DE19860762A1 - Over-temperature protection method for control device end stage, e.g. for automobile throttle plate, fuel injection or ignition coil control, has internal power loss of control device component inserted in temperature model - Google Patents
Over-temperature protection method for control device end stage, e.g. for automobile throttle plate, fuel injection or ignition coil control, has internal power loss of control device component inserted in temperature modelInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft den Schutz eines elektronischen Steuergerätes bzw. den Schutz einzelner Komponenten des Steuergerätes vor zu hohen Temperaturen.The invention relates to the protection of an electronic Control unit or the protection of individual components of the Control unit from too high temperatures.
In bestimmten Betriebszuständen kann es bspw. bei der Ansteuerung von Drosselklappenstellern, Einspritzventilen und Zündspulen von Kraftfahrzeugen zu hohen thermischen Belastungen der zugehörigen Leistungsendstufen kommen, die bis zur Zerstörung führen kann.In certain operating states, it can be, for example, in the Control of throttle valve actuators, injection valves and automotive ignition coils to high thermal Loads of the associated power output stages come that can lead to destruction.
Ein Schutz von Steuergerätekomponenten vor zu hohen Temperaturen ist aus der DE 43 29 919 bekannt. Nach dieser Schrift wird einer Überwachungseinheit innerhalb des Steuergerätes ein Signal über die Temperatur eines Chips zugeführt. Übersteigt diese einen vorgegebenen Grenzwert, wird bspw. eine Endstufe für ein Leistungsstellglied einer Brennkraftmaschine abgeschaltet oder es wird auf einen Notlaufmodus mit reduzierter Verlustleistung und damit reduzierter Wärmeerzeugung in der Endstufe umgeschaltet.Protection of control unit components from too high Temperatures are known from DE 43 29 919. After this Writing is a monitoring unit within the Control unit sends a signal about the temperature of a chip fed. If this exceeds a predetermined limit, becomes, for example, a power amplifier for a power actuator Internal combustion engine switched off or it is on one Emergency mode with reduced power loss and thus reduced heat generation in the output stage.
In diesem Umfeld betrifft die Erfindung die Erzeugung eines Signals über die Temperatur einer Steuergeräte-Komponente. Ziel ist eine Ermittlung der Komponententemperatur zur Vermeidung von Funktionsstörungen und Komponentenausfällen ohne speziellen Temperatursensor. Die Erfindung ist insbesondere für den Schutz von Endstufen zur Ansteuerung des Stellgliedes einer Drosselklappensteuerung, zur Ansteuerung von Zündspulen und/oder zur Ansteuerung von Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors anwendbar.In this environment, the invention relates to the generation of a Signals about the temperature of a control unit component. The goal is to determine the component temperature Avoidance of malfunctions and component failures without special temperature sensor. The invention is especially for the protection of power amplifiers for control of the actuator of a throttle valve control Control of ignition coils and / or for control of Injectors of an internal combustion engine applicable.
Der Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Endstufentemperatur mittels eines Temperaturmodells zu ermitteln und rechtzeitig Gegenmaßnahmen einzuleiten, so daß es nicht zur Zerstörung oder Übertemperaturabschaltung der Endstufen kommt. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object of the invention is that Power stage temperature using a temperature model determine and take countermeasures in good time so that it does not destroy or shutdown the overtemperature Amplifiers is coming. This task is carried out with the characteristics of Claim 1 solved. Advantageous further developments are Subject of the dependent claims.
Vorteile entfaltet die Erfindung insbesondere bei Zündendstufen für Doppelzündung im Notlaufbetrieb von zylinderindividuellen Einzelzündspulen. Dort kann es bei hohen Drehzahlen zu hohen thermischen Belastungen kommen. Dies ist typischerweise der Fall, wenn zum Beispiel aufgrund eines defekten Phasengebers (fehlendes Zylinder 1-Signal) auf Doppelzündung geschaltet werden muß. Dabei werden Einzelzündspulen, die im Normalbetrieb nur alle 720° Kurbelwellenwinkel zünden, doppelt so häufig angesteuert, was eine entsprechende Belastung der Endstufen zur Folge hat. Die Erfindung kann hier vor Überlastung schützen, ohne eine starre Drehzahlgrenze im Notlauf vorzusehen.The invention develops advantages in particular Ignition output stages for double ignition in emergency operation from cylinder-specific individual ignition coils. There it can be high speeds lead to high thermal loads. This is typically the case, for example, because of a defective phase encoder (missing cylinder 1 signal) must be switched to double ignition. In doing so Single ignition coils that only operate every 720 ° in normal operation Ignite crankshaft angle, controlled twice as often, which results in a corresponding load on the output stages Has. The invention can protect against overload without to provide a rigid speed limit in emergency operation.
Weiterhin vorteilhaft ist die Erfindung bei einem System mit einer elektrischen Verstellung der Drosselklappe (E-Gas- System). Dort ist die Endstufenbelastung im wesentlichen abhängig von der Ansteuerung der Drosselklappe. Die Drosselklappenbewegung wird mittels eines Potentiometers erfaßt. Abhängig von der modellierten Temperatur kann hier bedarfsweise eine Dynamikbegrenzung der Drosselklappenansteuerung eingeführt werden. The invention is also advantageous in a system with electrical adjustment of the throttle valve (E-gas System). There the output stage load is essentially depending on the control of the throttle valve. The Throttle valve movement is controlled by a potentiometer detected. Depending on the modeled temperature, here if necessary, a dynamic limitation of the Throttle valve control are introduced.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf, die Figuren erläutert. Fig. 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung. Fig. 2 offenbart ein Ausführungsbeipiel in Form von Funktionsblöcken.Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the figures. Fig. 1 shows the technical environment of the invention. Fig. 2 discloses an embodiment Example in terms of functional blocks.
Die 1 in der Fig. 1 repräsentiert einen Verbrennungsmotor mit Zündvorrichtungen 2, einer Einspritzventilanordnung 3, einer Drosselklappe 4 mit Drosselklappensteller 5 und Drosselklappenwinkelsensor 6 sowie Sensoren 7, 8, und 9 für verschiedene Betriebsparameter des Verbrennungsmotors wie angesaugte Luftmasse ml, Drehzahl n und Motortemperatur Tmot. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Es können weitere Betriebsparameter berücksichtigt werden. Auch die dargestellten leistungsverbrauchenden Stellglieder 2, 3 und 5 stellen keine abschließende Aufzählung dar; weitere mögliche und in diesem Umfeld bekannte und verwendete Stellglieder bzw. Leistungsverbraucher sind bspw. Lambdasondenheizungen und elektrisch verstellbare Abgasrückführ- und Tankentlüftungsventileventile. Diese übrigen Stellglieder werden durch die Ziffer 10 repräsentiert. Die Ziffer 11 stellt ein Steuergerät mit einem Eingabeblock 11.1, einem Ausgabeblock 11.2 sowie einer Recheneinheit 11.3 und einem Speicher 11.4 dar. Die Recheneinheit vermittelt zwischen dem Eingabe- und dem Ausgabeblock unter Rückgriff auf Programme und Daten aus dem Speicher. Die verschiedenen von den Sensoren erfaßten Betriebsparameter werden dem Eingabeblock zugeführt. Der Ausgabeblock gibt Ansteuersignale an die Stellglieder aus. Ein optional vorhandener Lüfter 12 kann ebenfalls vom Steuergerät aus aktiviert werden. 1 in FIG. 1 represents an internal combustion engine with ignition devices 2 , an injection valve arrangement 3 , a throttle valve 4 with throttle valve positioner 5 and throttle valve angle sensor 6 as well as sensors 7 , 8 , and 9 for various operating parameters of the internal combustion engine, such as intake air mass ml, speed n and engine temperature Tmot . This list is not exhaustive. Further operating parameters can be taken into account. The power-consuming actuators 2 , 3 and 5 shown are also not a conclusive list; Further possible actuators or power consumers that are known and used in this environment are, for example, lambda probe heaters and electrically adjustable exhaust gas recirculation and tank ventilation valve valves. These remaining actuators are represented by the number 10 . The number 11 represents a control unit with an input block 11.1 , an output block 11.2 and a computing unit 11.3 and a memory 11.4 . The computing unit mediates between the input and the output block using programs and data from the memory. The various operating parameters detected by the sensors are fed to the input block. The output block outputs control signals to the actuators. An optionally available fan 12 can also be activated from the control unit.
Im wesentlichen wird die Temperatur eines Steuergerätes durch die innere Verlustleistung der Endstufen im Ausgabeblock, bspw. der Zündendstufen und der Einspritzendstufen bestimmt. Die Ansteuerzeiten der Endstufen sind bekannt. Beispiele sind die Einspritzzeiten der Einspritzventile sowie die Schließzeiten der Zündendstufen. Aus den Ansteuerzeiten wird erfindungsgemäß die aktuelle Verlustleistung der einzelnen Endstufen abgeschätzt. Daraus kann mit der Wärmekapazität und der Wärmeableitung des Steuergerätes die Temperaturerhöhung aufgrund der Endstufenleistung bestimmt werden.Essentially, the temperature of a control device through the internal power loss of the power amplifiers in the Output block, for example the ignition output stages and the Injection output stages determined. The control times of the Power amplifiers are known. Examples are the injection times of the injectors and the closing times of the Ignition output stages. The control times according to the invention the current power loss of the individual power amplifiers estimated. This can be done with the heat capacity and the Heat dissipation of the control unit increases the temperature be determined on the basis of the output stage power.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Dabei stellen die Ziffern 2.1 und 2.2 Funktionen dar, die durch Teile eines übergeordneten Motorsteuerungsprogramms realisiert sein können. Fig. 2 shows an embodiment. Numbers 2.1 and 2.2 represent functions that can be implemented by parts of a higher-level engine control program.
Im Block 2.1 erfolgt die Bildung der Ansteuersignale für eine Endstufe. Dazu werden dem Block 2.1 die Betriebsparameter BP (Last ml, Drehzahl, Temperaturen . . .) zugeführt. Als Ansteuersignal für eine Endstufe gibt Block 2.1 ein Signal TV heraus, das beispielsweise ein Tastverhältnis sein kann, mit dem der Schalter 2.3 geöffnet oder geschlossen wird.The control signals for an output stage are formed in block 2.1 . For this purpose, the operating parameters BP (load ml, speed, temperatures...) Are fed to block 2.1 . As a control signal for an output stage, block 2.1 issues a signal TV, which can be, for example, a duty cycle with which the switch 2.3 is opened or closed.
Bei geschlossenem Schalter 2.3 fließt beispielsweise Stronm durch eine Zündspule zum Aufbau der Zündenergie oder die Schließphase entspricht einer Einspritzimpulsbreite zur Ansteuerung eines Einspritzventils oder einem Ansteuerimpuls zur schrittweisen Verstellung des Drosselklappenwinkels usw.. Schalter 2.3 repräsentiert damit eine Endstufe.When switch 2.3 is closed, for example, current flows through an ignition coil to build up the ignition energy, or the closing phase corresponds to an injection pulse width for controlling an injection valve or a control pulse for gradually adjusting the throttle valve angle, etc. Switch 2.3 thus represents an output stage.
Das Steuersignal TV und die Betriebsparameter BP werden weiterhin dem Block 2.2 zugeführt, in dem ein Maß T für die Temperatur der Endstufe modellhaft gebildet wird. Die modellhafte Bildung ist möglich, da die elektrischen Parameter der Endstufe wie Versorgungsspannung und Innenwiderstand bekannt sind und bspw. im Speicher abgespeichert sein können. Aus den elektrischen Parametern und dem Signal TV, das den Stromfluß bestimmt, läßt sich die innere Verlustleistung und damit die Wärmefreisetzung in der Endstufe bestimmen. Daraus und mit empirisch bestimmbaren Daten über Wärmekapazität und Wärmetransport läßt sich die Temperatur abschätzen.The control signal TV and the operating parameters BP continue to be supplied to block 2.2 , in which a measure T for the temperature of the output stage is modeled. Modeling is possible because the electrical parameters of the output stage, such as supply voltage and internal resistance, are known and can be stored in the memory, for example. The internal power loss and thus the heat release in the output stage can be determined from the electrical parameters and the signal TV, which determines the current flow. The temperature can be estimated from this and with empirically determinable data on heat capacity and heat transport.
Die Steuergerätetemperatur ist auch abhängig von der Umgebungstemperatur am Einbauort. Die Umgebungstemperatur ist ableitbar aus der Ansauglufttemperatur bzw. aus der Motortemperatur und kann ergänzend bei der Modellierung der Temperatur berücksichtigt werden.The control unit temperature is also dependent on the Ambient temperature at the installation site. The ambient temperature can be derived from the intake air temperature or from the Engine temperature and can be used when modeling the Temperature are taken into account.
Eine weitere Einflußgröße stellt die Temperatur von Nachbarsteuergeräten dar, bspw. des Steuergerätes für ein Antiblockiersystem oder für weitere Zylindergruppen oder -bänke des Verbrennungsmotors. Die Temperatur der Nachbarsteuergeräte ist ebenfalls aus ihrer inneren Verlustleistung ableitbar. Die hierfür notwendigen Signale sind in den Steuergeräten vorhanden und können bspw. bei einer Kopplung der Steuergeräte über ein Bussystem in einem Steuergerät verarbeitet wetden.The temperature of Represent neighboring control units, for example the control unit for a Anti-lock braking system or for other cylinder groups or -benches of the internal combustion engine. The temperature of the Neighbor control units is also from their inner Power loss can be derived. The signals necessary for this are available in the control units and can be used, for example a coupling of the control units via a bus system in one Control unit processes wetden.
Überschreitet die bestimmte Temperatur kritische Werte, werden Gegenmaßnahmen ergriffen.If the certain temperature exceeds critical values, countermeasures are taken.
Als Gegenmaßnahme bei zu hoher Temperatur wäre neben dem Einschalten der Lüftung auch eine Begrenzung der Ansteuerzeiten beispielsweise der Zündendstufen denkbar. Dazu kann das Signal T über eine unzulässig hohe Temperatur bei der Ansteuersignalbildung für die Endstufe berücksichtigt werden.As a countermeasure at too high a temperature would be next to that Turning on the ventilation also limits the Control times of the ignition output stages, for example, are conceivable. For this purpose, the signal T can reach an inadmissibly high temperature in the control signal formation for the output stage be taken into account.
Als Gegenmaßnahme kann hier eine Begrenzung der Schließzeiten eingeführt werden, was z. B. durch eine Begrenzung der Maximaldrehzahl geschehen kann. Auch eine generelle Reduzierung der Ansteuerzeit, d. h. der Schließzeit bis zur Aussetzergrenze ist denkbar. Dabei kann das Erreichen der Aussetzergrenze über eine Überwachung der Aussetzererkennung detektiert werden.As a countermeasure, a limitation of the Closing times are introduced, which, for. B. by a Limitation of the maximum speed can happen. Also one general reduction in activation time, d. H. the closing time up to the dropout limit is conceivable. It can Reaching the misfire limit by monitoring the Misfire detection can be detected.
Die Schließzeit ist die Zeit, in der die Zündspule mit Strom versorgt wird und in der die Zündenergie aufgebaut wird. Mit der Schließzeitverkürzung nimmt die Zündenergie ab. Reicht die Zündenergie nicht mehr zur Zündung aus, treten Verbrennungsausetzer auf, die von On-Board- Diagnosefunktionen erkannt werden. Bei erkannten Aussetzern kann dann die Schleißzeit wieder verlängert werden.The closing time is the time in which the ignition coil is energized is supplied and in which the ignition energy is built up. With the shortening of the closing time reduces the ignition energy. Enough the ignition energy no longer comes out for ignition Misfires on by on-board Diagnostic functions are recognized. When misfires are detected the wear time can then be extended again.
Bei einem System mit einer elektrischen Verstellung der Drosselklappe (E-Gas-System) ist die Endstufenbelastung im wesentlichen abhängig von der Ansteuerung der Drosselklappe. Die Drosselklappenbewegung wird mittels eines Potentiometers erfaßt.In a system with an electrical adjustment of the Throttle valve (E-gas system) is the final stage load in the essentially depends on the control of the throttle valve. The throttle valve movement is controlled by a potentiometer detected.
Die Endstufe entspricht in ihrem Temperaturverhalten näherungsweise einem Tiefpaß erster Ordnung. Eingangssignal des Tiefpasses wäre die Änderung der Drosselklappenbewegung. Die Parameter des Tiefpasses, d. h. die Zeitkonstante und die Dämpfung, können abhängig von entsprechenden Betriebspunkten sein.The output stage corresponds in its temperature behavior approximately a first order low pass. Input signal of the low pass would be the change in throttle valve motion. The parameters of the low pass, i. H. the time constant and the Damping can depend on the corresponding operating points his.
Für die E-Gas-Endstufe könnte so z. B. eine Dynamikbegrenzung der Drosselklappenansteuerung eingeführt werden.For the e-gas output stage could, for. B. a dynamic limitation the throttle valve control.
Das Verfahren kann für interne und für, externe Endstufen zur Anwendung kommen. Dabei soll und kann nicht die exakte Endstufentemperatur ermittelt werden, sondern nur eine Worst-Case-Abschätzung erfolgen, damit rechtzeitig Gegenmaßnahmen gegen eine weitere Erwärmung der Endstufen eingeleitet werden können. Optional können noch die Ansauglufttemperatur, die Motortemperatur oder die Steuergerätetemperatur, sofern ein Sensor im Steuergerät vorhanden ist, mit berücksichtigt werden.The process can be used for internal and external power amplifiers Application come. The exact should not and cannot Power stage temperature can be determined, but only one Worst-case assessments are made in good time Countermeasures against further heating of the output stages can be initiated. Optionally, the Intake air temperature, the engine temperature or the Control unit temperature, provided there is a sensor in the control unit is present to be taken into account.
Claims (9)
- - Begrenzung der Maximaldrehzahl des Verbrennungsmotors
- - Begrenzung der Ansteuerzeiten beispielsweise der Zündendstufen
- - Einschalten eines Lüfters zur Erzeugung eines kühlenden Luftstroms
- - Begrenzung der Drosselklappenverstellgeschwindigkeit.
- - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reduzierung der Ansteuerzeit, d. h. der Schließzeit bei Zündungsendstufen durchgeführt wird und bei dem der Verbrennungsmotor auf das Auftreten von Verbrennungsaussetzern überwacht wird und bei dem eine Reduzierung der Ansteuerzeit durch das Auftreten von Verbrennungsaussetzern begrenzt wird.
- - Limitation of the maximum speed of the internal combustion engine
- - Limitation of the activation times, for example of the ignition output stages
- - Switching on a fan to generate a cooling air flow
- - Limitation of the throttle valve adjustment speed.
- - The method according to claim 9, characterized in that a reduction in the activation time, ie the closing time is carried out at ignition output stages and in which the internal combustion engine is monitored for the occurrence of misfires and in which a reduction in the activation time is limited by the occurrence of combustion misfires.
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