EP0143313B1 - Safety device for an electronically, microcomputer-controlled combustion engine - Google Patents

Safety device for an electronically, microcomputer-controlled combustion engine Download PDF

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EP0143313B1
EP0143313B1 EP84112555A EP84112555A EP0143313B1 EP 0143313 B1 EP0143313 B1 EP 0143313B1 EP 84112555 A EP84112555 A EP 84112555A EP 84112555 A EP84112555 A EP 84112555A EP 0143313 B1 EP0143313 B1 EP 0143313B1
Authority
EP
European Patent Office
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microcomputer
voltage
output stage
injection
supply voltage
Prior art date
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EP84112555A
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German (de)
French (fr)
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EP0143313A2 (en
EP0143313A3 (en
Inventor
Hermann Dipl.-Ing. Hemminger
Werner Dipl.-Ing. Jundt
Sybille Weller
Peter Dipl.-Ing. Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP0143313A3 publication Critical patent/EP0143313A3/en
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Publication of EP0143313B1 publication Critical patent/EP0143313B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3005—Details not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/266—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the computer being backed-up or assisted by another circuit, e.g. analogue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D2041/224—Diagnosis of the fuel system
    • F02D2041/226—Fail safe control for fuel injection pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/50—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle or its components
    • F02D2200/503—Battery correction, i.e. corrections as a function of the state of the battery, its output or its type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/12—Timing of calculation, i.e. specific timing aspects when calculation or updating of engine parameter is performed

Definitions

  • the invention relates to a safety device of an actuator output stage controlled or regulated by a microcomputer in an internal combustion engine, in particular at least one injection output stage.
  • DE-C-30 35 896 is a "circuit arrangement for generating pulses in the event of power supply faults." The aim is to detect voltage drops and trigger pulses with which a computer can be brought into a defined state in this DE-C-30 35 896 proposed a circuit arrangement with which a drop in the voltage is detected and depending on it the operation of the computer can be controlled.
  • the unpublished EP-A-101 850 discloses a “safety emergency running device for the idle operation of motor vehicles ” .
  • the operating voltage is also monitored there. If the voltage drops, the output stage is switched off and at the same time a hardware reset for the computer is provided ( Page 13, end of the first paragraph).
  • the microcomputer also works at much lower voltages below the threshold voltage of the voltage monitor.
  • a disadvantage of the known circuit arrangements is that the microcomputer is restarted during a large number of voltage drops in the stabilized supply voltage (reset), although it would still be functional in and of itself. So that operated actuator is' often blocked unnecessarily long. In the case of an injection output stage, this means that no fuel can be injected into the cylinders.
  • the safety device of an actuator output stage controlled or regulated by a microcomputer in an internal combustion engine, it is achieved that the actuator actuated by the microcomputer is not unnecessarily blocked when the supply voltage drops.
  • the function of the microcomputer is maintained as long as possible. However, it is also ensured that the actuator is brought into a defined position or blocked in the event of a computer failure, including failures that are not caused by a voltage drop.
  • Another advantage of the invention results in particular in the case of short supply voltage drops, for example during the starting phase. It is then ensured that the cylinder of the internal combustion engine does not fill up with fuel during this time due to a failure of peripheral microcomputer components.
  • Another advantage lies in the fact that the injection time essentially falls within the maximum of the fluctuating battery voltage, and thus short-term locking of the injection output stage has no influence on the injection.
  • FIG. 1a shows the profile of battery voltage and stabilized voltage, the reset duration of the microcomputer and the period of the functionality of the relevant actuator for devices as they belong to the prior art.
  • Figure 1 shows the corresponding signal curve of the device according to the invention and
  • Figure 2 shows an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1a shows the signal curve of the microcomputer reset duration and the duration of the operability of the injection output stage for a predetermined curve of the battery voltage and serves to explain the problem with known safety devices.
  • the first diagram in FIG. It is assumed that the stabilization of the supply voltage U B no longer works at the minimum values of the battery voltage, so that small drops in the stabilized supply voltage U stab occur here. If these voltage drops U stab fall below a threshold value U 5 , as is the case in the drawing in all three cases, the microcomputer is restarted by means of the voltage monitor. This restart takes a certain amount of time, denoted by T R , during which, as shown in the third diagram in FIG. 1a, the actuator is inoperative or locked. For somewhat longer reset times T R or for faster battery voltage fluctuations, this can result in the actuator to be actuated being permanently locked. In the case of the injection output stage, this means that no fuel reaches the cylinders and the internal combustion engine cannot be started.
  • the corresponding mode of operation of the device according to the invention will be described with reference to FIG. 1b.
  • the first diagram again shows the changes over time in the battery voltage U B and in the stabilized supply voltage U Stab .
  • the threshold value U Min for the actual functionality limit of the microcomputer is undershot, so that a restart of the microcomputer with the reset time period T R required for this must be initiated.
  • the functioning of the device according to the invention does not deviate from the prior art.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the safety device according to the invention.
  • 10 denotes a microcomputer, to which, as indicated by several arrows, parameters of the internal combustion engine, such as the speed n, the temperature T, the air flow rate Q and the like, and the stabilized supply voltage are supplied.
  • a monitoring circuit 13 is connected to a monitoring output 12 of the microcomputer, the output of which is connected to an input 14, the restart (reset) input of the microcomputer.
  • the microcomputer 10 also actuates a timing element 15, which in turn actuates an injection output stage 16 via a resistor 17.
  • An output 18 of the injection output stage is connected to the battery voltage U B via one or more injection valves 19.
  • a line 21 leads from the monitoring circuit 13 and a line 22 from a voltage stabilization circuit 23, a diode 24 and 25 being connected in each of these two lines 21 and 22.
  • Each of the components timing element 15, monitoring circuit 13, injection output stage 16 is connected to the stabilized voltage supply U tb , which occurs as an output variable of the voltage stabilization circuit 23.
  • the timer 15 outputs an impermissible or incorrect injection time by a drop in the voltage Usta b .
  • line 21 is only at high potential if the monitoring circuit 13 has identified a malfunction of the microcomputer via the monitoring output 12 of the microcomputer 10. If this was the case, the diode 24 remains conductive even after the setpoint value of the stabilized supply voltage has been reached again for at least the time period T R of the reset time period of the microcomputer.
  • the monitoring circuit 13 is constructed in detail as follows:
  • the monitoring output 12 of the microcomputer 10 leads via a high-pass filter consisting of the capacitor 27 and the resistor 28 to the base of a transistor 29, the emitter of which is connected to ground potential.
  • the collector is connected to the stabilized supply voltage via a resistor 30 and a capacitor 31.
  • the inverting input of an operational amplifier 32 is connected to the connection point between capacitance 31 and resistor 30.
  • the non-inverting input of operational amplifier 32 is acted upon by the output signal of a voltage divider consisting of resistors 33 and 34, which are connected between ground potential and the stabilized supply voltage.
  • the output of the operational amplifier 32 is connected to the base of a transistor via a further voltage divider connected to ground consisting of the resistors 35 and 36.
  • the emitter of this transistor 37 is at ground potential while the collector is connected on the one hand to the stabilized supply voltage via a resistor 38 and on the other hand is connected to the diode 24 via the already mentioned line 21. Furthermore, the signal path leads from the emitter of transistor 37 via a resistor 39 to the base of a transistor 40, the emitter of which is at ground potential.
  • the collector of this transistor 40 is connected via a resistor 41 to the stabilized supply voltage, via a resistor 42 at the inverting input and via a resistor 43 at the non-inverting input of the operational amplifier 32, as well as via. a line 44 at the input 14 of the microcomputer.
  • the stabilization circuit 23 which is known per se, consists of a bridge, the two bridge branches of which are connected with a resistor 46 and 47 or the resistor 48 and the Zener diode 49 between the collector of a transistor 50 and ground potential.
  • the connection point between the resistors 46 and 47 is connected to the inverting input of an operational amplifier 51, the connection point between the resistor 48 and the zener diode 49 to the non-inverting input of the operational amplifier 51.
  • From the output of the operational amplifier 51 leads on the one hand the line 22 to the diode 25 and a further signal path via the resistor 52 to the base of a transistor 53, the emitter of which is connected to ground potential.
  • the collector of this transistor 53 is connected via a resistor 54 to the base of transistor 50, the emitter of which is at the potential of the battery voltage.
  • the stabilized supply voltage is taken from the collector of transistor 50.
  • the known injection output stage 16 consists of two transistors 56 and 57, the emitter of transistor 56 being connected to the stabilized voltage supply and the collector being connected to the base of transistor 57, the emitter of which is at ground potential.
  • the collector of the transistor 57 is connected to the battery voltage via the output 18 and the one or more injection valves 19.
  • the injection output stage 16 is driven by the signals of the connection point 20 via a diode 58 which is located at the base of the transistor 56.
  • the base of transistor 56 is also connected to the stabilized voltage via a resistor 59.
  • the mode of operation of the injection output stage 16 is known and will not be explained in more detail below.
  • the operational amplifier 51 in the voltage stabilization circuit 23 acts in such a way that the transistor 50 as a series transistor is turned on more or less depending on the current value of the battery voltage in order to maintain the balance of the bridge at the input of the operational amplifier 51. If the battery voltage drops to such low values that the stabilized voltage can no longer be maintained, the output of the operational amplifier 51 runs at its upper stop and causes the injection output stage 16 to block when the diode 25 becomes conductive.
  • the monitoring circuit 13 is driven by the monitoring input 12 of the microcomputer, in such a way that in the case of a functional unit, the transistor 29 is constantly opened and closed.
  • capacitance 31 is charged via resistor 30.
  • the capacitor 31 can discharge via the resistor 42 and the resistor 41 if the transistor 40 is in the blocking state.
  • the dimensions of the components resistor 30, capacitor 31, resistor 42 and resistor 41 are defined in such a way that the potential at the inverting input for the functional microcomputer 10 is always below the potential at the non-inverting input of the operational amplifier 32. If the stabilized supply voltage falls to values at which the microcomputer 10 is no longer functional, then it is at the monitoring output 12 to a DC voltage potential and the transistor 29 is brought into its blocking state.
  • the capacitor 31 discharges until the voltage at the inverting input exceeds that at the non-inverting input of the operational amplifier 32. This switches and the transistor 37 blocks. Accordingly, line 21 is placed at high potential and injection end stage 16 is blocked. The capacitor 31 is charged again via the now conductive transistor 40 and the resistor 42 until the operational amplifier 32 changes its output variable. The period of time until it flips again is selected according to the reset duration TR.
  • the monitoring circuit 13 thus ensures that the injection output stage is actually blocked only after the malfunction of the microcomputer 10 over the duration T R of a reset process.
  • the injection output stage 16 is only blocked for the duration of these drops in line 22 in order to avoid faults in the output of the injection time of the timing element 15.
  • the time intervals during which the injection output stage is functional always fall within the maxima of the battery voltage, so that the brief locking of the injection output stages has no influence on the injection.
  • the special control of the injection output stages via the timing element 15 and the microcomputer 10 does not limit the basic idea of the invention. It is equally possible that e.g. B. the timer 15 is integrated in the microcomputer or that the injection output stage 16 is controlled via digital values and a digital-to-analog converter.

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Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung einer durch einen Mikrocomputer gesteuerten oder geregelten Stellgliedendstufe in einer Brennkraftmaschine, insbesondere wenigstens einer Einspritzendstufe.The invention relates to a safety device of an actuator output stage controlled or regulated by a microcomputer in an internal combustion engine, in particular at least one injection output stage.

Mit der zunehmenden Verwendung der Mikroelektronik für Steuer- und Regelzwecke bei Brennkraftmaschinen ergeben sich ständig Verbesserungen bezüglich des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine. So läßt sich beispielsweise der Kraftstoffverbrauch ebenso wie die Abgasemission erheblich reduzieren, bei abruptem Lastwechsel der Brennkraftmaschine ist ein gutes Übergangsverhalten gegeben und auch Zusatzfunktionen wie Warmlaufanreicherung, Schubabschaltung und ähnliches können mit Hilfe der Mikroelektronik auf einfache Weise realisiert werden.With the increasing use of microelectronics for control purposes in internal combustion engines, improvements in the operating behavior of the internal combustion engine are continually improving. For example, fuel consumption and exhaust gas emissions can be significantly reduced, there is good transition behavior in the event of an abrupt load change in the internal combustion engine, and additional functions such as warm-up enrichment, overrun fuel cutoff and the like can be implemented in a simple manner with the aid of microelectronics.

Im Regelfall arbeiten diese elektronischen Komponenten sehr zuverlässig und störsicher. Speziell bei der Verwendung derartiger Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen tritt jedoch das Problem der zuverlässigen Spannungsversorgung der elektronischen Bauteile auf. Im Gegensatz zu Laborbedingungen liegt hier eine unter Umständen erheblich schwankende Versorgungsspannung, nämlich die Batteriespannung, vor. Um den Einfluß dieser Batterie-Spannungsschwankungen zu eliminieren, wurden z. B. eine Vielzahl von Stabilisierungsschaltungen entwickelt. Bei sehr starken Einbrüchen der Batteriespannung, wie sie beispielsweise während des Startvorganges der Brennkraftmaschine insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen auftreten, sind auch diese Stabilisierungsschaltungen nicht mehr in der Lage, die für die elektronischen Bauelemente notwendige Versorgungsspannung zu liefern. Um in diesen Fällen eine unkontrollierte Betätigung des anzusteuernden Stellgliedes zu vermeiden, was beispielsweise im Fall der Einspritzendstufe zu einem Vollaufen der Zylinder mit Kraftstoff führen könnte, sind Spannungswächter vorgeschlagen worden, die ein Abfallen der stabilisierten Spannung detektieren.As a rule, these electronic components work very reliably and reliably. However, especially when using internal combustion engines of this type in motor vehicles, the problem of reliable voltage supply to the electronic components arises. In contrast to laboratory conditions, the supply voltage, namely the battery voltage, may fluctuate considerably under certain circumstances. In order to eliminate the influence of these battery voltage fluctuations, z. B. developed a variety of stabilization circuits. In the event of very sharp drops in the battery voltage, such as occur, for example, during the starting process of the internal combustion engine, in particular at low outside temperatures, these stabilizing circuits are also no longer able to supply the supply voltage required for the electronic components. In order to avoid uncontrolled actuation of the actuator to be controlled in these cases, which could lead to the cylinders filling up with fuel, for example in the case of the injection output stage, voltage monitors have been proposed which detect a drop in the stabilized voltage.

Bekannt ist aus der DE-C-30 35 896 eine "Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen bei Störungen der Stromversorgung». Dabei geht es darum, Spannungseinbrüche zu erkennen und Impulse auszulösen, mit denen ein Rechner in einen definierten Zustand gebracht werden kann. Dazu wird in dieser DE-C-30 35 896 eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, mit der ein Absinken der Spannung erkannt wird und abhängig davon die Arbeitsweise des Rechners steuerbar ist.Known from DE-C-30 35 896 is a "circuit arrangement for generating pulses in the event of power supply faults." The aim is to detect voltage drops and trigger pulses with which a computer can be brought into a defined state in this DE-C-30 35 896 proposed a circuit arrangement with which a drop in the voltage is detected and depending on it the operation of the computer can be controlled.

Die nicht vorveröffentlichte EP-A-101 850 offenbart eine « Sicherheits-Notlaufeinrichtung für den Leerlaufbetrieb von Kraftfahrzeugen ". Auch dort findet eine Überwachung der Betriebsspannung statt. Bei einem Spannungseinbruch wird die Endstufe abgeschaltet und gleichzeitig für einen Hardware-Reset für den Rechner gesorgt (Seite 13, Ende des ersten Absatzes).The unpublished EP-A-101 850 discloses a “safety emergency running device for the idle operation of motor vehicles ” . The operating voltage is also monitored there. If the voltage drops, the output stage is switched off and at the same time a hardware reset for the computer is provided ( Page 13, end of the first paragraph).

Wird diese Lösung im Zusammenhang mit einer Einspritzendstufe bei einer Brennkraftmaschine angewandt, dann resultiert aus dem einmal ausgelösten Reset, daß für eine erhebliche Zeitdauer (ca. 100 Millisekunden) keine Einspritzung möglich ist. Dies unabhängig davon, für welchen Zeitraum die stabilisierte Spannung die vorgegebene Schwelle des Spannungswächters unterschreitet.If this solution is used in connection with an injection output stage in an internal combustion engine, the result of the reset, once triggered, is that no injection is possible for a considerable period of time (approx. 100 milliseconds). This is irrespective of the period for which the stabilized voltage falls below the predetermined threshold of the voltage monitor.

Im allgemeinen arbeitet der Mikrocomputer jedoch auch noch bei wesentlich kleineren unterhalb der Schwellwertspannung des Spannungswächters liegenden Spannungen.In general, however, the microcomputer also works at much lower voltages below the threshold voltage of the voltage monitor.

Nachteilig bei den bekannten Schaltungsanordnungen ist, daß der Mikrocomputer während einer Vielzahl von Spannungseinbrüchen der stabilisierten Versorgungsspannung neu gestartet wird (Reset), obwohl er an und für sich noch funktionsfähig wäre. Damit ist 'das zu betätigende Stellglied häufig unnötig lange blockiert. Für den Fall einer Einspritzendstufe bedeutet dies, daß kein Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt werden kann.A disadvantage of the known circuit arrangements is that the microcomputer is restarted during a large number of voltage drops in the stabilized supply voltage (reset), although it would still be functional in and of itself. So that operated actuator is' often blocked unnecessarily long. In the case of an injection output stage, this means that no fuel can be injected into the cylinders.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mit der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung einer durch einen Mikrocomputer gesteuerten oder geregelten Stellgliedendstufe in einer Brennkraftmaschine wird erreicht, daß das von dem Mikrocomputer angesteuerte Stellglied bei Einbrüchen der Versorgungsspannung nicht unnötig blockiert wird. Die Funktion des Mikrocomputers bleibt solange wie möglich aufrechterhalten. Es ist dabei aber auch sichergestellt, daß das Stellglied bei jedem Computerausfall, also auch bei Ausfällen, die nicht durch einen 'Spannungseinbruch bedingt sind, in eine definierte Position gebracht bzw. gesperrt wird.With the safety device according to the invention of an actuator output stage controlled or regulated by a microcomputer in an internal combustion engine, it is achieved that the actuator actuated by the microcomputer is not unnecessarily blocked when the supply voltage drops. The function of the microcomputer is maintained as long as possible. However, it is also ensured that the actuator is brought into a defined position or blocked in the event of a computer failure, including failures that are not caused by a voltage drop.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich insbesondere bei kurzen Versorgungsspannungseinbrüchen, beispielsweise während der Startphase. Dann ist sichergestellt, daß während dieser Zeit durch einen Ausfall peripheren Mikrocomputerkomponenten kein Vollaufen der Zylinder der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff erfolgt.Another advantage of the invention results in particular in the case of short supply voltage drops, for example during the starting phase. It is then ensured that the cylinder of the internal combustion engine does not fill up with fuel during this time due to a failure of peripheral microcomputer components.

Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, daß die Einspritzzeit im wesentlichen in das Maximum der schwankenden Batteriespannung fällt und somit kurzzeitige Verriegelungen der Einspritzendstufe keinen Einfluß auf die Einspritzung haben.Another advantage lies in the fact that the injection time essentially falls within the maximum of the fluctuating battery voltage, and thus short-term locking of the injection output stage has no influence on the injection.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.Further advantages of the invention result from the following description of the drawing.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1a den Verlauf von Batteriespannung und stabilisierter Spannung, die Reset-Dauer des Mikrocomputers sowie die Zeitdauer der Funktionsfähigkeit des betreffenden Stellgliedes für Einrichtungen, wie sie zum Stand der Technik gehören. Figur 1 zeigt den entsprechenden Signalverlauf der erfindungsgemäßen Einrichtung und Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung.An embodiment of the invention is in shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1a shows the profile of battery voltage and stabilized voltage, the reset duration of the microcomputer and the period of the functionality of the relevant actuator for devices as they belong to the prior art. Figure 1 shows the corresponding signal curve of the device according to the invention and Figure 2 shows an embodiment of the device according to the invention.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In Figur 1a ist der Signalverlauf der Mikrocomputer-Reset-Dauer und der Zeitdauer der Funktionsfähigkeit der Einspritzendstufe für einen vorgegebenen Verlauf der Batteriespannung dargestellt und dient zur Erläuterung der Problematik bei bekannten Sicherheitseinrichtungen. Im ersten Diagramm der Figur 1a ist die batteriespannung mit ihren beispielsweise im Startfall auftretenden Schwankungen in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Dabei ist angenommen, daß die Stabilisierung der Versorgungsspannung UB bei den Minimalwerten der Batteriespannung nicht mehr funktioniert, so daß hier kleine Einbrüche der stabilisierten Versorgungsspannung Ustab auftreten. Unterschreiten diese Spannungseinbrüche Ustab einen Schwellwert U5, wie es in der Zeichnung in allen drei Fällen der Fall ist, so wird der Mikrocomputer mittels des Spannungswächters neu gestartet. Dieser Neustart nimmt eine gewisse, mit TR bezeichnete Zeitdauer in Anspruch, während der, wie im dritten Diagramm der Figur 1a dargestellt, das Stellglied funktionsunfähig bzw. verriegelt ist. Für etwas größere Reset-Zeitdauem TR bzw. für zeitlich raschere Batteriespannungsschwankungen kann dies dazu führen, daß das zu betätigende Stellglied ständig verriegelt ist. Im Fall der Einspritzendstufe bedeutet dies, daß kein Kraftstoff zu den Zylindern gelangt und ein Starten der Brennkraftmaschine unmöglich ist.FIG. 1a shows the signal curve of the microcomputer reset duration and the duration of the operability of the injection output stage for a predetermined curve of the battery voltage and serves to explain the problem with known safety devices. The first diagram in FIG. It is assumed that the stabilization of the supply voltage U B no longer works at the minimum values of the battery voltage, so that small drops in the stabilized supply voltage U stab occur here. If these voltage drops U stab fall below a threshold value U 5 , as is the case in the drawing in all three cases, the microcomputer is restarted by means of the voltage monitor. This restart takes a certain amount of time, denoted by T R , during which, as shown in the third diagram in FIG. 1a, the actuator is inoperative or locked. For somewhat longer reset times T R or for faster battery voltage fluctuations, this can result in the actuator to be actuated being permanently locked. In the case of the injection output stage, this means that no fuel reaches the cylinders and the internal combustion engine cannot be started.

Anhand der Figur 1b soll die entsprechende Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben werden. Im ersten Diagramm sind wiederum die zeitlichen Änderungen der Batteriespannung UB sowie der stabilisierten Versorgungsspannung UStab aufgetragen. Beim dritten Spannungseinbruch wird der Schwellwert UMin für die tatsächliche Funktionsfähigkeitsgrenze des Mikrocomputers unterschritten, so daß ein Neustart des Mikrocomputers mit der dazu notwendigen Resetzeitdauer TR eingeleitet werden muß. Hier weicht die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht vom Stand der Technik ab.The corresponding mode of operation of the device according to the invention will be described with reference to FIG. 1b. The first diagram again shows the changes over time in the battery voltage U B and in the stabilized supply voltage U Stab . At the third voltage drop, the threshold value U Min for the actual functionality limit of the microcomputer is undershot, so that a restart of the microcomputer with the reset time period T R required for this must be initiated. Here, the functioning of the device according to the invention does not deviate from the prior art.

Dagegen wird bei den ersten beiden Spannungseinbrüchen, bei denen nicht der zur Funktionsfähigkeit des Mikrocomputers notwendige Schwellwert UMin unterschritten wird, die Einspritzstufe nur für die Zeitdauer des Einbruchs der Versorgungsspannung an sich verriegelt. Im vierten Diagramm der Figur 1b, das sich aus einer ODER-Verknüpfung der Verriegelungszeitdauer im zweiten Diagramm und der Reset-Zeitdauer TR im dritten Diagramm ergibt, ist die Zeitdauer der Funktionsfähigkeit der Einspritzendstufe aufgetragen. Dadurch, daß nicht bei jedem Spannungseinbruch der stabilisierten Versorgungsspannung UStab der den internen Schwellwert Us des Spannungswächters unterschreitet, ein Neustart (Reset) des Mikrocomputers vorgenommen wird, ergibt sich eine wesentlich größere Zeitdauer der Funktionsfähigkeit der Einspritzanlage.In contrast, in the case of the first two voltage dips, in which the threshold value U min required for the functionality of the microcomputer is not undershot, the injection stage is only locked for the duration of the supply voltage dip. In the fourth diagram in FIG. 1b, which results from an OR operation of the locking period in the second diagram and the reset period TR in the third diagram, the period of the operability of the injection output stage is plotted. The fact that the microcomputer is not restarted (reset) each time the voltage of the stabilized supply voltage U rod falls below the internal threshold value U s of the voltage monitor results in a significantly greater duration of the functionality of the injection system.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung dargestellt. Mit 10 ist ein Mikrocomputer bezeichnet, dem, wie durch mehrere Pfeile angedeutet, Kenngrößen der Brennkraftmaschine wie die Drehzahl n, die Temperatur T, der Luftmengendurchsatz Q und ähnliches, sowie die stabilisierte Versorgungsspannung zugeführt werden. An einem Überwachungsausgang 12 des Mikrocomputers ist eine Überwachungsschaltung 13 angeschlossen, wobei deren Ausgang mit einem Eingang 14, dem Neustart (Reset)-Eingang des Mikrocomputers verbunden ist. Der Mikrocomputer 10 betätigt weiterhin ein Zeitglied 15, das seinerseits über einen Widerstand 17 eine Einspritzendstufe 16 betätigt. Ein Ausgang 18 der Einspritzendstufe ist über ein oder mehrere Einspritzventile 19 mit der Batteriespannung UB verbunden. An einem Verbindungspunkt 20 zwischen dem Widerstand 17 und der Einspritzendstufe 16 führen zum einen eine Leitung 21 aus der Überwachungsschaltung 13 sowie eine Leitung 22 aus einer Spannungsstabilisierungsschaltung 23, wobei in jede dieser beiden Leitungen 21 und 22 eine Diode 24 bzw. 25 geschaltet ist.FIG. 2 shows an embodiment of the safety device according to the invention. 10 denotes a microcomputer, to which, as indicated by several arrows, parameters of the internal combustion engine, such as the speed n, the temperature T, the air flow rate Q and the like, and the stabilized supply voltage are supplied. A monitoring circuit 13 is connected to a monitoring output 12 of the microcomputer, the output of which is connected to an input 14, the restart (reset) input of the microcomputer. The microcomputer 10 also actuates a timing element 15, which in turn actuates an injection output stage 16 via a resistor 17. An output 18 of the injection output stage is connected to the battery voltage U B via one or more injection valves 19. At a connection point 20 between the resistor 17 and the injection output stage 16, a line 21 leads from the monitoring circuit 13 and a line 22 from a voltage stabilization circuit 23, a diode 24 and 25 being connected in each of these two lines 21 and 22.

Jede der Komponenten Zeitglied 15, Überwachungsschaltung 13, Einspritzendstufe 16 ist mit der stabilisierten Spannungsversorgung Utb, die als Ausgangsgröße der Spannungsstabilisierungsschaltung 23 auftritt, verbunden.Each of the components timing element 15, monitoring circuit 13, injection output stage 16 is connected to the stabilized voltage supply U tb , which occurs as an output variable of the voltage stabilization circuit 23.

Die prinzipielle Funktionsweise der Einrichtung soll zunächst ohne nähere Erläuterung des « Innenlebens der einzelnen Komponenten 13, 16, 23 erklärt werden. Liegt die stabilisierte Versorgungsspannung konstant vor, d. h., daß es sich um einen störungsfreien Betrieb der Einrichtung handelt, so nimmt das Potential an den Leitungen 22 sowie 21 Werte in der Nähe von 0 an. Da die Ausgangssignale des Zeitgliedes 15 Amplituden zwischen Massepotential und der stabilisierten Versorgungsspannung annehmend, sind die Dioden 24 und 25 für den Nichtstörfall gesperrt, so daß das oder die Einspritzventile 19 entsprechend betätigt werden können.The basic mode of operation of the device will first be explained without further explanation of the “interior of the individual components 13, 16, 23. Is the stabilized supply voltage constant, i.e. that is, the device is in trouble-free operation, the potential on lines 22 and 21 assumes values close to 0. Since the output signals of the timing element 15 assume amplitudes between ground potential and the stabilized supply voltage, the diodes 24 and 25 are blocked for non-accidents, so that the injection valve or valves 19 can be actuated accordingly.

Liegt dagegen ein Absinken der stabilisierten Versorgungsspannung unter ihrem Sollwert vor, nimmt das Potential an der Leitung 22 positive Werte an. Die Diode 25 wird für die Dauer des Absinkens der stabilisierten Versorgungsspannung unterhalb des Sollwerts in den leitenden Zustand versetzt, wodurch die Einspritzendstufe verriegelt, d. h. die Kraftstoffzumessung auf den Wert 0 reduziert wird. Direkt nach dem Wiederansteigen der stabilisierten Versorgungsspannung auf ihren Sollwert fällt das Potential an Leitung 22 wieder auf niedrige Werte ab und die Diode 25 sperrt. Diese Maßnahme dient dazu, daß das Zeitglied 15 durch ein Absinken der Spannung Ustab eine unzulässige bzw. fehlerhafte Einspritzzeit ausgibt.On the other hand, if the stabilized supply voltage drops below its setpoint, the potential on line 22 assumes positive values. The diode 25 is switched to the conductive state for the duration of the stabilized supply voltage falling below the setpoint, whereby the injection output stage is locked, ie the fuel metering is reduced to the value 0. Immediately after the stabilized supply voltage rises again the potential on line 22 drops back to its low value and the diode 25 blocks. This measure serves that the timer 15 outputs an impermissible or incorrect injection time by a drop in the voltage Usta b .

Im Gegensatz hierzu liegt an der Leitung 21 nur dann hohes Potential, wenn über den Uberwachungsausgang 12 des Mikrocomputers 10 von der Überwachungsschaltung 13 eine Funktionsunfähigkeit des Mikrocomputers erkannt wurde. Falls dies der Fall war, bleibt die Diode 24 auch nach einem Wiedererreichen des Sollwerts der stabilisierten Versorgungsspannung mindestens für die Zeitdauer TR der Reset-Zeitdauer des Mikrocomputers, leitend.In contrast to this, line 21 is only at high potential if the monitoring circuit 13 has identified a malfunction of the microcomputer via the monitoring output 12 of the microcomputer 10. If this was the case, the diode 24 remains conductive even after the setpoint value of the stabilized supply voltage has been reached again for at least the time period T R of the reset time period of the microcomputer.

Auf diese Art und Weise wird die Einspritzendstufe 16 nicht durch unnötige Reset-Vorgänge des Mikrocomputers 10 blockiert.In this way, the injection output stage 16 is not blocked by unnecessary reset operations of the microcomputer 10.

Die Überwachungsschaltung 13 ist im einzelnen folgendermaßen aufgebaut : Der Überwachungsausgang 12 des Mikrocomputers 10 führt über einen Hochpaß bestehend aus dem Kondensator 27 und dem Widerstand 28 an die Basis eines Transistors 29, dessen Emitter mit Massepotential verbunden ist. Der Kollektor ist über einen Widerstand 30 und einen Kondensator 31 mit der stabilisierten Versorgungsspannung verbunden. Der invertierende Eingang eines Operationsverstärkers 32 steht mit dem Verbindungspunkt zwischen Kapazität 31 und Widerstand 30 in Verbindung. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 32 wird mit dem Ausgangssignal eines Spannungsteilers bestehend aus den Widerständen 33 und 34, die zwischen Massepotential und die stabilisierte Versorgungsspannung geschaltet sind, beaufschlagt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 32 ist über einen weiteren, gegen Masse geschalteten Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 35 und 36 mit der Basis eines Transistors verbunden. Der Emitter dieses Transistors 37 liegt auf Massepotential während der Kollektor einerseits über einen Widerstand 38 an die stabilisierte Versorgungsspannung angeschlossen ist und andererseits über die schon erwähnte Leitung 21 mit der Diode 24 verbunden ist. Weiterhin führt der Signalweg vom Emitter des Transistors 37 über einen Widerstand 39 an die Basis eines Transistors 40, dessen Emitter auf Massepotential liegt. Der Kollektor dieses Transistors 40 liegt über einen Widerstand 41 an der stabilisierten Versorgungsspannung, über einen Widerstand 42 am invertierenden und über einen Widerstand 43 am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 32 sowie über. eine Leitung 44 am Eingang 14 des Mikrocomputers.The monitoring circuit 13 is constructed in detail as follows: The monitoring output 12 of the microcomputer 10 leads via a high-pass filter consisting of the capacitor 27 and the resistor 28 to the base of a transistor 29, the emitter of which is connected to ground potential. The collector is connected to the stabilized supply voltage via a resistor 30 and a capacitor 31. The inverting input of an operational amplifier 32 is connected to the connection point between capacitance 31 and resistor 30. The non-inverting input of operational amplifier 32 is acted upon by the output signal of a voltage divider consisting of resistors 33 and 34, which are connected between ground potential and the stabilized supply voltage. The output of the operational amplifier 32 is connected to the base of a transistor via a further voltage divider connected to ground consisting of the resistors 35 and 36. The emitter of this transistor 37 is at ground potential while the collector is connected on the one hand to the stabilized supply voltage via a resistor 38 and on the other hand is connected to the diode 24 via the already mentioned line 21. Furthermore, the signal path leads from the emitter of transistor 37 via a resistor 39 to the base of a transistor 40, the emitter of which is at ground potential. The collector of this transistor 40 is connected via a resistor 41 to the stabilized supply voltage, via a resistor 42 at the inverting input and via a resistor 43 at the non-inverting input of the operational amplifier 32, as well as via. a line 44 at the input 14 of the microcomputer.

Die an sich bekannte Stabilisierungsschaltung 23 besteht aus einer Brücke deren beide Brückenzweige mit einem Widerstand 46 und 47 bzw. dem Widerstand 48 und der Zenerdiode 49 zwischen den Kollektor eines Transistors 50 und Massepotential geschaltet sind. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 46 und 47 ist an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 51, der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 48 und der Zenerdiode 49 an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 51 angeschlossen. Vom Ausgang des Operationsverstärkers 51 führt zum einen die Leitung 22 zur Diode 25 sowie ein weiterer Signalweg über den Widerstand 52 zur Basis eines Transistors 53, dessen Emitter mit Massepotential belegt ist. Der Kollektor dieses Transistors 53 ist über einen Widerstand 54 mit der Basis des Transistors 50, dessen Emitter auf dem Potential der Batteriespannung liegt, verbunden. Die stabilisierte Versorgungsspannung wird am Kollektor des Transistors 50 abgenommen.The stabilization circuit 23, which is known per se, consists of a bridge, the two bridge branches of which are connected with a resistor 46 and 47 or the resistor 48 and the Zener diode 49 between the collector of a transistor 50 and ground potential. The connection point between the resistors 46 and 47 is connected to the inverting input of an operational amplifier 51, the connection point between the resistor 48 and the zener diode 49 to the non-inverting input of the operational amplifier 51. From the output of the operational amplifier 51 leads on the one hand the line 22 to the diode 25 and a further signal path via the resistor 52 to the base of a transistor 53, the emitter of which is connected to ground potential. The collector of this transistor 53 is connected via a resistor 54 to the base of transistor 50, the emitter of which is at the potential of the battery voltage. The stabilized supply voltage is taken from the collector of transistor 50.

Die an sich bekannte Einspritzendstufe 16 besteht aus zwei Transistoren 56 und 57, wobei der Emitter des Transistors 56 an die stabilisierte Spannungsversorgung angeschlossen und der Kollektor mit der Basis des Transistors 57, dessen Emitter auf Massepotential liegt, verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 57 ist über den Ausgang 18 und das oder die Einspritzventile 19 mit der Batteriespannung verbunden. Angesteuert wird die Einspritzendstufe 16 von den Signalen des Verbindungspunktes 20 über eine Diode 58, die an der Basis des Transistors 56 liegt. Die Basis des Transistors 56 ist weiterhin über einen Widerstand 59 mit der stabilisierten Spannung verbunden.The known injection output stage 16 consists of two transistors 56 and 57, the emitter of transistor 56 being connected to the stabilized voltage supply and the collector being connected to the base of transistor 57, the emitter of which is at ground potential. The collector of the transistor 57 is connected to the battery voltage via the output 18 and the one or more injection valves 19. The injection output stage 16 is driven by the signals of the connection point 20 via a diode 58 which is located at the base of the transistor 56. The base of transistor 56 is also connected to the stabilized voltage via a resistor 59.

Die Funktionsweise der Einspritzendstufe 16 ist bekannt und soll im weiteren nicht näher erläutert werden.The mode of operation of the injection output stage 16 is known and will not be explained in more detail below.

Der Operationsverstärker 51 in der Spannungsstabilisierungsschaltung 23 wirkt in der Weise, daß der Transistor 50 als Längstransistor je nach dem momentanen Wert der Batteriespannung mehr oder weniger aufgesteuert wird, um das Gleichgewicht der Brücke am Eingang des Operationsverstärkers 51 aufrecht zu erhalten. Sinkt die Batteriespannung auf derart niedrige Werte ab, daß die stabilisierte Spannung nicht mehr aufrecht erhalten werden kann, so läuft der Ausgang des Operationsverstärkers 51 an seinem oberen Anschlag und bewirkt über ein Leitendwerden der Diode 25 eine Blockierung der Einspritzendstufe 16.The operational amplifier 51 in the voltage stabilization circuit 23 acts in such a way that the transistor 50 as a series transistor is turned on more or less depending on the current value of the battery voltage in order to maintain the balance of the bridge at the input of the operational amplifier 51. If the battery voltage drops to such low values that the stabilized voltage can no longer be maintained, the output of the operational amplifier 51 runs at its upper stop and causes the injection output stage 16 to block when the diode 25 becomes conductive.

Die Überwachungsschaltung 13 wird vom Überwachungseingang 12 des Mikrocomputers angesteuert, und zwar in der Weise, daß im Falle einer funktionsfähigen Einheit der Transistor 29 ständig auf und zu gesteuert wird. Bei geöffnetem Transistor 29 wird die Kapazität 31 über den Widerstand 30 aufgeladen. Entladen kann sich der Kondensator 31 über den Widerstand 42 und den Widerstand 41, falls sich der Transistor 40 im Sperrzustand befindet. Die Dimensionierung der Komponenten Widerstand 30, Kapazität 31, Widerstand 42 und Widerstand 41 ist in der Weise festgelegt, daß das Potential am invertierenden Eigang für den funktionstüchtigen Mikrocomputer 10 immer unter dem Potential am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 32 liegt. Fällt die stabilisierte Versorgungsspannung auf Werte, bei denen der Mikrocomputer 10 nicht mehr funktionsfähig ist, so liegt am Überwachungsausgang 12 ein Gleichspannungspotential an und der Transistor 29 wird in seinen Sperrzustand überführt. Der Kondensator 31 entlädt sich bis die Spannung am invertierenden Eingang diejenige am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 32 übersteigt. Dieser schaltet und der Transistor 37 sperrt. Dementsprechend wird die Leitung 21 auf hohes Potential gelegt und die Einspritzendstufe 16 blockiert. Über den jetzt leitenden Transistor 40 und den Widerstand 42 wird der Kondensator 31 wieder geladen bis der Operationsverstärker 32 seine Ausgangsgröße ändert. Die Zeitdauer bis zum erneuten Kippen wird entsprechend der Reset-Dauer TR gewählt.The monitoring circuit 13 is driven by the monitoring input 12 of the microcomputer, in such a way that in the case of a functional unit, the transistor 29 is constantly opened and closed. When transistor 29 is open, capacitance 31 is charged via resistor 30. The capacitor 31 can discharge via the resistor 42 and the resistor 41 if the transistor 40 is in the blocking state. The dimensions of the components resistor 30, capacitor 31, resistor 42 and resistor 41 are defined in such a way that the potential at the inverting input for the functional microcomputer 10 is always below the potential at the non-inverting input of the operational amplifier 32. If the stabilized supply voltage falls to values at which the microcomputer 10 is no longer functional, then it is at the monitoring output 12 to a DC voltage potential and the transistor 29 is brought into its blocking state. The capacitor 31 discharges until the voltage at the inverting input exceeds that at the non-inverting input of the operational amplifier 32. This switches and the transistor 37 blocks. Accordingly, line 21 is placed at high potential and injection end stage 16 is blocked. The capacitor 31 is charged again via the now conductive transistor 40 and the resistor 42 until the operational amplifier 32 changes its output variable. The period of time until it flips again is selected according to the reset duration TR.

Durch die Überwachungsschaltung 13 ist somit gewährleistet, daß die Einspritzendstufe tatsächlich nur nach dem Auftreten einer Funktionsunfähigkeit des Mikrocomputers 10 über die Dauer TR eines Reset-Vorganges blockiert wird. Für Einbrüche der stabilisierten Spannungsversorgung, die nicht zu einer Funktionsunfähigkeit des Mikrocomputers 10 führen, wird die Einspritzendstufe 16 lediglich für die Zeitdauer dieser Einbrüche über Leitung 22 gesperrt, um Störungen in der Ausgabe dere Einspritzzeit des Zeitgliedes 15 zu vermeiden.The monitoring circuit 13 thus ensures that the injection output stage is actually blocked only after the malfunction of the microcomputer 10 over the duration T R of a reset process. For drops in the stabilized voltage supply which do not lead to the microcomputer 10 not functioning properly, the injection output stage 16 is only blocked for the duration of these drops in line 22 in order to avoid faults in the output of the injection time of the timing element 15.

Wie aus dem vierten Diagramm der Figur 1 b ersichtlich ist, fallen hierdurch die Zeitintervalle während denen die Einspritzendstufe funktionsfähig ist, immer in die Maxima der Batteriespannung, so daß die kurzzeitige Verriegelung der Einspritzendstufen keinen Einfluß auf die Einspritzung ausübt.As can be seen from the fourth diagram in FIG. 1 b, the time intervals during which the injection output stage is functional always fall within the maxima of the battery voltage, so that the brief locking of the injection output stages has no influence on the injection.

Es soll betont werden, daß die spezielle Ansteuerung der Einspritzendstufen über das Zeitglied 15 und den Mikrocomputer 10 den Grundgedanken der Erfindung nicht einschränkt. Es ist ebenso gut möglich, daß z. B. das Zeitglied 15 im Mikrocomputer integriert ist oder daß die Einspritzendstufe 16 über digitale Werte und einen Digital-Analogwandler angesteuert wird.It should be emphasized that the special control of the injection output stages via the timing element 15 and the microcomputer 10 does not limit the basic idea of the invention. It is equally possible that e.g. B. the timer 15 is integrated in the microcomputer or that the injection output stage 16 is controlled via digital values and a digital-to-analog converter.

Claims (1)

  1. Safety device of a microcomputer (10)-controlled actuator output stage (16) in an internal combustion engine, particularly of at least one injection output stage, comprising a device (23) for supplying the microcomputer and peripheral circuits with voltage and a monitoring device for monitoring dips in the supply voltage, the monitoring device containing a microcomputer-controlled device (13) which locks out the actuator output stage (16) for a predetermined period (TR) after the supply voltage drops below a first threshold value (Umin) to values which lead to an inoperability of the microcomputer, and supplies a reset signal to the reset input (14) of the microcomputer, the monitoring device containing a further device (46, 47, 48, 49, 51, 25) which, after the supply voltage drops below a second threshold value (Ustab), which is greater than the first threshold value (Umin), locks out the actuator output stage for the period of this drop.
EP84112555A 1983-11-26 1984-10-18 Safety device for an electronically, microcomputer-controlled combustion engine Expired EP0143313B1 (en)

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