CH636410A5

CH636410A5 - Einrichtung zur schliesswinkelmessung.

Info

Publication number: CH636410A5
Application number: CH464779A
Authority: CH
Inventors: Werner Breckel
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1983-05-31
Also published as: DE2827347C2; US4305037A; DE2827347A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 24 43 402 ist eine Einrichtung zur Schliesswinkelmessung bekannt, die im Eingangskreis eine Schutzschaltung und einen anschliessenden Operationsverstärker umfasst, der über Filter einen zweiten Operationsverstärker ansteuert, der seinerseits das gewünschte dem Schiesswinkel entsprechende Signal abgibt. Ein Eingang des ersten Operationsverstärkers ist über einen Spannungsteiler auf einem konstanten Pegel gehalten. Ausserdem sind beide Eingänge über Schutzdioden gegen zu hohe Spannungen geschützt. Diese bekannte Einrichtung gestattet zwar eine exakte Schliesswinkelmessung, doch erfordern Messungen an verschiedenen Zündanlagen, wie beispielsweise konventionellen Zündanlagen mit unmittelbarer Unterbrecherkontaktsteuerung, Germanium- oder Silicium-Transistorzündanlagen, Transistorzündanlagen mit Stromregelung oder Kondensatorzündanlagen mit Thyristor das Einhalten unterschiedlicher Spannungspegel, um den Schliesswinkel richtig zu messen. Die erforderlichen Umschaltungen müssen vom Benutzer manuell vorgenommen werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemässe Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass sich die jeweiligen Schwellwerte selbsttätig einstellen. Es ist also keine manuelle Umschaltung mehr erforderlich, die zu Fehlmessungen bei falscher Schaltung führen können. Solche Fehler sind bei der erfindungsge-mässen Einrichtung ausgeschlossen. Sie erkennt selbsttätig anhand der auftretenden Spannungen die Art der Zündanlage, an der gemessen wird und stellt danach die Spannungspegel für den Eingangsoperationsverstärker der Auswerteschaltung auf die jeweils richtigen Werte ein.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Ausführungsarten sind vorteilhafte Verwirklichungen der erfin-dungsgemässen Einrichtungen definiert. Durch die Verwendung von logischen Schaltelementen wie NAND- und NOR-Gattern lassen sich die erforderlichen Umschaltungen exakt und zuverlässig vornehmen.

Zeichnung

Spannungsdiagramme, wie sie an verschiedenen Zündanlagen auftreten, sowie ein Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Schliesswinkelmessung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Die Fig. labis ld den Verlauf der zu messenden Spannung an der Zündanlage mit eingezeichneten Schaltschwellen, die selbsttätig eingestellt werden, und Fig. 2 die Schaltung, die diese Schaltschwellenumschaltung selbsttätig vornimmt.

Beschreibung der Erfindung

Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind mit unterschiedlichen Zündanlagen ausgestattet. Während bei konventionellen Zündanlagen der Primärstrom der Zündspule über einen Unterbrecherkontakt unmittelbar geschaltet wird, dient bei Transistorzündanlagen der Unterbrecherschalter nur als Steuerungsorgan, über den lediglich ein kleiner Steuerstrom fliesst. Auch kann das die Transistorzündanlage oder auch eine Kondensatorzündanlage enthaltende Schaltgerät unmittelbar von einem Hallaufnehmer oder einem induktiven Aufnehmer gesteuert sein. Der Schliesswinkel ist diejenige Zeitspanne, bezogen auf eine Verteilerwellenumdrehung der Brennkraftmaschine, während der ein Strom von der Batterie durch die Primärwicklung der Zündspule fliesst.

Die Eingangsschaltung wird über eine erste und eine zweite Anschlussleitung mit der Zündanlage verbunden. Dabei wird die erste Leitung entweder an der Klemme nach dem Zündschalter oder am Pluspol der Batterie (deren Minuspol an Masse liegt, ansonst umgekehrt) angeschlossen, wogegen die zweite Leitung mit der weiteren Klemme der Zündung oder dem Unterbrecherkontakt oder dem Dreh2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

636 410

zahlgeberausgang eines Schaltgerätes angeschlossen wird. Die weitere Klemme 1 und die Klemme nach dem Zündschalter haben die in der Kraftfahrzeugtechnik üblichen Bezeichnungen (1,15 nach DIN 72 552). Der Spannungsverlauf an der weiteren Klemme der Zündspule ist für eine konventionelle Zündanlage mit unmittelbarer Unterbrecherkontaktsteuerung in Fig. la dargestellt. Die Spannung beträgt zunächst, nämlich bei geschlossenem Unterbrecherkontakt, bezogen auf Masse, 0 Volt, weil der Unterbrecherkontakt einen unmittelbaren Massekurzschluss bildet. Zum Zeitpunkt ti öffnet der Unterbrecherkontakt und es bildet sich wegen der raschen Stromänderung an der Primärwicklung der Zündspule ein Spannungszug 1 aus, der einen Spitzenwert von 100 bis 400 Volt bei einer 12-Volt-Zündanlage erreichen kann und in Form einer gedämpften Schwingung übergeht in eine konstante Spannung im Bereich 2, die etwa 12 Volt beträgt und die zum Zeitpunkt t2 erreicht wird. Zum Zeitpunkt t3 schliesst der Unterbrecherkontakt wieder, weshalb die Spannung von der Batteriespannung wieder auf etwa 0 abfällt. Zum Zeitpunkt ts erfolgt der nächste Zündvorgang analog dem Zeitpunkt ti. Die seither übliche Schaltung hatte eine Ansprechschwelle von etwa 1,2 Volt Spannungsdifferenz zur Batteriespannung bzw. zur Sapnnung an der Klemme nach dem Zündschalter, an der die Batteriespannung zugeführt wird. Die Schaltung gab also das Signal Schliesswinkelbeginn ab, wenn im Zeitpunkt t3 die Spannung von der Batteriespannung um mehr als 1,2 Volt abfiel. Umgekehrt gab sie das Signal Schliesswinkelende ab, wenn zum Zeitpunkt ts bzw. ti der Unterbrecherkontakt öffnet und die Spannung ansteigt.

Dieser Spannungsverlauf gilt für konventionelle Zündanlagen und für Germanium-Transistorzündanlagen. Handelt es sich jedoch um eine stromgeregelte Silicium-Transistor-zündanlage, so steigt bereits zum Zeitpunkt t4 die Spannung an der weiteren Klemme wieder an und verbleibt dann gemäss der gestrichelten Darstellung von Fig. la etwa 2,4 Volt unterhalb des Pegels des Bereiches 2. Damit könnte mit unveränderter Eingangsschaltung auch an dieser Zündanlage gemessen werden, wenn nicht unmittelbar in der Anstiegsflanke anschliessend an den Zeitpunkt t4 ein Überschwingen auftreten würde, das bis in die Schaltschwelle, die in Fig. la mit 3 bezeichnet ist, reicht und eine Fehlauslösung bewirken würde. Es wird daher gemäss Fig. lb zwar die Schaltschwelle im Anschluss an den Bereich 2 unverändert so belassen, dass nach einem Absinken der Spannung um etwa 1,2 Volt unter den Pegel des Bereiches 2 ein Ansprechen erfolgt, es wird jedoch etwa 0,6 Millisekunden später die Schaltschwelle auf etwa Betriebsspannung + 3 Volt erhöht. Damit ist sichergestellt, dass bei einer stromgeregelten Silicium-Transistor-zündanlage der im Anschluss an den Zeitpunkt t4 auftretende Spannungsimpuls nicht zu einer Fehlauslösung und damit Fehlmessung führt. Dies ist in Fig. lb dargestellt, wo zum Zeitpunkt t3- die Schaltschwelle 3 angehoben wird auf die Schaltschwelle 4. Der zeitliche Abstand zwischen t3' und t3 beträgt etwa 0,6 Millisekunden.

Handelt es sich um eine Silicium-Transistor- oder Kondensatorzündanlage mit einem Schaltgerät, bei der der Unterbrecherkontakt lediglich Steuerfunktionen erfüllt, so wird bei Anschluss der ersten Leitung an dem Pluspol der Batterie oder dem Plusanschluss des Schaltgerätes und bei Anschluss der zweiten Leitung an dem das Schaltgerät steuernden Unterbrecherkontakt oder dem Drehzahlmesserausgang des Schaltgerätes ein anderer Spannungszug erfasst und es werden andere Schaltschwellen benutzt, wie sie in Fig. lc dargestellt sind. Der Spannungsverlauf an der zweiten Leitung gegenüber Masse ist durch den Rechteckkurvenzug 5 in Fig. 1 c wiedergegeben, die Spannung an der ersten Leitung ist konstant gleich der Betriebsspannung oder Batteriespannung, die durch die Gerade 6 angegeben ist, wogegen die jeweils wirksamen Schaltschwellen durch den gestrichelten Kurvenzug 7 wiedergegeben sind. Die geringste Spannung des Kurvenzuges 5 gegenüber Masse liegt bei etwa 0 bis 3 Volt, die geringste Spannung der Schaltschwelle 7 gegenüber Masse beträgt 4 bis 6 Volt, wogegen die obere Schaltschwelle gemäss dem Kurvenzug 7 etwa 1,2 Volt unter der Betriebsspannung liegt.

Wird bei einer gleichen Anlage, deren Verhältnisse in Fig. lc dargestellt sind, bei unverändertem Anschluss der zweiten Leitung die erste Leitung an die Klemme der Zündspule nach dem Zündschalter gelegt und ist die Klemme über einen Vorwiderstand mit dem Zündschloss bzw. der Batterie verbunden, ergeben sich nochmals geänderte Verhältnisse, die in Fig. ld dargestellt sind. Der Kurvenzug 5, nämlich die Spannung an der zweiten Leitung, ist unverändert, dagegen fällt die Spannung an der ersten Leitung ab dem Zeitpunkt t3 nach einer e-Funktion ab, entspricht also nicht mehr der Geraden 6, sondern einem Kurvenzug 6'. Die Schaltschwelle folgt entsprechend einem Kurvenzug 7', der im Bereich zwischen t3 und ts ebenfalls entlang einer e-Kurve abfällt und dabei einen Pegelunterschied von etwa 1,2 Volt zur Spannung auf der ersten Leitung einhält. Dabei kann kurz vor Erreichen des Zeitpunktes ts der Abstand zwischen dem Kurvenzug 6' und dem unteren Pegel des Kurvenzuges 5 bis auf etwa 1,5 Volt abfallen.

Die Eingangsschaltung, die diese Umschaltungen und Schaltschwellenänderungen selbsttätig vornimmt, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung ist mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen sowie einem gemeinsamen Massean-schluss versehen. Der Verbindung mit der Masse der Brennkraftmaschine oder der Bordmasse dient eine Leitung 8 mit einem Anschlussclip 9. Die erste Leitung 10 ist ebenso wie die zweite Leitung 11 mit je einem Anschlussclip 12 bzw. 13 versehen, die zum Anklemmen an die entsprechenden Messstellen der Zündanlage dienen. An die Eingangsschaltung schliesst eine als Block dargestellte Auswerteschaltung 14 an, die etwa so aufgebaut ist wie die in der DE-OS 24 43 402 beschriebene Schaltung. Die Auswerteschaltung 14 hat in ihrem Eingang einen Operationsverstärker 15 mit einem nichtinvertierenden Eingang 16 und einem invertierenden Eingang 17. An einem Triggerausgang 18 erscheint eine positive Impulsflanke, wenn der Unterbrecher öffnet (Schliesswinkelende). An einem weiteren Ausgang 19 ist ein NAND-Gatter 20 angeschlossen, an dessen Ausgang ein in seiner Länge dem Schliesswinkel proportionaler Impuls erscheint (der allerdings gegenüber dem Schliess- und Öffnungszeitpunkt mit seinen beiden Flanken um den gleichen Betrag verschoben ist). Vom Ausgang des NAND-Gatters 20 ist eine Rückführleitung 21 zur Eingangsschaltung geführt.

Zwischen die erste Leitung 10 und den nichtinvertierenden Eingang 16 ist ein Widerstand R 93 geschaltet, der etwa 9mal so gross ist wie ein von demselben Eingang 16 an Masse gelegter Widerstand R 96. Von der zweiten Leitung 11 führt ein dem Widerstand R 93 entsprechender Widerstand R 91 zu einem etwa 15fach kleineren Widerstand R 92, der seinerseits an den invertierenden Eingang 17 angeschlossen ist, der ausserdem an den Abgriff eines Spannungsteilers angeschlossen ist, der durch einen Widerstand R 95 und einen Widerstand R 97 gebildet ist, wobei der Widerstand R 95 an einer Speiseleitung'22 und der etwa lOOfach kleinere Widerstand R 97 an Masse angeschlossen ist. An die Verbindung zwischen die Widerstände R 91 und R 92 ist ein als In verter dienendes NAND-Gatter 23 angeschlossen, mit dessen Ausgang eine Diode Dl mit ihrem Kathodenanschluss verbunden ist, deren Anode mit dem Verbindungspunkt einer Serienschaltung aus einem Widerstand R 94 und einem Kondensator C 67 verbunden ist, wobei der relativ hochohmige Widerstand R 94

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

636410

mit der Speiseleitung 22 und der Kondensator C 67 mit Masse verbunden ist. An die Anode der Diode D 1 ist ferner ein Anschluss eines NOR-Gatters 24 gelegt, an dessen anderen Eingang die Rückführleitung 21 geführt ist und dessen Ausgang über einen Widerstand R 100 mit dem nichtinvertierenden Eingang 16 verbunden ist. Mit der Anode der Diode D 1 ist ferner ein als Inverter dienendes NAND-Gatter 25 verbunden, dessen Ausgang zum Eingang eines NOR-Gatters 26 geführt ist, dessen Ausgang über die Serienschaltung einer Diode D 2 und eines Widerstandes R 102 mit dem invertierenden Eingang 17 verbunden ist. Dabei ist die Diode mit der Anode mit dem Ausgang des NOR-Gatters 26 verbunden. Der zweite Eingang des NOR-Gatters 26 liegt am Ausgang eines als Inverter dienenden NAND-Gatters 27, dessen Eingang über einen Widerstand R 101 mit der zweiten Leitung 11 verbunden ist.

Ist der Anschlussclip 13 bei einer konventionellen Zündanlage oder einer Transistorzündanlage an die weitere Klemme angeschlossen und ist der Anschlussclip 12 mit der Klemme nach dem Zündschalter oder der Klemme B + verbunden, so erreicht zum Zeitpunkt ti bzw. ts die Spannung bei einem Eingangswert von mindestens 30 Volt die Schaltschwelle des NAND-Gatters 23, wodurch sich der Kondensator C 67, der sich zuvor über den Widerstand R 94 auf die üblicherweise 12 Volt betragende Spannung der Speiseleitung 22 aufgeladen hatte, über D 1 und 23 rasch entlädt, wogegen die Aufladung über R 94 wegen des sehr viel höheren Widerstandswertes von R 94 langsam erfolgt. Die untere Drehzahlgrenze, bei der die Anordnung noch einwandfrei arbeitet, liegt bei etwa 200 U/min. Die Spannung am Kondensator C 67 erreicht daher nicht die Schaltschwelle der Gatter 24 und 25, an deren Eingang also eine logische 0 liegt. Die logische 0 am Eingang der Gatter 24 und 25 gibt also an, dass die zweite Leitung 11 an der weiteren Klemme liegt und daher eine Schwellenanhe-bung nach dem Zeitpunkt t3 erforderlich ist, um bei der konventionellen ebenso wie bei einer Transistorzündung mit Stromregelung ein zuverlässiges Arbeiten zu erzielen. Die zeitlich verschobene Schaltschwellenanhebung gemäss der Linie 4 von Fig. lb wird erzielt durch Rückführen des Ausgangssignales über die Rückführleitung 21. Dabei wird ausgenutzt, dass das Ausgangssignal gegenüber dem Zeitpunkt t3 etwas verschoben ist. Sobald also nach dem Ansprechen des NAND-Gatters 23 am einen Eingang des NOR-Gatters 24 die logische 0 liegt und über die Rückführleitung 21 nochmals eine logische 0 zugeführt wird, wird die Schwelle über das NOR-Gatter24und den Widerstansd R 100 auf den

Pegel gemäss der Schaltschwelle 4 nach Fig. lb angehoben. Diese Massnahme hat ferner den Vorteil, dass gleichzeitig Störungen vom Regler der Lichtmaschine bei Fahrzeugen mit Vorwiderstand in der Leitung zur Klemme nach dem Zündschalter eliminiert werden. Das NAND-Gatter 25 verhindert eine Beeinflussung des Einganges 17 über das NOR-Gatter 26, die Diode D 2 und den Widerstand R 102, weil D 2 in Sperrichtung vorgespannt ist und der Ausgang des Gatters 26 auf 0 liegt.

Erreicht dagegen die Spannung an der zweiten Leitung 11 nicht den Schwellwert von 30 Volt, so ergibt sich daraus, dass die Zündanlage ein Schaltgerät umfasst und der Anschlussclip 13 am Steuereingang des Schaltgerätes oder an dessen Drehzahlmesserausgang angeschlossen ist. Da nunmehr das NAND-Gatter 23 nicht anspricht, bleibt der Ausgang des NOR-Gatters 24 ständig auf 0, weil nämlich wegen der fehlenden Entladung des Kondensators C 67 dessen Spannung auf der Betriebsspannung und damit auf logisch 1 liegt. Der Widerstand R100 liegt dabei praktisch parallel dem Widerstand R 96, was jedoch keine Rolle spielt, da R 100 ungefähr 30mal so gross ist wie R 96. Die Schaltschwellenänderung muss daher entweder entsprechend Fig. lc oder Fig. ld erfolgen. Erreicht die Spannung auf der zweiten Leitung 11 die Schaltschwelle des NAND-Gatters 27, die zwischen 4 und 6 Volt liegt (unterer Bereich der Schaltschwelle 7 nach Fig. lc bzw. ld), so wird der Ausgang des NAND-Gatters 27 logisch 0. Der Ausgang des NAND-Gatters 25 ist ebenfalls logisch 0, weil sein Eingang, nämlich die Spannung des Kondensators C 67, wie zuvor erwähnt, logisch 1 ist. Damit wird der Ausgang des NOR-Gatters 26 logisch 1 und es wird die Vorspannung am invertierenden Eingang 17 über die Diode D 2 und den Widerstand R 102 so stark angehoben, dass der Operationsverstärker 15 anspricht. Unterschreitet die Spannungan der zweiten Leitung 11 die Schaltschwelle des NAND-Gatters 27, so geht der Ausgang des NOR-Gatters 26 auf logisch 0 und die Diode D 2 sperrt. Damit ist die Schaltschwellenverschiebung aufgehoben und es liegt die Schaltschwelle wieder im oberen Bereich des Kurvenzuges 7 von Fig. lc mit einem Abstand von etwa 1,2 Volt gegenüber der Geraden 6. Dies wird durch die Vorspannung über die Widerstände R 95, R 97 erreicht.

Der einer e-Funktion folgende Verlauf der Schaltschwelle gemäss 7' in Fig. ld ergibt sich selbsttätig deshalb, weil die Spannung am Eingang 16 der Spannung an der ersten Leitung 10 mit einem Abstand von 1,2 Volt folgt.

4

s

10

15

20

25

30

35

40

45

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims

636410 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Schliesswinkelmessung in eine Zündspule enthaltenden Batteriezündanlagen für Brennkraftmaschinen, mit einer die von der Zündanlage abgenommenen elektrischen Spannungen umsetzenden Auswerteschaltung mit einem Operationsverstärker im Eingang und einem den Schliesswinkel darstellenden Anzeigegerät, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteschaltung (14) eine selbsttätig auf die unterschiedlichen Spannungspegel am Eingang reagierende Schaltung zur Schwellwerterkennung und -anpassung bzw. -umschaltung vorgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Leitung (10), die zum Anschluss an die Zündspule oder den Pluspol der Batterie bestimmt ist, über einen Vorwiderstand (R 93) mit einem nichtinvertierenden Eingang (16) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, der ausserdem über einen kleineren Widerstand (R 96) mit Masse verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Leitung (11), die zum Anschluss an den Unterbrecherkontakt, den Steuereingang oder den Tachodynamoausgang eines Schaltgerätes vorgesehen ist, einerseits über die Serienschaltung eines grossen (R 91) und eines kleinen Vorwiderstandes (R 92) und andererseits über ein logisches Netzwerk (25 bis 27) mit dem invertierenden Eingang (17) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, der von einem Spannungsteiler (R 95, R 97) auf einem Bezugspotential haltbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an die Verbindung zwischen grossem (R 91) und kleinem Vorwiderstand (R 92) eine logische Schaltung (23,24) angeschlossen ist, an die ferner ein Ausgangssignal der Auswerteschaltung (14) über eine Rückführleitung (21) zuführbar ist und deren Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang (16) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Schaltung (23,24) ein zwischen die beiden Vorwiderstände (R91, R 92) angeschlossenes NAND-Gatter (23) umfasst, das über eine Diode (D 1) mit einer an der Speisespannung (22) liegenden Serienschaltung eines Widerstandes (R 94) und eines Ladekondensators (C 67) angeschlossen ist, an dem ausserdem ein Eingang eines NOR-Gatters (24) angeschlossen ist, das über einen Widerstand (R 100) mit dem nichtinvertierenden Eingang (16) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist und dessen anderem Eingang des Ausgangssignal über die Rückführleitung (21) zuführbar ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichent, dass das logische Netzwerk (25 bis 27) ein NOR-Gatter (26) umfasst, das über eine Diode (D 2) und einen dazu in Reihe liegenden Widerstand (R 102) mit dem invertierenden Eingang (17) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, dass dem einen Eingang des NOR-Gatters (26) 'ein NAND-Gatter (25) vorgeschaltet ist, das an dem Ladekondensator (C 67) angeschlossen ist, und dass dem anderen Eingang des NOR-Gatters (26) ein NAND-Gatter (27) vorgeschaltet ist, das über einen Widerstand (R101) mit der zweiten Leitung (11) verbunden ist.