EP0936354A2 - Electronic control device - 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
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- engine
- speed
- control
- control device
- control rod
- Prior art date
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- Ceased
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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
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.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
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.An electronic control device for self-igniting reciprocating internal combustion engines
according to the preamble of
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.It is therefore an object of the present invention to provide an electronic control device which is suitable both for different engines and different injection systems and for different areas of application of the engine, such as construction machinery, compressors, units, agricultural machinery and tractors and floor / conveyor vehicles. It follows that the electronic control device should be operated with and without an encoder on the application side, etc. Furthermore, the control characteristic should be able to be adapted to different fields of application. In addition, additional safety and failure circuits or methods for the various types of use in connection with sometimes very rough operation are desired.
This object is achieved by the characterizing features of
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.Because the number and / or the assignment and / or the signal type of the outputs and inputs can be changed, a 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.
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.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. Under the term "tax systems" systems on the application side with control units such as transmission control units, Understood hydraulic control unit and the like, via a suitable interface, e.g. B. the CAN interface (CAN = Controller Area Network) to the electronic control device can be connected and can communicate with it, whereby possibly the direct influence of the operator the motor or the electronic motor control device is omitted.
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.Prevention of overspeed is of great importance in connection with the various fields of application. For this purpose, the engine speed is continuously monitored and compared with the maximum permissible speed. It is also envisaged that 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. by lighting up a Warning lamp, given. In addition, 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.
An additional security is also ensured by the fact that two switching elements are arranged in series in the circuit of the actuator of the control rod, one switching element being used by the control unit during normal adjustment of the actuator and the second switching element being controlled by the overspeed protection circuit, among other things, so that an adjustment of the control rod to a zero delivery position can also take place if the control element would be supplied with false control signals via the normal function of the control unit.
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.To adapt the torque behavior of the engine to different ones Field of application is proposed according to the invention that a desired or cheaper for a certain field of application Torque curve within the maximum permissible torque curve of the engine and programmed into the control unit becomes. Then the test bench (the others Steps could be done in advance) some selected torque points approached and the control rod positions or injection quantities, if necessary, corrected accordingly. The whole Torque adjustment and correction process can work together the test bench device with the electronic control device done automatically. Then those between the selected ones Point control rod positions based on to the torque curve according to the corrections in the selected ones Adjusted points and saved this torque curve. Within the maximum permissible torque curve the engine can be given any number of torque curves or be set, which is advantageous for certain fields of application are. 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. Between the saved torque curves 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. By changing the torque curve and the resulting adjustment of the injection quantity should but the startup settings will not be changed as these by other conditions such as temperatures and the like are dependent.
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: Furthermore, it is proposed according to the invention to change 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:
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.Since 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. For this purpose, first the load state of the engine (current torque or control rod position and speed) determined at the respective current operating point, then becomes a speed deviation according to the desired P-degree calculated according to the equation above. Then the Target speed according to the calculated speed deviation corrected and the electronic control device with the corrected Speed setpoint activated. At 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.
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.According to the invention, between the different P-grades of an operating element can be switched. But you can also as previously described, when starting the engine or fixed at any other time, e.g. about the Data interface.
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. 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.
In order to replace the information of the control rod displacement sensor according to the invention, the curve of the current flow to the actuator of the control rod and the curve of the charge air pressure of the engine, if such a charge air pressure transmitter is available, can be determined and used as a substitute variable of the control rod displacement sensor. In addition, the atmospheric pressure and / or the engine coolant temperature can be used as substitute or additional auxiliary control variables.
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.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.
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. When operating the engine, e.g. on an agricultural tractor are operator requests, e.g. by the vehicle controller (accelerator pedal position, Transmission control, etc.) takes into account that on the operational side Encoders and / or operational systems with control units passed on to the electronic engine control device become. However, these devices can be used during engine start because of e.g. fail too low battery voltage. If this fails Control variables even if the wiring harness is damaged the engine must remain operational and able to be operated.
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.Therefore, according to the invention, only 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.
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.According to the invention, 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.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren 1 bis 4 verwiesen.To further explain the invention, reference is made to FIGS. 1 to 4 referred.
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.
- Fig. 1:
- a schematic representation of the electronic control device with inputs and outputs,
- Fig. 2:
- a circuit diagram of the control device,
- Fig. 3:
- a circuit diagram with the connection of the control systems to the electronic control device.
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.1, 1 generally designates an electronic control device,
the at least one
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.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
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.In addition, as already explained in the general description, different types of speed control can be specified, which can be determined via the initial programming after the engine has been completed, or can also be defined or switched over in different ways during operation. In addition, the 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. For this purpose, reference is made to the sketch according to 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
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.As already defined in the patent claims and in the general
Described description, the
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.In Figure 3, 1 denotes the electronic control device
via the
Claims (24)
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.Electronic control device for single-cylinder or multi-cylinder, self-igniting reciprocating internal combustion engines / engines, fuel being able to be supplied to the respective combustion chamber by means of an injection valve and an injection pump, the injection pump having a control rod, the adjustment of which allows the fuel injection quantity to be changed, with an actuator ( Actuator), which is controlled by a control unit and wherein the control unit with engine-side sensors, sensors and / or further actuators and, if and insofar as provided, with application-side, for example vehicle-side sensors and / or displays and / or control elements and / or actuators Inputs and outputs are operatively connected,
characterized in that the number and / or the assignment and / or the type of signal of the inputs and / or outputs for the adaptation to different engines and / or engine designs and different fields of application of the engine, such as machine, unit or vehicle use, are configurable.
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. Electronic control device according to claim 1,
characterized in that the control device is designed identically for all variations of the inputs and outputs and that the definition, design and activation of the inputs and outputs is carried out by programming the control device.
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
characterized by the following process steps
dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergerät mehrere Drehzahlregelungsarten, z.B. Alldrehzahl-Regelung, Festdrehzahl-Regelung, Min- / Max-Regelung, vorgegeben sind.Electronic control device according to the preamble of claim 1,
characterized in that several speed control types, for example all-speed control, fixed-speed control, min / max control, are specified in the control device.
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelungsarten mittels eines Bedienelements beliebig schalt- bzw. umschaltbar sind.Electronic control device according to claim 4,
characterized in that the speed control types can be switched or switched over as desired using an operating element.
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. Electronic control device according to one of claims 4 or 5,
characterized in that the controller parameters for optimal setting of the respective controller device in dependence on engine operating variables, such as speed, load, temperature, etc., and in dependence on operating state variables, such as start, static state, dynamic transition, command and disturbance variables, limitation and quantity limitation, etc. are adjustable and that the adjustment or adjustment takes place continuously during engine operation.
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.Electronic control device according to one of claims 4 to 6,
characterized in that different speeds, fixed or variable speeds or memory functions can be switched within one type of speed control by means of an operating element or use-side sensors or use-side control systems.
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät
characterized in that the control unit
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät bei Feststellung eines Schubbetriebes
characterized in that the control unit upon detection of an overrun operation
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät bei Feststellung, daß kein Schubbetrieb vorliegt,
characterized in that the control device when it is determined that there is no overrun operation,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät bei Feststellung, daß die Regelstange trotz Schaltung des Stellgliedes auf Null keine Förderstellung Null erreicht hat,
characterized in that when the control device is ascertained that the control rod has not reached zero delivery position despite the actuator being switched to zero,
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. Electronic control device according to one of the preceding claims,
characterized in that two switching elements lying in series are arranged in the circuit of the actuator on the control rod and that a switching element is at least dominated by the overspeed protective circuit.
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
characterized by the following process steps
dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte automatisch beim Motortestlauf im Anschluß an die Motorfertigung durchgeführt werden.A method according to claim 13,
characterized in that the process steps are carried out automatically during the engine test run after engine manufacture.
dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergerät mehrere unterschiedliche Drehmomentverläufe gespeichert sind. Electronic control device according to the method of claims 13 or 14
characterized in that several different torque profiles are stored in the control unit.
dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung zwischen verschiedenen Drehmomentverläufen
characterized in that a switchover between different torque profiles
dadurch gekennzeichnet, daß die Start-Einspritzmenge bzw. Start-Regelstangenstellung unabhängig von den Drehmomentverläufen nach Starterfordernissen des Motors festgelegt wird.A method according to claim 13,
characterized in that the start injection quantity or start control rod position is determined independently of the torque profiles according to the starting requirements of the engine.
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
characterized by the following process steps
dadurch gekennzeichnet, daß der P-Grad entlang des Drehzahlbereichs des Motors konstant gehalten wird. Method according to claim 18,
characterized in that the P-degree is kept constant along the speed range of the engine.
dadurch gekennzeichnet, daß der P-Grad entlang des Drehzahlbereichs des Motors variabel gestaltet wird.Method according to claim 18,
characterized in that the P-degree is made variable along the speed range of the engine.
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.Method according to one of claims 18 to 20,
characterized in that a switchover between different P degrees or P degrees takes place by means of an operating element or automatically as a function of the operating states of the engine and / or the fields of application.
dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge nach folgenden Verfahrensschritten einzeln oder in Kombination festgelegt wird:
characterized in that the injection quantity is determined individually or in combination according to the following method steps:
dadurch gekennzeichnet, daß
characterized in that
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.Method for starting the engine by means of the electronic control device according to the preamble of claim 1,
characterized in that, when the engine is started, only the sensors, sensors and / or other actuators on the engine side are used to control the control unit, and in that, on the application side, for example vehicle-side sensors and / or displays and / or controls and / or actuators and / or control systems depending the electrical voltage, for example battery voltage, the speed of the motor and / or a predeterminable time for controlling the control unit.
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