EP1171703B1 - Steuervorrichtung für stellantriebe einer brennkraftmaschine - Google Patents

Steuervorrichtung für stellantriebe einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1171703B1
EP1171703B1 EP00931003A EP00931003A EP1171703B1 EP 1171703 B1 EP1171703 B1 EP 1171703B1 EP 00931003 A EP00931003 A EP 00931003A EP 00931003 A EP00931003 A EP 00931003A EP 1171703 B1 EP1171703 B1 EP 1171703B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control units
control
control unit
actuators
control device
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP00931003A
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English (en)
French (fr)
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EP1171703A1 (de
Inventor
Volker Eichenseher
Thomas Vogt
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1171703A1 publication Critical patent/EP1171703A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1171703B1 publication Critical patent/EP1171703B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3005—Details not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • 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
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1418—Several control loops, either as alternatives or simultaneous
    • F02D2041/1419—Several control loops, either as alternatives or simultaneous the control loops being cascaded, i.e. being placed in series or nested

Definitions

  • the invention relates to a control device for actuators an internal combustion engine.
  • a control device for actuators is known from EP 0 493 634 A1 an internal combustion engine known.
  • the actuators are electromagnetic actuators, which act as actuators Gas exchange valves are assigned.
  • the control device comprises a control unit, the control signals for all actuators generated and the sensor signals evaluated.
  • the Control signals must be generated with a high temporal resolution be, with computation-intensive control and regulation algorithms must be used to make a very fast and to ensure precise opening and closing of the gas exchange valves and at the same time a low noise emission ensured by the electromagnetic actuator.
  • the control unit also controls the injection valves, who meter fuel.
  • the known control device has the disadvantage that a single control unit does not provides the necessary computing power for the computationally intensive Control algorithms among the required Perform real-time conditions. It was therefore proposed to provide the control device with several control units, the respective control signals for subsets of the actuators produce.
  • U.S.-A-4,486,829 describes e.g. three computers with data and tax Lines are connected, with at least one of the three computers being able to control the other two, which is given in the prior art by the fact that each of the three modules n, 1 or 2 the bus connection of its two neighbors can control.
  • Monitoring signals (minor loop check signals) exchanged.
  • the signals from e.g. Module 2 off, is in module 1 (and Module n) detected an error in module 2.
  • Resetting a faulty Module / computer happens here with a mechanism that is internal to everyone individual computer is triggered without reset signals from the outside be processed.
  • the monitoring of the actuators and the control units is an essential prerequisite for a safe and low-emission Operation of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is a control device for To create actuators of an internal combustion engine that simple is and at the same time safe operation of the internal combustion engine guaranteed.
  • the invention is characterized in that the control units, which are available for controlling actuators, at the same time to ensure that they function correctly monitor.
  • the control units which are available for controlling actuators, at the same time to ensure that they function correctly monitor.
  • Control units in the form of a ring with monitoring lines connected with each other. This will monitor everyone Control units with very little wiring guaranteed.
  • a control device ( Figure 1) comprises a higher-level Control unit 1 and several control units 2a, 2b, 2c, 2d, which are electrically connected to actuators 3a to h are.
  • the actuators are preferably as actuators Gas exchange valves 4a to h assigned.
  • the actuators 3a to h comprise at least one electromagnet with one Coil and a core and an anchor that matches the respective Gas exchange valve 4a to h is coupled.
  • the actuators preferably have two electromagnets, the armature by appropriate control of the coils the electromagnet is brought into contact with one of the contact surfaces can be and thus the actuation of the gas exchange valves he follows.
  • the actuators 3a to d, 4e to h are also one cylinder assigned to the internal combustion engine.
  • They are Actuators 3a to d and gas exchange valves 4a to d one assigned the first cylinder Z1 of the internal combustion engine while the actuators 3e to h and gas exchange valves 4e to h one fourth cylinder Z4 assigned to the internal combustion engine are.
  • Two gas exchange valves 4a, b and 4e, f; 4c, d and 4g, h are on the inlet side and on the outlet side, respectively of the respective cylinder Z1, Z4 arranged.
  • the gas exchange valves 4a, b, d, e can thus also be used as intake valves and Gas exchange valves 4c, d and 4g, h also referred to as exhaust valves become.
  • the number of intake and exhaust valves can be depending on the embodiment of the internal combustion engine his.
  • the control unit 2a is for the actuators 3a, 3b for the Inlet valves of the first cylinder Z1 are provided while the Control unit 2b for the actuators 3c, d the exhaust valves of the first cylinder is provided.
  • An engine control device 5 is provided which is dependent the speed N of the crankshaft of the internal combustion engine, a size that represents the driver's request, such as B. the pedal value of an accelerator pedal sensor and possibly other Sizes, such as a mass air flow in the intake tract Internal combustion engine or a temperature of the internal combustion engine air drawn in or from an exhaust gas probe detected exhaust gas composition the operation of the internal combustion engine controls.
  • the engine control device controls 5 for example, injectors or spark plugs.
  • the motor control device 5 calculates the desired one Opening of the respective gas exchange valves 4a to h and the desired opening time based on the crankshaft angle.
  • the engine control device 5 is via a first data bus 6 connected to the higher-level control unit 1.
  • the first data bus is preferably a CAN bus (controller area Network) trained.
  • the engine control device 5 and the higher-level control unit exchange via the first data bus 6 data from. So the higher-level control unit receives 1 from the motor control device 5, which are calculated by this Time periods and opening starts of the gas exchange valves 4a to d. Furthermore, the engine control device sends the higher-level Control unit also the current crankshaft angle the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the parent Control unit 1 thus takes over the communication with the engine control device 5.
  • the higher-level Control device 1 calculates depending on the crankshaft angle and the specified opening times and opening times Timing signals for the control units 2a to d. As a result, the control units 2a to d are separated from the communication tasks kept clear with the engine control unit.
  • the computing capacity of the control units 2a to d is available almost completely for the control of the actuators 3a to d are available.
  • the higher-level control unit 1 is via communication lines 7a, b, c, d connected to the control units 2a to d.
  • the higher-level control unit 1 generates timing signals for the respective control units 2a to d that they are about transmits the communication lines 7a to d.
  • the timing signals are in the higher-level control facility 1 depending on the crankshaft angle, the opening of the respective gas exchange valve 4a to h and the associated Opening time determined.
  • Preferably for each control unit 2a to d generates a timing signal.
  • the timing signal is, for example, a square wave signal in which the falling flank the closing and the rising flank the Opening of the associated valve indicates.
  • the communication lines 7a to d are preferably unidirectional Signal transmission from the higher-level control unit the control units 2a to d.
  • the control units 2a to d generate control signals around the armature quickly to the desired position, i.e. to the to bring the first or second contact surface in order to achieve a gentle To ensure that the anchor is attached.
  • This is preferable a digital one in each of the control units 2a to d Processor provided the corresponding control or regulation programs processed and thereby the control signals for the actuators 3a to d generated.
  • the position is controlled in each case the armature of the actuators 3a to d. In the case of regulation the position is preferably provided as a controlled variable. Alternatively, however, one that is characteristic of the position can also be used Size can be provided as a control variable, such as. B. the current or flow through one of the coils of the electromagnet the actuators 3a to d.
  • the control units 2a to d also monitor the Actuators 3a to d. For example, based on the recorded Actuator armature position detected whether the Anchor undesirable due to the bias of the return means of the actuator certain rest position dropped and there is a fault in the actuator.
  • the Control units (2a-d) are via a second data bus 11 connected to the higher-level control unit 1.
  • the control units report the respective state of the actuators 3a to d and a possible failure of one of the actuators this bus to the higher-level control device.
  • the control units 2a to d and the higher-level control unit 1 are ring-shaped with monitoring lines 9a to e connected.
  • the control units 2a to d and the higher-level control unit 1 also with a ring Reset lines 10a to e connected.
  • Each control unit 2a to d and the higher-level control unit checks whether on its input side Monitoring line 9a to e the monitoring signal is applied.
  • the reset lines are preferably arranged and trained that data transmission over the reset lines in the opposite direction to the transmission of the monitoring signal takes place in the monitoring lines 9a.
  • the monitoring signal from the control unit 2a transmitted to the control unit 2b. provides the control unit 2b determines that the monitoring signal is not or transmitted incorrectly, it preferably causes as an error response, the transmission of a reset signal via the reset line 10b to the Control unit 2a.
  • the reset line 10b is on a reset input the control unit 2a out. If at the reset input control unit 2a receives a reset signal, the control unit 2a is in a predetermined initialization state reset.
  • the Power supply to the control unit 2a is briefly interrupted and all computer programs and any existing electronic Elements like a microprocessor and an oscillator initialized.
  • the presence of a reset signal on the respective Input of the reset line 10c, d, e, a also has in the other control units 2b, c, d and the parent Control unit 1 has the same effect as the control unit 2a.
  • the higher-level control unit 1 with the control units 2a to d connects. If one of the control units 2a to d recognize an error of another control unit, so it generates a feedback signal that goes through the feedback line 11 is transmitted to the higher-level control unit.
  • the higher-level control unit 1 can then via the second Query data bus 8 which of the control units 2a to d in is an error condition and then resetting the corresponding one Initiate control unit. Alternatively, it can be in the If a feedback signal is present on the feedback line also all or a subset of the control units 2a reset to d.
  • the provision of the reset lines 10a to e has the advantage that if a control unit error is detected, the control unit, which recognized the error directly the error reaction can execute with effect on the faulty control unit. Error detection and error reaction are therefore decentralized.
  • the monitoring signal is preferably a square wave signal with a predetermined one Frequency. Such a square wave signal can be used generate and evaluate low computing effort.
  • control units 2a, 2b are the respective control signals generate for the actuators of the first cylinder Z1 via a control line 13a directly to the final stage of a Injector 12a connected to the fuel in the first Cylinder.
  • control unit 2b a corresponding error if the control unit 2a detects an error Signal transmitted via the control line 13a, which causes that the fuel metering is interrupted by the injection valve 12a and thus prevents unburned Fuel enters the intake tract of the internal combustion engine.
  • This direct access to an output stage of the injection valve 12a has the advantage that when a fault is detected, the The fuel metering is immediately interrupted by the injection valve can be and not only after a time delay, which is due to the transfer of a corresponding one Error message via the first and second data bus 5, 6 to the engine control device 5.
  • control units 2c, d are also via a control line 13b connected to the final stage of an injection valve 12b, which meters the fuel into the fourth cylinder 24.
  • control unit for example, can also be used the monitoring line 9c is connected to the control unit 2b is, via the control line 13a with the injection valve 12a.
  • control units 2a to d can vary depending on the embodiment of the invention vary.
  • a Control unit also a different one than in this embodiment Activate the specified number of actuators.
  • At least one further higher-level control unit can be, for example, for all intake valves, as well a separate parent for all exhaust valves of the internal combustion engine Control unit can be provided.
  • the ring-shaped connection of the higher-level control unit and the control units 2a to d via the monitoring lines is characterized by a small number of required Inputs and outputs at the control units and the higher-level Control unit and a low wiring effort out. However, it is any other kind the wiring of the monitoring lines imaginable.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für Stellantriebe einer Brennkraftmaschine.
Aus der EP 0 493 634 A1 ist eine Steuervorrichtung für Stellantriebe einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Stellantriebe sind elektromagnetische Stellantriebe, denen als Stellglieder Gaswechselventile zugeordnet sind. Die Steuervorrichtung umfaßt eine Steuereinheit, die Stellsignale für alle Stellantriebe erzeugt und die dazu Sensorsignale auswertet. Die Stellsignale müssen mit einer hohen zeitlichen Auflösung erzeugbar sein, wobei rechenintensive Steuer- und Regelalgorithmen verwendet werden müssen, um ein sehr schnelles und präzises Öffnen und Schließen der Gaswechselventile zu gewährleisten und gleichzeitig eine geringe Geräuschemission durch den elektromagnetischen Stellantrieb sicherzustellen. Ferner steuert die Steuereinheit auch noch die Einspritzventile, die Kraftstoff zumessen. Die bekannte Steuervorrichtung hat den Nachteil, daß eine einzige Steuereinheit nicht die nötige Rechenleistung zur Verfügung stellt um die rechenintensiven Steuer- und Regelalgorithmen unter den geforderten Echtzeitbedingungen durchzuführen. Daher wurde vorgeschlagen, die Steuervorrichtung mit mehreren Steuereinheiten zu versehen, die jeweils Stellsignale für Teilmengen der Stellantriebe erzeugen.
Die US-A-4 486 829 beschreibt z.B. drei Rechner, die mit Daten- und Steuer - Leitungen verbunden sind, wobei zumindest einer der drei Rechner in der ist Lage die beiden anderen zu steuern, was im Stand der Technik dadurch gegeben ist, daß jeder der drei Module n,1 oder 2 die Busverbindung seiner beiden Nachbarn kontrollieren kann.
Zwischen benachbarten Modulen werden Überwachungssignale (minor loop check signals) ausgetauscht. Bleiben die Signale von z.B. Modul 2 aus, wird im Modul 1 (und Modul n) ein Fehler im Modul 2 erkannt. Das Rücksetzen eines fehlerhaften Moduls/Rechners geschieht hier jedoch mit einem Mechanismus, der intern in jedem einzelnen Rechner angestoßen wird, ohne daß Rücksetzsignale von außen verarbeitete werden.
Die Überwachung der Stellantriebe und der Steuereinheiten ist eine wesentliche Voraussetzung für einen sicheren und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Steuervorrichtung für Stellantriebe einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das einfach ist und gleichzeitig einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Steuereinheiten, die zum Steuern von Stellantrieben vorhanden sind, sich gleichzeitig untereinander auf eine fehlerfreie Funktion überwachen. Somit werden einerseits vorhandene Rechenkapazitäten der Steuereinheiten genutzt und andererseits eine hohe Sicherheit gewährleistet, da die gegenseitige Überwachung dezentral erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Steuereinheiten in Form eines Rings mit Überwachungsleitungen miteinander verbunden. Dadurch wird die Überwachung aller Steuereinheiten mit einem sehr geringen Verdrahtungsaufwand gewährleistet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine erste Ausführungsform einer Steuervorrichtung für Stellantriebe einer Brennkraftmaschine,
Figur 2
xeine zweite Ausführungsform der Steuervorrichtung.
Eine Steuervorrichtung (Figur 1) umfaßt eine übergeordnete Steuereinheit 1 und mehrere Steuereinheiten 2a, 2b, 2c, 2d, welche elektrisch leitend mit Stellantrieben 3a bis h verbunden sind. Den Stellantrieben sind vorzugsweise als Stellglieder Gaswechselventile 4a bis h zugeordnet. Die Stellantriebe 3a bis h umfassen zumindest einen Elektromagneten mit einer Spule und einem Kern und einen Anker, der mit dem jeweiligen Gaswechselventil 4a bis h gekoppelt ist. Ferner umfassen die Stellantriebe 3a bis h Rückstellmittel, die den Anker in eine vorgegebene Ruheposition zwischen einer Anlagefläche an dem Elektromagneten und einer weiteren Anlagefläche vorspannen.
Bevorzugt weisen die Stellantriebe zwei Elektromagnete auf, wobei der Anker durch entsprechende Ansteuerung der Spulen der Elektromagnete in Anlage mit einer der Anlageflächen gebracht werden kann und somit die Betätigung der Gaswechselventile erfolgt.
Jeweils vier Gaswechselventile 4a bis d, 4e bis h und damit auch die Stellantriebe 3a bis d, 3e bis h sind einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. So sind beispielsweise die Stellantriebe 3a bis d und Gaswechselventile 4a bis d einem ersten Zylinder Z1 der Brennkraftmaschine zugeordnet, während die Stellantriebe 3e bis h und Gaswechselventile 4e bis h einem vierten Zylinder Z4 der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Jeweils zwei Gaswechselventile 4a, b und 4e,f; 4c, d und 4g, h sind auf der Einlaßseite bzw. auf der Auslaßseite des jeweiligen Zyliders Z1, Z4 angeordnet. Die Gaswechselventile 4a, b, d, e können somit auch als Einlaßventile und die Gaswechselventile 4c, d und 4g, h auch als Auslaßventile bezeichnet werden. Die Anzahl der Einlaß und Auslaßventile kann je nach Ausführungsform der Brennkraftmaschine verschieden sein.
Die Steuereinheit 2a ist für die Stellantriebe 3a, 3b für die Einlaßventile des ersten Zylinders Z1 vorgesehen, während die Steuereinheit 2b für die Stellantriebe 3c, d die Auslaßventile des ersten Zylinders vorgesehen ist. Entsprechendes gilt für die Steuereinheiten 2c, d bezüglich des vierten Zylinders Z4.
Eine Motorsteuerungseinrichtung 5 ist vorgesehen, die abhängig von der Drehzahl N der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, einer Größe, die den Fahrerwunsch repräsentiert, wie z. B. der Pedalwert eines Fahrpedalsensors und ggf. weiteren Größen, wie einem Luftmassenstrom in dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine oder einer Temperatur der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft oder einem von einer Abgassonde erfaßten Abgaszusammensetzung den Betrieb der Brennkraftmaschine steuert. Dazu steuert die Motorsteuerungseinrichtung 5 beispielsweise Einspritzventile oder Zündkerzen an. Ferner berechnet die Motorsteuerungseinrichtung 5 den gewünschten Öffnungsbeginn der jeweiligen Gaswechselventile 4a bis h und die gewünschte Öffnungsdauer bezogen auf den Kurbelwellenwinkel.
Die Motorsteuerungseinrichtung 5 ist über einen ersten Datenbus 6 mit der übergeordneten Steuereinheit 1 verbunden. Der erste Datenbus ist vorzugsweise als CAN-Bus (Controller Area Network) ausgebildet. Die Motorsteuerungseinrichtung 5 und die übergeordnete Steuereinheit tauschen über den ersten Datenbus 6 Daten aus. So erhält die übergeordnete Steuereinheit 1 von der Motorsteuerungseinrichtung 5 die von dieser berechneten Zeitdauern und Öffnungsbeginne der Gaswechselventile 4a bis d. Ferner sendet die Motorsteuerungseinrichtung der übergeordneten Steuereinheit auch jeweils den aktuellen Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die übergeordnete Steuereinheit 1 übernimmt somit die Kommunikation mit der Motorsteuerungseinrichtung 5. Die übergeordnete Steuerungseinrichtung 1 berechnet abhängig von dem Kurbelwellenwinkel und den vorgegebenen Öffnungsbeginnen und Öffnungsdauern Zeitsteuersignale für die Steuereinheiten 2a bis d. Dadurch werden die Steuereinheiten 2a bis d von den Kommunikationsaufgaben mit der Motorsteuerungseinrichtung freigehalten. Die Rechenkapazität der Steuereinheiten 2a bis d steht somit nahezu vollständig für die Steuerung der Stellantriebe 3a bis d zur Verfügung.
Die Übergeordnete Steuereinheit 1 ist über Kommunikationsleitungen 7a, b, c, d mit den Steuereinheiten 2a bis d verbunden. Die übergeordnete Steuereinheit 1 erzeugt Zeitsteuersignale für die jeweiligen Steuereinheiten 2a bis d, die sie über die Kommunikationsleitungen 7a bis d überträgt. Die Zeitsteuersignale werden in der übergeordneten Steuereinrichtung 1 abhängig von dem Kurbelwellenwinkel, dem Öffnungsbeginn des jeweiligen Gaswechselventils 4a bis h und der zugeordneten Öffnungsdauer ermittelt. Vorzugsweise wird für jede Steuereinheit 2a bis d ein Zeitsteuersignal erzeugt. Das Zeitsteuersignal ist beispielsweise ein Rechtecksignal, bei dem die fallende Flanke das Schließen und die steigende Flanke das Öffnen des zugehörigen Ventils anzeigt. Die Kommunikationsleitungen 7a bis d sind vorzugsweise zur unidirektionalen Signalübertragung von der übergeordneten Steuereinheit hin zu den Steuereinheiten 2a bis d ausgebildet.
Die Steuereinheiten 2a bis d erzeugen Stellsignale um den Anker schnell in die jeweilige gewünschte Position, also an die erste oder zweite Anlagefläche zu bringen, um dabei ein sanftes Aufsetzen des Ankers zu gewährleisten. Dazu ist vorzugsweise in den Steuereinheiten 2a bis d jeweils ein digitaler Prozessor vorgesehen, der entsprechende Steuer- oder Regelprogramme abarbeitet und dabei die Stellsignale für die Stellantriebe 3a bis d erzeugt. Gesteuert wird jeweils die Position des Ankers der Stellantriebe 3a bis d. Im Falle der Regelung ist vorzugsweise die Position als Regelgröße vorgesehen. Alternativ kann aber auch eine für die Position charakteristische Größe als Regelgröße vorgesehen sein, wie z. B. der Strom oder der Fluß durch eine der Spulen des Elektromagneten der Stellantriebe 3a bis d.
Die Steuereinheiten 2a bis d überwachen zusätzlich auch die Stellantriebe 3a bis d. So wird beispielsweise anhand der erfaßten Position des Ankers des Stellantriebs erkannt, ob der Anker unerwünscht in die durch die Vorspannung der Rückstellmittel des Stellantriebs bestimmte Ruheposition abgefallen ist und damit ein Fehler an dem Stellantrieb vorliegt. Die Steuereinheiten (2a-d) sind über einen zweiten Datenbus 11 mit der übergeordneten Steuereinheit 1 verbunden. Die Steuereinheiten melden den jeweiligen Zustand der Stellantriebe 3a bis d und ein eventuellen Ausfall einer der Stellantriebe über diesen Bus an die übergeordnete Steuereinrichtung.
Die Steuereinheiten 2a bis d und die übergeordnete Steuereinheit 1 sind ringförmig mit Überwachungsleitungen 9a bis e verbunden. Zusätzlich sind die Steuereinheiten 2a bis d und die übergeordnete Steuereinheit 1 ebenfalls ringförmig mit Rücksetzleitungen 10a bis e verbunden. Ferner ist eine Rückmeldeleitung 11 von der übergeordneten Steuereinheit 1 hin zu jeder Steuereinheit 2a bis d geführt. Jede Steuereinheit und die übergeordnete Steuereinheit erzeugt ein Überwachungssignal, welches über ihre ausgangsseitige Überwachungsleitung zur jeweils nächsten Steuereinheit oder der übergeordneten Steuereinheit übertragen wird. Jede Steuereinheit 2a bis d und die übergeordnete Steuereinheit prüft, ob an ihrer eingangsseitigen Überwachungsleitung 9a bis e das Überwachungssignal anliegt. Erkennt eine der Steuereinheiten 2a bis d oder die übergeordnete Steuereinheit 1 daß an ihrem Eingang das Überwachungssignal nicht anliegt, so schließt sie auf einen Fehler in der Steuereinheit oder übergeordneten Steuereinheit, die ausgangsseitig mit der entsprechenden Überwachungsleitung 9a bis e verbunden ist und veranlaßt eine Fehlerreaktion.
Die Rücksetzleitungen sind vorzugsweise so angeordnet und ausgebildet, daß die Datenübertragung über die Rücksetzleitungen in entgegengesetzer Richtung zu der Übertragung des Überwachungssignals in den Überwachungsleitungen 9a erfolgt. Beispielsweise wird also das Überwachungssignal von der Steuereinheit 2a hin zu der Steuereinheit 2b übertragen. Stellt die Steuereinheit 2b fest, daß das Überwachungssignal nicht oder fehlerhaft übertragen wird, so veranlaßt sie vorzugsweise als Fehlerreaktion, das Übertragen eines Rücksetzsignals über die Rücksetzleitung 10b hin zu der Steuereinheit 2a. Die Rücksetzleitung 10b ist auf einen Rücksetzeingang der Steuereinheit 2a geführt. Wenn an dem Rücksetzeingang der Steuereinheit 2a ein Rücksetzsignal anliegt, wird die Steuereinheit 2a in einen vorgegebenen Initialisierungszustand zurückgesetzt. Dazu wird beispielsweise die Stromversorgung der Steuereinheit 2a kurzzeitig unterbrochen und alle Rechenprogramme und gegebenenfalls vorhandene elektronische Elemente wie ein Mikroprozessor und ein Oszillator initialisiert. Das Anliegen eines Rücksetzsignals an dem jeweiligen Eingang der Rücksetzleitung 10c, d, e, a hat auch bei den übrigen Steuereinheiten 2b, c, d und der übergeordneten Steuereinheit 1 die gleiche Wirkung wie bei der Steuereinheit 2a.
Vorzugsweise ist alternativ oder zusätzlich zu den Rücksetzleitungen 10a bis e auch die Rückmeldeleitung 11 vorgesehen, die die übergeordnete Steuereinheit 1 jeweils mit den Steuereinheiten 2a bis d verbindet. Falls eine der Steuereinheiten 2a bis d einen Fehler einer anderen Steuereinheit erkennt, so erzeugt sie ein Rückmeldesignal, das über die Rückmeldeleitung 11 an die übergeordnete Steuereinheit übertragen wird. Die übergeordnete Steuereinheit 1 kann dann über den zweiten Datenbus 8 abfragen, welche der Steuereinheiten 2a bis d in einem Fehlerzustand ist und dann das Rücksetzen der entsprechenden Steuereinheit veranlassen. Alternativ kann sie im Falle des Anliegens eines Rückmeldesignals auf der Rückmeldeleitung auch alle oder eine Teilmenge der Steuereinheiten 2a bis d zurücksetzen.
Das Vorsehen der Rücksetzleitungen 10a bis e hat den Vorteil, daß bei erkanntem Fehler einer Steuereinheit die Steuereinheit, die den Fehler erkannt hat direkt die Fehlerreaktion mit Wirkung auf die fehlerhafte Steuereinheit ausführen kann. Die Fehlererkennung und Fehlerreaktion erfolgen also dezentral. Durch das Vorsehen der Rückmeldeleitung und das Übertragen entsprechender Rückmeldesignale im Fehlerfall kann die übergeordnete Steuereinheit entsprechende Fehlerreaktionen durchführen und beispielsweise gezielt eine Gruppe von Steuereinheiten deaktivieren oder zurücksetzen. Das Überwachungssignal ist vorzugsweise ein Rechtecksignal mit einer vorgegebenen Frequenz. Ein derartiges Rechtecksignal läßt sich mit geringem Rechenaufwand erzeugen und auch auswerten.
Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Steuervorrichtung beschrieben, wobei Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 2 versehen sind und im folgenden auch nicht mehr beschrieben werden. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform sind bei der Steuervorrichtung gemäß Figur 2 jeweils alle Steuereinheiten mit Rückmeldeleitungen 11a, 11b verbunden, die Stellsignale für Stellantriebe genau eines Zylinders Z1, Z4 erzeugen. Somit kann sobald eine der Steuereinheiten einen Fehler einer anderen Steuereinheit erkannt hat, die Stellsignale für Stellantriebe desselben Zylinders erzeugt, dies an alle anderen Steuereinheiten rückgemeldet werden, die ebenfalls Stellsignale für Stellantriebe desselben Zylinders erzeugen. Aufgrund dieses Rückmeldesignals kann dann ein entsprechender Notlaufbetrieb durch die jeweiligen Steuereinheiten dezentral eingeleitet werden, also beispielsweise das Ansteuern der Stellantriebe ausgesetzt werden.
Ferner sind die Steuereinheiten 2a, 2b, die jeweils Stellsignale für die Stellantriebe des ersten Zylinders Z1 erzeugen über eine Steuerleitung 13a direkt mit der Endstufe eines Einspritzventils 12a verbunden, das Kraftstoff in den ersten Zylinder zumißt. So kann beispielsweise die Steuereinheit 2b bei erkanntem Fehler der Steuereinheit 2a ein entsprechendes Signal über die Steuerleitung 13a übertragen, das bewirkt, daß die Kraftstoffzumessung durch das Einspritzventil 12a unterbrochen wird und somit verhindert wird, daß unverbrannter Kraftstoff in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gelangt. Dieser direkte Durchgriff auf eine Endstufe des Einspritzventils 12a hat den Vorteil, daß bei einem erkannten Fehler die Kraftstoffzumessung durch das Einspritzventil sofort unterbrochen werden kann und nicht erst nach einer zeitlichen Verzögerung, die bedingt ist durch die Übertragung einer entsprechenden Fehlermeldung über den ersten und zweiten Datenbus 5, 6 an die Motorsteuerungseinrichtung 5.
Die Steuereinheiten 2c, d sind ebenfalls über eine Steuerleitung 13b mit der Endstufe eines Einspritzventils 12b verbunden, das den Kraftstoff in den vierten Zylinder 24 zumißt.
Alternativ kann beispielsweise auch die Steuereinheit, die über die Überwachungsleitung 9c mit der Steuereinheit 2b verbunden ist, über die Steuerleitung 13a mit dem Einspritzventil 12a verbunden sein.
Die Anzahl der Steuereinheiten 2a bis d kann je nach Ausführungsform der Erfindung variieren. Insbesondere kann eine Steuereinheit auch eine andere als in diesem Ausführungsbeispielen angegebene Anzahl an Stellantrieben ansteuern. Ferner ist es auch möglich, daß eine Teilmenge der Steuereinheiten unter anderem auch Stellantriebe für andere Stellglieder, wie z. B. eine Zündkerze oder ein Einspritzventil ansteuern.
Neben der einen übergeordneten Steuereinheit 1 kann auch noch mindestens eine weitere übergeordnete Steuereinheit vorgesehen sein, beispielsweise kann für alle Einlaßventile, sowie für alle Auslaßventile der Brennkraftmaschine eine eigene übergeordnete Steuereinheit vorgesehen werden. Durch diesen Aufbau erhält man eine gewisse Redundanz, da bei Ausfall einer übergeordneten Steuereinheit die andere die Aufgaben der ausgefallenen Steuereinheit übernehmen kann.
Die ringförmige Verbindung der übergeordneten Steuereinheit und der Steuereinheiten 2a bis d über die Überwachungsleitungen zeichnet sich durch eine geringe Anzahl an benötigten Ein- und Ausgängen bei den Steuereinheiten und der übergeordneten Steuereinheit und einen geringen Verdrahtungsaufwand aus. Jedoch ist auch eine beliebige andere Art der Verschaltung der Überwachungsleitungen vorstellbar.

Claims (6)

  1. Steuervorrichtung für Stellantriebe einer Brennkraftmaschine
    mit mindestens zwei Steuereinheiten (2a, 2b, 2c, 2d), die jeweils Stellsignale erzeugen, mit denen mindestens je ein disjunkter Stellantrieb (3a-h) der Brennkraftmaschine angesteuert wird, und die über Überwachungsleitungen (9a-e) miteinander verbunden sind, und
    mit einer übergeordneten Steuereinheit (1), die die anderen Steuereinheiten (2a-d) steuert und die ebenfalls über Überwachungsleitungen (9a, 9e) mit mindestens einer Überwachungseinheit (2a-d) verbunden ist, wobei die Steuereinheiten (1, 2a-d) so ausgebildet sind, dass sie ein Überwachungssignal erzeugen, das über eine ausgangsseitige Überwachungsleitung übertragen wird, und die Steuereinheiten (1, 2a-d) ferner so ausgebildet sind, dass sie abhängig von einem über eine eingangsseitige Übertragungsleitung empfangenen Überwachungssignal die fehlerfreie Funktion einer anderen Steuereinheit (1, 2a-d) überwachen, und
    mit Rücksetzleitungen (10 a-e), über die die Steuereinheiten (1, 2a-d) verbunden sind, und die zum Übertragen von Rücksetzsignalen vorgesehen sind, wobei jeweils eine Steuereinheit (1, 2a-d) Mittel zum Erzeugen der Rücksetzsignale hat, die so ausgebildet sind, dass sie Rücksetzsignale erzeugen, wenn sie eine fehlerhafte Funktion einer anderen Steuereinheit (1, 2a-d) festgestellt haben, und wobei die Steuereinheiten so ausgebildet sind, dass sie bei Empfang eines Rücksetzsignals in einen vorgegebenen Initialisierungszustand zurückgesetzt werden.
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (1, 2a-d) über Überwachungsleitungen (9a-e) in Form eines Rings miteinander verbunden sind.
  3. Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (1, 2a-d) über mindestens eine Rückmeldeleitung (11, 11a, 11b) mit der übergeordneten Steuereinheit (1) verbunden sind, wobei die Rückmeldeleitung (11, 11a, 11b) zum Übertragen von Rückmeldesignalen vorgesehen sind, die jeweils eine Steuereinheit (1, 2a-d) erzeugt, wenn sie eine fehlerhafte Funktion einer anderen Steuereinheit (1, 2a-d) festgestellt hat.
  4. Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (1, 2a-d), die Stellsignale zum Steuern von Stellantrieben (3a-h) für Stellglieder genau eines Zylinders (Z1,Z4) der Brennkraftmaschine erzeugen, über weitere Rückmeldeleitungen (11a, 11b) miteinander verbunden sind, die zum Übertragen von Rückmeldesignalen vorgesehen sind, die jeweils eine dieser Steuereinheiten (2a-d) erzeugt, wenn sie eine fehlerhafte Funktion einer anderen dieser Steuereinheiten (2a-d) erkennt.
  5. Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Teilmenge der Steuereinheiten (2a-d) Stellsignale zum Steuern von elektromechanischen Stellantrieben erzeugt, denen als Stellglied je ein Gaswechselventil (4a-h) zugeordnet ist.
  6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (2a-d), die Stellsignale zum Steuern von elektromechanischen Stellantrieben erzeugen, denen als Stellglied je ein Gaswechselventil (4a-h) zugeordnet ist, über eine Steuerleitung (13a, 13b) einen direkten Durchgriff auf eine Endstufe eines Einspritzventils (12a, 12b) hat.
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