DE10203766A1

DE10203766A1 - Elektronische Motorregelung

Info

Publication number: DE10203766A1
Application number: DE10203766A
Authority: DE
Inventors: Taghi Akbarian; Hans-Peter Finken; Samir Elfi; Ulrich Betke; Andreas Kapoglou
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Regeleinrichtung zur Steuerung verschiedener Parameter/Funktionen einer ein- oder mehrzylindrigen, selbstzündenden Brennkraftmaschine. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird eine elektronische Regeleinrichtung zur Steuerung verschiedener Parameter/Funktionen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine bereitgestellt, die universell bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen einsetzbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Steuergerät universell zur Anwendung an Industriebrennkraftmaschinen und Fahrzeugbrennkraftmaschinen ausgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Regeleinrichtung zur Steuerung verschiedener Parameter/Funktionen einer ein- oder mehrzylindrigen, selbstzündenden Brennkraftmaschine, wobei dem jeweiligen Brennraum mittels eines von einem Einspritzpumpenelement beschickten Kraftstoffeinspritzventils Kraftstoff zuführbar ist, wobei das Einspritzpumpenelement einen Pumpenplunger aufweist, der von einer Regelstange zur Verstellung der Fördermenge verdrehbar ist und die Regelstange von einem mittels eines die elektronische Regeleinrichtung beinhaltenden Steuergerätes angesteuerten Stellglied beherrscht wird und wobei das Steuergerät mit brennkraftmaschinenseitigen Sensoren, Gebern sowie Stellgliedern und mit einsatzabhängigen Gebern und/oder Anzeigen und/oder Bedienelementen und/oder Stellgliedern über Ein- und Ausgänge verbunden ist.
Eine derartige elektronische Regeleinrichtung ist aus dem Bosch- Fachbuch "Dieselmotor-Management" 2. Auflage, 1998, ISBN 3-528- 03873-X, Seiten 198-209 bekannt. Die in diesem Fachbuch beschriebene elektronische Regeleinrichtung beinhaltet und verarbeitet eine Vielzahl von Parametern und Funktionen und ist mit verschiedenen Sensoren, Gebern und Stellgliedern verbindbar. Eingesetzt wird diese elektronische Regeleinrichtung bei Fahrzeugbrennkraftmaschinen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Regeleinrichtung zur Steuerung verschiedener Parameter/Funktionen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine bereitzustellen, die universell bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Steuergerät universell zur Anwendung an Industriebrennkraftmaschinen und Fahrzeugbrennkraftmaschinen ausgelegt ist und abhängig von der Konfiguration bei allen Brennkraftmaschinen folgende Parameter/Funktionen verarbeitet und /oder verwaltet werden können:

a) Drehzahlregelung
b) Sollwertvorgabe
c) Drehmomentbegrenzung
d) Abregelverhalten (P-Grad)
e) Brennkraftmaschinenstart/-stop
f) Überwachungs- und Signal-Ausgabelunktion
g) LDA-Funktion
h) Temperaturabhängige Startsteuerung
i) Höhenkorrektur
j) Kraftstoffvolumenkorrektur
k) Notlauf
l) Ansteuerung von Kaltstarthilfseinrichtungen
m) Datenkommunikation
n) Ausgabe von Fehler-Blinkcodes
o) Bedarfswartung,

a) eine Brennkraftmaschinenbremse
b) eine Geschwindigkeitsbegrenzung des Fahrzeuges,

a) spezielle Sollwert-Vorgabe für Aggregatanwendungen.

Durch diese Ausbildung ist eine elektronische Regeleinrichtung geschaffen, die universell bei Brennkraftmaschinen unabhängig von deren Einsatzart für alle Arten von Fahrzeuganwendungen, zu denen beispielsweise Landtechnikanwendungen (Traktoren, Mähdrescher) sowie Baumaschinenanwendungen (Bagger) oder Industrieanwendungen, zu denen beispielweise Aggregatanwendungen (Stromaggregate, Pumpaggregate) sowie nichtselbstfahrende Baumaschinenanwendungen (Rüttelplatten) gehören, einsetzbar ist. Dabei ist es zudem so, dass verschiedene Parameter/Funktionen, die bei allen Anwendungen genutzt werden, je nach Anwendung unterschiedlich ausgelegt sind.
Die Drehzahlregelung ist als Alldrehzahl-, Leerlauf-/Enddrehzahl oder Festdrehzahlregler ausgelegt. Die Regelcharakteristik ist wahlweise während des Betriebes umschaltbar. Die Momentandrehzahl kann eingefroren werden, der Festdrehzahlregler kann zur Netzsynchronisation oder Lastverteilung ausgelegt sein und es kann eine Schondrehzahl eingestellt werden.
Die Sollwertvorgabe erfolgt durch Pedalwertgeber und/oder Handgas, ein externes Spannungssignal (0-5 Volt), einen CAN-Bus (Fremdelektronik), ein festes Drehzahlsignal (Aggregatbetrieb), Pulsweitenmodulation (PWM), Tipptastbetrieb auf/ab (digital), oder eine andere optimale Anpassung an unterschiedliche Applikationen.
Bei der Drehmomentbegrenzung sind bis zu 3 Dachkurven einstellbar, wobei dies im Rahmen der Motorgrenzen unabhängig voneinander erfolgen kann.
Das Abregelverhalten (P-Grad) kann konstant, variabel oder umschaltbar von 0-80% zur Anpassung an die Applikation eingestellt werden. Es kann auch während des Brennkraftmaschinenlaufs in eingestellten Grenzen über die CAN-Schnittstelle zur Optimierung des Maschinenverhaltens vorgegeben werden.
Der Brennkraftmaschinenstart/-stop kann durch das Steuerglied oder aber durch einen zusätzlichen Abstellmagneten erfolgen.
Die Überwachungs- und Signal-Ausgabefunktion beinhaltet die Kühlmitteltemperatur, den Öldruck, die Ladelufttemperatur und die Kraftstofftemperatur. Bei Überschreiten bzw. Unterschreiten bestimmter Grenzwerte (Kühlmittel ca. 90°C, Ladelufttemperatur ca. 70°C) erfolgt eine Fehleranzeige und/oder eine Leistungsreduktion bzw. eine Brennkraftmaschinenabstellung nach entsprechender Vorgabe. Die Brennkraftmaschinenabstellung erfolgt nach Überschreiten einer Vorwarnzeit. Es werden auch die Füllstände (Kühlmittelstand und Ölstand) überwacht. Bei Unterschreitung von Grenzwerten erfolgt je nach Konfiguration eine Warnung, eine Leistungsreduktion und/oder Abstellung.
Die LDA-Funktion beinhaltet eine Rauchbegrenzung durch ladeluftdruck- und/oder -temperaturabhängige Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit der Einspritzung. Die temperaturabhängige Startsteuerung betrifft die Verbesserung der Startfähigkeit, insbesondere einen brennkraftmaschinenschonenden Kaltstart ohne Rauchstoß, sowie eine Anpassung der Leerlaufdrehzahl zur Optimierung des Brennkraftmaschinenlaufs.
Die Höhenkorrektur betrifft einen Brennkraftmaschinenschutz aufgrund geringer Luftdichte.
Die Kraftstoffvolumenkorrektur ist zur Kompensation von Leistungsverlust aufgrund von Kraftstoffaufheizung ausgelegt. Dabei erfolgt eine Kompensation von Leistungsverlust aufgrund von Kraftstoffaufheizung. Ab einer bestimmten (beispielsweise ca. 33°C) Kraftstofftemperatur stellt sich ein zunehmender Leistungsverlust durch die Ausdehnung des Kraftstoffs bis zur Dampfblasenbildung bei hoher (beispielsweise ca. 75°C) Kraftstofftemperatur ein. Dieser Leistungsverlust wird durch Mehreinspritzung ausgeglichen.
Die Notlauffunktion betrifft einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine bei Ausfall des Sollwertsignals (beispielsweise durch das Fahrpedal), des Ladeluftdrucksensors, des Fahrgeschwindigkeitssignals oder die CAN-Schnittstelle.
Die Ansteuerung von Kaltstarthilfseinrichtungen ermöglicht den Entfall zusätzlicher Steuergeräte, wobei wahlweise Heizflansch, Glühkerzen oder eine Flammstartanlage angesteuert werden können.
Die Datenkommunikation enthält Schnittstellen zur Diagnose und Programmierung der elektronischen Flegeleinrichtung. Über die serielle Diagnoseschnittstelle können mit Hilfe eines über ein Interface angeschlossenen PCs und einer Diagnosesoftware je nach Zugangsberechtigung Messwerte, Fehlermeldungen und andere Parameter angezeigt und eingestellt werden. Ferner können neue Steuergeräte programmiert werden.
Die Ausgabe von Fehlerblinkcodes vereinfacht die Fehlerdiagnose. Mit der Diagnosetaste werden die anstehenden Fehler als bevorzugt dreistelliger Blinkcode mit einer Anzahl-Variation der unterschiedlich langen dreistelligen Codes (kurz, lang, kurz) ausgegeben.
Die AGR-Funktion (Abgasrückführung) steuert die der Verbrennungsluft zugemischte Abgasmenge zur Reduzierung der Schadstoffe im Abgas in Abhängigkeit von Drehzahl, Last, Brennkraftmaschinenzustand, Ladeluftdruck und Brennkraftmaschinentemperatur.
Zur Reduzierung der Betriebskosten wird der Ölzustand in Abhängigkeit des Brennkraftmaschinenlastkollektivs, des Brennkraftmaschinenbetriebs, der Parameter, der Anzahl von Brennkraftmaschinenstarts und Brennkraftmaschinenkaltstarts bewertet und bei Bedarf ein Wartungssignal (Bedarfswartung) generiert. Zusätzlich werden Informationen über den Ölzustand sowie die Restlaufzeit bis zur nächsten Wartung über die Systemschnittstellen zur Verfügung gestellt.
Bei Fahrzeugbrennkraftmaschinen wird von der elektronischen Regeleinrichtung zusätzlich eine Brennkraftmaschinenbremse angesteuert und es erfolgt bei Ausfall eines Geschwindigkeits-Signals eine Geschwindigkeitsbegrenzung des Fahrzeuges. Die Geschwindigkeitsbegrenzung erfolgt durch eine Reduzierung der Einspritzmenge. Beim Ausfall des Geschwindigkeitssignals wird die Maximal- Geschwindigkeit durch Reduzierung der Max-Drehzahl begrenzt.
Bei Einsatz in Industriebrennkraftmaschinen erfolgt eine spezielle Sollwert-Vorgabe für Aggregat-Anwendungen. Dabei erfolgt die Sollwert-Vorgabe intern (feste Drehzahl) über Parameter, die kundenspezifisch bzw. einsatzspezifisch festgelegt werden.
Die in Weiterbildung der Erfindung vorgesehenen verschiedenen Varianten der Drehzahlregelung je nach Verwendung als Fahrzeugbrennkraftmaschine oder Industriebrennkraftmaschine betreffen bei Industrieanwendungen einen sogenannten Aggregate-Regler mit einstellbarem Drehzahlbereich, wobei ohne Last die Drehzahl im Drehzahlbereich verstellt werden kann. Bei einem Aggregat für Netzsynchronisation oder Lastverteilung kann die variable Drehzahl im Drehzahlbereich verstellt werden. Bei einem Aggregate-Regler mit einstellbarer Drehzahl und umschaltbarer Schondrehzahl darf das Aggregat im Festdrehzahlmodus für eine Schondrehzahl ohne Belastung, im variablen Modus zur Netzzuschaltung oder zur Parallelschaltung benutzt werden. Die bei der Fahrzeugbrennkraftmaschine übliche Alldrehzahlregelung ist im Wesentlichen schon vorher erläutert worden. Die Reglerparameter werden zur Optimierung des Reglerverhaltens drehzahlabhängig, fast- und temperaturabhängig gesteuert.
In Weiterbildung der Erfindung sind zur Einstellung der Brennkraftmaschinenleistung und des gewünschten Drehmomentverlaufs drei Dachkurven in der Regeleinrichtung abgespeichert, die jeweils die maximale Einspritzmenge/Hub festlegen, von denen eine wählbar ist. Die Dachkurven sind jeweils als Kennlinie mit dreizehn frei wählbaren Drehzahlstützpunkten realisiert.
In Weiterbildung der Erfindung ist neben dem ersten Fehlerspeicher, der von autorisiertem Bedienpersonal gelesen und gelöscht werden kann, nachdem der Fehler behoben ist, ein zweiter, unabhängiger Fehlerspeicher vorhanden, der eine Spiegelung des ersten Fehlerspeichers beinhaltet und nur für besonders berechtigtes Bedienpersonal zugänglich und löschbar ist.
Bei der in Weiterbildung erfolgenden Erfassung des Lastkollektivs ist ein Betriebsstundenzähler vorhanden, mit dem die Brennkraftmaschinenbetriebsstunden bevorzugt in neun Bereichen den jeweiligen Last- und Drehzahlbereichen zugeordnet werden.
Weiterhin erfolgt eine automatische Erkennung und Ansteuerung von verschiedenen Stellgliedern, so dass ohne spezielle Einstellungen unterschiedliche Stellglieder verbaut werden können. Zudem kann eine temperaturabhängige, drehzahlabhängige und lastabhängige (adaptive) Steuerung der Reglerparameter erfolgen. Darüber hinaus ist ein Austausch und eine Aktualisierung der Betriebssoftware des Steuergerätes über ein Diagnosegerät unter Sicherstellung der Kompatibilität von der Betriebssoftware mit den Konfigurationsdaten möglich.

Claims

1. Elektronische Regeleinrichtung zur Steuerung verschiedener Parameter/Funktionen einer ein- oder mehrzylindrigen, selbstzündenden Brennkraftmaschine, wobei dem jeweiligen Brennraum mittels eines von einem Einspritzpumpenelement beschickten Kraftstoffeinspritzventils Kraftstoff zuführbar ist, wobei das Einspritzpumpenelement einen Pumpenplunger aufweist, der von einer Regelstange zur Verstellung der Fördermenge verdrehbar ist und die Regelstange von einem mittels eines die elektronische Regeleinrichtung beinhaltenden Steuergerätes angesteuerten Stellglied beherrscht wird und wobei das Steuergerät mit brennkraftmaschinenseitigen Sensoren, Gebern sowie Stellgliedern und mit einsatzabhängigen Gebern und/oder Anzeigen und/oder Bedienelementen und/oder Stellgliedern über Ein- und Ausgänge verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät universell zur Anwendung an Industriebrennkraftmaschinen und Fahrzeugbrennkraftmaschinen ausgelegt ist und abhängig von der Konfiguration bei allen Brennkraftmaschinen folgende Parameter/Funktionen verarbeitet und/oder verwaltet werden können:

a) Drehzahlregelung

b) Sollwertvorgabe

c) Drehmomentbegrenzung

d) Abregelverhalten (P-Grad)

e) Brennkraftmaschinenstart/-stop

f) Überwachungs- und Signal-Ausgabefunktion

g) LDA-Funktion

h) Temperaturabhängige Startsteuerung

i) Höhenkorrektur

j) Kraftstoffvolumenkorrektur

k) Notlauf

l) Ansteuerung von Kaltstarthilfseinrichtungen

m) Datenkommunikation

n) Ausgabe von Fehler-Blinkcodes

o) Bedarfswartung,

bei Fahrzeugbrennkraftmaschinen zusätzlich:

a) eine Brennkraftmaschinenbremse

b) eine Geschwindigkeitsbegrenzung des Fahrzeuges,

alternativ bei Industriebrennkraftmaschinen:

a) spezielle Sollwert-Vorgabe für Aggregatanwendungen.

2. Elektronische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Varianten der Drehzahlregelung je nach Verwendung als Fahrzeugbrennkraftmaschine oder Industriebrennkraftmaschine vorgesehen sind.

3. Elektronische Regeleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Brennkraftmaschinenleistung und des gewünschten Drehmomentverlaufs 3 Dachkurven in der Regeleinrichtung abgespeichert sind, von denen eine wählbar ist.

4. Elektronische Regeleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Fehlerspeicher und ein unabhängiger zweiter Fehlerspeicher vorhanden sind, die mit unterschiedlichen Berechtigungsstufen lesbar und löschbar sind.

5. Elektronische Regeleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastkollektiv der Brennkraftmaschine erfasst wird.