DE3031360A1

DE3031360A1 - Einrichtung zum erzeugen von steuersignalen mit einer haupt- und einer hilfssteuereinheit

Info

Publication number: DE3031360A1
Application number: DE19803031360
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Eisele; Heinz 7000 Stuttgart Möller; Manfred Ing.(grad.) 6148 Heppenheim Schmitt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1980-08-20
Publication date: 1982-04-08
Also published as: US4437154A; JPS5755402A

Description

^Η· 6480

31.7-1980 Mü/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Einrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen
mit einer Haupt- und einer HilfsSteuereinheit

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Erzeugen wiederholt auftretender Steuersignale für einen elektrischen Verbraucher mit einer Haupt- und einer Hilfssteuereinheit nach der Gattung des Hauptanspruchs. Wird von
einer Steuereinrichtung höchste Zuverlässigkeit verlangt, dann ist es üblich, diese Einrichtung doppelt auszuführen und im Fehlerfall der Hauptsteuereinheit auf die Hilfssteuereinheit umzuschalten. Dies erfolgt in der Regel mittels mechanischer Umschalter, die jedoch einem Verschleiß
unterliegen und somit ebenfalls ein Unsicherheitsmoment
darstellen. Des weiteren stellt sich das Problem, die
Arbeitsweise der Steuereinheit in jedem Fall sicherzustellen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auf mechanische Schalter auf der Leistungsseite verzichtet werden kann. Außerdem'ist mit ihr möglich, die Arbeitsweise des Hilfssteuerkreises selbst noch beim jeweiligen Verbraucher zu überwachen.

Das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Einrichtung ist im Grunde genommen nicht beschränkt. Sie kann überall dort angewendet werden, wo der Verbraucher zusätzlich mit zeitlich und/oder in der Amplitude begrenzten Impulsen aus der HilfsSteuereinheit angesteuert werden kann, die ihn no Ch₅
•nicht ansprechen lassen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Wirkungsweise der Einrichtung von Fig. 1 und schließlich Fig. 3 ein etwas detallierteres Blockschaltbild.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einem groben Blockschaltbild die Steuereinheit für Signale für elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile bei einer Brennkraftmaschine, z.B. bei einem Schiffs-Diesel-Motor oder allgemein einem Großdieselmotor. Der Motor selbst ist als Block 10 dargestellt und er umfaßt auch die als Verbraucher für die elektrischen Ansteuersignale wirkenden Magnetwicklungen der Einspritzventile. Ein erster Regler ist mit 11 bezeichnet,

ein zweiter mit 12, wobei für die weitere Beschreibung der Regler 11 als Hauptsteuereinheit und der Regler 12 als Hilfs steuereinheit bezeichnet wird. Eine Umschalteinrichtung dient der Fehlererfassung, Fehle'rauswertung und Umschaltung der jeweiligen Regler 11 und 12 auf die gewünschte Haupt- und Hilfsfunktion. Ausgangsseitig sind beide Regler 11 und 12 über je eine Diode 11* und 15 mit einem Verbindungspunkt 16 gekoppelt, der unmittelbar mit den Wicklungen der Einspritzventile in Verbindung steht. Jeder der Regler 11 und 12 bzw. die Steuereinheiten 11 und 12 sind mit der Umschalteinrichtung 13 über wenigstens drei Leitungen 17» 18 und 19 gekoppelt. Dabe'i dient die Leitung 17 der Fehlermeldung, die Leitung 18 als Umschaltsteuerleitung und über die Verbindung 19 läßt sich der Ausgangs strom durch die jeweilige Ausgangsdiode (z.B. 1h) auf bestimmte Werte einstellen. Das Signal auf der Umschaltsteuerleitung 18 legt fest, ob eine Steuereinheit (11, 12) als Haupt- oder als HilfsSteuereinheit arbeitet.

Wesentlich beim Gegenstand von Fig. 1 ist nun, daß sowohl die Haupt- als auch die HilfsSteuereinheit Ausgangssignale erzeugen und über den Verbindungspunkt 16 das jeweilige Magnetventil ansteuern. Damit das Auftreten der einzelnen Signale auch sicher erfaßbar ist, arbeiten Haupt- und HilfsSteuereinheit mit einer gewissen Phasenverschiebung, wobei beim Beispiel des Groß-Dieselmotors die Hilfssteuereinheit den in der Zündfolge nächsten Zylinder ansteuert. Das Hilfssteuersignal wird jedoch so dimensioniert (.kürzere und/oder kleinere Amplitude), daß der Verbraucher noch keine Reaktion zeigt, d.h., in einem konkreten Fall, daß das Einspritzventil noch nicht öffnet.

Dargestellt sind die entsprechenden Signale in Fig. 2 am Beispiel eines 3-Zylinder-Schiffs-Dieselmotors. Dabei zeigen die Diagramme von Fig. 2a1 bis a3 die zeitlich versetzten Ansteuerimpu]F^p nusfiehend von der Hauptsteufr-

BAD ORIGINAL

einheit, mit dem die Magnetventile offen gesteuert werden. Entsprechend zeigen die Fig. 2b 1 "bis b3 die gleichzeitig auftretenden kürzeren und in der Amplitude kleinere Ausgangssignale der HilfsSteuereinheit. Dabei -wird die Phasenverschiebung zwischen Haupt- und Hilfssteuersignalen deutlich. Sie ist so bemessen, daß die HilfsSteuereinheit den in der Zündfolge nächsten Zylinder ansteuert.

Fig. 2c1 bis c3 zeigt die Summe der auftretenden Impulse an den einzelnen Ventilwicklungen. Bereits die Zeichnung macht dabei deutlich, daß die Testimpulse der Hilfssteuereinheit wesentlich kleiner und kürzer bemessen sind als die Ausgangssignale der Hauptsteuereinheit und für eine Betätigung der Einspritzventile nicht ausreichen. Der Signalverlauf einer der drei Kurvenzüge von Fig. 2c1 bis c3 tritt dabei am Verbindungspunkt 16 des Gegenstandes von Fig. 1 auf, was gleichzeitig deutlich macht, daß die Dioden ilj·, 15 und der Verbindungspunkt 16 bei einer Vielzahl von Verbrauchern - beim oben gezeigten Beispiel sind es Magnetwicklungen von Einspritzventilen - ebenfalls mehrfach ausgeführt sein müssen.

Bei korrektem Arbeiten der Hauptsteuereinheit (Regler 11) dienen die Impulse nach den Signalbilden von Fig. 2a1 bis a3 der Offensteuerung der Einspritzventile. Wird ein Fehler erkannt, dann übernimmt die bisherige Hilfssteuereinheit die Funktion der bisherigen Hauptsteuereinheit, wobei dann jedoch gleichzeitig eine Zylindervertauschung vorgenommen werden muß, da ja nach der Darstellung zu gleichen Zeitpunkten von Haupt- und HilfsSteuereinheit die Magnetventile unterschiedlicher Zylinder angesteuert werden, eine Kontinuität in der Reihenfolge des Einspritzens jedoch sichergestellt sein muß.

Fig. 3 zeigt die wesentlichsten Teile des Gegenstand von Fig. 1 in einer etwas detaillierteren Anordnung. Der Regler bzw. die Steuereinheit 11 besteht im wesentlichen aus einem Rechner 25, der ausgehend von verschiedenen Eingangsgrößen,

die an Eingängen 26 anliegen, ein impulsbreiten-moduliertes und auf die Drehzahl synchronisiertes Einspritzsignal entsprechend Fig. 2a liefert. Dieses Signal von einem Ausgang 27 gelangt zum ersten Eingang 28 eines UND-Gatters 29 vor einem Leistungstransistor 30. Er liegt in Reihe mit der Entkopplungsdiode 11+ sowie einer Erregerwicklung 31 eines Einspritzventils und eines Meßwiderstandes 32 zwischen zwei Betriebsspannungsanschlüs sen 33 und 3*+. Der Spannungsabfall über den Meßwiderstand 33 wird erfaßt, in einem Vergleicher 36 mit dem Ausgangs signal einer Referenzspannungsstufe 37 verglichen und das Ergebnis dieses Vergleichs gelangt zum zweiten Eingang 38 des UND-Gatters 29. Hierdurch wird der Ausgangsstrom auf einen konstanten, von der Referenzspannung abhängigen Wert begrenzt (getaktete Endstufe ) .

In der Steuereinheit 11 befinden sich verschiedene Überwachungsstufen: Eine erste 1+0 ist mit dem Rechner 25 gekoppelt, eine zweite h1 überwacht die Arbeitsweise der Endstufen.Ihre Ausgangssignale gelangen zu einem ODER-Gatter 1+2, dessen Ausgang wiederum mit der Verbindungsleitung 17 in Verbindung steht.

Die Umschalteinrichtung 13 umfaßt einen Schalter 1+3 zur anfänglichen Auswahl von Haupt- und HilfsSteuereinheit sowie mehrere Logikbausteine 1+1+ bis 51- Dabei sind die einzelnen Logikbausteine doppelt vorhanden im Hinblick auf die geforderte Austauschbarkeit der beiden Steuereinheiten.

In der gezeichneten Stellung des Schalters 1+3 gelangt ein positives Signal zu einem ersten Eingang eines UND-Gatters 1+5, dessen zweiter Eingang über einen Inverter 1+1+ mit der Verbindungsleitung 17 sowie unmittelbar mit einem ersten Eingang eines weiteren UND-Gatters 1+6 gekoppelt ist. Die Ausgänge beider UND-Gatter 1+5 und U6 sind zu einem ODER-Gatter 1+7 geführt, dessen Ausgang das Signal auf den Ver-

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dungsleitungen 18 und 19 des Gegenstandes von Fig. 1 bestimmt. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des ODER-Gatters ^7 über einen Widerstand 52 mit einem Plusspannungsanschluß verbunden und je nach Ausgangspotential des ODER-Gatters kj liegen die Leitungen 18 und 19 entweder auf hohem oder tiefen Potential. Davon abhängig wiederum wird die Referenzspannungsstufe 37 zur Strombegrenzung (siehe die Impulse in Fig. 2b) gesteuert und darüber hinaus eine Zylindervertauschung sowie eine Impulsbreitenbegrenzung vorgenommen.

Zur Beeinflussung des oberen Teiles des Gegenstandes von Fig. 3 aufgrund einer Fehlermeldung vom Regler bzw. von der Steuereinheit 12 dient noch eine Fehlermeldungleitung 5^+ zum UND-Gatter k6 ausgehend von der Leitung 17" zwischen dem zweiten Regler 12 und der Umschalteinrichtung 13. Die Umschaltlogik (Gatter hk bis 51) in Block 13 trifft anhand der Fehlermeldungen auf den Leitungen 17 und 17' der beiden Regler und des Wahlschalters 1+3 eine Reglerwahl, wobei bei einem Defekt in der jeweiligen Hauptsteuereinheit automatisch auf die Hilfssteuerung umgeschaltet wird, falls diese keinen Defekt anmeldet.

Die Verknüpfung der übrigen logischen Bausteine k8 bis 51 in der Umschalteinrichtung 13 entspricht derjenigen der Einheiten kk bis Ii7 aufgrund der strengen Symmetrie.

Mit 55 ist ein weiterer Endstufentransistor in der Hauptsteuereinheit 11 bezeichnet, der stellvertretend für eine größere Anzahl von zusätzlichen und entsprechend dem Transistor 30 geschalteten Transistoren besteht. Er steuert ein zweites gezeichnetes Magnetventil 56 bei der Brennkraftmaschine 10. Auch hier findet sich eine Identität der übrigen Schaltung ausgehend von einem weiteren Ausgang 57 des Rechners 25.

Die einzelnen im Block dargestellten Schaltungsanordnungen von Fig. 3 sind als solche bekannt und bedürfen an dieser Stelle keiner näheren "Erläuterung. Wesentlich ist lediglich, daß bei der Hauptsteuereinheit entsprechend der Darstellung

nach Fig. 2 keine amplitudenmäßige und zeitliche Begrenzung des Verbraucherstroms eintritt, somit das Ausgangssignal in der Referenzspannungsstufe 37 ausreichend hoch gewählt werden muß.

Wird ein Fehler erfaßt und mittels eines Signals auf der Verbindungsleitung 17 gemeldet, dann schaltet die Logik mit den Bausteinen hk bis k'J um, die Ampliutdenbegrenzung sowie die Zylindervertauschung findet statt. Gleichzeitig wird über eine Steuerleitung 58 von der Verbindungsleitung 17 zum UND-Gatter 50 die bisherige HilfsSteuereinheit zur Hauptsteuereinheit umgeschaltet.

Das oben beschriebene Prinzip der Ankopplung zweier gleichberechtigter Steuereinheiten 11 und 12 an einen Verbraucher, im speziellen Fall sind es die Magnetwicklungen von Einspritzventilen, ohne Zwischenschaltung von Umschaltkontakten läßt sich selbstverständlich auf andere Problemstellungen übertragen, bei denen ebenfalls mehrere signalerzeugende Einheiten mit einem Verbraucher verbunden sind. Aufgrund ihres Arbeitsprinzipes läßt sich die Einrichtung vor allem dort vorteilhaft anwenden, wo auch die nicht aktiven Einheiten ständig überprüft werden müssen.

Claims

^R· 64 8 0

31 .7.I98O Mü/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

1J Einrichtung zum Erzeugen wiederholt auftretender Steuersignale für einen elektrischen Verbraucher mit einer Haupt- und einer HilfsSteuereinheit sowie einer Fehlererkennungsschaltungsanordnung und einer nachfolgenden Umschalteinrichtung von Haupt- auf HilfsSteuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die HilfsSteuereinheit (12) parallel zur Hauptsteuereinheit (11) arbeitet und in zeitlichem Abstand den Verbraucher (31, 56) noch nicht beeinflussende Kontrollsignale abgibt.
2. Einrichtung für die Steuerung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen den Ausgangssignalen von Haupt- und Hilfssteuereinheit (11, 12) drehzahlabhängig ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal von der Hauptsteuereinheit (11) und das Kontrollsignal der HilfsSteuereinheit (12) mit konstanter Kurbelvellenwinkeldifferenζ auftreten.
k. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Steuereinheiten (11, 12) auf Magnetventile (31, 56) schaltbar sind.
5. Einrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß als das zu überwachende Signal der Ausgangswert einer z.B. als Rechner ausgeführten Signalerzeugerstufe (25) und/oder der Verbraucherstrom erfaßt wird.
6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet', daß im Umschaltmoment von Hauptauf Hilfssteuereinheit (11, 12) und umgekehrt der zeitliche Abstand bzw. die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Ausgangssignalen geändert wird.
T. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Umschaltmoment die Reihenfolge der Ausgangssignale von Haupt- und HilfsSteuereinheit (11, 12) vertauscht wird.