DE2805876C2

DE2805876C2 -

Info

Publication number: DE2805876C2
Application number: DE2805876A
Authority: DE
Inventors: Johannes 7000 Stuttgart De Locher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-02-11
Filing date: 1978-02-11
Publication date: 1991-05-29
Also published as: DE2805876A1; US4292658A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine elektrische Überwachungseinrichtung für scheinwiderstandsbehaftete Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine entsprechende Überwachungseinrichtung für scheinwiderstandsbehaftete Sensoren ist aus der DE-OS 23 16 759 bekannt. Dort wird ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Motor, mit einer Überwachungseinrichtung für Sensoren beschrieben. Die Ausgangssignale der Sensoren werden einer Schwellwertstufe zugeführt. Bei Überschreiten eines Schwellwertes bei defektem Wandler unterbricht die Überwachungseinrichtung die Kraftstoffzufuhr, oder die Kraftstoffzufuhr wird auf einen gefahrlosen Wert begrenzt. Tritt ein Fehler in der Kraftstoffzufuhr derart auf, daß der Brennkraftmaschine dauernd die maximale Kraftstoffmenge zugeführt wird, so steigt die Drehzahl der Brennkraftmaschine an, und erst bei Erreichen der höchst zulässigen Werte der Drehzahl wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehler in der Kraftstoffzumessung frühzeitig zu erkennen, so daß kein Drehzahlanstieg erfolgt um unerwünschte Betriebszustände zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Überwachungseinrichtung hat den Vorteil, daß sie schnell und im Hinblick auf die Überwachung der unmittelbaren Ansteuer- bzw. Empfangssignale umfassend und damit optimal arbeitet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der im Hauptanspruch angegebenen Überwachungseinrichtung möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung für eine elektromagnetische Verstellung der Regelstange als mengenbestimmendes Glied bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung,

Fig. 2 ein grobes Blockschaltbild einer elektrischen Überwachungseinrichtung für einen Verbraucher,

Fig. 3 ein Strom-Zeit-Diagramm eines elektromagnetischen Stellwerks,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm zur Verdeutlichung des Prinzips der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinrichtung bei einem getakteten Stromregler, und schließlich

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zum Ausblenden von nur kurzzeitigen Werten außerhalb des normalen Bereiches.

Beschreibung der Erfindung

Bei elektronischen Reglern in Kraftstoffzumeßsystemen, insbesondere bei Einspritzpumpen, stellt sich das Problem der Verhinderung von gefährlichen Betriebszuständen wie zu hohe Drehzahl und zu große Einspritzmengen infolge von Defekten einzelner oder mehrerer Bauteile sowohl im Elektronikteil als auch in der Stellwerksmechanik. Um die Ausfallraten in Richtung gefährlicher Betriebe so klein wie möglich zu halten, ist es notwendig, durch elektrische Überwachungseinrichtungen gefährliche Betriebszustände zu erkennen und zu verhindern. Bei der Auslegung dieser Überwachungseinrichtung ist zu beachten, daß der Bauteileaufwand zur Bildung der Überwachungsfunktion sehr klein gegenüber dem Aufwand der Gesamtschaltung gehalten wird, da die Ausfallrate der Überwachungseinrichtung selbst die Verfügbarkeit der Gesamtanlage verkleinert.

Bei erkanntem Fehlerfall, der einen gefährlichen Betriebszustand nach sich zieht, soll beim vollelektronischen Regler abgestellt und beim sogenannten Korrekturregler - einer Kombination von mechanischem und elektrischem Regler - auf die mechanische Grundfunktion umgeschaltet werden.

Fig. 1 zeigt einen grob schematischen Überblick über die Schnittstelle von elektromagnetischem Stellwerk eines vollelektronischen Reglers und der Regelstange als das kraftstoffmengenbestimmende Stellglied einer Kraftstoffeinspritzpumpe bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung.

Mit 10 ist ein Magnetstellwerk bezeichnet, das über eine Eingangsleitung 11 Ansteuerimpulse aus einem nicht dargestellten Steuergerät für das Magnetstellwerk erhält. Der bewegliche Anker 12 des Magnetstellwerkes 10 ist über einen Stift 13 mit einem Hebel 14 kraftschlüssig, jedoch auf diesem abrollbar verbunden. Auf der dem Magnetstellwerk 10 gegenüberliegenden Seite des Hebels 14 ist eine Rückstellfeder 15 angeordnet, die als Druckfeder ausgebildet ist und den Hebel 14 bei nicht erregtem Stellwerk in einer Ruhelage hält. An einem Kupplungspunkt 16 ist an den Hebel 14 eine Regelstange 17 angelenkt, deren Stellung die Zumessung von Kraftstoff über eine nicht dargestellte Kraftstoffpumpe bestimmt. Zur Kontrolle der Position der Regelstange 17 dient ein Weggeber 18, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 19 als Istwert des Regelstangenweges bzw. der Regelstangenposition vom elektrischen Mengenregler verarbeitet werden kann.

Fig. 2 zeigt ein grobes Blockschaltbild eines Regelkreises für ein Magnetstellwerk. Der eigentliche Regler ist mit 20 bezeichnet und er verarbeitet als Eingangsgröße einen Sollwert von einer Leitung 21 und einen Istwert von einer Leitung 22. Der Sollwert kommt aus einer Sollwertvorgabe-Einrichtung 23, die z. B. durch das Fahrpedal realisiert werden kann. Zwischen dem Regler 20 und dem Magnetstellwerk 10 ist noch eine Signalausblendschaltungsanordnung 25 vorgesehen. Mit ihr wird das Vorliegen korrekter Ansteuerimpulse für das Magnetstellwerk 10 überwacht.

Eine zweite Signalausblendschaltungsanordnung 26 findet sich in der Leitung 22 vom Weggeber 18 zum Istwerteingang des Reglers 20. Mit 28 ist ein Notsteuerorgan bezeichnet, dem Ausgangssignale einer Notsteuerschaltungseinrichtung 29 zuführbar sind. Gebildet wird dieses Ausgangssignal der Notsteuerschaltungseinrichtung 29 aus den Ausgangssignalen der Signalausblendschaltungsanordnungen 25 und 26.

Das Notsteuerorgan 28 hat die Aufgabe, bei nicht korrektem Ansteuersignal des Magnetstellwerks 10 oder bei nicht korrektem Arbeiten von Magnetstellwerk und Weggeber 18 die Regelstange 17 von Fig. 1 in einer solchen Richtung zu verschieben, daß kein gefährlicher Betrieb für die Brennkraftmaschine auftreten kann. Dies läßt sich im allgemeinen mit dem Ausklinken von Federn erreichen, die in diesem erwähnten Notfall die Regelstange in Richtung Stop verschieben und dort halten. Bei Korrekturreglern wird nur das Mengenstellwerk 10 von der Regelstange 17 getrennt, damit der vorhandene mechanische Regler eine Grobregelung auch weiterhin vornehmen kann.

Bei Stellregelkreisen mit Magnetstellwerken werden die Magnete nun so ausgelegt, daß sie die sogenannte Startbedingung erfüllen, d. h. die Nennleistung des Magneten wird bei halber Batteriespannung erreicht. Das hat zur Folge, daß bei voller Batteriespannung die Magneten überlastet würden. Deshalb wird die Spannung am Magneten getaktet. Dieses Takten bei voller Batteriespannung hat drei Vorteile:

a) In der Endstufe und somit im Schaltgerät fällt eine kleine Verlustleistung an,
b) die Regelbarkeit ist gut wegen der schnellen Stromanstiege, und
c) es besteht volles Arbeitsvermögen des Magnetstellwerkes bei allen vorkommenden Batteriespannungen.

Um diese Vorteile auszunutzen, wird eine stromgeregelte Endstufe für das Magnetstellwerk 10 verwendet. Ein entsprechendes Schaltbild findet sich in Fig. 5.

Der Magnet des Magnetstellwerkes 10 von Fig. 1 arbeitet gegen die Kraft der Feder 15. Entsprechend der Stellung des Magneten bildet sich ein Kräftegleichgewicht zwischen Federkraft und Magnetkraft aus. Dabei hat der Magnetstrom einen stationären Wert, der der statischen Magnet-Weg-Kraft-Kennlinie entspricht.

Der Strom durch den Magneten des Magnetstellwerkes 10 hat ein durch die Induktivität und den ohmschen Widerstand bestimmtes Zeitverhalten. Bei bewegtem Magnetanker 12 bildet die Gegeninduktion eine Gegenspannung, die den Stromanstieg hemmt, d. h. der Magnetstrom strebt bei Verstellung des Ankers zwar auf den Nennstrom - das ist der Strom im stationären Fall - zu, erreicht diesen aber nicht, solange sich der Anker bewegt. Dieses Zeitverhalten zeigen die Diagramme von Fig. 3, in denen der Strom durch den Magneten des Magnetstellwerks 10 über der Zeit aufgetragen ist, wenn schlagartig Betriebsspannung an den Magneten gelegt wird. Die Kurve mit dem stetigen, wenn auch stetig abnehmenden, Stromanstieg zeigt den Stromfluß durch den Magneten bei stillstehendem oder festgehaltenem Anker. Die Kurve mit dem Knick zeigt den Stromverlauf mit bewegtem Anker, wobei der eigentliche Knickpunkt das Anschlagen des Ankers am Ende seines Verstellbereiches kennzeichnet. Dieses aus den Diagrammen von Fig. 3 ersichtliche Verhalten des Magnetstroms wird nun insoweit ausgewertet, als der Magnetstrom beim Erreichen der neuen Sollposition des Ankers vom Regler wieder zurückgenommen wird. Das bedeutet, daß bei einwandfrei arbeitendem Stellregelkreis der Magnetstrom nie auf seinen Nennstrom ansteigen kann. Mittels eines statischen Schwellenwerts beim Magnetstrom kann somit die ordnungsgemäße Funktion des Stellregelkreises überwacht werden.

Mit der Überwachung des Magnetstromes können folgende Störungsfälle festgestellt werden:

a) Klemmen des Magnetankers oder von ihm bewegter mechanischen Teile, weil dann der Strom durch den Magneten infolge fehlender Gegenspannung schneller und höher ansteigen kann.
b) Windungsschluß in der Magnetspule, da auch dann der Strom den normal im Regelfall erreichbaren Wert überschreitet.
c) Fortlaufend durchgeschalteter Leistungstransistor infolge einer Fehlfunktion der Stellregelschaltungsanordnung oder einem Defekt im Transistor selbst. Dies bedeutet fehlende Impulspausen und damit Übergang in einen stationären Betriebszustand mit einem hohen Endstrom.
d) Längere Abweichung des Soll-Ist-Vergleichswertes.

Es werden demnach alle Fehler erkannt, bei denen größere stationäre und instationäre Ströme durch den Magneten fließen, als bei ordnungsgemäßem Regelvorgang vorkommen können. Dabei wird das Zeitverhalten des Magneten ausgenutzt, d. h. es sind keine weiteren integrierenden Zeitglieder erforderlich.

Mit Hilfe der vorstehend skizzierten Magnetstromüberwachung wird der Stellregelkreis mit dem Magnetstellwerk 10 nur bei Ausfällen in Richtung zu viel Strom außer Betrieb genommen. Das bedeutet, daß Fehler im Sinne eines ungünstigen, jedoch auch ungefährlichen Betriebsverhaltens nicht erfaßt werden. Da es sich bei der vorgeschlagenen Überwachungseinrichtung jedoch um eine Notfallsteuerung handelt, ist die Erkennung ungefährlicher Fehler auch nicht so bedeutsam.

Fig. 4 verdeutlicht das Prinzip der Stromüberwachung. Gezeichnet sind im Diagramm von Fig. 4 zwei asymptotische Kurvenverläufe K 1 und K 2, wobei die Asymptoten den Ruhestrom des Magneten bei 14 V und 6 V Betriebsspannung kennzeichnen. Schraffiert ist der zu überwachende Strombereich gezeichnet, der bei fehlerfreiem Betrieb des Magnetstellwerks nicht erreicht werden soll. Dabei liegt die untere Grenze dieses schraffierten Bereiches unterhalb der Asymptote für den Magnetstellwerksstrom bei einer Betriebsspannung von 6 V. Das bedeutet, daß der Strom durch das Magnetstellwerk auch im schlechtest angenommenen Fall, d. h. halber Betriebsspannung, bei normalem Betrieb nicht in den Sättigungsbereich kommen soll.

Die maximalen Stromhübe des Magnetstellwerks sind in Fig. 4 als waagerechte gestrichelte und strichpunktierte Linien eingezeichnet. Im stationären Arbeitsbetrieb weist der Stellwerksstrom naturgemäß nur einen kleinen möglichen Stromhub auf, der gestrichelt dargestellt ist. Im dynamischen Arbeitsbereich erreicht der Stellwerksstrom vom Wert Null bis zu einer Höhe, die zwischen dem des stationären Arbeitsbereichs und der Überwachungsschwelle liegt. Es kann somit beim Betrieb von Magnetstellwerken wünschenswert sein, wenn zwei unterschiedliche Überwachungsschwellen, eine für den stationären und eine für den dynamischen Arbeitsbetrieb vorgesehen werden. Bei einer zeitlichen Staffelung dieser Arbeitsbetriebe empfiehlt sich daher eine Umschaltung von Schwellenwerten, die durch unterschiedliche Ansteuerung oder Rückkopplung des Schwellwertschalters realisierbar ist.

Nach den Impulsdiagrammen von Fig. 4 ist nur eine Überwachungsschwelle und die bei relativ hohen Stromwerten vorgesehen. Das bedeutet, daß ein Eingriff in die Magnetstellwerk-Steuerung nur beim Überschreiten von vorgegebenen Stromwerten vorgesehen ist, jedoch keine Maßnahmen beim Unterschreiten wählbarer Stromwerte vorgenommen werden. Dieser "Mangel" ist jedoch deshalb unbeachtlich, weil nach dem Verwendungszweck der Magnetstellwerke ein zu geringer Strom nicht zur Gefahr für die Brennkraftmaschine wird und deshalb auf eine untere Stromschwellenüberwachung im Hinblick auf ein günstiges Kosten-Nutzen-Verhältnisses verzichtet wird.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Überwachungseinrichtung für den Strom durch ein Magnetstellwerk. Dieses Magnetstellwerk ist entsprechend dem Übersichtsschaubild von Fig. 1 mit 10 bezeichnet und liegt in Reihe zu einem Meßwiderstand 30 und der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 31 zwischen zwei Anschlüssen 32 und 33 einer nicht dargestellten Betriebsspannungsquelle. Widerstand 30 und der Magnet des Magnetstellwerks 10 sind von einer Reihenschaltung aus Freilaufdiode 34 und Widerstand 35 überbrückt. Seine Ansteuerung erhält der Transistor 33 von einem Stromregler 36 bekannter Bauart, der an seinem Ausgang 37 ein pulslängenmoduliertes Signal abgibt. Ein Eingang 38 des Stromreglers 36 empfängt betriebskenngrößenabhängige Reglersignale. Ein zweiter Eingang 39 des Stromreglers 36 ist mit beiden Seiten des Widerstandes 30 gekoppelt und dient der Verarbeitung des Strommeßsignales von diesem Widerstand 30.

Die Überwachungsschaltung für den Strom durch das Magnetstellwerk 10 enthält einen mitgekoppelten Schwellwertverstärker 40, der als Schwellwertschalter dient, dessen beide Eingänge mit Spannungsteilern aus den gegebenenfalls betriebskenngrößenabhängig gesteuerten Widerständen 41 bis 44 gekoppelt sind, und die wiederum beiderseitig des Strommeßwiderstandes 30 angeschlossen sind. Der Ausgang 45 der Überwachungsschaltung wird zu einem nicht dargestellten Notsteuerorgan geführt, wie er im Zusammenhang mit der Beschreibung des Blockschaltbildes von Fig. 2 umrissen worden ist.

Es kann zweckmäßig sein, wenn das Ausgangssignal des Schwellwertschalters nicht bei jedem auch nur kurzzeitigen Impuls ansteigt und somit eine bestimmte Reaktion bei der Kraftstoffzumessung auslöst. Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, dessen Gegenstand nur Schwellwertausgangssignale ab einer bestimmten Länge zur Steuerung eines Notsteuerorganes 28 (Fig. 2) weiterleitet. Mit 70 ist ein Schwellwertschalter bezeichnet, wie er z. B. beim Gegenstand von Fig. 5 als Schwellwertschalter 40 verwendet wird. 71 kennzeichnet ein UND-Gatter mit einem negierenden Eingang. Der Schwellwertschalter 70 ist nur einmal unmittelbar mit dem nichtnegierenden Eingang des UND-Gatters 71 gekoppelt und einmal über ein Zeitglied 72 mit dem negierenden Eingang dieses UND-Gatters 71.

Gibt der Schwellwertschalter 70 ein positives Ausgangssignal ab, dann wird das Zeitglied 72, das z. B. durch einen monostabilen Multivibrator gebildet werden kann, getriggert. Das Ausgangspotential des Zeitgliedes 72 steigt dann ebenfalls, und das UND-Gatter 71 gibt wegen der Potentialgleichheit an seinen Eingängen kein positives Ausgangssignal ab. Ein positives Ausgangssignal erscheint am Ausgang des UND-Gatters 71 erst dann, wenn nach Ablauf der Schaltzeit des Zeitgliedes 72 das Ausgangssignal des Schwellwertschalters 70 immer noch auf einem hohen Potential liegt. Es ist dann nur dafür zu sorgen, daß die Triggerung des Zeitgliedes nur mit einer positiven Anstiegsflanke des Schwellwertschalterausgangssignals erfolgt.

Eine weitere Möglichkeit zum Unterdrücken kurzzeitiger hoher Spannungspegel besteht darin, einem Schwellwertschalter einen Tiefpaß vorzuschalten.

Claims

1. Elektrische Überwachungseinrichtung für scheinwiderstandsbehaftete Verbraucher sowie deren Ansteuersignale, im Bereich der Kraftstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verbraucher (10) durchfließenden elektrischen Ströme einer Schwellwertstufe (40, 70) zugeführt werden, mit deren Ausgangssignal wenigstens eine Fehlerreaktionsschaltungsanordnung (28, 29) schaltbar ist.

2. Elektrische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei taktweise angesteuerten Verbrauchern mit beweglichen (Anker-)Teilen wenigstens eine Schaltschwelle der Schwellwertstufe (40, 70) zwischen Anzugs- und Nennstrom liegt.

3. Elektrische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der die Verbraucher (10) durchfließenden elektrischen Ströme wenigstens in Richtung einer gefahrvollen Größe erfolgt.

4. Elektrische Überwachungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschwelle der Schwellwertstufe (40, 70) steuerbar sind.

5. Elektrische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Schaltschwelle betriebskenngrößenabhängig ist.

6. Elektrische Überwachungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwellwertschalter (70) ein Zeitglied (72) zugeordnet ist.