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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
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Es sind Verfahren und Vorrichtungen
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen ein Steuergerät Daten
aus einem Datenträger ausliest
und zur Steuerung verwendet. Dabei ist der Datenträger wenigstens
einem Stellglied zugeordnet und beinhaltet Daten, die dieses Stellglied
charakterisieren. So ist es beispielsweise vorgesehen, dass bei
Injektoren, die der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Ansteuersignals
Kraftstoff zumessen, ein Datenträger
mitgegeben wird, der Korrekturwerte enthält, mit denen Fehler der einzelnen
Injektoren ausgeglichen werden können.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Korrekturdaten
am Ende der Fertigung des Injektors ermittelt und in den Datenträger eingelesen
werden. Dabei kann der Datenträger
auch als Bar-Code oder als nur lesbares Speicherelement ausgebildet
sein. Bei der ersten Initialisierung des Steuergeräts werden
dann diese Daten in das Steuergerät eingelesen und im späteren Betrieb
zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
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Moderne Steuergeräte beinhalten verschiedene
Funktionen, die ebenfalls Korrekturwerte ermitteln, die einem Injektor
zuzuordnen sind. Eine solche Funktion wird beispielsweise als Nullmengenkalibrierung
bezeichnet. Diese Daten werden üblicherweise lediglich
im Steuergerät
abgelegt und zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
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Üblicherweise
wird die individuelle Einspritzmenge eines Injektors an mehreren
Prüfpunkten
erfasst. Dabei wird die Abweichung der jeweiligen Einspritzmenge
vom Sollwert ermittelt. Diese Daten werden bei der Injektorfertigung
in geeigneter Form auf dem Injektor angebracht. Bei der Motormontage und/oder
bei der Fahrzeugmontage werden die Daten über geeignete Systeme, beispielsweise über ein Kamerasystem
oder eine Diagnoseschnittstelle in das Steuergerät übertragen.
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Bei einem Austausch des Steuergeräts müssen die
auf dem Injektor abgelegten Daten erneut über die Diagnoseschnittstelle
bzw. das Kamerasystem eingelesen werden. Die bereits von dem Steuergerät ermittelten
sonstigen Korrekturwerte müssten aus
dem alten Steuergerät
ausgelesen und ins neue Steuergerät übertragen werden. Hierzu sind
wiederum spezifische Funktionen der Diagnoseschnittstelle und/oder
des Steuergeräts
und/oder des Servicetesters notwendig. Hierdurch entsteht beim Tausch
des Steuergeräts
ein erheblicher Aufwand.
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Des weiteren ist bekannt, dass die
Korrekturwerte in einem nicht flüchtigen
Speicher im Injektor selbst abgelegt werden und durch die eigentliche Vorrichtung
bei der Initialisierung des Steuergeräts zum Steuergerät übertragen
werden. Dabei erfolgt die Übertragung
der Daten lediglich bei der Initialisierung von dem Injektor zu
dem Steuergerät.
Die Problematik, dass die sonstigen Korrekturwerte beim Tausch des
Steuergeräts
verloren gehen, kann mit einer solchen Vorgehensweise nicht behoben
werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Dadurch, dass über eine Datenleitung Daten von
dem Steuergerät
in den Datenträger
einschreibbar und/oder dass Daten von dem Steuergerät aus dem
Datenträger
auslesbar sind, ist ein einfacher Tausch des Steuergeräts bei einem
Defekt möglich. Es
ist eine problemlose Tauschbarkeit von Teilen, insbesondere des
Steuergeräts,
ohne den Einsatz spezifischer, herstellerabhängiger Werkzeuge oder Tester,
gegeben. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Datenleitung nur
zur Übertragung
von Daten und die weiteren Leitungen vorzugsweise zur Ansteuerung des
Verbrauchers dienen.
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Vor Beginn der Datenübertragung
wird die wenigstens eine weitere Leitung für eine vorgegebene Zeitdauer
mit Masse und/oder mit der Versorgungsspannung verbunden.
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Dadurch kann in einfacher Weise dem
Datenträger
signalisiert werden, das ein Datenaustausch erfolgt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass zur
Signalisierung eines in Kürze
erfolgenden Datentransports eine quasi Ansteuerung des Verbrauchers
erfolgt. Diese erfolgt so kurz , dass der Verbraucher nicht reagiert
und/oder in solchen Betriebszuständen,
in denen eine Reaktion des Verbrauchers keine Auswirkungen besitzt
Besonders vorteilhaft ist es, wenn Daten einschreibbar sind, die
von zylinderindividuellen Regelungen und/oder Steuerungen ermittelt
werden. Diese Daten charakterisieren das Stellglied. Solche Daten
werden beispielsweise von einer Nullmengenkalibrierung und/oder
einer Mengenausgleichsregelung ermittelt und in den Datenträger eingeschrieben.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Datenträger eine bauliche
Einheit mit dem Stellglied bildet. Dadurch können die Daten sicher dem entsprechenden
Stellglied zugeordnet werden. Ein Verwechslung der Daten ist nicht
möglich.
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Bevorzugt wird die Vorrichtung für ein Stellglied
eingesetzt, das als Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in
die Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.
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Es zeigen
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1 ein
Blockdiagramm der wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und
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2 verschiedene über Zeit
aufgetragene Signale.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine dargestellt.
Ein Steuergerät
ist mit 100 bezeichnet. Ein Stellglied ist mit 200 bezeichnet.
Das Steuergerät 100 beinhaltet
eine Steuereinheit 110, diese beinhaltet wiederum mehrere
Funktionen. Dies sind u.a. eine sogenannte Mengenausgleichsregelung 112 und/oder
eine Nullmengenkalibrierung 114. Die Steuereinheit beaufschlagt ein
erstes Schaltmittel 120, das im Folgenden auch als High-Side-Schalter
bezeichnet wird, sowie ein zweites Schaltmittel 125, das
im Folgenden auch als Low-Side-Schalter bezeichnet wird, mit Ansteuersignalen.
Das erste Schaltmittel ist mit seinem ersten Anschluss mit einer
Versorgungsspannung Ubat und mit seinem zweiten Anschluss mit dem
Stellglied verbunden. Das zweite Schaltmittel ist mit seinem ersten Anschluss
mit Masse und mit seinem zweiten Anschluss ebenfalls mit dem Stellglied 200 über eine Low-Side-Leitung 135 verbunden.
Des weiteren ist die Steuereinheit des Steuergeräts über eine Datenleitung 140 mit
dem Stellglied 200 verbunden.
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Das Stellglied 200 umfasst
im Wesentlichen neben den nicht dargestellten mechanischen und/oder
hydraulischen Komponenten einen Verbraucher 250 und einen
Datenträger 260.
Die High-Side-Leitung 130 ist mit dem Datenträger 260 und
mit dem Verbraucher 250 verbunden. Die Low-Side-Leitung 135 ist
ebenfalls mit dem Verbraucher 250 und mit dem Datenträger 260 verbunden. Die
Datenleitung 240 verbindet lediglich die Steuereinheit 110 mit
dem Datenträger 260.
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Der Verbraucher 250 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als elektromagnetischer Verbraucher, insbesondere als Magnetventil
ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist lediglich anhand eines Verbrauchers dargestellt. Die Vorgehensweise
lässt sich
aber auch auf mehrere Stellglieder übertragen. Dabei kann das Stellglied
einen oder mehrere Verbraucher umfassen. Die Verbraucher können dabei
als Magnetventil und/oder als Piezoaktor ausgebildet sein.
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Sind mehrere Stellglieder vorgesehen,
so ist üblicherweise
vorgesehen, dass lediglich ein High-Side-Schalter für mehrere
Stellglieder und/oder für
eine Gruppe von Stellgliedern vorgesehen ist. Dagegen ist vorgesehen,
dass jedem Stellglied ein Low-Side-Schalter zugeordnet ist. Das
Stellglied ist vorzugsweise als Injektor, der bei sogenannten Common-Rail-Systemen
eingesetzt wird, ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber
nicht auf solche Injektoren beschränkt, sie kann auch bei anderen
Stellgliedern, wie beispielsweise bei Pumpe-Düse-Einheiten, verwendet werden.
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Üblicherweise
ist vorgesehen, dass die Steuereinheit Ansteuersignale bereitstellt,
mit denen der High-Side-Schalter und/oder der Low-Side-Schalter derart
betätigt
werden, dass der Verbraucher entsprechend bestromt und die Kraftstoffzumessung
für eine
bestimmte Zeitdauer ab einem bestimmten Zeitpunkt freigibt.
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Der Datenträger ist vorzugsweise so ausgebildet,
dass er lesbar und beschreibbar ist. D.h. die Steuereinheit kann
den Datenträger 260 mit
Daten beschreiben und von dem Datenträger auslesen. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Datenträger 260 ein
Speichermittel und weitere Elemente umfasst, die zum Lesen und/oder
Beschreiben des Speichers erforderlich sind.
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Abhängig davon, wie die Datenübertragung erfolgt,
kann vorgesehen sein, dass eine Datenleitung pro Stellglied bzw.
eine Datenleitung, die alle Stellglieder verbindet, vorgesehen ist.
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Die Steuereinheit beinhaltet verschiedene Funktionen.
So ist zum Beispiel ein IMA-Verfahren vorgesehen.
Bei diesem Verfahren werden die individuellen Einspritzmengen eines
Injektors an mehreren Prüfpunkten
erfasst. Diese Prüfung
erfolgt dabei im Anschluss an die Herstellung der Injektoren. Dabei
werden die Abweichungen der jeweiligen Einspritzmengen vom Sollwert
erfasst. Diese Information wird dem Injektor mittels eines geeigneten
Datenträgers
mitgegeben. Hierzu sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Bei der
ersten Inbetriebnahme des Steuergeräts werden die Daten in geeigneter Form
in das Steuergerät
eingelesen und im späteren Verlauf
zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Dabei wird die Einspritzmenge
der einzelnen Injektoren durch gezielte Veränderung der Ansteuerdauer des
Injektors derart korrigiert, dass dieser die gewünschte einzuspritzende Kraftstoffmenge
zumisst.
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Des weiteren ist üblicherweise eine sogenannte
NMK, die auch als Nullmengenkalibrierung bezeichnet wird, vorgesehen.
Bei diesem Verfahren wird die Ansteuerdauer ermittelt, bei der gerade Kraftstoff
zugemessen wird. Hierzu ist vorgesehen, dass bei dem jeweils zu überprüfenden Injektor
in bestimmten Betriebszuständen,
insbesondere im Schubbetrieb, die Ansteuerdauer so lange erhöht wird,
bis anhand eines charakteristischen Signals eine Einspritzung erkannt
wird. Die so ermittelte Nullmenge wird auch als Wirkgrenze bezeichnet,
ab der die eingespritzte Kraftstoffmenge eine im Drehzahlsignal
wahrnehmbare Momentenbildung auslöst. Durch dieses Verfahren
können
Driften in der Voreinspritzmenge erkannt und kompensiert werden.
Hierzu werden im Steuergerät
die so ermittelten Werte der Wirkgrenze für verschiedene Fahrzyklen in
einem nicht flüchtigen,
wiederbeschreibbaren Speicher abgelegt.
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Des weiteren kann eine Mengenausgleichsregelung
vorgesehen sein, die auch als MAR-Funktion bezeichnet wird. Hierbei wird
jedem Zylinder eine Regelung zugeordnet, die eine die Drehzahl charakterisierende
Größe auf einen
gemeinsamen Sollwert für
alle Zylinder einregelt. Eine solche Mengenausgleichsregelung beinhaltet
häufig
einen Regler mit Integralanteil. Der Wert dieses Integralanteils
ist charakteristisch für
den Mengenfehler des entsprechenden Zylinders, dem dieser Regler
zugeordnet ist. Üblicherweise
werden deshalb diese Integralanteile der einzelnen Regler ebenfalls
in einem nicht flüchtigen, wiederbeschreibbaren
Speicher abgelegt.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die
Daten, die einzelnen Zylindern oder Injektoren zugeordnet werden
können
und üblicherweise
in einem nicht flüchtigen
und/oder wiederbeschreibbaren Speicher im Steuergerät abgelegt
werden, alternativ und/oder zusätzlich
in dem Datenträger 260 des
jeweiligen Stellgliedes abgelegt werden.
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D.h., insbesondere die Daten der
Nullmengenkalibrierung und der Megenausgleichsregelung sowie weiterer
Verfahren, die entsprechende Größen, die
einzelnen Stellgliedern zugeordnet werden können, werden in den Datenträger 260 eingeschrieben.
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Dies bietet den Vorteil, dass beim
Tausch von einzelnen Komponenten, insbesondere des Steuergeräts, die
Datenintegrität
gewährleistet
ist, ohne dass zusätzliche
Maßnahmen
und Mittel, wie Diagnosetester, vorgesehen sein müssen. Als
Datenträger
können
alle les- und beschreibbaren Speicherelemente, insbesondere EEPROM-Speicher
verwendet werden. Damit ist gewährleistet,
dass alle Funktionen, die individuellen Daten des Stellgliedes verwenden
können.
Alle adaptiven Algorithmen, die Daten über die individuellen Stellglieder
ermitteln und Abspeichern, können
dies in einer für
die Logistik optimal und servicefreundlichen An durchführen.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Schreiben und Lesen
des Datenträgers über eine
zusätzliche
Datenleitung 140. Für
das Ein- und Auslesen der Daten benötigt der Datenträger neben dem
Speicher noch zusätzliche
Funktionseinheiten, mit denen die Kommunikation mit dem Steuergerät gewährleistet
werden kann. Insbesondere muss die folgende Vorgehensweise von dem
Datenträger 260 unterstützt werden. Der
Austausch von Daten erfolgt vorzugsweise in Betriebszuständen, in
denen keine Einspritzung möglich
ist, da beispielsweise der Raildruck zu niedrig ist. Ein solcher
Zustand liegt beispielsweise bei der Initialisierung des Steuergeräts und/oder
im Nachlauf nach Abfall des Raildrucks vor. In diesen Fällen ist eine
Einspritzung hydraulisch ausgeschlossen. Erkennt die Steuereinheit
bzw. das Steuergerät,
dass ein solcher Vorgang vorliegt, so wird wie folgt vorgegangen.
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In einem ersten Schritt werden sowohl
der High-Side-Schalter, als auch der Low-Side-Schalter geschlossen. Dies bewirkt einen
Stromfluss durch den Verbraucher 250, wie er auch bei der
Ansteuerung des Verbrauchers zur Einspritzung erfolgen würde. Dabei
ist vorgesehen, dass die Ansteuerung wenigstens eines der Schaltmittel,
d.h. entweder des High-Side-Schalters oder des Low-Side-Schalters, so
kurz erfolgt, dass der Stromfluss keine Einspritzung bewirken kann,
d.h. die Ansteuerung erfolgt so lange, dass der Verbraucher nicht
auf die Bestromung reagiert. Dabei wird entsprechend wie bei der Ansteuerung
lediglich ein Stellglied mit einem Stromimpuls beaufschlagt und
dadurch ausgewählt.
Diesen Stromfluss erkennt der Datenträger 260. Nach der
erfolgten Initialisierung des Datenträgers bleibt der Low-Side-Schalter
geschlossen. Vorzugsweise wird der High-Side-Schalter wieder geöffnet. Ab
dem Zeitpunkt, bei dem der High-Side-Schalter geschlossen ist, erfolgt der
Datenaustausch über
die Datenleitung. Da alle Injektoren oder eine Grruppe von Injektoren
für einen
gemeinsamen High-Side-Schalter verbunden sind und die Injektorspulen
einen geringen Innenwiderstand aufweisen, sind alle Low-Side-Schalter
durch Kurzschlüsse
verbunden. Dadurch ist es nicht möglich, durch Schließen eines
Low-Side-Schalter im Steuergerät
einen Injektor anzuwählen.
Aus diesem Grund wird die Datenkommunikation durch einen kurzen
Stromimpuls am entsprechenden Injektor bei aktiver Datenleitung
gestartet. Eine mögliche
Einspritzung ist zu diesem Zeitpunkt unerwünscht und wird durch wenigstens
eine von zwei Maßnahmen
verhindert. Die Maßnahmen
werden einzeln und/oder in Kombination durchgeführt. Eine erste Maßnahme besteht
darin, dass die Kommunikation nur in bestimmten Betriebszuständen erfolgt. Des
weiteren ist vorgesehen, dass die Ansteuerdauer des High-Side-Schalters so
kurz erfolgt, dass die Ansteuerung zu kurz ist, dass eine Reaktion
des Stellgliedes erfolgen kann.
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Vorzugsweise wird während der
Einspritzung keine Kommunikation initialisiert, da hier die Datenleitung
nicht mit einem Signal beaufschlagt wird.
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Ein entsprechender Signalverlauf
ist in 2 beispielhaft dargestellt.
In 2a ist der Schaltzustand
des High-Side-Schalters, in 2b der
Zustand des Low-Side-Schalters und in 2c der
Zustand der Datenleitung 140 über der Zeit T aufgetragen.
Zum Zeitpunkt T1 liegt ein Betriebszustand vor, bei dem eine Datenübertragung
möglich
ist. Ab diesem Zeitpunkt werden sowohl der High-Side-, als auch
der Low-Side-Schalter in einen leitenden Zustand gebracht. Des weiteren
ist die Datenleitung aktiv. Ab dem Zeitpunkt T2 wird der High-Side-Schalter wieder
in seinen nicht leitenden Zustand gebracht. Dadurch, dass zwischen
dem Zeitpunkt T1 und dem Zeitpunkt T2 sowohl der High-Side-, als
auch der Low-Side-Schalter in ihrem geschlossenen Zustand sind,
fließt
kurzfristig ein Strom durch den Verbraucher 250. Ausgehend
von diesem Stromimpuls erkennt der Datenträger 260 dass demnächst eine
Datenübertragung
erfolgt. Diese Erkennung erfolgt vorzugsweise dann, wenn die Datenleitung,
wie dies hier der Fall ist, aktiv ist und der Impuls von einer kurzen Dauer
ist.
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Dieser Zustand der angekündigten
Datenübertragung
unterscheidet sich vom Zustand der Ansteuerung des Verbrauchers
darin, dass hier die Datenleitung aktiv ist und dass bestimmte Betriebszustände vorliegen.
Gemeinsam ist mit der üblichen
Ansteuerung, dass der High-Side- und der Low-Side-Schalter betätigt, d.h.
im leitenden Zustand sind. Dies ist bei der üblichen Ansteuerung ebenfalls
der Fall. D.h. durch Betätigen
des High-Side-Schalters und
des Low-Side-Schalters wird der Verbraucher 250 üblicherweise
bestromt.
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Ab dem Zeitpunkt T2, ab dem der High-Side-Schalter
in seinem nicht leitenden Zustand ist, erfolgt über die Datenleitung 140 die
Datenübertragung.
Dies ist in 2c durch
eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet. Ab dem Zeitpunkt T3
endet die Datenübertragung.
Dies wird dem Datenträger
von der Steuereinheit dadurch signalisiert, dass der Low-Side-Schalter
ebenfalls in seinen nicht leitenden Zustand übergeht und die Datenleitung
nicht mehr aktiv ist.
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Vorteilhaft bei dieser Vorgehensweise
mit einer separaten Datenleitung ist, dass am Stellglied der Datenträger keinen
Masseanschluss benötigt.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wurde am
Beispiel eines Verbrauchers, der mit einem Magnetventil ausgestattet
ist, dargestellt. Dabei ist pro Gruppe von Verbrauchern nur ein
High-Side-Schalter und für
jeden Verbraucher ein Low-Side-Schalter vorgesehen. Alternativ kann
auch vorgesehen sein, dass die Funktion des High-Side-Schalters
und des Low-Side-Schalters vertauscht sind. Ferner ist die Vorgehensweise
auch anwendbar, wenn lediglich ein Schaltmittel pro Verbraucher
vorgesehen ist.
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Des weiteren ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise
nicht auf Stellglieder, die ein Magnetventil umfassen, beschränkt. Sie
kann auch bei anderen Stellgliedern, beispielsweise bei Stellgliedern,
die einen Piezoaktor umfassen, eingesetzt werden.