DE3238191C2 - - Google Patents
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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.
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.
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.
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 pL 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 pL 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.
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