DE10016556B4

DE10016556B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellglieds, insbesondere eines elektromagnetischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE10016556B4
Application number: DE10016556A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Haag; Frank Bederna
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2020-04-04
Also published as: DE10016556A1; JP2000337202A

Abstract

Vorrichtung zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellglieds, insbesondere eines elektromagnetischen Verbrauchers zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit einem Schaltmittel zur Steuerung des Stromflusses durch das Stellglied, wobei das Stellglied und das Schaltmittel in Serie geschaltet sind, mit einer Diode (D), die zwischen dem Stellglied und dem Schaltmittel derart angeschlossen ist, dass sie bei aktiviertem Stellglied leitend ist, mit einem Kondensator (C1), wobei das Schaltmittel und der Kondensator (C1) parallel geschaltet sind, wobei zu dem Kondensator (C1) ein Widerstand (R1) in Serie geschaltet ist, und wobei die Diode (D) derart mit dem Kondensator (C1) und dem Widerstand (R1) verbunden ist, dass der Kondensator (C1) über die Diode (D) entladbar und über den Widerstand (R1) aufladbar ist, sowie mit Mitteln zur Auswertung des Ladezustands des Kondensators (C1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Überwachung der Benzin- oder Dieseleinspritzabschaltung einer Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei das Spannungssignal an einem Einspritzventil (HDEV), das von einem Low-Side FET-Transistor der Endstufe des Direkteinspritzsystems geschaltet wird als Überwachungsinformation über eine Diode abgegriffen und einer Signalverarbeitungsschaltung zugeführt wird, deren Ausgangssignal der Steuer- und Überwachungseinheit (μC) zur Auswertung zugeführt wird.
Die Steuerung der Brennkraftmaschine besteht aus einem elektronischen Steuergerät, welches mit einem Mikroprozessor bzw. -computer in Abhängigkeit des Fahrerwunsches ein Moment berechnet und dementsprechend die momenterzeugenden Größen bestimmt.
Bei direkt einspritzenden Systemen ist die Einspritzmenge des Kraftstoffs die Größe, die das Drehmoment eines Verbrennungsmotors bestimmt.
Da die Recheneinheit die Möglichkeit besitzt, die Leistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen, muss die Einspritzung von Kraftstoff im Rahmen eines Sicherheitskonzepts über einen redundanten Signalpfad auf ihre Funktion überwacht werden. Insbesondere muss überwacht werden, ob die Einspritzung tatsächlich begonnen wird und tatsächlich wieder beendet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, mit der der redundante Signalpfad realisiert werden kann und die Einspritzung überwacht werden kann.
Bei bisher von der Robert Bosch GmbH entwickelten Dieseldirekteinspritzsystemen kann die Einspritzung durch Auswertung des Stromes über einen in Serie zu einem Hochdruckeinspritzventil eingeschalteten Messwiderstand überwacht werden. Zur Abfrage durch einen Digitalprozessor werden Analog-Digitalwandlerkanäle benötigt, d. h. ein Analog-Digitalwandlerkanal für jeweils zwei Zylinder, sowie Verstärkerschaltungen, d. h. für jeweils zwei Zylinder ein Verstärker zur Erzeugung eines analogen Signals, welches dem Analog-Digitalwandler zugeführt wird. Die Abfrage des vom Analog-Digitalwandler gewandelten Signals erfolgt nur in einem Zeitraster, wodurch keine kontinuierliche Überwachung der Einspritzung möglich ist.
Die Druckschriften DE 694 10 431 T2 , US 5,203,868 A und EP 249 448 B1 beschreiben Vorrichtungen, bei denen die Energie aus dem Abbau des Magnetfeldes im elektromagnetischen Aktor in einen Kondensator transferiert wird und dessen Ladungs- und damit Spannungsänderung mittels einer Komparatorschaltung gegenüber einem Referenzwert zur Detektion von Fehlern herangezogen wird.
Die Druckschrift DE 36 07 031 C3 zeigt eine Vorrichtung für ein Ventil im Kraftstoffsystem, bei der die Einschaltdauer des Ventils überwacht wird anhand einer Grenzspannungsdetektion an einem RC-Glied, dessen Kondensator während der Ventilbetätigung mit einer gegebenen Zeitkonstante geladen wird.
Die Druckschrift DE 38 23 182 A1 beschreibt eine Überwachungsschaltung für Einspritzventile, bei der ein Spulenkurzschluss anhand einer zu großen Spannung an einem Widerstand im Strompfad des Magnetventils festgestellt wird, wobei das Ausgangssignal der Schwellwertüberwachung bis zu einem Rücksetzsignal gespeichert wird.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige, robuste und fehlertolerante Vorrichtung zu schaffen, die eine einfache kontinuierliche Überwachung der Ansteuerung des Stellglieds, also des Einspritzventils ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 8 gelöst.
Dadurch, dass in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Überwachungsvorrichtung eine eine Speichereinrichtung aufweisende Signalverarbeitungsschaltung zur Speicherung des Spannungssignals über eine vorbestimmte Zeit und Umsetzung desselben in ein binäres Signal und einen von einer Prozessoreinheit abfragbaren Ausgang aufweist, um die gespeicherte Überwachungsinformation hinsichtlich einer Zeitdauer der nicht aktivierten Einspritzung in der Prozessoreinheit auf erlaubte Zustände zu vergleichen, sind keine separaten Analog-Digitalwandlerkanäle und keine teuren Verstärkerschaltungen notwendig.
Dadurch, dass in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Speichereinrichtung aus einem über einen Ladewiderstand langsam aufgeladenen Kondensator besteht, lässt sich durch einfache Dimensionierung der Zeitkonstanten überwachen, ob innerhalb eines Überwachungszeitfensters die Einspritzventile aktiviert wurden, und diese Information kann in dem Kondensator über einen einstellbaren Zeitraum gespeichert werden. Sinnvollerweise ist die Schaltung so dimensioniert, dass der Zeitabstand zwischen den typischerweise zyklischen Statusabfragen des Digitalprozessors kleiner ist als der Zeitraum der Speicherung. Dadurch ist eine kontinuierliche Überwachung gewährleistet, bei der alle Einspritzungen erfasst und ausgewertet werden. Kurzzeitige Aktivierungen des Hochdruckeinspritzventils werden auch erfasst.
Der Messwiderstand ist für die Funktion der Schaltung nicht notwendig. Bei einem möglichen Kurzschluss an dem in Reihe zum Hochdruckeinspritzventil liegenden Messwiderstand ist die Überwachungsfunktion weiter funktionsfähig. Bei der bekannten Auswertung am Messwiderstand würde ein Kurzschluss desselben zu einer falschen Information führen.
Vorteilhafterweise ist die Schaltung mit wenig Aufwand erweiterbar zur Überwachung weiterer Hochdruckeinspritzventile, d. h. weiterer Zylinderbänke. Hierzu wird für jedes weitere Hochdruckeinspritzventil nur eine weitere Koppeldiode benötigt. Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ermöglicht somit mit geringem Schaltungsaufwand eine kontinuierliche Überwachung aller Hochdruckeinspritzventile sowie über den gesamten Zeitbereich bei einer zyklischen Statusabfrage des Digitalprozessors, z. B. im Abstand von 10 ms. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung einen vom Digitalprozessor gesteuerten Test der Schaltung bzw. des Signalpfads. Die die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung bildende Schaltung bietet eine einheitliche Schaltungsrealisierung für Benzin- und Dieseldirekteinspritzsysteme.
Die obigen und weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung werden in der nachstehenden, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschreibenden Beschreibung noch deutlicher, wenn diese bezugnehmend auf die Zeichnung gelesen wird.
Zeichnung
1 zeigt ein Schaltschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer bei der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung verwendeten Signalverarbeitungsschaltung, und
2 zeigt ein Signal-Zeitdiagramm des am als Speicherglied dienenden Kondensator anfallenden Spannungssignals und der am Ausgang des Vergleichers anfallenden entsprechenden Ausgangsspannung.
Ausführungsbeispiel
Gemäß 1 erfolgt der Abgriff des zur Überwachung der Einspritzung dienenden Spannungssignals U1 zwischen dem Hochdruckeinspritzventil HDEV und dem Low-Side FET-Transitor TL. Ist das Hochdruckeinspritzventil HDEV aktiviert, liegt diese Spannung U1 auf tiefem Potential. Der Abgriff dieser Spannung U1 geschieht über eine Diode D, die leitend wird, wenn U1 auf tiefem Potential liegt. Andererseits ist diese Diode mit dem Verbindungspunkt eines ein Speicherelement bildenden Kondensators C1 mit einem Ladewiderstand R1 gekoppelt, der mit seinem anderen Ende an Betriebsspannung UB gelegt ist. Mit demselben Schaltungspunkt ist der positive Eingang eines Vergleichers CMP verbunden, dessen negativer Eingang mit einer Vergleichsspannung U_– beaufschlagt ist. Der möglicherweise bereits geladene Kondensator C1 wird bei durchgeschaltetem Low-Side FET-Transistor TL, d. h. bei aktiviertem Hochdruckeinspritzventil HDEV schnell über die Diode D, den FET-Transistor TL und den Messwiderstand Rs niederohmig entladen. (Zeitspanne t0–t1 in 2). Der nachfolgende Vergleicher CMP schaltet seinen Ausgang A von hohem Potential (5V) auf tiefes Potential (etwa 0V), da die über die Widerstände R2, R3 einstellbare Vergleichs- bzw. Schwellenspannung U_– am positiven Eingang des Vergleichers unterschritten wird (Zeitpunkt t1 in 2). Der Zustand des Ausgangsspannungssignals UA am Ausgang A kann von einem digitalen Prozessor (μC) über einen Port eingelesen und ausgewertet werden. Der tiefe Spannungszustand von UA am Ausgang A entspricht dem Zustand, dass das Hochdruckeinspritzventil HDEV während des Zeitraums aktiviert wird, wurde oder noch aktiviert ist. Der hohe Spannungszustand der Ausgangsspannung UA bedeutet, dass das Hochdruckeinspritzventil HDEV abgeschaltet ist.
Sperrt der Low-Side FET-Transistor TL das Hochdruckeinspritzventil HDEV, steigt die Spannung am Kondensator C1 entsprechend der Zeitkonstanten R1×C1 langsam an, wie der gestrichelt gezeichnete Spannungsverlauf in 2 angibt. Solange dieser Spannungsverlauf unterhalb der am negativen Vergleichereingang anliegenden Vergleichsspannung U_– bleibt, bleibt der Zustand "Hochdruckeinspritzventil HDEV aktiviert" gespeichert, d. h. die Ausgangsspannung UA am Ausgang A bleibt tief. Nach Überschreiten der durch U_– angegebenen Spannungsschwelle schaltet der Vergleicherausgang die Ausgangsspannung UA auf hohes Potential.
Die Schaltung ist so dimensioniert, dass der Zeitabstand zwischen den typischerweise zyklischen Statusabfragen des digitalen Prozessors μC kürzer ist als der Zeitraum ts–t2 der Speicherung im Kondensator C1. Dadurch ist eine kontinuierliche Überwachung gewährleistet, bei der alle Einspritzungen erfasst und ausgewertet werden. Kurzzeitige Aktivierungen des Hochdruckeinspritzventils HDEV werden auch erfasst.
Die Schaltung funktioniert auch bei einem möglichen Kurzschluss über den Messwiderstand Rs.
Mit geringem Aufwand ist die Schaltung zur Überwachung weiterer Hochdruckeinspritzventile HDEV erweiterbar. Hierzu wird für jedes weitere Hochdruckeinspritzventil HDEV nur eine weitere Diode D1, D2 usw. benötigt, die ebenfalls am Verbindungspunkt zwischen R1 und C1 angeschlossen werden.
Die obige Beschreibung macht dem Fachmann deutlich, dass statt des als Speichereinrichtung gewählten Kondensators C1 in Verbindung mit dem Vergleicher CMP zur Speicherung der zur überwachenden Information über einen längeren Zeitraum auch andere Speichereinrichtungen verwendet werden können. So kann z. B. ein Monoflop oder ein flankentriggerbares Flip-Flop verwendet werden.
Die Vorrichtung ermöglicht die Überwachung des vollständigen Signalpfads der Einspritzventilansteuerung von der Steuereinheit bis zum Einspritzventilanschluss.
Bei modernen Digitalrechnern erfolgt die Ansteuerung der Einspritzausgabe von einer TPU (Time Prozessor Unit), die auf einem Mikroprozessor integriert ist. Die TPU ist Bestandteil des Signalpfads und wird durch das Verfahren mit überwacht.

Claims

Vorrichtung zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellglieds, insbesondere eines elektromagnetischen Verbrauchers zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit einem Schaltmittel zur Steuerung des Stromflusses durch das Stellglied, wobei das Stellglied und das Schaltmittel in Serie geschaltet sind, mit einer Diode (D), die zwischen dem Stellglied und dem Schaltmittel derart angeschlossen ist, dass sie bei aktiviertem Stellglied leitend ist, mit einem Kondensator (C1), wobei das Schaltmittel und der Kondensator (C1) parallel geschaltet sind, wobei zu dem Kondensator (C1) ein Widerstand (R1) in Serie geschaltet ist, und wobei die Diode (D) derart mit dem Kondensator (C1) und dem Widerstand (R1) verbunden ist, dass der Kondensator (C1) über die Diode (D) entladbar und über den Widerstand (R1) aufladbar ist, sowie mit Mitteln zur Auswertung des Ladezustands des Kondensators (C1).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Vergleicher an den Kondensator (C1) angekoppelt ist, der den Lade/Entladezustand des Kondensators (C1) durch Vergleich mit einer Schwellenspannung auswertet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Vergleicher in Abhängigkeit von dem Vergleich ein binäres Ausgangssignal erzeugt, das von einer Prozessoreinheit abfragbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zeitkonstante des Kondensators (C1) und des Widerstands (R1) derart dimensioniert ist, dass der Zeitabstand zwischen den Abfragen der Prozessoreinheit kleiner ist als die durch die Zeitkonstante bestimmte Speicherzeit.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Schaltmittel ein Messwiderstand (R_S) in Serie geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stellglied ein Hochdruckeinspritzventil (HDEV) ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schaltmittel ein Low-Side FET-Transistor (T_L) einer Endstufe ist.
Verfahren zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellglieds, insbesondere eines elektromagnetischen Verbrauchers zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, wobei der Stromfluss durch das Stellglied durch ein Schaltmittel gesteuert wird, wobei ein Kondensator (C1) bei aktiviertem Schaltmittel über eine zwischen dem Stellglied und dem Schaltmittel angeschlossene Diode (D) entladen und über einen zu dem Kondensator (C1) in Serie geschalteten Widerstand (R1) aufgeladen wird, und wobei der Ladezustand des Kondensators (C1) ausgewertet wird.