用于檢查由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機的性能的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于對由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機的性能進行檢查的方法，其中至少兩個控制器（1、2）以電子的方式對所述內燃機的利用另一種燃料進行的燃燒過程進行控制，其中每個控制器（1、2）都具有自身的安全方案，并且將所述多燃料系統(tǒng)的系統(tǒng)功能劃分到所述至少兩個控制器（1、2）上。為了說明給出安全方案，一控制單元、優(yōu)選至少兩個控制器（1、2）之一對所述多燃料系統(tǒng)的整體系統(tǒng)功能進行監(jiān)控。
【專利說明】用于檢查由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機的性能的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機的性能進行檢查的方法，其中至少兩個控制器以電子的方式控制內燃機的用另一種燃料進行的燃燒過程，其中每個控制器都具有自身的安全方案，并且將多燃料系統(tǒng)的系統(tǒng)功能劃分到所述至少兩個控制器上，并且本發(fā)明涉及一種用于實施所述方法的裝置。
【背景技術】
[0002]已知了構造為所謂的二元燃料車輛的機動車。二元燃料表示一種汽油-氣體-系統(tǒng)，該汽油-氣體-系統(tǒng)或者僅用氣體或者僅用汽油或者混合地運行。二元燃料車輛允許一種運行模式，在該運行模式中或者將氣態(tài)燃料吹入機動車的內燃機中和/或將液態(tài)燃料噴射到機動車的內燃機的氣缸中。與此相反，將柴油-氣體-系統(tǒng)稱為雙燃料系統(tǒng)，該雙燃料系統(tǒng)可以在純柴油運行中或者在柴油-氣體-混合運行中工作。
[0003]二元燃料方案或者雙燃料方案利用電子控制機構來實現，其中將一個或者多個控制器用于內燃機的燃燒調節(jié)。多數方案在此用汽油-或者氣體-燃燒過程來工作?？刂破骺刂浦鴥热紮C，其中每個控制器都具有自身的安全方案，該安全方案在三個層面中構成并且用于連續(xù)地對相應的控制器的與安全相關的數據進行監(jiān)控。但是，在此每個控制器僅對下述數據進行檢查:該數據需要用于對分配給控制器的燃料進行燃燒調節(jié)。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是，說明一種用于對由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機的性能進行檢查的方法，其中對多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能的監(jiān)控用所有參與內燃機運行的控制器來實施。
[0005]按照本發(fā)明，所述目的通過以下方式來實現:一個控制單元、優(yōu)選至少兩個控制器之一對所述多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控。這種做法的優(yōu)點是，可以根據不同的方法、例如通過力矩監(jiān)控、轉速監(jiān)控、加速度監(jiān)控或者推力監(jiān)控來監(jiān)控整個系統(tǒng)。整個系統(tǒng)監(jiān)控可以在每個任意的控制單元中進行，例如在柴油控制器或者氣體控制器中進行，所述控制器是所述多燃料系統(tǒng)的組成部分。但是，所述監(jiān)控也可以通過車輛的其它控制單元來實現，所述其它的控制單元、如車輛控制計算機不直接設置用于運行所述內燃機。這種方案普遍地不僅適合于雙燃料系統(tǒng)、也就是可以燃燒兩種燃料、例如柴油和氣體的系統(tǒng)，而且適合于可以對兩種以上的燃料進行處理的多燃料系統(tǒng)。
[0006]有利地，對全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控的控制單元優(yōu)選連續(xù)地對多燃料系統(tǒng)的系統(tǒng)功能的與安全有關的額定值和/或與安全有關的實際值進行監(jiān)控。由此也可以通過其它具有安全方案的控制單元對沒有自身的安全方案的控制器進行監(jiān)控，其中總是對所述多燃料系統(tǒng)的全部功能進行觀測。
[0007]在一種設計方案中，為了對所述多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控，將整個多燃料系統(tǒng)的額定值、優(yōu)選駕駛員期望力矩與整個多燃料系統(tǒng)的、尤其是相加的實際值的總和進行比較，其中在所述實際值的總和超過所述額定值時執(zhí)行錯誤反應。將所期望的額定值與實際上由多燃料系統(tǒng)實現的實際值進行比較，這代表著一種特別簡單但是有效的、對所述多燃料系統(tǒng)進行監(jiān)控的方法。
[0008]在一種變型方案中，所述錯誤反應建立了通過用所述多燃料系統(tǒng)運行的內燃機來驅動的機動車的能掌控的狀態(tài)，其中所述錯誤反應優(yōu)選分級地通過下述方式構成:所述內燃機利用第一種燃料繼續(xù)運行，而禁止利用第二種燃料運行。由此所述方法適合于在錯誤情況下實現內燃機以及由此車輛的安全狀態(tài)。但是，這種方案同樣也能夠用于實現用于對內燃機并且由此對車輛進行控制的備用運行，因為通過多個彼此獨立地行動的控制器而存在著必要的冗余度。
[0009]在一種實施方式中，每個控制器的安全方案都包括應用特有(anwendungsspezifisch)的第一層面,該第一層面安全悠關地由第二層面來監(jiān)控,而第三層面則對所述控制器的硬件進行監(jiān)控。借助于這種標準化的三層面監(jiān)控，在控制器的功能方面對控制器進行完全監(jiān)控。由此可靠地確定，所述控制器是否滿足向其提出的要求。
[0010]在一種變型方案中，在相應的控制器的第二層面中對所述多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控。因為第二層面尤其已經構造用于對在控制器的第一層面中運行的應用功能進行安全悠關地監(jiān)控，所以對所有參與內燃機運行的控制器的全部功能進行的監(jiān)控簡單地通過將額外的軟件模塊嵌入到所述安全方案的第二層面中來調整?？梢苑艞墕为毜?、用于對多燃料系統(tǒng)的全部功能進行監(jiān)控的安全方案。
[0011]有利地，在所述多燃料系統(tǒng)的至少兩個控制器之間交換的信息具有固有安全性。固有安全性是指，所有由控制器接收的并且發(fā)出的信息被視為正確的，因為在內燃機運行期間就信息可信性而言連續(xù)地對信息進行檢查。
[0012]在一種設計方案中，在完備性(Integritjit)和/或適時性(Aktualitjit)方面對所交換的信息的固有安全性(Eigensicherheit)進行檢查。作為完備性檢查，實施校驗和檢查，其中確定，所檢查的數據是否也在實際上是可信的。所述適時性檢查借助于信息計數器來實施，該信息計數器在每個信息時增量。如果這個計數器不再增量，則認為，軟件及硬件元件有故障。
[0013]本發(fā)明的一種改進方案涉及一種用于對由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機進行電子控制的控制器，該控制器對所述內燃機的利用第一種燃料進行的運行進行控制并且將信號發(fā)送給第二控制器，該第二控制器利用第二種燃料來運行所述內燃機；發(fā)送信號和/或由該第二控制器來接收信號；并且具有一種由三個層面構成的、用于對與安全相關的信號進行檢查的安全方案。一種控制器的安全相關性得到了擴展，在該控制器上存在著器件，所述器件對用于運行內燃機的多燃料系統(tǒng)的全部功能進行監(jiān)控。在此將由控制器本身處理的或者這個控制器從其它控制器處得到的所有信號并合成一個總體，其使得推斷出整個多燃料系統(tǒng)的安全性。這種整體監(jiān)控系統(tǒng)可以在每個任意的、具有安全方案的、在機動車中使用的控制器中實現。
[0014]優(yōu)選地，在安全方案的與安全相關的第二層面中，對所述多燃料系統(tǒng)的總體功能進行監(jiān)控。因為安全方案的第二層面已經被設置用于對與安全相關的數據進行檢查，所以這種額外的監(jiān)控功能可以簡單地在這個層面中實現。
【專利附圖】
【附圖說明】[0015]本發(fā)明允許大量的實施方式。其中之一應該借助于在附圖中示出的圖樣來進行詳細解釋。附圖示出:
圖1示出了用于對內燃機進行控制的柴油-氣體-系統(tǒng)的示意圖；
圖2示出了具有兩個控制器的柴油-氣體-控制機構的系統(tǒng)示意圖；
圖3示出了對按圖2的整個柴油-氣體-系統(tǒng)的力矩監(jiān)控的原理圖；
圖4示出了氣體控制機構的系統(tǒng)示意圖，其對按圖2的整個柴油-氣體-系統(tǒng)進行連續(xù)地力矩監(jiān)控；并且
圖5示出了柴油控制機構的系統(tǒng)示意圖，其進行連續(xù)地力矩監(jiān)控。
[0016]相同的特征用相同的附圖標記來表示。
【具體實施方式】
[0017]圖1示出了雙燃料系統(tǒng)的原理圖，該雙燃料系統(tǒng)具有柴油控制器I和氣體控制器2。氣體噴射器3通過氣壓調節(jié)器4和氣體截止閥5與氣罐6相連接并且伸到未進一步示出的內燃機的吸氣區(qū)域7中，在此將氣態(tài)燃料吹入到所述吸氣區(qū)域中。內燃機在氣缸8的附近具有預燃室9，將作為液態(tài)燃料使用的柴油燃料噴射到所述預燃室中。這通過由柴油控制器I操控的柴油噴射器10來實現。柴油控制器I與對輸入氣態(tài)燃料進行調節(jié)的氣體控制器2相連接。所述柴油控制器I通過例如形式為CAN總線11的雙向接口與所述氣體控制器2相連接，其中兩個控制器1、2通過CAN總線11來通信。
[0018]在圖2中示出了內燃機的、在圖1中示出的雙燃料控制機構的系統(tǒng)示意圖。所述控制器1、2中的每個控制器分別包括一種由三個層面構成的安全方案。第一層面在此包括應用軟件，第二層面致力于對第一層面的安全悠關的信號進行監(jiān)控，而第三層面則對相應的控制器1、2的硬件在其功能方面進行監(jiān)控。在圖2中示出了柴油控制器I和氣體控制器2處于其在應用軟件的第一層面I中的情況，其中尤其示出了在將燃料輸送給內燃機的功能方面的作用結合。柴油控制器I在此例如由于通過駕駛員操縱加速踏板而得到輸入信號12，隨后在柴油控制器I中計算形式為總期望力矩13的額定值。通過自身安全的CAN總線11，將這個總期望力矩13傳送給氣體控制器2。一力矩劃分邏輯電路14處于氣體控制器2的層面I中，該力矩劃分邏輯電路確定了，形式為柴油的液態(tài)燃料或者氣態(tài)燃料以何種份額來參與獲得總期望力矩13。在此，從總期望力矩13中計算用于氣體路徑的氣體期望力矩38，將該氣體期望力矩通過通信線路15又輸送給柴油控制器I。柴油期望力矩50作為在所述總期望力矩13與所述氣體期望力矩38之間的差來形成。
[0019]根據如此獲取的用于柴油燃料的柴油期望力矩50和用于待使用的氣體的氣體期望力矩38，對燃料噴射系統(tǒng)16或者17進行操控。在此，噴射系統(tǒng)17操控柴油噴嘴10的輸出級18，而噴射系統(tǒng)16則操控氣體噴射器3的輸出級19，用于保證將根據柴油期望力矩50和氣體期望力矩38推導出來的液態(tài)或者氣態(tài)燃料的噴射量噴射到內燃機中。
[0020]因為單獨的氣體控制器2和單獨的柴油控制器I的安全性沒有保證整個柴油-氣體-系統(tǒng)的安全性，所以用按照圖3在實際上檢測到的實際力矩對所求得的總期望力矩13實施連續(xù)的監(jiān)控。在此圖3示出了對這種整個柴油-氣體-系統(tǒng)的力矩進行監(jiān)控的原理草圖。在此，首先在點22中將通過柴油燃料產生的柴油實際力矩20和通過氣體產生的氣體實際力矩21相加。將如此求得的總實際力矩23與總期望力矩13進行比較。在點24中確定，總期望力矩13是否繼續(xù)大于總實際力矩23。如果是這種情況，則繼續(xù)將柴油或者氣態(tài)燃料輸送給內燃機。如果在點24中發(fā)現，總實際力矩23明顯超過總期望力矩13，則在適當的延遲時間之后執(zhí)行錯誤反應25。這種錯誤反應可以一次性地通過下述方式引起錯誤救援策略(Fehl-Save-Strategie):內燃機以及由此機動車的狀態(tài)能掌控地保持。但是作為替代方案，作為錯誤反應25也可以執(zhí)行錯誤運行策略(Fehl-Operation-Strategie),其中在錯誤的情況下執(zhí)行用于內燃機或者機動車的備用操作。在此，例如可以保證，還僅將形式為柴油的液態(tài)燃料噴射到內燃機中，而禁止將氣體吹入。為此，在氣體控制器2中將氣體期望力矩38設置為零，并且通過開關27來將總期望力矩13轉換為柴油期望力矩50。
[0021]在圖4中示出了氣體控制機構的系統(tǒng)示意圖，其對由柴油控制器I和氣體控制器2構成的整個雙燃料系統(tǒng)進行連續(xù)地總力矩監(jiān)控。氣體控制器2在此在三個層面1、I1、III中具有安全方案。通過方框28，柴油控制器I通過CAN總線11與在氣體控制器2的層面I中的方框29相連接，該方框接收并且發(fā)送信息。方框29不僅從柴油控制器I接收信息，而且也通過通信線路15將信息發(fā)送給柴油控制器I (方框30)。在此，氣體控制器2具有下述任務:對整個柴油-氣體-系統(tǒng)進行安全監(jiān)控。為此目的，將方框29的所發(fā)送和所接收的信息傳輸給層面I1、尤其是傳送給方框31，或者說由該方框來接收所述信息。方框31具有確保通信的任務。在此保證，在所參與的控制器1、2之間的通信具有固有安全性。為此，通過借助于校驗和檢查(Check-Summenpriifung)對CAN信息的完備性進行檢查,而由氣體控制器2對CAN信息進行監(jiān)控。CAN信息的適時性通過信息計數器檢查來實施。為了確保待發(fā)送給完備性及適時性計數器的CAN信息，同樣形成校驗和或者提供信息計數器。
[0022]總期望力矩13被視為整個柴油-氣體-系統(tǒng)的額定值，在此將該總期望力矩傳送到方框32上，該方框對力矩劃分策略14進行監(jiān)控。在此確保用于氣體路徑的氣體期望力矩形成，也就是說，確定應該通過氣體燃燒實現的氣體期望力矩38。在這個方框32中，簡化地對層面I的應用軟件的力矩劃分策略14的邏輯電路進行復核，并且在錯誤情況下確定備用值。通過這種處理方式，連續(xù)地確保了如在氣體控制器2中所使用的一樣的、與安全相關的額定值。
[0023]在方框33的功能中，計算柴油-氣體-系統(tǒng)的總實際力矩23，其由柴油控制器I的柴油實際力矩20和氣體控制器2的氣體實際力矩21構成。如已經結合圖3所解釋的那樣，總實際力矩23由柴油實際力矩20和氣體實際力矩21的總和構成。通過方框33的這種功能來確保與安全相關的實際力矩。在氣體控制器2中計算氣體路徑的氣體期望力矩38并且將其由層面I的噴射系統(tǒng)16輸送給在方框33中的功能。柴油路徑的柴油實際力矩20由柴油控制器I通過被保護的CAN總線11來傳輸(方框28)。這種傳輸在檢查安全的通信之后通過方框31來進行。也可以通過其它的方式來計算柴油控制器I的柴油實際力矩20和氣體控制器2的氣體實際力矩21。因此，例如可以借助于傳感器來測量曲軸力矩，可以借助于測評曲軸轉速振蕩來估計曲軸力矩或者進行類似的處理。
[0024]在方框34中，針對整個柴油-氣體-系統(tǒng)進行力矩比較。在此，在整個柴油-氣體-系統(tǒng)的用作額定值的總期望力矩13與整個柴油-氣體-系統(tǒng)的相加的被視為實際值的柴油-和氣體實際力矩之間實施比較，其中連續(xù)地觀測整個柴油-氣體-系統(tǒng)的、與安全有關的額定值以及與安全有關的實際值。可以額外地對氣體路徑進行可信性檢測，方法是:在氣體路徑的允許的氣體期望力矩38與實際力矩21之間進行比較。[0025]為了完整起見，還要簡短地對氣體控制器2的安全方案的第三層面III進行探討。這個層面III包括用于硬件監(jiān)控35的功能，其由外部監(jiān)控單元36進行可信性檢測。在進行可信性檢測時，將詢問輸出給硬件監(jiān)控35，該硬件監(jiān)控對所述詢問進行答復。如果所述答復與所預料的答復相一致，則硬件被視為有有效的。如果所述答復與所預料的答復不相符，則外部監(jiān)控單元36就通過冗余的切斷路徑來切斷氣體閥3的輸出級19。
[0026]在圖5中示出了用于柴油控制器I的安全方案的系統(tǒng)示意圖，其中在雙燃料系統(tǒng)的控制器復合結構中用連續(xù)的力矩監(jiān)控進行柴油控制。柴油控制器I也具有安全方案的三個層面1、I1、III。但是因為對整個柴油-氣體-系統(tǒng)的監(jiān)控在氣體控制器2中實現，所以這里僅指出額外的、在氣體控制器中不存在的功能。通過方框30，柴油控制器I與氣體控制器2進行通信，其中也在柴油控制器I的層面I中存在著用于發(fā)送并且接收信息的方框29，該方框通過通信接口 28與氣體控制器2進行通信。柴油控制器I也在層面II上包括用于確保通信的方框31，以便確定所交換的信息是否準確。允許的柴油期望力矩37在層面II中與層面I的總期望力矩13類似地構成。將實際上在柴油噴嘴10的輸出級18上所設定的柴油實際力矩20與允許的柴油期望力矩37 —起輸送給方框39，其中在柴油期望力矩37與柴油實際力矩20之間實施力矩比較。如果出現錯誤，則將該錯誤通過線路40傳輸給用于確保通信的方框31并且從那里傳輸給氣體控制器2。
[0027]所解釋的方法能夠用于所有可能的、具有電子控制機構的多燃料系統(tǒng)，例如能夠用在柴油-氣體-系統(tǒng)、柴油-乙醇-系統(tǒng)或者其它系統(tǒng)中。在此，作為多燃料系統(tǒng)是指這樣的用兩種或者更多種燃料工作的系統(tǒng)。對多燃料系統(tǒng)的總體功能的監(jiān)控，在此可以在多燃料系統(tǒng)的控制器中執(zhí)行。但是也能夠設想，機動車的控制單元承擔這種監(jiān)控任務，該監(jiān)控任務不是多燃料系統(tǒng)的組成部分。
【權利要求】
1.用于對由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機的性能進行檢查的方法，其中至少兩個控制器(1、2)分別以電子的方式對所述內燃機的利用另一種燃料進行的燃燒過程進行控制，其中每個控制器(1、2)都具有自身的安全方案，并且將所述多燃料系統(tǒng)的系統(tǒng)功能劃分到所述至少兩個控制器(1、2)上，其特征在于，一控制單元、優(yōu)選所述至少兩個控制器(1、2)之一對所述多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于，對全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控的控制單元(1、2)優(yōu)選連續(xù)地對所述多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能的與安全有關的額定值(13)和/或與安全有關的實際值(23)進行監(jiān)控。
3.按權利要求2所述的方法，其特征在于，為了對所述多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控，將整個多燃料系統(tǒng)的額定值(13)、優(yōu)選總期望力矩與整個多燃料系統(tǒng)的、尤其是相加的實際值(23)的、優(yōu)選柴油實際力矩(20)和氣體實際力矩(21)的總和進行比較，其中在所述實際值(23)的總和超過所述額定值(13)時執(zhí)行錯誤反應。
4.按權利要求3所述的方法，其特征在于，所述錯誤反應建立了通過用所述多燃料系統(tǒng)運行的內燃機來驅動的機動車的能掌控的狀態(tài)，其中所述錯誤反應優(yōu)選分級地通過下述方式構成:所述內燃機利用第一種燃料繼續(xù)運行，而禁止利用第二種燃料運行。
5.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，每個控制器(1、2)的安全方案都包括應用特有的第一層面(I)，所述第一層面安全悠關地由第二層面(II)來監(jiān)控，而第三層面(III)則對所述控制器(1、2)的硬件進行監(jiān)控。
6.按權利要求1和5所述的方法，其特征在于，在相應的控制器(1、2)的第二層面(II)中對所述多燃料系統(tǒng)的全部系統(tǒng)功能進行監(jiān)控。
7.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，在所述多燃料系統(tǒng)的至少兩個控制器(1、2)之間交換的信息具有固有安全性。
8.按權利要求7所述的方法，其特征在于，在完備性和/或適時性方面對所交換的信息的固有安全性進行檢查。
9.用于對由多燃料系統(tǒng)運行的內燃機進行電子控制的控制器，所述控制器對所述內燃機的利用第一種燃料進行的運行進行控制并且將信號發(fā)送給第二控制器，所述第二控制器利用第二種燃料來運行所述內燃機；發(fā)送信號和/或由所述第二控制器來接收信號；并且具有一種由三個層面(1、I1、III)構成的、用于對與安全相關的信號進行檢查的安全方案，其特征在于，存在著器件(II)，所述器件對用于運行內燃機的多燃料系統(tǒng)的全部功能進行監(jiān)控。
10.按權利要求9所述的控制器，其特征在于，在所述安全方案的、與安全相關的第二層面(II)中，對所述多燃料系統(tǒng)的全部功能進行監(jiān)控。
【文檔編號】F02D41/26GK103958866SQ201280060147
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權日:2011年12月8日
【發(fā)明者】O.福茨, A.杜布斯, S.安托諾夫 申請人:羅伯特·博世有限公司