB kann auch vom Fahrer nicht erkannt wer­ den, weil beim Abschalten der Spannungsversorgung nicht nur das eventuell defekte ELAB stromlos geschaltet wird, son­ dern natürlich auch die Spannungsversorgung für das Mengen­ stellwerk und die anderen Komponenten abgeschaltet wird, diese also stromlos werden. Außerdem ist nicht damit zu rechnen, daß der Fahrer oder Benutzer eines mit einem sol­ chen System ausgerüsteten Kraftfahrzeugs durchlaufend darauf achtet oder sich auch nur damit beschäftigen will, eine be­ stimmte Sicherheitskomponente in der Kraftstoffmengenrege­ lung seines Fahrzeugs zu überprüfen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe, die korrekte Funk­ tion des ELAB selbst zu überwachen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 und hat den Vorteil, daß durch die Entkopplung der Spannungsversorgung des EDC-Steuergeräts einerseits (und damit des Mengenstell­ werks) sowie des elektromagnetischen Abschaltventils (ELAB) andererseits Funktionsüberprüfungen des ELAB regelmäßig und durch den Benutzer des Kraftfahrzeugs beispielsweise auch nicht vermeidbar dann stattfinden, wenn die Brennkraftma­ schine abgestellt wird.

Es gelingt daher, eine besonders sichere und einfache Lösung dieses Problems durch einen nur sehr geringen Zusatzaufwand zu erreichen, indem in den Stromversorgungsbereichen für das EDC-Steuergerät und das ELAB ein Zeitrelais zusätzlich an­ geordnet wird, welches dafür sorgt, daß beim Abschalten zu­ nächst das ELAB und anschließend das Steuergerät (und somit das Mengenstellwerk) abgeschaltet werden.

Es bedarf dann lediglich noch einiger weiterer Gatter-Schal­ tungen bei Realisierung durch Hardware oder eines zusätz­ lichen Programmteils bei Realisierung durch Software, um eine durch eine solche Überprüfung ermöglichte Fehlerer­ kennung bei defektem ELAB auch auswerten zu können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist bei Systemen mit Fehlerspeicherung die Möglichkeit, den festgestell­ ten Defekt am ELAB dem Fahrer bei der nächsten Fahrt mittei­ len zu können, und zwar entweder durch eine Warnleuchte oder durch eine entsprechende Beeinflussung des Fahrver­ haltens, etwa Reduzierung der Einspritzmenge oder Reduzie­ rung der maximalen Drehzahl.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt stark schematisiert eine Hardware-Realisierungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, die Stromversorgung des EDC-Steuergeräts mit dem an dieses an­ geschlossenen Mengenstellwerk und des ELAB zu entkoppeln, so daß bei der hier vorausgesetzten Grundfunktion des elek­ tromagnetischen Abschaltventils (ELAB) bei Stromversorgung den Kraftstoffzufluß freizugeben, bei Stromausfall aber zu unterbrechen, die Möglichkeit besteht, das ELAB früher als das EDC-Steuergerät abzuschalten. Es handelt sich hier ins­ gesamt nur um einige Sekunden, die aber für die Überprü­ fung des ELAB auf korrekte Funktion vollkommen ausreichen. Durch das frühere Abschalten des ELAB muß der Motor prak­ tisch gleichzeitig ausgehen; dies läßt sich durch geeignete Sensoren erfassen - geschieht dies nicht, liegt eine Fehl­ funktion des ELAB vor.

In der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform in Hard­ ware dargestellt; es wird aber darauf hingewiesen, daß die in der Zeichnung dargestellten diskreten Schaltstufen die Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich dazu dienen, die funktionelle Grundwirkung der Erfindung zu veranschau­ lichen und spezielle Funktionsabläufe in dieser möglichen Realisierungsform (Hardware) anzugeben. Es versteht sich, daß einzelne Bausteine und Blöcke in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise Mikroprozessoren, Mikrorechner, digitale oder analoge Logik­ schaltungen u. dgl. umfassen können, insbesondere daher auch als Programmablauf gespeichert niedergelegt sein können.

Die im folgenden angegebene Beschreibung der Erfindung ist daher lediglich als bevorzugtes Ausführungsbeispiel bezüg­ lich des funktionellen Gesamt- und Zeitablaufs zu werten und erläutert anhand der besprochenen Blöcke die grundsätz­ liche Wirkungsweise, zum besseren Verständnis der Erfindung.

Das EDC-Steuergerät SG, das eine Vielzahl weiterer Aufgaben erfüllt, auf die hier nicht eingegangen zu werden braucht, enthält mindestens eine Sicherheits-Logikschaltung SLo, die über eine Vielzahl von Sensoren zur Erfassung von Betriebs­ bedingungen verfügen kann und als Sicherheitslogik die Kraft­ stoffzufuhr über das elektromagnetische Abschaltventil (ELAB) abschaltet.

Das Steuergerät SG liegt mit zwei Eingängen E 1 und E 2 an Versorgungsspannung, wobei der Eingang E 1 der Stromversor­ gung der EDC-Komponenten einschließlich eines nicht darge­ stellen Mengenstellwerks und der Eingang E 2 der Strom­ versorgung des elektromagnetischen Abschaltventils ELAB dient. Diese beiden Eingänge E 1 und E 2 sind wie folgt entkoppelt. Der Eingang E 1 liegt über einen Relaisschalter r an einer Spannungs­ versorgung, und zwar Plusspannung der Batterie U _B , die in der deutschen Fachsprache auch als Klemme 30 (Kl 30) be­ zeichnet wird. Der Eingang E 2 liegt über einen geeigneten, bei Beginn des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs zu schlies­ senden und bei Beendigung zum Abstellen des Motors zu öff­ nenden Schalter S an Bordnetzspannung; dieser Kontaktanschluß wird im deutschsprachigen Fachgebrauch mit Klemme 15 (Kl 15) bezeichnet. Der Relaiskontakt r wird von einem Relais RA mit Ausschaltverzögerung geschaltet, das zusammen mit dem Ein­ gang E 2 an Klemme 15 liegt und daher vom Fahrschalter S mit Strom versorgt wird.

Der Eingang E 2 dient bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel der Ansteuerung des elektromagnetischen Abschaltven­ tils ELAB in diesem Fall über ein UND-Gatter UG, dessen an­ derer Eingang von der weiter vorn schon erwähnten Sicher­ heits-Logikschaltung beaufschlagt ist. Das elektromagne­ tische Abschaltventil ELAB enthält daher nur dann Strom zu­ geführt und ist in der Lage beispielsweise durch Einziehen eines Ventilsperrgliedes im angesteuerten Zustand die Kraftstoff­ zufuhr freizugeben, wenn sowohl am Eingang E 2 Batteriesignal über die Klemme 15 als auch von der Sicherheitslogikschaltung hochliegendes, also eine einwandfreie Funktion der anderen Schaltungskomponente angegebenes Signal anliegt.

Es ergibt sich dann folgende Funktion. Beim Öffnen des Fahr­ schalters S, also beim Abschalten der Stromversorgung von der Klemme 15 wird über das UND-Gatter UG das elektromagne­ tische Abschaltventil ELAB abgeschaltet, müßte also bei kor­ rekter Funktion sofort die Kraftstoffzufuhr sperren.

Andererseits bleibt das Steuergerät SG und mit diesem das Mengenstellwerk für die Kraftstoffmengendosierung für die Zeit der Ausschaltverzögerung (einige Sekunden) des Relais RA an Versorgungsspannung über die Klemme 30. Durch das Ab­ schalten des elektromagnetischen Abschaltventils ELAB muß der Motor zwangsläufig innerhalb einer kurzen definierten Zeit, die beispielsweise 1 sec betragen kann, ausgehen, so daß sich die Drehzahl = 0 ergibt und ein Signal von einem Nadelbewegungsfühler (Sensor an der Einspritzdüse als Eingangs­ signal für das Steuergerät) verschwindet.

Ist dies nicht der Fall, klemmt also beispielsweise das elektromagnetische Abschaltventil oder ist dessen Ansteue­ rung defekt, dann kann jetzt das Steuergerät diese Fehl­ funktion erkennen, da nämlich der Motor weiterläuft und über das Abschaltventil ELAB nicht abgeschaltet wird, und im einfachsten Fall eine Fehlermeldung abgeben.

Dabei versteht es sich, daß nach Öffnen des Relais RA mit Ausschaltverzögerung die Maschine in der üblichen Weise dann durch das Mengenstellwerk vom Steuergerät her abge­ schaltet wird.

Hier können sich noch weitere Ausgestaltungen anschließen; so kann das Steuergerät SG eine Fehlerspeicherung aufweisen, wodurch die Erkennung der Fehlfunktion des Abschaltventils ELAB dazu führt, daß bei der nächsten Fahrt die Fehleran­ zeige wiederholt wird bzw. ergänzend auf eine reduzierte Einspritzmenge bzw. ergänzend auf eine reduzierte Maximal­ drehzahl übergegangen wird.

Die durch die Erfindung bewirkte Verknüpfung der Sicherheits- Logikschaltung SLo, die bei herkömmlichen Steuergeräten das elektromagnetische Abschaltventil ELAB ansteuert, mit der über den Schalter S beaufschlagten Eingang E 2 (bzw. Klemme 15) kann bei den bekannten Systemen innerhalb des Steuer­ geräts durch Hardware oder Software erfolgen oder auch außerhalb des Steuergeräts. Die Erfindung ermöglicht daher eine einfache und sichere Lösung des Problems einer Fehler­ erkennung eines insofern redundanten elektromagnetischen Sicherheitsabschaltventils, dessen Funktion bzw. Fehlfunk­ tion im normalen Betriebsfall nicht feststellbar ist, da die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr stets (auch) über das Mengenstellwerk vom Steuergerät erfolgt.

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

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung eines (redundanten) Sicher­ heitsabstellers in Form eines elektromagnetischen Ab­ schaltventils (ELAB) bei Brennkraft­ maschinen, insbesondere Dieselmotoren, deren Mengenstell­ werk von einer elektronischen Dieselregelung (EDC) be­ aufschlagt ist und wobei durch den Sicherheitsabsteller die weitere Kraftstoffzufuhr zum Motor bei Auftreten einer Störung unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abstellen der Brennkraftmaschine das EDC-Steuer­ gerät mit dem von ihm angesteuerten Mengenstellwerk zeit­ verzögert abgeschaltet und durch Beobachtung des Über­ gangsverhaltens der Brennkraftmaschine beim Abschalt­ vorgang eine Fehlfunktion des Sicherheits-Abschaltven­ tils (ELAB) erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß beim Abschalten der Brennkraftmaschine die beiden Alter­ nativen entweder sofortiges Ausgehen (Drehzahl = 0) unter der Wirkung der korrekten Funktion des Sicherheitsab­ schaltventils (ELAB) oder Weiterlaufen, bis Abschaltung über das zeitverzögerte Ansprechen des Steuergeräts er­ folgt, erfaßt werden und daß im Fehlerfall bei Über­ schreiten einer vorgegebenen Zeitspanne (1 sec) durch Weiterlauf des Motors mindestens eine Fehlermeldung er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Auswertung der beiden Alternativen erfaßte Fehlfunktion des elektromagnetischen Sicherheitsabschalt­ ventils (ELAB) gespeichert und durch Beeinflussung von Betriebsparametern (Reduzierung der Einspritzmenge; re­ duzierte Maximaldrehzahl) dem Fahrer mitgeteilt wird.

4. Vorrichtung zur Überwachung eines (redundanten) Sicher­ heitsabstellers in Form eines elektromagnetischen Ab­ schaltventils (ELAB) bei Brennkraft­ maschinen, insbesondere Dieselmotoren, deren Mengenstell­ werk von einer elektronischen Dieselregelung (EDC) beauf­ schlagt ist und wobei der Sicherheitsabsteller die wei­ tere Kraftstoffzufuhr zum Motor bei Auftreten eines Defek­ tes unterbricht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Abstellen des Motors (Betätigen eines Fahrschalters S) ein in der Spannungsversor­ gung für das Steuergerät (SG) der Dieselregelung einschließlich des Mengenstellwerks angeordnetes Zeitverzögerungsglied anspricht, derart, daß bei korrekter Funktion des elektromagnetischen Sicherheitsabschaltventils (ELAB) die Brennkraft­ maschine praktisch sofort innerhalb einer kurzen defi­ nierten Zeit (ca. 1 sec) zum Stillstand kommt und bei Fehlfunktion des elektromagnetischen Sicherheitsabschalt­ ventils (ELAB) verzögert bei Ansprechen des Steuergeräts (SG) auf die fehlende Spannungsversorgung zum Stillstand kommt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied in der Stromversorgungsleitung für das Steuergerät (SG) der Relaiskontakt eines Zeitrelais (RA) mit Ausschaltverzögerung ist, welches von der sofort bei Abstellen des Fahrzeugs stromlos werdenden Leitung angesteuert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stromversorgung für das Steuergerät (SG) über den Relaiskontakt des Ausschalt-Verzögerungsrelais (RA) an Batteriestromversorgung (Klemme 30) und die Stromver­ sorgung für das elektromagnetische Sicherheitsabschalt­ ventil (ELAB) über einen im Fahrbetrieb geschlossenen und bei Nichtbenutzung geöffneten Schalter (Fahrschalter S - entsprechend Klemme 15) an Bordnetzspannung liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektromagnetische Sicherheitsab­ schaltventil (ELAB) nur dann zur Freigabe der Kraftstoff­ zufuhr angesteuert ist, wenn sowohl vom Fahrschalter (S; Klemme 15) die Spannungsversorgung vorliegt als auch von einer Sicherheits-Logikschaltung (SLo) im Steuergerät (SG) die korrekte Funktion der restlichen Kraftstoffdosierungs­ komponenten durch ein GUT-Signal angezeigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des elektromagnetischen Sicherheitsab­ schaltventils (ELAB) über ein UND-Gatter (UG) von der Sicherheits-Logikschaltung (SLo) und vom mit dem Fahr­ schalter (S Klemme 15) verbundenen Eingang (E 2) erfolgt.