DE3929303A1 - Elektronische steuereinrichtung fuer russfilter in der abgasanlage von dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung für Rußfilter in der Abgasanlage von Dieselmotoren.

Dieselmotoren, insbesondere von Autos und Schiffen, verbrennen Dieselöl nur unvollständig, so daß deren Abgas unverbrannte Rußpartikel enthält. Diese erzeugen eine Umweltverschmutzung. Deshalb wurde bereits vorgeschlagen, die Rußpartikel entweder durch einen Rußfilter in der Abgasanlage des Dieselmotors rauszufiltern oder im Rußfilter zu verbrennen. Je nach Art des Dieselmotors - insbesondere ob a) Saugmotor oder b) Turbo-Motor -, ist die Temperatur in einem solchen Rußfilter a) so hoch, daß ein in ihn eingespritzter Brennstoff selbst zündet oder für die Zündung ein extra zu zündender Zündfunke oder ein Glühdraht oder dergleichen erforderlich ist, oder b) so hoch, daß der Ruß ohne zusätzlichen Brennstoff selbst zündet und verbrennt. Die Rußpartikel sollten im Rußfilter vorzugsweise dann verbrannt werden, wenn der Dieselmotor in einer günstigen Betriebsphase läuft, also z. B. eine ausreichend hohe Drehzahl hat und nur wenig belastet wird, während eine Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter vorzugsweise dann nicht stattfindet, wenn der Dieselmotor eine ungünstige Drehzahl hat oder stark belastet wird. Dadurch können, je nach Typ der Antriebseinrichtung, Betriebsphasen erwünscht sein, während denen der Rußfilter mit Rußpartikeln "geladen" wird, wohingegen er während anderen Betriebsphasen Rußpartikel verbrennt. Hierzu kann es zweckmäßig sein, mehrere Rußfilter oder einen Rußfilter mit mehreren Bereichen zu verwenden, um die Zufuhr der Abgase zu diesen Rußfiltern oder Rußfilterbereichen durch Strömungsleitelemente oder Strömungsblenden zu steuern.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine elektronische Steuereinrichtung zu schaffen, durch welche das Verbrennen von Rußpartikeln in einem Rußfilter in der Abgasanlage von Dieselmotoren so gesteuert und geregelt werden kann, daß sowohl viele Rußpartikel verbrannt werden als auch der Wirkungsgrad des Dieselmotors und der Wirkungsgrad der vom Dieselmotor angetriebenen Anlage durch diese Verbrennung nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Mikrocomputersystem vorgesehen ist, daß in Abhängigkeit von

• 1.1. Motordaten des Dieselmotors, wie z. B. Belastung (meßbar durch Messen von Drehmoment, Gaspedal­ stellung, Regelstangenweg einer Einspritzpumpe, und/oder von Fluid-Drücken), Drehzahl und/oder Fluid-Drücken, und von
• 1.2. Temperatur-Istwerten in der Abgasanlage, welche vom Mikrocomputersystem gemessen werden,

vom Mikrocomputersystem ein Sollwert für die Temperatur im Rußfilter generiert wird, und daß dieser Sollwert einem vom Mikrocomputersystem unabhängig arbeitenden Regler zugeführt wird, welcher die Istwert-Temperatur in der Abgasanlage dem generierten Sollwert angleicht.

Durch die Erfindung können die Rußpartikel vollständig verbrannt werden, ohne daß die Leistungsfähigkeit oder der Wirkungsgrad des Dieselmotors und der von ihm angetriebenen Anlage beeinträchtigt werden. Die Regelung der Temperatur im Rußfilter durch den Regler erfolgt in der Weise, daß eine Verbrennung im Rußfilter nur zu solchen Zeiten stattfindet, wenn hierfür günstige Betriebsbedingungen bezüglich der Motordrehzahl und der Motorbelastung vorliegen, nicht aber dann, wenn die Leistung des Dieselmotors hierfür ungeeignet ist, beispielsweise wenn seine Drehzahl zu niedrig ist, oder wenn seine Belastung hierfür ungeeignet ist, beispielsweise wenn zur Beschleunigung des Fahrzeuges oder einem sonstigen Schwerlast-Antrieb des Fahrzeuges die volle Leistung des Dieselmotors für den Antrieb des Fahrzeuges erwünscht ist.

Hierbei kann die elektronische Steuereinrichtung nach der Erfindung auch Betriebszustände eines vom Dieselmotor angetriebenen Getriebes berücksichtigen, da auch der Schaltzustand - beispielsweise ob erster Gang oder vierter Gang oder Rückwärtsgang eines Getriebes eingeschaltet ist - und der Umstand von Bedeutung sind, ob der Dieselmotor zusätzlich zum Fahrzeug auch Arbeitsgeräte des Fahrzeuges, z. B. Straßenbearbeitungsgeräte, antreiben muß. Hierbei kann es erwünscht sein, beispielsweise keine Rußpartikel im Rußfilter zu verbrennen, solange ein solches Arbeitsgerät eingeschaltet ist oder solange der erste Gang oder der Rückwärtsgang des Getriebes eingeschaltet ist und während dieser Zeit die volle Leistung des Dieselmotors hierfür erwünscht ist. In diesem Falle kann die elektronische Steuereinrichtung während dieser Zeit den Rußfilter mit Rußpartikeln laden lassen. Diese Rußpartikel können dann später verbrannt werden, wenn für den Antrieb des Fahrzeuges oder dessen Arbeitsgeräte nicht mehr die volle Leistung des Dieselmotors erforderlich ist. Der Schaltzustand eines Getriebes des Fahrzeuges und das Einschalten und Ausschalten von Arbeitsgeräten des Fahrzeuges wirkt sich auf die Belastung des Dieselmotors aus, so daß die Belastung des Dieselmotors entweder am Dieselmotor selbst durch Messung des Drehmoments, der Gaspedalstellung oder anderen Kriterien gemessen werden kann, jedoch auch indirekt dadurch von der elektronischen Steuereinrichtung nach der Erfindung gemessen werden kann, daß die Getriebezustände und das Einschalten oder Ausschalten von Arbeitsgeräten der elektronischen Steuereinrichtung automatisch mitgeteilt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Mikrocomputersystem über eine elektrische Überwachungseinrichtung die elektrische Stromversorgung zu einem elektrischen Funktionselement, welches die Temperatur im Rußfilter beeinflußt, unterbricht, wenn das Computersystem einen Defekt aufweist oder einen Defekt in einem anderen Bauteil erkennt (Not- Betrieb).

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird durch einen Intervall-Timer und einen an ihn angeschlosse­ nen Sicherheitsschaltkreis in definierten Zeitabständen und jeweils während einer definierten Zeitdauer zwangsweise ein elektrisches Signal erzeugt, durch welches sich im Rußfilter eine bestimmte Temperatur ergibt (Not-Betrieb), wenn das Computersystem einen Defekt aufweist oder einen Defekt in einem anderen Bauteil erkennt, und der Intervall- Timer wird vom Mikrocomputersystem über eine Überwachungseinrichtung aktiviert, arbeitet ansonsten aber von dem Mikrocomputersystem unabhängig.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Computersystem eine Software, welche ständig die Sollwerte und Istwerte des Reglers miteinander vergleicht und bei einer programmierten Abweichung zwischen Sollwert und Istwert ein Erregersignal für die elektrische Überwachungseinrichtung unterbricht und damit gezielt auf Not-Betrieb gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen umschaltet.

Vorzugsweise schaltet das Mikrocomputersystem, wenn relevante Meßwerte bestimmte Grenzwerte überschreiten, definiert auf ein Notprogramm um, bei welchem das Mikrocomputersystem keinen Einfluß auf die Temperatur im Rußfilter hat.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein elektronisches Schaltelement in Form eines elektrischen Schalters oder einer lötbaren Brücke vorgesehen, durch welche eine Zwangssteuerung der Temperatur im Rußfilter unterbunden werden kann.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Mikrocomputersystem mit Anschlußschaltungen zum bidirektionalen Datenaustausch für Prognosezwecke und Diagnosezwecke versehen.

Der Rußfilter besteht vorzugsweise aus Keramik-Material, kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Antriebsanlage mit einer elektronischen Steuereinrichtung nach der Erfindung, welche einerseits an ein Triebwerk und andererseits an Geräte zur optischen Anzeige von Daten, zur Diagnose und zur Prognose betreffend den Rußfilter in der Abgasanlage eines Dieselmotors des Triebwerkes angeschlossen ist, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuereinrichtung nach der Erfindung von Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Antriebsanlage enthält eine elektronische Steuereinrichtung 1 nach der Erfindung zur Steuerung und Regelung der Verbrennung von Rußpartikeln in einem Rußfilter 2, welcher sich in der Abgasanlage 3 eines Dieselmotors 4 befindet. Der Dieselmotor 4 treibt ein Getriebe 5 an. Der Motor 4 bildet zusammen mit seinem Abgassystem 3 und dem Getriebe 5 ein Triebwerk 6. Der Dieselmotor 4 kann ein Saugmotor oder Turbo-Motor sein. Das Getriebe 5 kann mehrere schaltbare Gänge haben, welche von Hand oder automatisch geschaltet werden können. Im Rußfilter 2 können Rußpartikel verbrannt werden. Die Verbrennung erfolgt gemäß der Erfindung nicht kontinuierlich, sondern in Abhängigkeit von Motordaten wie beispielsweise Motordrehzahl, Motorbelastung, und Fluiddrücke (Gasdrücke und/oder Flüssigkeitsdrücke) im Dieselmotor 4 und/oder in seiner Abgasanlage 3. Die Motorbelastung kann ermittelt werden durch Ermittlung des Drehmoments des Dieselmotors, der Gaspedalstellung oder des Regelstangenweges einer Einspritzpumpe des Dieselmotors. Ferner kann gemäß der Erfindung die Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter 2 gesteuert werden in Abhängigkeit von Betriebsdaten dieses Rußfilters wie z. B. Temperatur und Fluiddrücke im Rußfilter 2. Ferner kann gemäß der Erfindung die Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter 2 gesteuert werden in Abhängigkeit von Schaltzuständen des Getriebes 5, beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob das Getriebe auf Neutralstellung geschaltet ist oder ob ein bestimmter Gang oder ob Nebenabtriebe des Getriebes 5 eingeschaltet sind. Es kann gemäß der Erfindung die Verbrennung der Rußpartikel in Abhängigkeit davon erfolgen, wieviele Zündversuche erforderlich sind, um eine Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter 2 zu starten. Die Steuerung der Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter 2 kann gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von einzelnen oder mehreren der vorgenannten Kriterien erfolgen. Hierzu enthält die Abgasanlage 3 mindestens einen, nicht dargestellten Sensor zur Messung von Temperaturen und/oder Fluid-Drücken. Wenn der Dieselmotor 4 ein Saugmotor ist, reicht die normale Abgastemperatur im Rußfilter 2 normalerweise nicht aus, um die Rußpartikel in diesem Rußfilter 2 zu verbrennen. In diesem Falle kann der Rußfilter 2 mit einer nicht dargestellten Einspritzdüse zum Einspritzen von Brennstoff und einer Zündkerze oder einem Glühdraht versehen sein, welcher diesen Brennstoff im Rußfilter zündet und dadurch die Verbrennung im Rußfilter 2 startet. Wenn der Dieselmotor 4 ein Turbo-Motor ist, kann im Rußfilter 2 die normale Abgastemperatur so hoch werden, daß sie eine Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter 2 bewirken kann. In diesem Falle braucht nicht zusätzlich Brennstoff in den Rußfilter eingespritzt zu werden, wenn die Rußpartikel verbrannt werden sollen, sondern es genügt eine Steuerung der Abgase im Abgassystem, z. B. über eine Drosselklappe oder/und einen Bypass, in der Weise, daß nur bei Vorhandensein von bestimmten Betriebsdaten des Dieselmotors 4 die Temperatur im Rußfilter 2 so hoch wird, daß Rußpartikel verbrennen können. Dabei können mehrere Rußfilter 2 oder Rußfilterbereiche vorgesehen sein, in denen die Rußpartikel verbrannt werden. Bei allen Ausführungsformen kann als weiteres Kriterium vorgesehen sein, daß eine Verbrennung der Rußpartikel nur dann stattfindet, wenn im Rußfilter 2 oder in einem bestimmten Abschnitt dieses Rußfilters eine bestimmte Mindestmenge an Rußpartikeln sich angesammelt hat. Die für die Verbrennung der Rußpartikel im Rußfilter 2 erforderlichen Sensoren, Stellglieder, Düsen und/oder Brenner sind nicht dargestellt, da dies von der einzelnen Anlage abhängige Elemente sind. Auch sind die bekannten Rohre und Schalldämpfer des Triebwerkes 6 nicht dargestellt.

Am Armaturenbrett 7 eines nicht dargestellten Fahrzeuges, welches die Antriebsanlage mit der elektronischen Steuereinrichtung 1 nach der Erfindung enthält, befindet sich ein optisches Anzeigegerät 8 zur Anzeige von Statusinformationen, Fehlerinformationen, Diagnosedaten und Prognosedaten des Rußfilters 2.

Am Armaturenbrett 7 befindet sich ein elektrischer Schalter 9 zur Aktivierung der elektronischen Einrichtung 1 zur Steuerung und Regelung des Rußfilters 2. Der Schalter 9 ist einerseits über eine Leitung 10 an den Pluspol 11 einer Batterie 12 eines Fahrzeuges und andererseits über eine Leitung 13 elektrisch an die Steuereinrichtung 1 angeschlossen. Der Minuspol 14 der Batterie 12 ist an Minus-Anschlüsse 15 der Steuereinrichtung 1 angeschlossen.

Die Batterie 12 kann die für Fahrzeuge übliche Spannung von z. B. 12 V oder 24 V haben. In den Zeichnungen ist die Spannung der Batterie 12 jeweils mit UB bezeichnet. Der elektrische Schalter 9 kann der Schalter zum Starten oder Vorglühen des Dieselmotors 4 sein.

Die elektrische Schnittstelle 16 zwischen der Steuereinrichtung 1 und den Geräten des Armaturenbrettes 7 kann durch eine oder mehrere bidirektionale Datenleitungen oder durch eine konventionelle Parallelverdrahtung gebildet sein. In den Fig. 1 und 2 sind neben elektrischen Leitungen jeweils Punkte gezeichnet. Diese Punkte bedeuten, daß von der betreffenden Art von Leitung mehrere Leitungen vorhanden sind. So ist in Fig. 1 die Schnittstelle 16 durch bidirektionale Leitungen dargestellt, in Form eines Striches mit entgegengesetzt gerichteten Pfeilen und neben diesem Strich angeordneten Punkten.

Die elektronische Steuereinrichtung 1 zur Steuerung und Regelung der Verbrennung von Rußpartikeln im Rußfilter 2 ist über eine Vielzahl von elektrischen Leitungen 21 mit dem Getriebe 5 verbunden, über welche Daten von dem Getriebe 5 an die Steuereinrichtung 1 mitgeteilt werden. Solche Daten des Getriebes 5 können sein: Daten über einen geschalteten Gang, Getriebeeingangsdrehzahl und/oder Getriebeausgangsdrehzahl, Alarmsignale in Abhängigkeit von Betriebswerten des Getriebes 5.

Über andere elektrische Leitungen 22 werden Daten vom Dieselmotor 4 an die Steuereinrichtung 1 übertragen. Solche Daten des Dieselmotors 4 können sein: Motordrehzahl, Motorbelastungszustand, Ladedruck, Verbrennungszustand usw. Der Motorlastzustand, also die Belastung des Motors, kann ermittelt werden durch Messen des Drehmoments, der Gaspedalstellung oder des Regelstangenweges einer Einspritzpumpe des Dieselmotors.

Elektrische Leitungen 23 dienen zur Übertragung von Daten vom Abgassystem 3 zur Steuereinrichtung 1. Solche Daten können sein: Temperaturen vor, in oder nach dem Rußfilter 2; Drücke oder Differenzdrücke der Abgase im Abgassystem 3; Daten zur Überwachung des Betriebes und zur Aufrechterhaltung einer sicheren und optimalen Funktion der Abgasanlage, sowie Daten für Diagnosen und Prognosen betreffend die Funktion und/oder Lebensdauer der Abgasanlage 3, insbesondere von deren Rußfilter 2.

Andere elektrische Leitungen 24 dienen zur Übertragung von elektrischen Signalen von der Steuereinrichtung 1 zur Abgasanlage 3. Solche elektrischen Signale können sein: die Regelspannung oder der Regelstrom zu einem elektrisch steuerbaren Ventil zur Zerstäubung von Brennstoff im Rußfilter 2, um darin Rußpartikel zu verbrennen; elektrische Spannungen zum Einschalten und Ausschalten von elektrischen Schaltern oder elektrischen Ventilen, beispielsweise von einer Pumpe zur Zufuhr von Brennstoff in den Rußfilter 2 oder der Zündung der Verbrennung von Rußpartikeln im Rußfilter 2; die Regelspannung oder der Regelstrom zum Positionieren von Stelleinrichtungen, welche die Abgasströme im Abgassystem und im Rußfilter steuern, beispielsweise Drosselklappen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Steuereinrichtung 1 zur Steuerung und Regelung der Verbrennung von Rußpartikeln im Rußfilter 2. Im folgenden werden die einzelnen Elemente der Steuereinrichtung 1 beschrieben.

Die Steuereinrichtung 1 enthält eine Mikrocomputereinheit 30 mit einem kompletten Mikrocomputer und einem oder mehreren Speichern. Speicher können sein ROM, RAM, EPROM, EEPROM und dgl. In die Mikrocomputereinheit 30 ist ein Analog-Digital-Converter 31 integriert, welcher acht oder sechzehn Multiplex-Eingänge 32 aufweist. Ferner sind in den Mikrocomputer 30 ein Timer/Counter-Modul 33, digitale Eingabe-Ausgabe-Ports 34, und serielle Schnittstellen 35 mit genormten Übertragungsprotokollen für Sendebetrieb und Empfangsbetrieb integriert.

Die elektronische Steuereinrichtung 1 enthält außerdem eine Stromversorgungseinheit 36 mit einer Überspannungs­ schutzschaltung und mit Stabilisierungsschaltungen zur Erzeugung von internen Versorgungsspannungen, welche die Steuereinrichtung 1 benötigt, sowie nötige elektrische Filtermaßnahmen gegen mögliche elektromagnetische Störeinstrahlungen. Die Stromversorgungseinheit 36 hat einen Konstantspannungsausgang 37 für eine stabilisierte Spannung UC, an welchen alle Anschlüsse der Bauelemente der Steuereinrichtung 1 angeschlossen sind, welche mit UC bezeichnet sind, und einen Hilfsspannungsausgang 38 für eine stabile Hilfsspannung, an welche alle Anschlüsse von Bauelementen, welche mit UH bezeichnet sind, angeschlossen sind, beispielsweise die Anschlüsse von Anpassungsschaltungen für Sensoren wie z. B. Thermoelemente, Drucksensoren, Drehmomentsensoren usw. Ein elektrischer Eingang 40 der Stromversorungseinheit 36 ist an die elektrische Leitung 13 angeschlossen und über den Schalter 9 im Armaturenbrett 7 mit dem Pluspol 11 der Batterie 12 verbindbar.

Eingangs-Anpassungsschaltungen 41 können z. B. Spannungswandler, Stromwandler, Schmidt-Trigger-Schaltungen oder Impedanzwandler sein. Sie enthalten vorzugsweise auch Filterschaltungen gegen elektrische und elektromagnetische Störungen. Solche Eingangs-Anpassungsschaltungen 41 verbinden elektrische Anschlüsse 42 mit den Eingabe- Ausgabe-Ports 34, und eine der Eingangs- Anpassungsschaltungen 41 verbindet einen elektrischen Anschluß 43 mit dem Timer/Counter-Modul 33. An die Anschüsse 42 sind einige der elektrischen Leitungen 23 angeschlossen, um elektrische Signale betreffend den Zustand in der Abgasanlage 3 und insbesondere in deren Rußfilter 2 den Eingabe-Ausgabe-Ports 34 zuzuleiten. Solche elektrischen Signale über den Zustand in der Abgasanlage 3 können von Sensoren oder Schaltern erzeugt werden in Abhängigkeit von Fluiddrücken, Temperaturen und in Abhängigkeit von Positionen von Elementen wie z. B. Drosselklappen in der Abgasanlage 3. An den elektrischen Anschluß 43 ist eine der elektrischen Leitungen 22 des Dieselmotors 4 angeschlossen, um dem Timer/Counter-Modul 33 elektrische Signale in Abhängigkeit von Betriebsdaten des Dieselmotors 4 zuzuleiten, insbesondere von der Motordrehzahl und von der Motorbelastung abhängige Signale. Geeignete Sensoren hierfür sind insbesondere Induktivgeber.

Elektrische Ausgangs-Anpassungsschaltungen 44 können z. B. Leistungsverstärker, Leistungstransistoren, Relais und Impedanzwandler sein. Sie verbinden elektrische Anschlüsse 45 mit den Eingabe-Ausgabe-Ports 34. An die Anschlüsse 45 sind einige der elektrischen Leitungen 24 der Abgasanlage 3, insbesondere von deren Rußfilter 2 angeschlossen, um diesen elektrische Signale von der Steuereinrichtung 1 zuzuführen. Durch diese elektrischen Signale der Leitungen 24 können elektrische Bauelemente wie beispielsweise Schaltventile, Düsen, Zündkerzen oder Heizwendel der Abgasanlage 3 oder deren Rußfilter 2 elektrisch gesteuert oder erregt werden.

Elektrische Eingangs-Anschlüsse 48 der Steuereinrichtung 1 sind über elektrische Leitungen 49, in welchen sich jeweils eine Eingangs-Anpassungsschaltung 41 befindet, mit den Eingabe-Ausgabe-Ports 34 verbunden. Diese Eingangs- Anschlüsse 48 können über die elektrischen Leitungen 16 mit dem optischen Anzeigegerät 8 im Armaturenbrett 7 verbunden werden. Elektrische Ausgangs-Anschlüsse 50 sind über elektrische Leitungen 51, in welchen sich jeweils eine Ausgangs-Anpassungsschaltung 44 befindet, ebenfalls mit den Eingabe-Ausgabe-Ports 34 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse 50 sind über die elektrischen Leitungen 16 ebenfalls mit dem optischen Anzeigegerät 8 in dem Armaturenbrett 7 des betreffenden Fahrzeuges verbindbar. Dadurch können über die Anschlüsse 48 beispielsweise Diagnosen oder Prognosen angefordert werden. Über die Anschlüsse 50 können beispielsweise Warnlampen des optischen Anzeigegerätes 8 erregt werden.

Weitere elektrische Anschlüsse 53 und 54 der Steuereinrichtung 1 sind über bidirektionale Datenüber­ tragungsleitungen, in welchen sich je ein Treiberschalt­ kreis 57 für genormte Pegel bei serieller Datenübertragung befindet, mit je einer der seriellen Schnittstellen 35 der Mikrocomputereinheit 30 verbunden. Die Anschlüsse 53 und 54 bilden Schnittstellen zu Geräten des betreffenden Fahrzeuges und sind beispielsweise über die Leitungen 16 mit dem optischen Anzeigegerät 8 verbindbar, um Betriebszustände der Abgasanlage 3 und insbesondere von deren Rußfilter 2 am Armaturenbrett 7 anzuzeigen, oder um Diagnosedaten anzuzeigen und/oder zu registrieren, ferner zur Anzeige und/oder Registrierung von Meßwerten und/oder zum Lokalisieren von Störungen, welche in der Steuer­ einrichtung 1 oder in der Abgasanlage 3 oder im Rußfilter 2 auftreten. Hieraus ist ersichtlich, daß zusätzlich zu dem optischen Anzeigegerät 8, oder anstelle dieses optischen Anzeigegerätes 8, auch andere Prüfgeräte oder Datenregist­ riergeräte über die Leitungen 16 mit der elektronischen Steuereinrichtung 1 verbunden werden können.

Eine Vielzahl von Anpassungsschaltungen 60 ist in Fig. 2 als ein Block dargestellt. Die Anpassungsschaltungen 60 sind jeweils an die Anschlüsse 37 und 38 der Stromversor­ gungseinheit 36 angeschlossen und erhalten von dieser je die stabilisierte Konstantspannung UC und die stabilisierte Hilfsspannung UH. Die Anpassungsschaltungen 60 verbinden jeweils über Leitungen 61 elektrische Eingangs-Anschlüsse 59 mit den Multiplex-Eingängen 32 des Analog-Digital- Converters 31 und dienen zur Umwandlung von Signalen von Sensoren in eine Spannung, z. B. von 0 V bis 5 V, welche vom Analog-Digital-Converter 31 akzeptierbar ist. Solche Sensoren können Thermoelemente, Drucksensoren, elektrische Schalter, und ähnliche Bauelemente sein, welche über die elektrischen Leitungen 23 an die Anschlüsse 59 angeschlossen sind und in Form von Signalen Daten über den Zustand des Abgassystems 3, insbesondere dessen Rußfilter 2 liefern.

Elektrische Ausgangs-Anschlüsse 62 und 63 sind über die Leitungen 24 mit Funktionselementen 69 der Abgasanlage 3, insbesondere von deren Rußfilter 2, elektrisch verbunden. Diese Funktionselemente sind in Fig. 2 schematisch dargestellt, da sie nicht Bestandteil der Erfindung sind und je nach Ausführungsform der Antriebsanlage von verschiedener Art sein können, beispielsweise eine Brennstoff-Einspritzdüse, eine elektrische Heizung, eine Zündkerze, eine Drosselklappe oder ein anderes Element zur Steuerung des Betriebes der Abgasanlage 3 und insbesondere deren Rußfilter 2. Der eine Anschluß 62 bildet einen ersten elektrischen Pol für die Regelung des betreffenden Funktionselementes, und der andere elektrische Anschluß 63 bildet einen zweiten elektrischen Pol für die Regelung des betreffenden elektrischen Funktionselementes.

Eine Watch-Dog-Schaltung 64 hat einen Eingang 65, welcher an die Eingabe-Ausgabe-Ports 34 angeschlossen ist, und einen Ausgang 66, welcher über einen elektrischen Leistungsverstärker 67 an eine Umschaltvorrichtung 68 angeschlossen ist. Durch die Umschaltvorrichtung 68 kann wahlweise für Normal-Betrieb der Verstärker 67 mit der Steuereinrichtung 1, oder für Not-Betrieb ein Intervall- Timer-Modul 70, welches über eine Leitung 71 an die Umschaltvorrichtung 68 angeschlossen ist, mit dem Ausgangs- Anschluß 62 elektrisch verbunden werden. Die Verbindung des Ausgangs-Anschlusses 62 über die Umschaltvorrichtung 68 mit dem Intervall-Timer-Modul 70 aktiviert das Intervall-Timer- Modul 70 und ermöglicht einen Not-Betrieb der Abgasanlage 3 mit dem Rußfilter 2 ohne die Mikrocomputereinheit 30. Während des normalen Betriebes wird durch ein von der Software der Mikrocomputereinheit 30 gesteuertes Signal über die Eingabe-Ausgabe-Ports 34 in bestimmten Zeitabständen eine in der Watch-Dog-Schaltung 64 enthaltene retriggerbare monostabile Kippstufe getriggert, in der Weise, daß ihr Ausgang 66 auf einem definierten elektrischen Pegel gehalten wird. Die Watch-Dog-Schaltung 64 kann statt durch ein Monoflop (monostabile Kippstufe) durch eine Zählerschaltung realisiert werden. Durch einen bestimmten elektrischen Spannungswert am Ausgang des Leistungsverstärkers 67 wird der Umschalter 68 in eine Normal-Betrieb-Stellung gebracht, bei welcher er den Ausgang mit dem Ausgangs-Anschluß 62 verbindet. Dies ist bei Normal-Betrieb der Fall. Wenn der Spannungswert nicht vorhanden ist, dann schaltet der Umschalter 68 auf eine Notbetrieb-Stellung um, bei welcher er den Ausgangs- Anschluß 62 mit der Leitung 71 des Intervall-Timer-Moduls 70 verbindet.

Ein elektrischer Eingang 72 des Intervall-Timer-Moduls 70 ist mit einem elektrischen Anschluß 73 der Steuereinrich­ tung 1 verbunden. Der Anschluß 73 ist über eine elektrische Leitung 74 mit dem Pluspol 11 der Batterie 12 verbunden und erhält dadurch unabhängig von der Leitung 13 und unabhängig von dem Schalter 9 im Armaturenbrett 7 die Batteriespannung UB, welche in Fig. 2 am Anschluß 73 als UB2 bezeichnet ist, weil der Anschluß 73 ein redudanter Anschluß, also ein zusätzlicher und von der elektrischen Spannungsversorgung des Anschlusses 40 unabhängiger Anschluß ist. Eine Ausgangsleitung 75 des Intervall-Timer-Moduls 70 ist an einen Regler 76, vorzugsweise einen PID-Analogregler, angeschlossen, und eine weitere Ausgangsleitung 77 des Intervall-Timer-Moduls 70 ist an einen Sicherheitsschaltkreis 78 für das elektrische Funktionselement der Abgasanlage 3, insbesondere dessen Rußfilter 2, angeschlossen. Der Sicherheitsschaltkreis 78 ist an die redundante Stromversorgungsleitung 74 der Batterie 12 angeschlossen und erhält die redundante Batteriespannung UB2.

Ein Istwert-Eingang 80 des Reglers 76 ist über eine Leitung 81 mit einer der Ausgangsleitungen 82 elektrisch verbunden, welche die Anpassungsschaltungen 60 mit den Multiplex- Eingängen 32 verbinden, so daß der Regler 76 an seinem Eingang 80 jeweils den relevanten Istwert der Verbrennungstemperatur im Rußfilter 2 erhält. Der Sollwert für die Verbrennungstemperatur im Rußfilter 2 wird von der Mikrocomputereinheit 30 über die Eingabe-Ausgabe-Ports 34 und eine daran angeschlossene elektrische Leitung 83 einem Sollwert-Eingang 84 des Reglers 76 zugeführt. Ein vom Regler 76 erzeugtes Betriebssignal oder Stellsignal für das Funktionselement in der Abgasanlage 3 wird von einem Regler-Ausgang 85 zum Sicherheitsschaltkreis 78 übertragen, welcher in Abhängigkeit davon ein korrespondierendes Betriebssignal oder Stellsignal am Ausgangs-Anschluß 63 erzeugt, welcher über eine der Leitungen 24 mit dem Funktionselement der Abgasanlage 3 verbunden ist.

Bei einem Defekt oder Ausfall eines Bauelementes, insbesondere der Mikrocomputereinheit 30, der elektronischen Steuereinrichtung 1 kann es je nach Art des Dieselmotors 4 und des Abgassystems 3 sowie dessen Rußfilter 2 entweder erwünscht sein, daß kein Ruß mehr im Rußfilter 2 verbrannt wird, oder daß periodisch oder kontinuierlich Ruß im Rußfilter 2 verbrannt wird, um ein Verstopfen dieses Rußfilters 2 zu verhindern. Durch einen elektrischen Schalter oder eine lötbare elektrische Brücke 87, welche mit dem Intervall-Timer-Modul 70 verbunden ist, kann die Steuereinrichtung 1 so geschaltet werden, daß bei einem Defekt ihrer Bauelemente kein Ruß mehr im Rußfilter 2 verbrannt wird. Durch einen anderen elektrischen Schalter oder lötbare elektrische Brücke 88 kann das Intervall- Timer-Modul 70 elektrisch an Erdpotential oder den Minuspol 14 der Batterie 12 angeschlossen werden, und dadurch in einen Schaltzustand gebracht werden, bei welchem jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Takten, welche im Intervall-Timer-Modul 70 gezählt werden, zwangsweise Ruß im Rußfilter 2 verbrannt wird, weil der Intervall-Timer-Modul 70 über seine Ausgangsleitung 75 ein Signal an den PID- Analogregler 76 abgibt, durch welches die Verbrennung gestartet wird. Die mit den beiden Schaltern oder lötbaren Brücken 87 und 88 möglichen beiden Betriebsarten eines Not-Betriebs können auch durch einen einzigen solchen Schalter oder solche lötbare Brücke 87 oder 88 realisiert werden, indem deren eine Schaltstellung die eine und deren andere Schaltstellung die andere der beiden Betriebsarten im Intervall-Timer-Modul 70 aktiviert.

Funktion bei Normal-Betrieb

Die Mikrocomputereinheit 30 erzeugt in Abhängigkeit von

• 1.1. Motordaten des Dieselmotors, wie z. B. Belastung meßbar durch Messen von Drehmoment, Gaspedal­ stellung, Regelstangenweg einer Einspritzpumpe, und/oder von Fluid-Drücken), Drehzahl und/oder Fluid-Drücken, und von
• 1.2. Temperatur-Istwerten in der Abgasanlage 3, welche von der Mikrocomputereinheit 30 gemessen werden,

einen Sollwert für die Temperatur im Rußfilter 2. Die Mikrocomputereinheit 30 gibt diesen über die Eingabe- Ausgabe-Ports 34 und die Leitung 83 an den Regler 76, welcher die Istwert-Temperatur in der Abgasanlage dem generierten Sollwert angleicht. Der Regler 76 vergleicht diesen Sollwert mit einem Istwert, den er über die Leitung 81 und eine der Anpassungsschaltungen 60 von einem Sensor in der Abgasanalge 3 erhält. Der Regler 76 vergleicht den Istwert mit dem Sollwert und gibt in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Stellsignal oder Steuersignal über den Sicherheitsschaltkreis 78, den Ausgangs-Anschluß 63 und deren Leitung 24 an das Funktionselement der Abgasanlage 3 oder deren Rußfilter 2, in der Weise, daß in der Abgasanlage 3 oder deren Rußfilter 2 die Ist-Temperatur dem Sollwert angeglichen wird.

Der Sicherheitsschaltkreis 78 wirkt im Normal-Betrieb wie ein geschlossener Schalter, der das Stellsignal oder Steuersignal vom Ausgang 85 des Reglers 76 unbeeinflußt an den Ausgangs-Anschluß 63 und von diesem über deren Leitung 24 an das Funktionselement der Abgasanlage 3 leitet. Der Sicherheitsschaltkreis 78 erzeugt bei Not-Betrieb aus der redundanten Spannung UB2 in Abhängigkeit von Steuersignalen des Intervall-Timer-Moduls 70, welche ihm über die Leitung 77 zugeführt werden, ein Stellsignal oder Steuersignal am Ausgangs-Anschluß 73, welches über dessen Leitung 24 zum Funktionselement der Abgasanlage 3 gelangt, um die Temperatur in der Abgasanlage entsprechend diesem Not-Betrieb-Sollwert einzustellen. Bei diesem Not-Betrieb ist eine Temperaturwert-Rückmeldung, d. h. Temperatur- Istwert-Rückmeldung, nicht vorgesehen, da ein fehlerhaft zurückgefilterter lstwert der Grund für die Umschaltung von Normal-Betrieb auf Notbetrieb gewesen sein kann.

Eine Regelung der Temperatur der Abgasanlage 3 mit Rückkoppelung des Temperatur-Istwertes über die Leitungen 23, 61 und 81 ist bei Not-Betrieb nur dann sinnvoll, wenn in der Übertragungsstrecke des Istwertes mit Sicherheit kein Defekt ist. Für diesen Fall besteht die Möglichkeit, daß das Intervall-Timer-Modul 70 über seine Leitung 75 ein Signal an den Regler 76 gibt, durch welches der Regler 76 auch bei Not-Betrieb in gleicher Weise wie bei Normal- Betrieb ein Stellsignal oder Steuersignal an seinem Ausgang 85 erzeugt, welches vom Sicherheitsschaltkreis 78 unverändert wie im Normal-Betrieb in das Funktionselement der Abgasanlage 3 gegeben wird. Der Zustand, daß ein Fehler in einem der Bauelemente vorliegt, dieser Fehler aber die Istwert-Übertragungsstrecke und damit den Temperatur- Istwert nicht verfälscht, wird von der Mikrocomputereinheit 30 über eine Leitung 90 dem Intervall-Timer-Modul 70 mitgeteilt.

Claims (8)

1. Elektronische Steuereinrichtung für Rußfilter in der Abgasanlage von Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikrocomputersystem (30) vorgesehen ist, daß in Abhängigkeit von

• 1.1. Motordaten des Dieselmotors, wie z. B. Belastung (meßbar durch Messen von Drehmoment, Gaspedal­ stellung, Regelstangenweg einer Einspritzpumpe, und/oder von Fluid-Drücken), Drehzahl und/oder Fluid-Drücken, und von
• 1.2. Temperatur-Istwerten in der Abgasanlage (3), welche vom Mikrocomputersystem (30) gemessen werden,

vom Mikrocomputersystem (30) ein Sollwert für die Temperatur im Rußfilter (2) generiert wird, und daß dieser Sollwert einem vom Mikrocomputersystem (30) unabhängig arbeitenden Regler (76) zugeführt wird, welcher die Istwert-Temperatur in der Abgasanlage dem generierten Sollwert angleicht.

2. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrocomputersystem (30) über eine elektrische Überwachungseinrichtung (64) die elektrische Stromversorgung zu einem elektrischen Funktionselement (69), welches die Temperatur im Rußfilter (2) beeinflußt , unterbricht, wenn das Computersystem (30) einen Defekt aufweist oder einen Defekt in einem anderen Bauteil erkennt (Not-Betrieb).

3. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Intervall-Timer (70) und einen an ihn angeschlossenen Sicherheitsschaltkreis (78) in definierten Zeitabständen und jeweils während einer definierten Zeitdauer zwangsweise ein elektrisches Signal erzeugt wird, durch welches sich im Rußfilter (2) eine bestimmte Temperatur ergibt (Not-Betrieb), wenn das Computersystem (30) einen Defekt aufweist oder einen Defekt in einem anderen Bauteil erkennt, daß der Intervall-Timer (70) vom Mikrocomputersystem (30) über eine Überwachungseinrichtung (64) aktiviert wird, ansonsten aber von dem Mikrocomputersystem unabhängig arbeitet.

4. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Computersystem (30) eine Software enthält, welche ständig die Sollwerte (Leitung 83) und Istwerte (Leitungen 81, 82) des Reglers (76) miteinander vergleicht und bei einer programmierten Abweichung zwischen Sollwert und Istwert ein Erregersignal (auf Leitung 65) für die elektrische Überwachungseinrichtung (64) unterbricht und damit gezielt auf Not-Betrieb gemäß Anspruch 2 oder 3 umschaltet.

5. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, deß das Mikrocomputersystem (30), wenn relevante Meßwerte bestimmte Grenzwerte überschreiten, definiert auf ein Notprogramm umschaltet, bei welchem das Mikrocomputersystem (30) keinen Einfluß auf die Temperatur im Rußfilter (2) hat.

6. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Schaltelement in Form eines elektrischen Schalters oder einer lötbaren Brücke (87) vorgesehen ist, durch welche eine Zwangssteuerung der Temperatur im Rußfilter (2) unterbunden werden kann.

7. Elektronische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrocomputersystem (30) mit Anschlußschaltungen (57) zum bidirektionalen Datenaustausch für Prognosezwecke und Diagnosezwecke versehen ist.