EP0936354A2 - Elektronische Regeleinrichtung - Google Patents

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EP0936354A2
EP0936354A2 EP99102220A EP99102220A EP0936354A2 EP 0936354 A2 EP0936354 A2 EP 0936354A2 EP 99102220 A EP99102220 A EP 99102220A EP 99102220 A EP99102220 A EP 99102220A EP 0936354 A2 EP0936354 A2 EP 0936354A2
Authority
EP
European Patent Office
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engine
speed
control
control device
control rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP99102220A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0936354A3 (de
Inventor
Taghi Akbarian
Manfred Glöckner
Walter Burow
Heinz H. Müller
Harry Klinck
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.)
Deutz AG
Original Assignee
Deutz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutz AG filed Critical Deutz AG
Publication of EP0936354A2 publication Critical patent/EP0936354A2/de
Publication of EP0936354A3 publication Critical patent/EP0936354A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type

Definitions

  • the invention relates to an electronic control device for single or multi-cylinder, self-igniting reciprocating internal combustion engines / Engines, the respective combustion chamber using a Injector and an injection pump fuel can be fed, according to the preamble of claim 1.
  • An electronic control device for self-igniting reciprocating internal combustion engines is in the book "Diesel Injection Technology" from Bosch, VDI-Verlag, June 1993, described on pages 134 to 139.
  • This control device is for the use of a diesel engine in one Commercial vehicle parked and does not have the desired variety on.
  • control device can be used for all applications.
  • the variety of variants is achieved through the modular concept and the variation of the inputs and outputs. After determining the engine-side and application-side devices, the control unit is software-adjusted to these conditions and programmed accordingly.
  • the control unit shows how to adapt to the different fields of application various types of speed control according to the invention, e.g. All-speed control, fixed-speed control, min / max control etc. known in part from mechanical speed controllers are. It is possible to choose between the different Switching speed control types, so that for example the engine in an agricultural machine or a tractor for road travel has a different type of control than when operating the Agricultural machine or tractor in the field, e.g. to drive the agricultural machine or additional equipment via the PTO the tractor arrives at constant speed. This switchover can also automatically, e.g. via the encoders on the application side or control systems. There is also a permanent attitude at Commissioning of the engine after its manufacture or later by a computer, e.g.
  • a laptop over data interfaces of the control unit possible. Furthermore, this switch can manually via the control elements connected to the control unit. It should be noted that the adjustment / switching of the control unit via the data interfaces, the controls or automatically via encoders or control systems also with regard to the other adjustment and correction options described below can be used.
  • CAN interface Controller Area Network
  • the engine speed is continuously monitored and compared with the maximum permissible speed.
  • a second speed controller can be connected to the control unit.
  • the fuel quantity or control rod position is determined via the control rod displacement sensor and compared with the target fuel quantity or target control rod position. From this data, it is then calculated whether the engine is in overrun mode, for example by virtue of the fact that the thrust torque of the vehicle is greater than the braking torque of the engine when driving downhill. If the control unit determines that the operation is overrun, the control rod is switched to zero flow via the actuator on the control rod at overspeed, if necessary an engine brake is still activated and a warning signal to the driver of the vehicle, e.g.
  • a message is stored in a monitoring memory, which records the operating states of the engine. Since an overspeed of the engine in overrun is permitted within certain limits, a regulator injection quantity is released again when the engine is in the permissible speed range. If it is determined, both in overrun mode and at other overspeeds, that the control rod cannot be adjusted to a zero delivery rate via the actuator, then a further shutdown mechanism, for example a lifting magnet, can be activated or deactivated, whereby by this or by a spring force the Control rod is moved to a zero conveying position.
  • a further shutdown mechanism for example a lifting magnet, can be activated or deactivated, whereby by this or by a spring force the Control rod is moved to a zero conveying position.
  • a relatively flat torque curve can thus be realized or there may be a high torque increase between rated speed and speed at maximum torque can be set and the same.
  • the motor can operate, for example via an operating element, can be switched. Switching can also be automatic depending on the engine or application side encoders or control systems respectively.
  • the proportional degree of the controller also called the P degree, as desired.
  • the P degree defines the increase in engine speed at zero load versus full load for a given speed according to the following equation:
  • the electronic control device for a P degree that is at zero lies is designed, it is due to a special design possible to implement a wide range of P-degree variants.
  • the load state of the engine current torque or control rod position and speed
  • the Target speed according to the calculated speed deviation corrected and the electronic control device with the corrected Speed setpoint activated.
  • the uncorrected target speed can it be a, e.g. B. by the operator, arbitrarily changed setpoint or by the same setpoint speed act that is exposed to load changes.
  • the P degree the mechanical controllers change over the speed of the motor, can be kept constant over the entire speed range. It a variable speed P-degree can also be displayed and a certain P-degree curve can be carried out over the speed.
  • the electronic control device advantageously makes it possible to carry out a number of safety measures, for example in order to keep the engine operational if the control rod displacement sensor or the charge air pressure sensor or sensors and devices on the application side fail.
  • the curve of the current flow to the actuator of the control rod and the curve of the charge air pressure of the engine can be determined and used as a substitute variable of the control rod displacement sensor.
  • the atmospheric pressure and / or the engine coolant temperature can be used as substitute or additional auxiliary control variables.
  • the signal of the charge air pressure sensor can, according to the invention, if this fails or does not exist even with a charged engine is to be replaced by the fact that the control rod path the engine is stored as a naturally aspirated engine over the speed and that the fuel injection quantity or the control rod path that the Corresponds to naturally aspirated engine injection quantities when load is applied and / or Speed change is released immediately while going beyond Fuel injection quantity, that of the additional injection quantity of the charged engine, according to a speed-dependent Time function is released.
  • the speed-dependent time function corresponds to the turning up of the charger, especially turbocharger, and charging the engine by providing a higher one Air volume.
  • the speed-dependent time function can be controlled by different Parameters, in particular speed-dependent parameters, vary be so that the fuel injection quantity of the naturally aspirated engine In addition, fuel quantity increases result in different Have slopes and e.g. vary depending on the speed. If the motor is in the charging area, then when the load is switched on or speed change not just the control rod travel according to naturally aspirated engine quantity, but a larger one, that of Corresponds to the amount of the charging area, released immediately.
  • the engine side is activated when the engine is started Sensors, encoders etc. used and the encoders on the insert side supervised.
  • the limits of monitoring or the response limits can be varied as required. Monitoring the operational side Information is carried out continuously, so that at Failure of the operational information an emergency operation program carried out can be so that e.g. drive the tractor to the workshop can.
  • the electronic control device can also be a Release temperature and time-dependent additional performance if this is the Engine design in the relevant application.
  • the release the additional power depends on the engine operating temperature, where the amount and / or the duration of the additional power from the operating temperature can be dependent.
  • the release of the additional service can continue from the previous engine operating mode, i.e. from the burden the engine or the charge air pressure or charge air temperature, the atmospheric pressure and the outside temperature or from the Exhaust gas temperature and the number of engine operating hours consider.
  • the release of the additional service may continue depending on the duration and amount Engine speed are released.
  • FIGS. 1 to 4 To further explain the invention, reference is made to FIGS. 1 to 4 referred.
  • the electronic Control device 1 generally designates an electronic control device, the at least one control unit 2, inputs 3 and outputs 4 has.
  • Inputs 3 can be equipped with sensors on the motor side and / or sensors 5 as well as sensors and / or control elements on the application side 6 are connected, the outputs 4 with motor-side actuators 7 and application-side displays and / or Actuators 8 are connectable.
  • the electronic Control device 1 at least one diagnostic / programming interface 9 for querying and / or entering data information and the like and at least one data / CAN interface 10 on, these for connecting the deployment systems with Control units is used.
  • Engine-side sensors or sensors are in particular a control rod displacement sensor, speed sensor, temperature sensor or charge air pressure sensor, oil pressure sensor or a second speed sensor.
  • Actuators on the engine side are in particular the control rod actuator (actuator) and possibly a shutdown mechanism, e.g. B. a solenoid.
  • the sensors on the application side are in particular the accelerator pedal and / or a hand throttle, the start / stop key switch or an operating element for changing engine functions.
  • Indicators and / or actuators on the application are in particular torque / speed indicators and warning indicators or error lamps. It is essential that the control unit 2 of the electronic control device 1 can be used for various engines and for various fields of application, such as vehicle-side use, use in construction machines, in units and with and without interfaces on the application side.
  • Both analog, digital and pulse width modulated signals can be used. First the number and the assignment and the signal type of the inputs and outputs are configured and then the control unit is programmed according to the inputs and outputs. This results in different variants of the functions and the pin assignments of the connectors.
  • controller parameters of the respective control device can be continuously adjusted and adjusted as a function of engine operating variables and operating state variables during engine operation.
  • FIG. 2 11 denoting the motor, 12 the regulating rod actuator and 13 the regulating device.
  • the arrow emerging from the engine to the right indicates the actual speed n, the free arrow leading to the control device 13, designated n 0 , indicating the target speed.
  • the instantaneous actual speed of the engine is also made available as a signal via line 14.
  • the control parameters are symbolized by 15, and the actual speed is also supplied as a signal via line 14a.
  • the operating parameters such as speed, load, temperature, etc.
  • the control device 13 is continuously adapted, as indicated by the arrow 18, to the respective circumstances by means of the control parameters, the control parameters in turn being changed by the engine operating variables and the operating states.
  • the electronic control device 1 via the data / CAN interface 10 with operational side Control systems.
  • This interface Exchange of measured values and data with use-side (device-side) Control units possible.
  • encoders or Controls 6, which are connected to the inputs 3 in FIG are omitted because, for example, the operator has the Accelerator pedal does not control the engine but the accelerator pedal on the transmission control or the hydraulic control of the operational side Control unit is connected and the control unit on the insert side forwards corresponding signals to the electronic control device.
  • 1 denotes the electronic control device via the CAN interface 10 and an interface cable labeled 19 connected to the control units 20 and 21 on the insert side is.

Abstract

Elektronische Regeleinrichtung für ein- oder mehrzylindrige, selbstzündende Hubkolbenbrennkraftmaschinen / Motoren, wobei dem jeweiligen Brennraum mittels eines Einspritzventils und einer Einspritzpumpe Kraftstoff zuführbar ist, wobei die Einspritzpumpe eine Regelstange aufweist, durch deren Verstellung die Kraftstoffeinspritzmenge veränderbar ist, wobei weiter an der Regelstange ein Stellglied (Aktuator) angreift, das von einem Steuergerät beherrscht wird und wobei das Steuergerät mit motorseitigen Sensoren, Gebern und/oder weiteren Stellgliedern und, wenn und soweit vorgesehen, mit einsatzseitigen, z.B. fahrzeugseitigen Gebern und/oder Anzeigen und/oder Bedienelementen und/oder Stellgliedern über Ein- und Ausgänge in Wirkverbindung steht. Die Darstellung eines modularen Konzepts mit großer Variationsvielfalt soll durch die Anzahl und/oder die Belegung und/oder die Signalart der Ein- und/oder Ausgänge veränderbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Regeleinrichtung für ein- oder mehrzylindrige, selbstzündende Hubkolbenbrennkraftmaschinen / Motoren, wobei dem jeweiligen Brennraum mittels eines Einspritzventils und einer Einspritzpumpe Kraftstoff zuführbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine elektronische Regeleinrichtung für selbstzündende Hubkolbenbrennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in dem Buch "Diesel-Einspritztechnik" der Firma Bosch, VDI-Verlag, Juni 1993, auf den Seiten 134 bis 139 beschrieben. Diese Regeleinrichtung ist allerdings für die Verwendung eines Dieselmotors in einem Nutzfahrzeug abgestellt und weist nicht die gewünschte Variationsvielfalt auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektronische Regeleinrichtung zu schaffen, die sowohl für verschiedene Motoren und verschiedene Einspritzsysteme als auch für unterschiedliche Einsatzfelder des Motors, wie Baumaschinen, Kompressoren, Aggregate, Landmaschinen und Traktoren und Flur-/Förderfahrzeuge geeignet ist. Daraus folgt, daß die elektronische Regeleinrichtung mit und ohne einsatzseitige Geber usw. betrieben werden soll. Weiterhin soll die Regelcharakteristik verschiedenen Einsatzfeldern angepaßt werden können. Darüberhinaus sind zusätzliche Sicherheits- und Ausfallschaltungen oder Verfahren für die verschiedenartigen Einsätze in Verbindung mit zum Teil sehr rauhem Betrieb erwünscht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 4, 8, 13, 18, 22, 23 und 24 gelöst.
Dadurch, daß die Anzahl und/oder die Belegung und/oder die Signalart der Aus- und Eingänge veränderbar sind, kann ein Steuergerät für alle Anwendungsfälle verwendet werden. Die Variantenvielfalt wird durch das modulare Konzept und die Variation der Ein- und Ausgänge erreicht.
Das Steuergerät wird nach Festlegung der motorseitigen und einsatzseitigen Einrichtungen diesen Gegebenheiten softwaremäßig angepaßt und entsprechend programmiert.
Zur Anpassung an die verschiedenen Einsatzfelder weist das Steuergerät erfindungsgemäß verschiedene Drehzahlregelungsarten, z.B. Alldrehzahl-Regelung, Festdrehzahl-Regelung, Min-/Max.-Regelung usw. auf, die zum Teil von mechanischen Drehzahlreglern her bekannt sind. Dabei besteht die Möglichkeit, zwischen den verschiedenen Drehzahlregelungsarten umzuschalten, so daß beispielsweise der Motor in einer Landmaschine oder einem Traktor für die Straßenfahrt eine andere Regelungsart aufweist, als beim Betrieb der Landmaschine oder des Traktors auf dem Feld, wo es z.B. zum Antrieb der Landmaschine oder von Zusatzgeräten über die Zapfwelle des Traktors auf konstante Drehzahl ankommt. Diese Umschaltung kann allerdings auch automatisch, z.B. über die einsatzseitigen Geber oder Steuersysteme erfolgen. Auch ist eine feste Einstellung bei Inbetriebnahme des Motors nach dessen Herstellung oder auch später durch einen Computer, z.B. einen Laptop, über Datenschnittstellen des Steuergeräts möglich. Weiterhin kann diese Umschaltung über am Steuergerät angeschlossene Bedienelemente manuell erfolgen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verstellung / Umschaltung des Steuergeräts über die Datenschnittstellen, die Bedienelemente oder automatisch über Geber oder Steuersysteme auch bezüglich der anderen im folgenden noch beschriebenen Stell- bzw. Korrekturmöglichkeiten zur Anwendung kommen kann. Unter dem Begriff "Steuersysteme" werden einsatzsseitige Systeme mit Steuergeräten wie Getriebesteuergerät, Hydrauliksteuergerät und dergleichen verstanden, die über eine geeignete Schnittstelle, z. B. die CAN-Schnittstelle (CAN = Controller Area Network) an die elektronische Rgeleinrichtung anschließbar sind und mit dieser kommunizieren können, wobei unter Umständen die direkte Einwirkung der Bedienungsperson auf den Motor bzw. die elektronische Motorregeleinrichtung entfällt.
Große Bedeutung kommt in Verbindung mit den verschiedenen Einsatzfeldern der Verhinderung von Überdrehzahlen zu. Zu diesem Zweck wird die Drehzahl des Motors laufend überwacht und mit der maximal zulässigen Drehzahl verglichen. Es ist auch vorgesehen, daß ein zweiter Drehzahlregler an das Steuergerät angeschlossen werden kann. Über den Regelstangenweggeber wird die Kraftstoffmenge bzw. die Regelstangenposition ermittelt und mit der Sollkraftstoffmenge bzw. Sollregelstangenposition verglichen. Aus diesen Daten wird dann errechnet, ob sich der Motor im Schubbetrieb befindet, z.B., dadurch daß bei Talfahrt das Schubmoment des Fahrzeuges größer ist als das Bremsmoment des Motors. Stellt das Steuergerät fest, daß es sich um einen Schubbetrieb handelt, so wird bei Überdrehzahl die Regelstange über das Stellglied an der Regelstange auf die Fördermenge Null geschaltet, ggf. weiterhin eine Motorbremse aktiviert und an den Fahrer des Fahrzeuges ein Warnsignal, z.B. durch Aufleuchten einer Warnlampe, gegeben. Zusätzlich wird in einem Überwachungsspeicher eine Meldung abgelegt, die die Betriebszustände des Motors festhält. Da in gewissen Grenzen eine Überdrehzahl des Motors im Schubbetrieb zulässig ist, wird eine Reglereinspritzmenge dann wieder freigegeben, wenn der Motor sich in dem zulässigen Drehzahlbereich befindet. Wird festgestellt, sowohl beim Schubbetrieb als auch bei sonstigen Überdrehzahlen, daß die Regelstange über das Stellglied nicht auf eine Null-Fördermenge verstellbar ist, so kann ein weiterer Abschaltmechanismus, z.B. ein Hubmagnet aktiviert bzw. deaktiviert werden, wobei durch diesen oder durch eine Federkraft die Regelstange in eine Null-Förderposition verschoben wird.
Eine zusätzliche Sicherheit wird auch dadurch gewährleistet, daß im Stromkreis des Stellgliedes der Regelstange zwei in Reihe liegende Schaltelemente angeordnet sind, wobei das eine Schaltelement bei normaler Verstellung des Stellgliedes durch das Steuergerät benutzt wird und das zweite Schaltelement unter anderem von der Überdrehzahlschutzschaltung beherrscht wird, so daß auch dann eine Verstellung der Regelstange in eine Null-Förderstellung erfolgen kann, wenn dem Stellglied über die normale Funktion des Steuergeräts Fehlsteuersignale zugeführt würden.
Zur Anpassung des Drehmomentverhaltens des Motors an verschiedene Einsatzgebiet wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein gewünchter bzw. ein für ein bestimmtes Einsatzfeld günstiger Drehmomentverlauf innerhalb des maximal zulässigen Drehmomentverlaufs des Motors festgelegt und im Steuergerät einprogrammiert wird. Anschließend werden dann auf dem Prüfstand (die anderen Schritte könnten im Vorfeld erfolgen) einige ausgewählte Drehmomentpunkte angefahren und die Regelstangenstellungen bzw. Einspritzmengen, falls erforderlich, entsprechend korrgiert. Der ganze Drehmomenteinstell- und Korrekturvorgang kann durch Zusammenwirken der Prüfstandseinrichtung mit der elektronischen Regeleinrichtung automatisch erfolgen. Dann werden die zwischen den ausgewählten Punkten liegenden Regelstangenstellungen in Anlehnung an die Drehmomentkurve entsprechend den Korrekturen in den ausgewählten Punkten angepaßt und dieser Drehmomentverlauf gespeichert. Innerhalb des maximal zulässigen Drehmomentverlaufs des Motors können viele beliebige Drehmomentverläufe vorgegeben bzw. eingestellt werden, die für bestimmte Einsatzfelder von Vorteil sind. Es kann somit eine relativ flache Drehmomentkurve realisiert werden oder es kann ein hoher Drehmomentanstieg zwischen Nenndrehzahl und Drehzahl bei maximalem Drehmoment eingestellt werden und dergleichen. Zwischen den gespeicherten Drehmomentverläufen kann der Motor im Betrieb, beispielsweise über ein Bedienelement, umgeschaltet werden. Die Umschaltung kann auch automatisch in Abhängigkeit von motor- oder einsatzseitigen Gebern oder Steuersystemen erfolgen. Durch die Veränderung der Drehmomentkurve und der dadurch bedingten Verstellung der Einspritzmenge sollen aber die Starteinstellungen nicht verändert werden, da diese von anderen Bedingungen, beispielsweise Temperaturen und dergleichen abhängig sind.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Proportional-Grad des Reglers, auch P-Grad genannt, beliebig zu verändern. Der P-Grad definiert die Erhöhung der Drehzahl des Motors bei Last Null gegenüber Vollast für eine vorgegebene Drehzahl nach der folgenden Gleichung:
Figure 00050001
Da die elektronische Regeleinrichtung für einen P-Grad, der bei Null liegt, ausgelegt ist, ist es aufgrund einer besonderen Ausgestaltung möglich, eine große Variationsbreite von P-Grad-Varianten zu verwirklichen. Zu diesem Zweck wird zunächst der Lastzustand des Motors (momentanes Drehmoment bzw. Rgelstangenstellung und Drehzahl) in dem jeweiligen momentanen Betriebspunkt ermittelt, dann wird entsprechend dem gewünschten P-Grad eine Drehzahlabweichung gemäß obiger Gleichung berechnet. Anschließend wird die Solldrehzahl entsprechend der berechneten Drehzahlabweichung korrigiert und die elektronische Regeleinrichtung mit dem korrigierten Drehzahlsollwert angesteuert. Bei der unkorrigierten Solldrehzahl kann es sich um einen, z. B. durch die Bedienungsperson, willkürlich geänderten Sollwert oder auch um ein und dieselbe Solldrehzahl handeln, die Laständerungseinflüssen ausgesetzt ist. Der P-Grad, der bei mechanischen Reglern sich über die Drehzahl des Motors ändert, kann im gesamten Drehzahlbereich konstant gehalten werden. Es kann aber auch ein drehzahlvariabler P-Grad dargestellt werden und ein bestimmter P-Gradverlauf über der Drehzahl ausgeführt werden.
Erfindungsgemäß kann zwischen den verschiedenen P-Grade mittels eines Bedienelements umgeschaltet werden. Sie können aber auch, wie bereits zuvor beschrieben, bei Inbetriebnahme des Motors oder zu beliebigen anderen Zeiten fest eingestellt werden, z.B. über die Datenschnittstelle.
Die elektronische Regeleinrichtung ermöglicht es in vorteilhafter Weise mehrere Sicherheitsmaßnahmen durchzuführen, um z.B. den Motor betriebsfähig zu halten, wenn der Regelstangenweggeber oder der Ladeluftdruckgeber oder einsatzseitige Geber und Einrichtungen ausfallen.
Um die Informationen des Regelstangenweggebers erfindungsgemäß zu ersetzen, kann der Verlauf des Stromflusses zum Stellglied der Regelstange und der Verlauf des Ladeluftdruckes des Motors, wenn ein solcher Ladeluftdruckgeber zur Verfügung steht, ermittelt und als Ersatzgröße des Regelstangenweggebers genutzt werden. Zusätzlich kann der Atmosphärendruck und/oder die Motorkühlmitteltemperatur als Ersatz- oder weitere Hilfsregelgrößen herangezogen werden.
Das Signal des Ladeluftdruckgebers kann erfindungsgemäß, falls dieser ausfällt oder auch bei einem aufgeladenen Motor nicht vorhanden ist, dadurch ersetzt werden, daß der Regelstangenwegverlauf des Motors als Saugmotor über der Drehzahl eingespeichert wird und daß die Kraftstoffeinspritzmenge bzw. der Regelstangenweg, der den Saugmotoreinspritzmengen entspricht, bei Lastaufschaltung und/oder Drehzahländerung sofort freigegeben wird, während die darüberhinausgehende Kraftstoffeinspritzmenge, die der Zusatzeinspritzmenge des aufgeladenen Motors entspricht, nach einer drehzahlabhängigen Zeitfunktion freigegeben wird. Die drehzahlabhängige Zeitfunktion entspricht dabei dem Hochdrehen des Laders, insbesondere Turboladers, und Aufladen des Motors durch Bereitstellung einer höheren Luftmenge. Die drehzahlabhängige Zeitfunktion kann durch verschiedene Parameter, insbesondere drehzahlabhängige Parameter variiert werden, so daß sich über der Kraftstoffeinspritzmenge des Saugmotors hinaus, Kraftstoffmengenerhöhungen ergeben, die unterschiedliche Steigungen haben und z.B. drehzahlabhängig variieren. Wenn sich der Motor im Aufladebereich befindet, dann wird bei Lastanschaltung oder Drehzahländerung nicht nur der Regelstangenweg entsprechend Saugmotormenge, sondern ein größerer, der der Menge des Aufladebereichs entspricht, sofort freigegeben.
Beim Betrieb des Motors, z.B. bei einem landwirtschaftlichen Traktor werden Bedienerwünsche, z.B. durch den Fahrzeugregler (Fahrpedalstellung, Getriebesteuerung usw.) berücksichtigt, die über die einsatzseitigen Geber und/oder einsatzsseitgen Systeme mit Steuergeräten an die elektronische Motorregeleinrichtung weitergegeben werden. Diese Einrichtungen können aber während des Motorstarts wegen z.B. zu niedriger Batteriespannung ausfallen. Bei Ausfall dieser Steuer- bzw. Regelgrößen auch bei Beschädigung des Kabelbaumes muß der Motor lauffähig bleiben und bedient werden können.
Daher werden beim Start des Motors erfindungsgemäß nur die motorseitigen Sensoren, Gebern usw. benutzt und die einsatzseitigen Geber überwacht. Die Grenzen der Überwachung bzw. die Ansprechgrenzen können beliebig variiert werden. Die Überwachung der einsatzseitigen Informationen wird laufend durchgeführt, so daß auch bei Ausfall der einsatzseitigen Informationen ein Notlaufprogramm durchgeführt werden kann, so daß z.B. der Traktor zur Werkstatt fahren kann.
Erfindungsgemäß kann die elektronische Regeleinrichtung auch eine temperatur- und zeitabhängige Mehrleistung freigeben, wenn dies die Motorauslegung in dem betreffenden Einsatzfall zuläßt. Die Freigabe der Mehrleistung erfolgt in Abhängigkeit der Motorbetriebstemperatur, wobei die Höhe und/oder die Dauer der Mehrleistung von der Betriebstemperatur abhängig sein kann. Die Freigabe der Mehrleistung kann weiterhin von der bisherigen Motorbetriebsart, d.h. von der Belastung des Motors oder vom Ladeluftdruck oder der Ladelufttemperatur, dem Atmosphärendruck und der Außentemperatur oder von der Abgastemperatur abhängig sein und darüberhinaus die Motorbetriebsstundenzahl berücksichtigen. Die Freigabe der Mehrleistung kann weiterhin bezüglich ihrer Dauer und Höhe in Abhängigkeit der Motordrehzahl freigegeben werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren 1 bis 4 verwiesen.
Es zeigen:
Fig. 1:
eine schematische Darstellung der elektronischen Regeleinrichtung mit Ein- und Ausgängen,
Fig. 2:
ein Schaltbild der Regeleinrichtung,
Fig. 3:
ein Schaltbild mit dem Anschluß der einsatzseitigen Steuersysteme an die elektronische Regeleinrichtung.
In Fig. 1 ist mit 1 allgemein eine elektronische Regeleinrichtung bezeichnet, die zumindest ein Steuergerät 2, Eingänge 3 und Ausgänge 4 aufweist. Die Eingänge 3 können mit motorseitigen Sensoren und/oder Gebern 5 sowie einsatzseitigen Gebern und/oder Bedienelementen 6 verbunden werden, wobei die Ausgänge 4 mit motorseitigen Stellgliedern 7 und einsatzseitigen Anzeigen und/oder Stellgliedern 8 verbindbar sind. Weiterhin weist die elektronische Regeleinrichtung 1 zumindest eine Diagnose-/Programmierschnittstelle 9 zur Abfrage und/oder Eingabe von Dateninformationen und dergleichen sowie zumindest eine Daten-/CAN-Schnittstelle 10 auf, wobei diese zum Anschluß der einsatzseitigen Systeme mit Steuergeräten verwendet wird.
Motorseitige Sensoren oder Geber sind insbesondere ein Regelstangenweggeber, Drehzahlsensor, Temperatursensor oder Ladeluftdrucksensor, Öldrucksensor oder auch ein zweiter Drehzahlsensor. Motorseitige Stellglieder sind insbesondere das Regelstangenstellglied (Aktuator) und ggf. ein Abschaltmechanismus, z. B. ein Hubmagnet. Einsatzseitige Geber sind insbesondere das Fahrpedal und/oder ein Handgashebel, der Start/Stop-Schlüsselschalter oder ein Bedienelement zum Verändern von Motorfunktionen. Einsatzseitige Anzeigen und/oder Stellglieder sind insbesondere Drehmoment/Drehzahl-Anzeigen und Warnanzeigen bzw. Fehlerlampen.
Von wesentlicher Bedeutung ist, daß das Steuergerät 2 der elektronische Regeleinrichtung 1 für verschiedene Motoren und für verschiedene Einsatzfelder, wie fahrzeugseitiger Einsatz, Einsatz in Baumaschinen, in Aggregaten und mit und ohne einsatzseitige Schnittstellen eingesetzt werden kann. Es können sowohl analoge als digitale oder pulsweitenmodulierte Signale verwendet werden. Zunächst wird daher die Anzahl und die Belegung und die Signalart der Ein- und Ausgänge konfiguriert und anschließend das Steuergerät entsprechend der Ein- und Ausgänge programmiert. Dadurch ergeben sich verschiedene Varianten der Funktionen und der Pinbelegungen der Stecker.
Darüberhinaus können, wie bereits in der allgemeinen Beschreibung erläutert, verschiedene Drehzahlregelungsarten vorgegeben werden, wobei diese über die Erstprogrammierung nach Fertigstellung des Motors festgelegt oder aber auch in verschiedener Weise während des Betriebs festgelegt oder umgeschaltet werden können. Darüberhinaus können die Reglerparameter der jeweiligen Regeleinrichtung in Abhängigkeit von Motorbetriebsgrößen und Betriebszustandsgrößen laufend während des Motorbetriebs verstellt und angepaßt werden. Dazu wird auf die Skizze nach Fig. 2 verwiesen, wobei mit 11 der Motor, mit 12 das Regelstangenstellglied und mit 13 die Regeleinrichtung bezeichnet wird. Der aus dem Motor nach rechts heraustretende Pfeil gibt die Istdrehzahl n an, wobei der freie an die Regeleinrichtung 13 herangeführte, mit n0 bezeichnete Pfeil die Solldrehzahl angibt. Im Regler 13 wird weiterhin über die Linie 14 die momentane Istdrehzahl des Motors signalmäßig zur Verfügung gestellt. Mit 15 sind die Regelparameter symbolisiert, denen ebenfalls über die Linie 14a die Istdrehzahl als Signal zugeführt wird. Über die von unten herangeführten Pfeile 16, werden den Regelparametern Motorbetriebsgrößen, wie Drehzahl, Last, Temperatur usw. zur Verarbeitung zugeführt, während, symbolisiert durch den Pfeil 17, auch Betriebszustände, wie Start, statischer Zustand, dynamischer Übergang, Führungs- und Störgrößen dem Reglerparameter zur Verfügung stehen. Die Regeleinrichtung 13 wird laufend, was durch den Pfeil 18 angedeutet ist, durch die Regelparameter den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt, wobei die Regelparameter ihrerseits durch die Motorbetriebsgrößen und die Betriebszustände verändert werden.
Wie ebenfalls bereits in den Patenansprüchen definiert und in der allgemeinen Beschreibung erläutert, kann die elektronische Regeleinrichtung 1 über die Daten-/CAN-Schnittstelle 10 mit einsatzseitigen Steuersystemen verbunden sein. Über diese Schnittstelle ist ein Meßwert- und Datenaustausch mit einsatzseitigen (geräteseitigen) Steuergeräten möglich. Dadurch können einsatzseitige Geber bzw. Bedienelemente 6, die in Figur 1 an den Eingängen 3 angeschlossen sind entfallen, weil beispielsweise die Bedienungsperson über das Fahrpedal nicht den Motor steuert sondern das Fahrpedal an der Getriebesteuerung oder der Hydrauliksteuerung des einsatzseitigen Steuergeräts angeschlossen ist und das einsatzseitige Steuergerät entsprechende Signale an die elektronische Regeleinrichtung weiterleitet.
In Figur 3 ist mit 1 die elektronische Regeleinrichtung bezeichnet, die über die CAN-Schnittstelle 10 und ein mit 19 bezeichnetes Schnittstellenkabel mit dem einsatzseitigen Steuergeräten 20 und 21 verbunden ist.

Claims (24)

  1. Elektronische Regeleinrichtung für ein- oder mehrzylindrige, selbstzündende Hubkolbenbrennkraftmaschinen / Motoren, wobei dem jeweiligen Brennraum mittels eines Einspritzventils und einer Einspritzpumpe Kraftstoff zuführbar ist, wobei die Einspritzpumpe eine Regelstange aufweist, durch deren Verstellung die Kraftstoffeinspritzmenge veränderbar ist, wobei weiter an der Regelstange ein Stellglied (Aktuator) angreift, das von einem Steuergerät beherrscht wird und wobei das Steuergerät mit motorseitigen Sensoren, Gebern und/oder weiteren Stellgliedern und, wenn und soweit vorgesehen, mit einsatzseitigen, z.B. fahrzeugseitigen Gebern und/oder Anzeigen und/oder Bedienelementen und/oder Stellgliedern über Ein- und Ausgänge in Wirkverbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und/oder die Belegung und/oder die Signalart der Ein- und/oder Ausgänge zur Anpassung an unterschiedliche Motoren und/oder Motorausführungen und unterschiedliche Einsatzfelder des Motors, wie Maschinen-, Aggregat- oder Fahrzeugeinsatz, konfigurierbar sind.
  2. Elektronische Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät für alle Variationen der Ein- und Ausgänge gleich ausgeführt ist und daß die Festlegung, Auslegung und Aktivierung der Ein- und Ausgänge durch Programmierung des Steuergeräts erfolgt.
  3. Verfahren zur Veränderung, Festlegung und Aktivierung der elektronischen Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
    Festlegung der Sensoren, Geber, Stellglieder, Anzeigen und Bedienungselemente,
    Festlegung der Signalarten,
    Festlegung der Ein- und Ausgänge und
    den Festlegungen angepaßte Programmierung des Steuergeräts.
  4. Elektronische Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergerät mehrere Drehzahlregelungsarten, z.B. Alldrehzahl-Regelung, Festdrehzahl-Regelung, Min- / Max-Regelung, vorgegeben sind.
  5. Elektronische Regeleinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelungsarten mittels eines Bedienelements beliebig schalt- bzw. umschaltbar sind.
  6. Elektronische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerparameter zur optimalen Einstellung der jeweiligen Reglereinrichtung in Abhängigkeit von Motorbetriebsgrößen, wie Drehzahl, Last, Temperatur usw. sowie in Abhängigkeit von Betriebszustandsgrößen, wie Start, statischer Zustand, dynamischer Übergang, Führungs- und Störgrößen, Abregelung und Mengenbegrenzung usw. verstellbar sind und daß die Verstellung bzw. Anpassung laufend während des Motorbetriebs erfolgt.
  7. Elektronische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Drehzahlregelungsart unterschiedliche Drehzahlen, feste oder variable Drehzahl oder Memory-Funktionen mittels eines Bedienelements oder einsatzseitigen Gebern oder einsatzseitigen Steuersystemen schaltbar sind.
  8. Verfahren zum Verhindern von Überdrehzahl mittels der elektronischen Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät
    die Drehzahl des Motors laufend überwacht und mit der maximal zulässigen Drehzahl vergleicht,
    die Kraftstoffmenge (Regelstangenposition) laufend ermittelt und mit der Sollkraftstoffmenge vergleicht,
    aus den Kenndaten errechnet, ob der Motor von außen, z.B. von einem Fahrzeug, angetrieben wird (Schubbetrieb) oder nicht und
    Maßnahmen zur Reduzierung der Drehzahl einleitet, Warneinrichtungen und Diagnosemeldungen schaltet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät bei Feststellung eines Schubbetriebes
    das Stellglied an der Regelstange auf Fördermenge Null schaltet,
    die Motorbremse - wenn vorhanden - aktiviert,
    ein Fehlersignal (Warnlampe) aktiviert,
    in einem Überwachungsspeicher (Fehlerspeicher) eine Meldung ablegt, die zumindest die aktuelle Motordrehzahl, die Solldrehzahl, die aktuelle Regelstangenstellung und die Anzahl der Drehzahlüberschreitungen enthält und
    eine über Null hinausgehende Kraftstoffeinspritzmenge erst dann wieder freigibt, wenn die aktuelle Drehzahl unter die Solldrehzahl abgesenkt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät bei Feststellung, daß kein Schubbetrieb vorliegt,
    das Stellglied an der Regelstange auf Null Fördermenge schaltet,
    ein Fehlersignal (Warnlampe) aktiviert und
    einem Überwachungsspeicher (Fehlerspeicher) eine Meldung ablegt, die zumindest die aktuelle Drehzahl des Motors, die Solldrehzahl und die aktuelle Regelstangenstellung enthält und
    den Motor endgültig abstellt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät bei Feststellung, daß die Regelstange trotz Schaltung des Stellgliedes auf Null keine Förderstellung Null erreicht hat,
    einen Abstellmechanismus oder ein Kraftstoffabsperrventil in dem Sinne schaltet, daß die Regelstange durch den Abstellmechanismus in die Fördermengenstellung Null verschoben bzw. die Kraftstoffzufuhr zur Einspritzpumpe abgesperrt wird.
  12. Elektronische Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis des Stellgliedes an der Regelstange zwei in Reihe liegende Schaltelemente angeordnet sind und daß ein Schaltelement zumindest von der Überdrehzahl Schutzschaltung beherrscht ist.
  13. Verfahren zum Verändern des Drehmomentverlauf des Motors mittels der elektronischen Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
    Festlegen eines gewünschten Drehmomentverlaufs innerhalb des maximal zulässigen Drehmomentverlaufs des Motors,
    Ermittlung hinreichend vieler Drehmomentpunkte und der dazugehörigen Einspritzmengen bzw. Regelstangenstellungen über den jeweiligen Drehzahlen,
    Programmierung dieser Werte im Steuergerät,
    Überprüfung des Motors in einigen ausgewählten Drehmomentpunkten und Korrektur der Regelstangenstellungen in diesen Punkten,
    Anpassung der Regelstangenstellungen zwischen den ausgewählten Drehmomentpunkten entsprechend der Korrekturwerte in den ausgewählten Punkten und
    Speicherung der neuen Regelstangenstellungen im Steuergerät und ggf. in der Motordokumentation.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte automatisch beim Motortestlauf im Anschluß an die Motorfertigung durchgeführt werden.
  15. Elektronische Regeleinrichtung nach den Verfahren der Ansprüche 13 oder 14
    dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergerät mehrere unterschiedliche Drehmomentverläufe gespeichert sind.
  16. Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung zwischen verschiedenen Drehmomentverläufen
    automatisch in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors und/oder des Einsatzfeldes oder
    manuell mittels eines Bedienelements erfolgt.
  17. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Start-Einspritzmenge bzw. Start-Regelstangenstellung unabhängig von den Drehmomentverläufen nach Starterfordernissen des Motors festgelegt wird.
  18. Verfahren zum Realisieren eines beliebigen P-Grades bei einer elektronischen Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, die für einen P-Grad = 0 ausgelegt ist,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
    Ermittlung des Lastzustandes des Motors in dem jeweiligen momentanen Betriebspunkt,
    Berechnung einer Drehzahlabweichung entsprechend dem gewünschten P-Grad in diesem Betriebspunkt,
    Korrektur der Solldrehzahl mit der berechneten Drehzahlabweichung und
    Ansteuerung der elektronischen Regeleinrichtung mit dem geänderten Drehzahlsollwert.
  19. Verfahren nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß der P-Grad entlang des Drehzahlbereichs des Motors konstant gehalten wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß der P-Grad entlang des Drehzahlbereichs des Motors variabel gestaltet wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung zwischen verschiedenen P-Graden bzw. P-Gradverläufen mittels eines Bedienelements oder automatisch in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors und/oder der Einsatzfelder erfolgt.
  22. Verfahren zur Ermittlung der Einspritzmenge bei Ausfall des Gebers des Regelstangenweges mittels der elektronischen Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge nach folgenden Verfahrensschritten einzeln oder in Kombination festgelegt wird:
    der Verlauf des Stromflusses zum Stellglied der Regelstange wird einmalig bei Inbetriebnahme des Motors oder laufend ermittelt und dient als Ersatzregelgröße des Regelstangenweggebers,
    der Verlauf des Ladeluftdrucks des Motors - wenn der Motor aufgeladen ist und über einen Ladeluftdruckgeber verfügt - wird einmalig bei Inbetriebnahme des Motors oder laufend ermittelt und dient als Ersatzregelgröße des Regelstangenweggebers,
    der Atmosphärendruck wird laufend ermittelt und dient als Hilfsregelgröße und
    die Motorkühlmitteltemperatur wird laufend ermittelt und dient als Ersatz- oder weitere Hilfsregelgröße.
  23. Verfahren zur Ermittlung der Einspritzmenge bei Ausfall des Ladeluftdruckgebers oder Ersatzsimulation eines Ladeluftdruckgebers bei einem aufgeladenen Motor mittels der elektronischen Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    im Steuergerät der Einspritzmengen- bzw. Regelstangenwegverlauf des Motors als Saugmotor über der Drehzahl als Kennlinie eingespeichert ist und daß
    bei vorgesehener Lastaufnahmeänderung oder vorgesehenem Drehzahlanstieg eine Kraftstoffmenge, die der Kraftstoffmenge des Saugmotors entspricht, sofort freigegeben wird und die darüberhinausgehende Einspritzmenge bzw. der Regelstangenweg nach der folgenden drehzahlabhängigen Zeitfunktion freigegeben wird m = m0 + s · t wobei m die eingestellte Einspritzmenge, m0 die Einspritzmenge des Saugmotors und s ein drehzahlabhängiger Parameter ist.
  24. Verfahren zum Starten des Motors mittels der elektronischen Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß beim Start des Motors nur die motorseitigen Sensoren, Geber und/oder weiteren Stellglieder zum Ansteuern des Steuergeräts benutzt werden und daß einsatzseitige, z.B. fahrzeugseitige Geber und/oder Anzeigen und/oder Bedienelemente und/oder Stellglieder und/oder Steuersysteme in Abhängigkeit der elektrischen Spannung, z.B. Batteriespannung, der Drehzahl des Motors und/oder einer vorgebbaren Zeit zum Ansteuern des Steuergeräts benutzt werden.
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