DE3238191C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Notsteuereinrichtung für Kraftstoffzu­ meßsysteme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Not­ steuereinrichtung für Kraftstoffzumeßsysteme ist zum Beispiel aus der DE-OS 31 36 135 bekannt. Bei der dort beschriebenen Einrichtung ist bekannt, bei elektrisch oder elektronisch gesteuerten oder gere­ gelten Kraftstoffeinspritzanlagen und -systemen, wie sie beispiels­ weise für Dieselbrennkraftmaschinen verwendet werden, Sicherheits­ einrichtungen vorzusehen, die in der Lage sind, im Fehlerfall eine Notfahrfunktion der Brennkraftmaschine sicherzustellen, um sie vor einer Überanspruchung zu schützen. Hierzu ist ein Notsteuerzweig vorgesehen, der im Notfall die Steuerung der Brennkraftmaschine übernimmt.

Aus der DE-OS 19 62 570 ist eine Rückstellvorrichtung für ein mengenbestimmendes Glied bei einem Kraftstoffsystem bekannt, die dann aktiviert wird, wenn sich ein Fehlerfall ergibt, beispielsweise der Regelkreis selbst oder eine Zuleitung von einem der vorhandenen Sensoren unterbrochen ist, mit der Folge, daß die Einstellung des mengenbestimmenden Gliedes dann einer solchen für kleine Einspritz­ mengen entspricht. Problematisch ist allerdings, daß bei einer solchen Schutzverstellung in Richtung auf eine kleinere, zuzuführen­ de Kraftstoffmenge die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine in ei­ nem solchen Maße reduziert werden kann, daß, beispielsweise bei Ein­ satz im schwierigen Gelände der Betrieb nicht mehr aufrecht erhalten werden kann.

Es besteht Bedarf nach einer Notsteuereinrichtung für Kraftstoffzu­ meßsysteme, insbesondere Kraftstoffeinspritzsysteme, die sicherstel­ len, daß der Motor unter allen Umständen vor Überdrehzahlen unter Vermeidung einer zu großen zugeführten Kraftstoffmenge geschützt ist, andererseits aber unter Beibehaltung des Einflußbereiches des Fahrers der Notfahrbetrieb ohne größere Beeinträchtigung durchge­ führt werden kann.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst ein­ fache Notsteuereinrichtung zu schaffen, die den Motor unter allen Umständen vor Überdrehzahlen schützt und gleichzeitig dem Fahrer einen möglichst großen Einfluß auf die Leistungsabgabe der Brenn­ kraftmaschine ermöglicht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Notsteuereinrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß ein sicherer Überdrehzahlschutz sowie eine einwand­ freie Leerlauf-Stabilisierung realisiert werden können, wobei dennoch nicht ausschließlich auf eine direkte Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, lediglich abhängig vom Einfluß des Fahrers und von der durch ihn vorgenommenen Betätigung des Fahrpedals, abgestellt wird, sondern eine Hilfsregelung zum Einsatz kommt, die eine Ladedruckregelung in die Notfahrkonzeption einbezieht. Es gelingt daher der vorliegenden Erfindung, die Einspritz­ menge dadurch zu begrenzen, daß eine Sollwertvorgabe be­ züglich des Ladedrucks auf einen bestimmten Wert erfolgt, und der Ladedruckregler die Einspritzmenge dann in diesem Sinne aussteuert.

Besonders vorteilhaft läßt sich die vorliegende Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzsystem einsetzen, bei dem die Einspritzmenge durch ein Stellwerk mit Lagerückkopp­ lung bestimmt wird; im Fall eines Ausfalls dieses Rück­ melders entfällt das dem Stellregler zugeführte Ist­ signal über den Regelweg und eine genaue Zumessung der Einspritzmenge kann nicht mehr erfolgen; die Erfindung setzt als Ersatzsignal für den Regelweg den Ladedruck ein und sichert durch die Regelung des Ladedrucks den Notfahr­ betrieb.

Durch in den Unteransprüchen aufgeführte Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Notsteuereinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Ergänzung der Ladedruckre­ gelung zur Bestimmung der Einspritzmenge durch einige weitere, aus Betriebszuständen der Brennkraftmaschine abgeleitete Signale, die bei Ausfall lediglich des Rück­ melders ohnehin vorhanden sind, und deren Einbeziehung in das Gesamtkonzept des Notfahrbetriebs, so daß auch ein sicherer Leerlauf und Überdrehzahlschutz sowie die Beachtung der Fahrerwünsche, soweit sie von der Notfahr­ konzeption her als zulässig betrachtet werden, möglich sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzi­ gen Figur der Zeichnung dargestellt und wird im folgen­ den näher beschrieben und erläutert. Die Figur zeigt in Form eines Blockschaltbildes schematisch Aufbau und Funktion eines Kraftstoffeinspritzsystems mit diesem überlagerndem, wirkungsmäßig parallel ausgelegtem Not­ steuersystems. Mit 11 ist ein Fahrpedal, mit 12 ein Drehzahlgeber und mit 13 ein Ladedrucksensor bezeichnet, die auf eine Logiksteuerschaltung 14, die auch ein Mikro­ computer, eine Rechenschaltung od. dgl. sein kann, ar­ beiten und die so ausgebildet ist, daß die Logikschal­ tung 14 für den Normalbetrieb eine Sollwertberechnung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Einspritzmenge durchführt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich speziell auf den Betrieb einer Dieselbrennkraftma­ schine mit Lader, wobei üblicherweise sogenannte Turbo­ lader eingesetzt sind und mindestens Ladedrucksteuerungen, vorzugsweise Ladedruckregler vorgesehen sind. Normaler­ weise ist es üblich, bei aufgeladenen Dieselmotoren einen möglichst hohen Ladedruck zu erzielen, wobei eine Varia­ tion des Ladedrucks insbesondere last- und drehzahlab­ hängig vorgenommen wird, um einen optimalen Kompromiß für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu finden und die Vorteile des Turboladers voll auszunutzen. Die Regelung des vom Turbolader erzeugten Ladedrucks p_L kann dann üblicherweise so erfolgen, daß durch mehr oder weni­ ger starkes Öffnen eines Bypaß-Ventils entsprechende Turboladerdrehzahlen realisiert werden.

Im Normalbetrieb eines Kraftstoffeinspritzsystems ergibt sich eine Reihenschaltung der Baugruppen äußere Sensoren 11, 12, 13, mit welchen die Betriebszustände der Brenn­ kraftmaschine abgetastet werden, der logischen Steuer­ schaltung 14, einem dieser nachgeschalteten Stellregler 15, einer Leistungsendstufe 16 und dem eigentlichen Stellwerk 17, welches ein beliebiges, mengenbestimmendes Glied 18 der Einspritzpumpe 19 ansteuert. Auf genauen Aufbau und Funktion dieser Schaltungselemente und peripherer Bau­ komponenten braucht nicht genauer eingegangen zu werden, da diese bei Kraftstoffeinspritzsystemen bekannt und auch nicht Gegenstand vorliegender Erfindung sind. Die Posi­ tion des mengenbestimmenden Gliedes 18 wird von einem Stellwerksensor oder Weggeber 20 erfaßt, dessen Ausgangs­ signal über die Rückleitung 21 zum Eingang des Stellreg­ lers 15 geführt ist.

Fehlerfälle, die eine Notfahrkonzeption erforderlich ma­ chen, können sich jetzt ergeben beispielsweise bei defek­ tem Rückmelder, da dann keine genaue Zumessung der Ein­ spritzmenge mehr erfolgen kann, oder bei Störungen etwa in der Rechner- und Logikschaltung 14 und dem Stellreg­ ler 15. Solche Störungen können von der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine erkannt werden, wodurch eine ma­ nuelle Umschaltung eines zwischen Stellregler 15 und End­ stufe 16 vorgesehenen Umschalters 22 von der Bedienungs­ person selbst vorgenommen werden kann; eine Umschaltung, die eine zur Logikschaltung, Stellregler und Rückmelder getrennte Signalleitung aufbaut, auf die weiter unten noch eingegangen wird. Die Umschaltung kann aber auch erfolgen mittels einer Störungserkennungsschaltung 23, die Eingangssignale über ordnungsgemäßen Betrieb etwa von der Logikschaltung 14, dem Stellregler 15, dem Rückmelder 20 und der Rückleitung zum Eingang des Stellreglers zuge­ führt erhält und dann automatisch auf die Notsteuerein­ richtung umschaltet.

Die Notsteuereinrichtung umfaßt als wesentlichstes Hilfs­ element einen Ladedruckregler 24, der durch Regelung der Kraftstoffmenge den Ladedruck der Verbrennungsmaschine insbesondere bei Dieselmotoren bestimmt. Zu diesem Zweck ist ein Sollwertgeber 24a für maximalen La­ dedruck für den Notfahrbetrieb vorgesehen. Dem Eingang des Ladedruckreglers 24 wird der Istwert des Ladedrucks über eine Zweigleitung 24b vom Ladedruckgeber 13 zugeführt; das Ausgangssignal des Ladedruckreglers 24 gelangt im ein­ fachsten Fall unmittelbar auf den Umschalter 22 und von dort über die Endstufe 16 zum Stellwerk zur Bestimmung der Kraftstoffzumeßmenge. Bei weiterer Ausgestaltung vorlie­ gender Erfindung und unter Einbeziehung sonstiger Betriebs­ bedingungen sind noch zwei Auswahlschaltungen 25 und 26 vorgesehen, wobei die Auswahlschaltung 25 eine Minimalwert­ auswahl und die Auswahlschaltung 26 eine Maximalwertaus­ wahl durchführt. Der Gesamtaufbau der erfindungsgemäßen Notsteuereinrichtung umfaßt daher noch eine Stromsteuerung 27, die ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Funktion der von der Bedienungsperson willkürlich vorgegebenen Fahr­ pedalstellung ist; daher ist eine Zweigleitung 27a vorge­ sehen, die den Ausgang des Fahrpedalsensors - der beispiels­ weise ein Fahrpedalwinkel-Periodendauerwandler sein kann - mit dem Eingang der Stromsteuerung verbindet. Ferner kann es zur Erzielung eines sicheren Überdrehzahlschutzes er­ gänzend zum Einsatz der Ladedruckregelung noch sinnvoll sein, eine Schutzschaltung 28 vorzusehen, der über die Zweigleitung 28a vom Drehzahlgeber 12 ein Drehzahlsignal zugeführt wird; das gleiche Drehzahlsignal gelangt über eine Verzweigungsleitung 29a auf eine Leerlaufstabilisie­ rungsschaltung 29.

Die Ausgänge des Ladedruckreglers 24, der Stromsteuerung 27 zur Berücksichtigung von Fahrerwünschen sowie der Über­ drehzahl-Schutzschaltung 28 sind mit der Auswahlschal­ tung für Minimalwert 25 verbunden. Diese ist, wie schon ihre Bezeichnung aussagt, so ausgebildet, daß sie zu ihrem Ausgang das, gegebenenfalls aufbereitete Eingangssignal weiter­ leitet, welches dem kleinsten der ihr in diesem Fall zugeführten drei Eingangssignale entspricht; daher ist sichergestellt, daß auch dann, wenn beispielsweise vom Fahrerwunsch her ein wesentlich größeres Signal und damit letztendlich auch eine erheblich größere Einspritzmenge gewünscht ist, andererseits aber der Ladedruckregler fest­ stellt, daß der Ladedruck wesentlich zu groß ist, so daß sein Ausgangssignal kleiner als das Ausgangssignal der Stromsteuerschaltung 27 ist, das Ladedruckregler-Ausgangs­ signal ausschließlich Berücksichtigung findet und daher der Motor vor Überbeanspruchungen, zu hoher Kraftstoff­ menge, auch Überdrehzahlen geschützt ist.

Andererseits sichert die an ihrem einen Eingang 26a mit dem Ausgang der Auswahlschaltung für Minimalwert verbunde­ nen nachgeschalteten Auswahlschaltung für Maximalwert, daß die Drehzahl jedenfalls nicht unter eine vorgegebene Leerlauf-Drehzahlgrenze absinken kann; daher wird ihrem anderen Eingang 26b das Ausgangssignal einer Leerlauf­ stabilisierungsschaltung zugeführt und so beispielswei­ se verhindert, daß der Motor unter der Wirkung einer der Schaltungsblöcke 24, 27 und 28 immer weiter abgeregelt wird, wenn hierdurch der Leerlauf so weit abzusinken droht, daß die Brennkraftmaschine stehen bleibt. Über die Aus­ gangsleitung 28c gelangt das Ausgangssignal der das letzte Glied der Notsteuereinrichtung bildenden Auswahlschaltung für Maxi­ malwert auf den Umschalter 22.

Entsprechend der Grundkonzeption vorliegender Erfindung wird daher der am Eingang des Ladedrucksensors 13 als Istwert anstehende Ladedruck p_L als Ersatzsignal für den ausgefallenen Regelweg eingesetzt, wobei über die Regelung des Ladedrucks dann der Notfahrbetrieb sicher und einwandfrei aufrechterhalten werden kann. Die Be­ grenzung der Einspritzmenge erfolgt durch Vorgabe eines maximalen Ladedrucks am Sollwertgeber 24a, wobei der Ladedruckregler 24 dafür sorgt, daß dieser Sollwert nicht überschritten wird. Der Sollwert kann beispielsweise 1 bar, was dem Betrieb eines Saugmotors entspricht, be­ tragen.

Eine Ausgestaltung vorliegender Erfindung liegt noch darin, daß auch eine variable Vorgabe des maximalen Ladedrucks über den Sollwertgeber 24a möglich ist, und zwar, wie die gestrichelte Verbindungslinie 30 zum Eingang des Sollwertgebers 24a angibt, in Abhängigkeit zu einem Drehzahlsignal. Der Ladedruckregler 24 kann daher immer dann für verbrauchsgünstigen und umweltfreundlichen Be­ trieb der Brennkraftmaschine einen hohen Ladedruck zu­ lassen, solange das Drehzahlsignal nicht die Gefahr signalisiert, daß Überdrehzahlen auftreten können. Gerät die Brennkraftmaschine in den Bereich von Überdrehzahlen, dann ergibt sich eine Sollwertverstellung für den maxi­ malen Ladedruckwert und entsprechend eine Abregelung der der Brennkraftmaschine zugeführten Einspritzmenge.

Es versteht sich, daß Aufbau und Funktion des Lade­ druckreglers beliebig sein kann; der Ladedruckregler kann mit P-, D- oder I-Verhalten ausgelegt sein oder eine Kombination dieser Funktionen umfassen.

Claims (6)

1. Notsteuereinrichtung für Kraftstoffzumeßsysteme bei Brennkraftma­ schinen, insbesondere Kraftstoffeinspritzsysteme für Dieselbrenn­ kraftmaschinen, mit einem Fahrpedalstellungssensor, einer signalver­ arbeitungseinrichtung und einer dieser nachgeschalteten Regelein­ richtung mit Stellwerk zur Positionsbestimmung eines kraftstoff­ mengenbestimmenden Einstellglieds einer Kraftstoffpumpe, wobei pa­ rallel zur Signalverarbeitungseinrichtung (14) mit Regeleinrichtung (15) ein manuell oder automatisch einschaltbarer Notsteuerzweig an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Notsteuerzweig min­ destens einen Ladedruckregler (24) enthält, dessen Ausgangssignal über eine Umschalteinrichtung (22) dem Stellwerk (17) zugeführt wird, wobei die Stellwerksposition auf einen vom Ladedruckregler vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Ladedruckreglers (24) ein Lade­ druck-Istwertsignal von einem Ladedrucksensor (13) zugeführt ist und eine Sollwertschaltung (24a) für maximalen Ladedruck vorgesehen und dem Ladedruckreg­ ler (24) zugeordnet ist derart, daß, etwa bei Aus­ fall des Rückmelders und fehlender Istwertangabe über den Regelweg der Istwert des Ladedrucks als Ersatzsignal im Notfahrbetrieb einsetzbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zum Ladedruckregler (24) eine willkürlich vom Fahrpedal (11a) über einen Fahrpe­ dalsensor (11) angesteuerte Stromsteuerschaltung (27) sowie eine als Istwertsignal der Brennkraftmaschinen­ drehzahl verarbeitende Überdrehzahlschutzschaltung (28) vorgesehen sind, deren Ausgangssignale parallel zum Ausgangssignal des Ladedruckreglers einer Aus­ wahlschaltung (25) für Minimalwert zugeführt sind, deren Ausgang mindestens indirekt über den Umschalter (22) auf die Stellwerksansteuerung geschaltet ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine ebenfalls ein Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine verarbei­ tende Leerlauf-Stabilisierungsschaltung (29) vorgese­ hen ist, deren Ausgangssignal zusammen mit dem Aus­ gangssignal der Auswahlschaltung (25) für Minimal­ wert einer Ausgangsschaltung (26) für Maximalwert zugeführt sind derart, daß bei Unterschreiten der Leerlauf­ drehzahl automatisch wieder Kraftstoff zugefügt wird.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sollwerter­ zeugende Schaltung (24a) zum Ladedruckregler (24) einen variablen Ladedrucksollwert in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drehzahlgebers (12) erstellt, derart, daß bei Erreichen von Überdrehzahlen eine Abregelung sowohl über die Überdrehzahlschutzschaltung als auch über die Reduzierung des Ladedrucks vom Ladedruckregler (24) erfolgt.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Störungs­ erkennungsschaltung (23) vorgesehen und eingangsmäßig mit dem Weggeber (20) für den Regelweg und/oder der Logikschaltung (14) für die Sollwertberechnung im Normalfall und/oder dem Stellregler (15) gekoppelt ist und mit ihrem Ausgang auf den Umschalter (22) ge­ schaltet ist, der mit seinem einen Eingang am Ausgang der Auswahlschaltung (26) für Maximalwert liegt.