EP1305509A1

EP1305509A1 - Elektronische schaltungsanordnung und zugehöriges verfahren zur ansteuerung eines stellglieds so als ventile oder injektoren

Info

Publication number: EP1305509A1
Application number: EP01955255A
Authority: EP
Inventors: Achim Przymusinski; Andreas Schiergl
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-05-02
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: US20030099079A1; DE10036903C1; US6748929B2; WO2002010570A1; EP1305509B1

Abstract

Elektronische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mindestens eines Stellglieds, insbesondere zur Ansteuerung der Ventile und/oder der Injektoren einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Treiberschaltung (1, 2) mit einem Steuereingang (Control Line 1, Control Line 2) und einem Rücksetzeingang (RESET), einer Steuereinheit (3, 4), die ausgangsseitig über eine Rücksetzleitung mit dem Rücksetzeingang (RESET) und über eine Steuerleitung mit dem Steuereingang (Control Line 1, Control Line 2) der Treiberschaltung (1, 2) verbunden ist, sowie mit einem intern mit der Steuereinheit (3, 4) verbundenen Signaleingang (Kl15) zum externen Anschluss eines Schaltelements, wobei die Steuereinheit (3, 4) die Treiberschaltung (1, 2) bei einer Aktivierung des Schaltelements über die Rücksetzleitung in einen vorgegebenen Zustand bringt, wobei der Signaleingang für das Schaltelement unter Umgehung der Steuereinheit (3, 4) über einen Signalpfad (9) mit dem Rücksetzeingang (RESET) der Treiberschaltung (1, 2) verbunden ist.

Description

Beschreibung

ELEKTRONISCHE SCHALTUNGSANORDNUNG UND ZUGEHÖRIGES VERFAHREN ZUR ANSTEUERUNG EIN ES STELLGLIEDS SO ALS VENTILE ODER INJEKTOREN

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mindestens eines Stellgliedes, insbesondere zur Ansteuerung der Ventile und/oder der Injektoren einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein zugehöriges Verfahren gemäß Anspruch 10.

Herkömmliche Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise Injektoren auf, die den Kraftstoff jeweils in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen, wobei die Ansteuerung der Injektoren durch eine elektronische Treiberschaltung erfolgt.

Darüber hinaus weisen herkömmliche Einspritzanlagen neben den vorstehend erwähnten Injektoren weitere steuerbare Stellglie- der auf, wie beispielsweise Volumenstromregelventile (VCV - Volume Control Valve) oder Druckregelventile (PCV - Pressure Control Valve) , die ebenfalls durch eine elektronische Treiberschaltung angesteuert werden. Eingangsseitig sind die Treiberschaltungen wiederum mit einem MikroController verbun- den, der die gewünschten Betriebsparameter für die Stellglieder vorgibt und beispielsweise den Volumenstrom, den Kraftstoffdruck und die Einspritzzeiten vorgibt.

Ferner weisen bekannte Einspritzanlagen eine Überwachungsein- heit auf, die ausgangsseitig mit jeweils einem Rücksetzeingang der Treiberschaltung verbunden ist und die Treiberschaltungen beim Auftreten einer Fehlfunktion in einen vorgegebenen sicheren Zustand bringen kann. Die Überwachungseinheit ist hierbei beispielsweise über einen Datenbus mit dem Mikro- Controller verbunden, um eine Fehlfunktion erkennen zu können. Bei derartigen Einspritzanlagen sollen die Treiberschaltungen in jedem Fall in einen sicheren Zustand gebracht werden, wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs die Zündung abschaltet. Der Mikrocontroller ist deshalb eingangsseitig mit dem Zündschal- ter verbunden und steuert die Überwachungseinheit beim Abschalten der Zündung so an, dass die Treiberschaltungen in den sicheren Zustand gebracht werden.

Nachteilig an der vorstehend beschriebenen bekannten Schal- tungsanordnung ist die Tatsache, dass sowohl der Mikrocontroller als auch die Überwachungseinheit ordnungsgemäß funktionieren müssen, um die Treiberschaltungen in einen sicheren Zustand zu bringen. Bei einer Fehlfunktion des Mikrocontrol- lers oder der Überwachungseinheit besteht somit die Gefahr, dass der Fahrer die Treiberschaltungen nicht mehr durch Abschalten der Zündung in einen sicheren Zustand bringen kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene bekannte Schaltungsanordnung dahingehend zu verbessern, dass die Treiberschaltungen auch bei einer Fehlfunktion des MikroControllers oder der Überwachungseinheit zuverlässig in einen sicheren Zustand gebracht werden können.

Die Aufgabe wird, ausgehend von der vorstehend beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. - hinsichtlich eines entsprechenden Verfahrens - durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.

Die Erfindung urαfasst die allgemeine technische Lehre, zusätzlich zur Ansteuerung des Rücksetzeingangs der Treiberschaltungen durch den Mikrocontroller bzw. die Überwachungseinheit unter Umgehung des Mikrocontrollers und der Überwachungseinheit einen Signalpfad von dem Zündschalter zu dem Rücksetzeingang der Treiberschaltungen vorzusehen, so dass die Abschaltung der Treiberschaltungen auch bei einer Fehl- funktion des MikroControllers oder der Überwachungseinheit sicher funktioniert.

Vorzugsweise ist dem Rücksetzeingang der Treiberschaltungen eine Logikschaltung vorgeordnet, die eingangsseitig zum einen mit der vorzugsweise aus einem Mikrocontroller und einer Ü- berwachungseinheit bestehenden Steuereinheit und zum anderen unter Umgehung der Steuereinheit mit dem Signaleingang zum Anschluss des Zündschalters verbunden ist, wobei der Rück- setzeingang der Treiberschaltung aktiviert wird, wenn an einem Eingang der Logikschaltung ein entsprechendes Aktivierungssignal anliegt. Die Rücksetzung der Treiberschaltung in den sicheren Zustand erfolgt also in dieser Variante der Erfindung wahlweise durch die Steuereinheit oder direkt durch den Zündschalter.

Vorzugsweise ist der Rücksetzeingang der Treiberschaltung high-aktiv, so dass die Treiberschaltung in einen sicheren Zustand gebracht wird, wenn am Rücksetzeingang der Treiber- Schaltung ein High-Pegel anliegt. In diesem Fall weist die dem Rücksetzeingang der Treiberschaltung vorgeordnete Logikschaltung vorzugsweise ein Oder-Glied auf.

In einer anderen Variante der Erfindung ist der Rücksetzein- gang der Treiberschaltung dagegen low-aktiv, so dass die Treiberschaltung in einen sicheren Zustand gebracht wird, wenn an dem Rücksetzeingang der Treiberschaltung ein Low- Pegel anliegt. In diesem Fall weist die dem Rücksetzeingang der Treiberschaltung vorgeschaltete Logikschaltung vorzugs- weise ein Und-Glied auf.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist in dem die Steuereinheit umgehenden Signalpfad zwischen dem Signaleingang für das die Abschaltung der Treiberschaltungen bewirken- de Schaltelement (z.B. Zündschalter) und dem Rücksetzeingang der Treiberschaltung ein Verzögerungselement angeordnet, wobei die Verzögerungszeit des Verzögerungselementes Vorzugs- cυ <J0 tv> IV) h-¹ h-¹

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ne Abschaltung nach Ablauf der vorgegebenen Verzögerungszeit erfolgt. Die Steuereinheit aktiviert dann die Rücksetzleitung für eine Treiberschaltung, wohingegen die Rücksetzleitungen der anderen Treiberschaltung unbeeinflusst bleiben. Bei einer ordnungsgemäßen Funktion muss die Brennkraftmaschine jedoch trotzdem innerhalb der Verzögerungszeit mit einem Drehzahlabfall reagieren, da beispielsweise das Volumenstromregelventil geschlossen wurde. Eine Erfassung eines entsprechenden Drehzahlabfalles trotz der Abschaltung nur einer einzigen Trei- berschaltung zeigt also, dass die zugehörige Rücksetzleitung ordnungsgemäß arbeitet.

Andere vorteilhafte Varianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Blockschaltbild so- wie

Figur 2 ein Verfahren zur Überprüfung der Rücksetzung der Treiberschaltung durch die Steuereinheit.

Die in Figur 1 dargestellte elektronische Schaltungsanordnung dient zur Ansteuerung der Stellglieder einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.

Hierzu weist die Schaltungsanordung eine Treiberschaltung 1 auf, die ausgangsseitig zum einen ein Druckregelventil (PCV - Pressure Control Valve) und zum anderen ein Volumenstromregelventil (VCV - Volume Control Valve) ansteuert, wobei sowohl das Volumenstromregelventil als auch das Druckregelventil zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Treiberschaltung 2 auf, die vier Injektoren II - 14 der Ein- Spritzanlage ansteuert und somit den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer festlegt.

Die Vorgabe dieser Parameter erfolgt sowohl für die Treiber- Schaltung 1 als auch für die Treiberschaltung 2 durch einen Master-Mikrocontoller 3, der ausgangsseitig über zwei Steuerleitungen Control Line 1, Control Line 2, mit der Treiberschaltung 1 bzw. mit der Treiberschaltung 2 verbunden ist und die Betriebsparameter wie Kraftstoffdruck, Volumenstrom, Ein- spritzzeitpunkt und Einspritzdauer vorgibt.

Eingangsseitig ist der Master-Mikrocontroler 3 mit einem Zündschalter KL15 verbunden, damit der Einspritzvorgang beim Abschalten der Zündung und beim damit zusammenhängenden Öff- nen des Zündschalters KL15 unterbrochen wird. Beim Abschalten des Zündschalters K115 erkennt der Master-Mikrocontroller 3 dies im normalen Betrieb und deaktiviert die Steuerleitungen Control Line 1 und Control Line 2. Dies führt zum Abschalten der Einspritzung. Weiterhin hat der Master-Mikrocontroller 3 die Möglichkeit, einer Überwachungseinheit 4 über eine Interrupt-Leitung NMI (NMI - non maskable interrupt) mitzuteilen, dass zwei Rücksetzleitungen DISABLE1 und DISABLE2 aktiviert werden sollen. Hierbei werden die Treiberschaltungen 1, 2 in einen sicheren Zustand gebracht, in dem kein Kraftstoff ein- gespritzt wird.

Die Ansteuerung der Treiberschaltungen 1, 2 in den sicheren Zustand erfolgt also nicht nur durch den Master- Mikrocontroller 3, sondern auch durch die Überwachungsein- heit 4 vom Typ M37477, die mit dem Master-Mikrocontroller 3 zum einen über einen Datenbus SPI (SPI - serial peripheral interface) und zum anderen über die Interrupt-Leitung NMI (NMI - non maskable interrupt) verbunden ist. Die Interrupt- Leitung NMI ermöglicht es dem Master-Mikrocontroller 3, der Überwachungseinheit 4 zu signalisieren, dass der Einspritzvorgang unterbrochen werden uss. Darüber hinaus wird der Einspritzvorgang auch unterbrochen, wenn die Überwachungsein- heit 4 anhand der über den Datenbus SPI übertragenen Daten erkennt, dass eine Fehlfunktion des Master-Mikrocontrollers 3 vorliegt .

In beiden Fällen gibt die Überwachungseinheit 4 über die

Rücksetzleitung DISABLE2 ein Rücksetzsignal an den entsprechenden Rücksetzeingang Reset der Treiberschaltung 2, so dass diese in einen sicheren Zustand gebracht wird, in dem kein Treibstoff eingespritzt wird, da alle Injektoren 11-14 schließen. Die Rücksetzleitung DISABLE2 zwischen der Überwachungseinheit 4 und der Treiberschaltung 2 ist über einen Pull-Down-Widerstand 5 mit Masse verbunden, damit die Rücksetzleitung DISABLE2 bei einem Initialisierungsvorgang der Überwachungseinheit 4 und einem daraus resultierenden hochoh- migen Zustand am Ausgang der Überwachungseinheit 4 einen Low- Pegel annimmt.

Weiterhin gibt die Überwachungseinheit 4 in den beiden vorstehend beschriebenen Fällen über die Rücksetzleitung DISABLE1 ein Rücksetzsignal aus, das über einen Inverter 6 und ein Und-Glied 7 dem low-aktiven Rücksetzeingang der Treiberschaltung 1 zugeführt wird. Zur Rücksetzung der Treiberschaltung 1 gibt die Überwachungseinheit 4 über die Rücksetzleitung DISABLE1 also einen High-Pegel aus, so dass am Aus- gang des Inverters 6 ein Low-Pegel erscheint, was am Ausgang des Und-Gliedes 7 unabhängig vom Signalpegel an dem anderen Eingang des Und-Gliedes 7 zu einem Low-Pegel und damit zu einer Rücksetzung der Treiberschaltung 1 führt. Die Rücksetzleitung DISABLE1 ist zwischen der Überwachungseinheit 4 und dem Inverter 6 über einen Pull-Up-Widerstand 8 mit einer Versorgungsspannung VCC verbunden, um bei einem Initialisierungsvorgang der Überwachungseinheit 4 und einem daraus resultierenden hochohmigen Zustand am Ausgang der Überwachungseinheit 4 einen definierten High-Pegel auf der Rücksetzlei- tung DISABLEl zu erzeugen. Darüber hinaus ermöglicht die dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch einen direkten Durchgriff von dem Zündschalter KL15 auf die Treiberschaltungen 1, 2. Der Zündschalter KL15 ist deshalb über einen sowohl den Master- Mikrocontroller 3 als auch die Überwachungseinheit 4 umgehenden Signalpfad 9 mit einem Verzögerungselement 10 verbunden, welches das an seinem Eingang anliegende Signal mit einer zeitlichen Verzögerung von T_v=800 ms an den zweiten Eingang des Und-Gliedes 7 weitergibt. Alternativ hierzu können auch andere Verzögerungszeiten T_v≥700 ms verwendet werden. Beim Öffnen des Zündschalters KL15 erscheint also am Eingang des Verzögerungselementes 10 sofort ein Low-Pegel, der nach Ablauf der vorgegebenen Verzögerungszeit an das Und-Glied 7 und damit auch an den Rücksetzeingang der Treiberschaltung 1 wei- tergegeben wird. Ein Öffnen des Zündschalters KL15 führt also auch bei einer vollständigen Fehlfunktion des Master- Mikrocontrollers 3 oder der Überwachungseinheit 4 zu einem Rücksetzen der Treiberschaltungen 1, 2 in einen sicheren Zustand.

Darüber hinaus ermöglicht die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Überprüfung der ordnungsgemäßen Rücksetzung der Treiberschaltung 1 bzw. 2 durch die Überwachungseinheit 4, ohne dass der normale Betrieb un- terbrochen werden muss, wie aus dem in Figur 2 dargestellten Flussdiagramm hervorgeht. Die Überprüfung der ordnungsgemäßen Rücksetzung wird nämlich erst vorgenommen, wenn der Zündschalter KL15 geöffnet wird. Es wird deshalb im ersten Schritt zunächst so lange gewartet, bis der Zündschalter KL15 geöffnet wird. Anschließend setzt die Überwachungseinheit 4 das Rücksetzsignal DISABLE1 auf Low und das Rücksetzsignal DISABLE2 auf High, was bei korrekter Funktion der Schaltungsanordnung zu einer Rücksetzung der Treiberschaltung 2, nicht jedoch zu einer Rücksetzung der Treiberschaltung 1 führt.

Unmittelbar anschließend wird die Drehzahl ni der Brennkraftmaschine gemessen und für eine Zeitspanne von T=500 ms gewar- o co IV> rv> H-¹

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Claims

Patentansprüche

1. Elektronische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mindestens eines Stellglieds (11-14), insbesondere zur Ansteuerung der Ventile und/oder der Injektoren einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, mit

mindestens einer Treiberschaltung (1, 2) mit einem Steuereingang (Control Line 1, Control Line 2) und einem Rücksetzein- gang (RESET) zur elektrischen Ansteuerung des Stellglieds in Abhängigkeit von den an dem Steuereingang (Control Line 1, Control Line 2) eingehenden Daten,

einer Steuereinheit (3, 4), die ausgangsseitig über eine Rücksetzleitung (RESET) mit dem Rücksetzeingang und über eine Steuerleitung (Control Line 1, Control Line 2) mit dem Steuereingang der Treiberschaltung (1, 2) verbunden ist, sowie mit

einem intern mit der Steuereinheit (3, 4) verbundenen Signaleingang (K115) zum externen Anschluss eines Schaltelements, wobei die Steuereinheit (3, 4) die Treiberschaltung (1, 2) bei einer Aktivierung des Schaltelements über die Rücksetzleitung (RESET) in einen vorgegebenen Zustand bringt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass der Signaleingang (K115) für das Schaltelement unter Umgehung der Steuereinheit (3, 4) über einen Signalpfad (9) mit dem Rücksetzeingang (RESET) der Treiberschaltung (1, 2) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Rücksetzeingang (RESET) der Treiberschaltung (1, 2) eine Logikschaltung (7) vorgeschaltet ist, die eingangsseitig zum einen mit der Steuereinheit (3, 4) und zum anderen über den Signalpfad (9) mit dem Signaleingang verbunden ist, wobei der Rücksetzeingang (RESET) der Treiberschaltung (1, 2) wahlweise durch die Steuereinheit (3, 4) und/oder den Signaleingang aktiviert werden kann.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Rücksetzeingang (RESET) der Treiberschaltung (1, 2) HIGH-aktiv ist und die Logikschaltung ein ODER-Glied auf- weist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Rücksetzeingang (RESET) der Treiberschaltung (1, 2) LOW-aktiv ist und die Logikschaltung ein UND-Glied (7) aufweist .

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in dem die Steuereinheit (3, 4) umgehenden Signalpfad (9) zwischen dem Signaleingang (K115) für das Schaltelement und dem Rücksetzeingang^■ (RESET) der Treiberschaltung (1, 2) ein Verzögerungselement (10) angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verzögerungselement (10) eine Verzögerungszeit von mehr als 700 ms aufweist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinheit (3, 4) einen Mikrocontroller (3) und eine mit dem Mikrocontroller (3) verbundene Überwachungseinheit (4) aufweist, wobei der Mikrocontroller (3) ausgangsseitig über die Steuerleitung (Control Line 1, Control Line 2) mit dem Steuereingang der Treiberschaltung (1, 2) verbunden ist, wohingegen die Überwachungseinheit (4) ausgangsseitig über die Rücksetzleitung (RESET) an die Treiberschaltung (1, 2) angeschlossen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Mikrocontroller (3) und die Überwachungseinheit (4) an einem Datenbus (SPI) angeschlossen sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Datenbus (SPI) ein SPI-Bus ist.

10. Verfahren zur Überprüfung der Rücksetzung der Treiberschaltung (1, 2) durch die Steuereinheit (3, 4) bei einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten:

- Aktivierung des Rücksetzeingangs der Treiberschaltung (1, 2) über die Rücksetzleitung durch die Steuereinheit (3,

4),

- Erfassung des Verhaltens einer durch das Stellglied beein- flussten Vorrichtung nach der Aktivierung des Rücksetzeingangs der Treiberschaltung (1, 2) , - Auswertung des Verhaltens der durch das Stellglied beein- flussten Vorrichtung zur Überprüfung einer ordnungsgemäßen Rücksetzung der Treiberschaltung (1, 2).

11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die durch das Stellglied beeinflusste Vorrichtung eine Brennkraftmaschine ist und zur Ermittlung des Verhaltens der Brennkraftmaschine nach der Aktivierung des Rücksetzeingangs der Treiberschaltung (1, 2) die Drehzahl der Brennkraft a- schine gemessen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach der Aktivierung des Rücksetzeingangs der Treiberschaltung (1, 2) die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem ersten Zeitpunkt und einem anschließenden zweiten Zeitpunkt gemessen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt größer als die Verzögerungszeit des Verzögerungsglieds ist.