DE1137605B - Pruefeinrichtung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanlage für Brennkraftmaschinen, die es ermöglicht, die Hochspannungsanteile des Zündimpulses verstärkt auf einem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre darzustellen und die Darstellung von Niederspannungsanteilen zu unterdrücken.

Mit zunehmender Motorisierung steigt der Bedarf an Prüfeinrichtungen für Brennkraftmaschinen. Bei solchen Brennkraftmaschinen, besonders mehrzylindrigen, muß unter anderem auch die elektrische Zündanlage überprüft werden. Hierbei hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, den Zündspannungsverlauf auf der Sekundärseite oder der Hochspannungsseite der Zündanlage zu untersuchen, da diese Spannung unmittelbar den Zündkerzen zugeführt wird.

Bei einer bekannten mit einer Kathodenstrahlröhre versehenen Prüfeinrichtung wird den X-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre eine Sägezahnspannung solcher Frequenz zugeführt, daß die den Y-Ablenkplatten von den verschiedenen Zündkerzen zugeführten Spannungen auf dem Leuchtschirm gleichzeitig sichtbar werden. In der Einrichtung sind elektrische Verstellmittel vorgesehen, mit denen die an einer bestimmten Zündkerze abgegriffene Spannung identifiziert und gegenüber der Darstellung der Spannung der anderen Zündkerzen auf dem Leuchtschirm hervorgehoben werden kann. Weiter sind Mittel vorgesehen, die die Darstellung der Spannung von einer einzigen Zündkerze auf dem Leuchtschirm in vergrößertem Maßstab ermöglichen.

Auch bei einer anderen mit einer Kathodenstrahlröhre versehenen Prüfeinrichtung liegen die wesentlichen Merkmale darin, die X-Ablenkung der Kathodenstrahlröhre auf den zeitlichen Ablauf der Zündimpulse abzustimmen. Hierzu wird ein von der Brennkraftmaschine angetriebener Schalter und ein Arbeitsmeßbereichwählschalter verwendet, der von Hand so einstellbar ist, daß die Tätigkeit des die Kathodenstrahlröhre steuernden Zeitbasisgenerators bei einer bestimmten Stellung des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Schalters und damit in einem gewünschten Punkt des Maschinenarbeitsspiels ausgelöst wird.

Schließlich sind sogenannte Hellsteuerschaltungen für Kathodenstrahloszillographen bekannt, bei denen dem Gitter der Kathodenstrahlröhre über einen Kondensator eine Steuerspannung zugeführt wird. Die Polarität und Phase dieser Steuerspannung, bei der es sich um eine Wechselspannung handelt, wird gegenüber der auf dem Leuchtschirm darzustellenden Spannung so gewählt, daß das Gitter bei der Wiedergabe bildwichtiger Spannungsteile positiv beaufschlagt und

Prüfeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Marquette Corporation,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Berkenfeld, Patentanwalt,
Köln-Lindenthal, Universitätsstr. 61

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. November 1956 (Nr. 621 389)

John Harry St. John, Belleville, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

die Helligkeit der Leuchtfleckspur damit erhöht wird.

Von der sekundärseitigen Hochspannung der Zündanlage einer Brennkraftmaschine sind besonders in dieser auftretende hohe Spannungsspitzen von Bedeutung. Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, besonders diese hohen Spannungsspitzen auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre deutlich ablesbar zu machen, während zwischen den Hochspannungsspitzen liegende Niederspannungsanteile unterdrückt oder geschwächt wiedergegeben werden können.

Bei den Vorarbeiten zur Lösung dieser Aufgabe wurde gefunden, daß die im sekundärseitigen Zündspannungsverlauf auftretenden hohen Spannungsimpulse, die von außerordentlich kurzer Dauer sind, aus sehr hochfrequenten Schwingungen bestehen, während sich die Zündspannung zwischen diesen hohen Spannungsimpulsen aus im wesentlichen niederfrequenten Schwingungen zusammensetzt.

In einer Zündanlage dienen die Hochspannungsimpulse zum Ionisieren des Verbrennungsgemisches zwischen den Elektroden der Zündkerze, um damit das Übertreten des Zündfunkens zu ermöglichen. Nach dem Einsetzen der Zündung fällt die über den Elektroden der Zündkerze liegende Spannung ab, da zum Aufrechterhalten des Lichtbogens über dem Luftspalt der Zündkerze nur eine niedrigere Spannung erforderlich ist.

Zum Lösen der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Aufhellungsschaltung verwendet, die zwischen der hochfrequenten Spannungsspitze und der verhältnismäßig konstant bleibenden niederfrequenten

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Lichtbogenspannung in deren Auswirkung auf der sich auf dem Leuchtschirm darbietenden Kathodenstrahlschrift zu unterscheiden vermag. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung für Brennkraftmaschinen, die eine Kathodenstrahlröhre zur Darstellung des zeitliehen Zündspannungsverlaufs und Mittel zur selektiven Aufhellung enthält, zeichnet sich durch einen Verstärker mit frequenzselektiven Mitteln aus, welche für die hochfrequente Hochspannungsspitze des sekundärseitigen Zündspannungsanteils einen kleinen Scheinwiderstand, für die niederfrequenten Zündspannungsanteile jedoch einen hohen Scheinwiderstand darstellen, so daß die niederfrequenten Zündspannungsanteile unterdrückt werden, die hochfrequente Hochspannungsspitze jedoch vergrößert dargestellt wird. Zweckmäßig wird für das frequenzselektive Mittel ein i?C-Glied verwendet.

Nach dem Verlöschen des Lichtbogens über der Funkenstrecke der Zündkerze stellt sich eine oszillierende Niederfrequenzspannung ein, die auf den die Aufgabe einer Aufhellungssdhaltung erfüllenden Verstärker nur einen unbedeutsamen Einfluß hat, so daß auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre kein Bild auftritt. Mit anderen Worten ist im ganzen sekun-In den Figuren sind nur jene Teile enthalten, die zum Verständnis der Erfindung notwendig sind. Die der Schaltung über den Zündspannungsverlauf zugeführte Information wird mit einem Tastkopf abgegriffen und Übertrager, Spannungsteiler usw. sind vorgesehen. Der Anschluß der Prüfeinrichtung an die zu prüfende Brennkraftmaschine und Einheiten, wie z. B. der Triggerkreis, sind zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig und deshalb weggelassen.

Fig. 1 zeigt mehrere periodisch auftretende Linien oder Spitzen 10, 12 und 14 der Ionisationsspannung aus dem Zündspannungsverlauf. Sie werden der Prüfeinrichtung über die Leitung 16 zugeführt. Die Spitzen durchlaufen einen Verstärker 18. Dieser Verstärker 18 arbeitet frequenzselektiv und positive oder negative Impulse werden entweder dem Gitter oder der Kathode der Kathodenstrahlröhre 20 zugeführt. Auf dieser ergeben sich die Lichtkeile 22, 24 und 26. Durch eine etwas defokussierte und aufgehellte Wiedergabe ergeben sich breitere Lichtkeile als auf einem üblichen Kathodenstrahloszillographen und die Darstellung wird leichter ablesbar. Die Höhe der Lichtkeile läßt sich leicht ermitteln und läßt sich selbst bei widriger Allgemeinbeleuchtung leicht aus-

därseitigen Zündspannungsverlauf die die Zündung 25 messen. Die Lichtkeile sind an ihrer Spitze breiter, je der Funkenstrecke einleitende hohe Spannungsspitze höher die zugeführte Spannung wird und dadurch

die einzige Erscheinung von ausreichend hoher Frequenz, für die der Verstärker verstärkend wirkt. Alle danach auftretenden Spannungen sind von so niedriger Frequenz, daß der Verstärker auf sie nicht anspricht und damit auf dem Leuchtschirm kein Bild erscheint.

Mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung werden damit mit elektrisch einfachen Mitteln unterscheidbare Größen, nämlich das Auftreten von Schwingungen mit höherer und mit niedriger Frequenz dazu ausgenutzt, um eine Hochspannungsspitze stärker auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre darzustellen als ein Spannungsanteil niedrigerer Spannung.

Der erfindungsgemäß verwendete Verstärkerkreis steuert das Gitter der Kathodenstrahlröhre und spannt dieses während der Ionisationsspitze bzw. Zündspannungsspitze positiv vor. Zur Spannungsumkehr dient dabei eine Vakuumröhre.

Als weitere Möglichkeit schlägt die Erfindung vor, daß der Verstärker an die Kathode der Kathodenstrahlröhre angeschlossen ist und diese während der Ionisationsspitze bzw. Zündspannungsspitze negativ vorspannt.

Als weitere Möglichkeit schlägt die Erfindung vor, daß der Verstärker gleichzeitig an die Kathode und über Spannungsumkehrende Mittel bzw. über eine Vakuumröhre an das Gitter der Kathodenstrahlröhre angeschlossen ist und das Gitter positiv und die Kathode negativ vorspannt.

In der Zeichnung wird zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung die verwendete Verstärkerschaltung schematisch dargestellt. Dabei ist

Fig. 1 die Darstellung des Zündspannungsverlaufs, des Verstärkers und der Kathodenstrahlröhre mit dem auf dieser wiedergegebenen Bild,

Fig. 2 in vereinfachter Form die Schaltung des Verstärkerkreises,

Fig. 3 ein Teilschaltbild und

Fig. 4 in schematischer Form die Darstellung der Zündspannung bei ihrem Durchlauf durch die Prüfeinrichtung.

leichter lesbar. Diese vergrößerte Breite und gespreizte Wiedergabe der Lichtkeile an ihrem Kopf beruht darauf, daß die dem Gitter zugeführte Spannung unmittelbar der Höhe der Lichtkeile proportional ist. Je höher der Lichtkeil ist, um so stärker wird der Elektronenstrahl entbündelt und der Lichtkeil an seinem Kopf gespreizt, während sein Fuß praktisch nicht beeinflußt wird.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung werden die Betriebsspannungen über Leiter 28 und 30 zugeführt. Über den Leiter 28 wird eine Anodenspannung in der Größenordnung von 250 Volt zugeführt, wie dies bei 32 gezeigt ist. Die Spannung gelangt zur Röhre 34 und über einen 100-kOhm-Widerstand 36 zur Anode 38. Die der Zündanlage der Brennkraftmaschine entnommene Zündspannung wird über einen Leiter 42 dem Gitter 40 zugeführt. Die in der Schaltung verwendete Röhre 34 ist ein System einer Doppeltriode, z.B. einer 12AU7 oder 12AT7. Durch einen zwischen den Leitern 28 und 42 liegenden 3,9-MOhm-Widerstand 44 wird das Gitter 40 schwach positiv gehalten und die Röhre 34 stark leitend gemacht. Ein Kondensator 46 liegt in dem Leiter 42 und differenziert die abgegriffene Zündspannung, sofern deren Schwingungen ausreichende Amplitude haben. Es ergibt sich dieselbe Wellenform wie sie später den nicht gezeigten Y-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhren zugeführt wird. Die Zündspannung wird verstärkt und über einen Leiter 48 mit einem 1-nF-Kondensator 50 dem Gitter 52 der Kathodenstrahlröhre zugeführt.

Die Vorspannung für die Kathodenstrahlröhre wird schematisch bei 54 gezeigt, wo sie der Kathode zugeführt wird. Ein 3,9 MOhm-Widerstand 56 ist an den Leiter 48 angeschlossen. Der zum Differenzieren der Zündspannung in den Eingang eingeschaltete Kondensator 46 ist so groß, daß das gewünschte Ergebnis bei vernachlässigbar kleinem Ladestrom eintritt. Seine Kapazität schwankt selbstverständlich für jede Anwendung abhängig von der Art der untersuchten Zündspannung und dem gewünschten Betrag der Defokussierung und Aufhellung. Durch Verwen-

dung der auf diese Weise beeinflußten negativen Hochspannungsspitzen wird das Gitter 52-52 der Kathodenstrahlröhre während der Zündspannungsspitzen schwach positiv vorgespannt, wodurch die Lichtkeile auf dem Bildschirm· wie vorstehend beschrieben betont werden.

Selbstverständlich kann die gleiche Wirkung dadurch erzielt werden, daß der Kathode der Kathodenstrahlröhre eine Steuerspannung umgekehrter Polarität zugeführt wird.

In Fig. 3 ist eine Kathode 58 wie auch ein Gitter 60 einer Kathodenstrahlröhre schematisch dargestellt. Wird dem Gitter 60 über den Kondensator 62 ein positiver Impuls genügender Größe oder der Kathode 58 über den Kondensator 64 ein negativer Impuls genügender Größe zugeführt (oder beides gleichzeitig), so wird der Anodenstrom augenblicklich vergrößert und führt zu einer erhöhten Helligkeit.

Werden diese Impulse zur Darstellung des sich schnell ändernden Spannungsbildes bei Ausgleichvorgängen zugeführt, die im allgemeinen sehr schwach und undeutlich erscheinen, so werden diese Spannungsbilder dadurch deutlich sichtbar. Außerdem tritt gewöhnlich eine Defokussierung und eine Aufhellung ein, wodurch die Ausgleichvorgänge breiter wiedergegeben werden, wie dies z. B. in Fig. 1 bei 22, 24 und 26 dargestellt ist.

Der abgegriffene sekundäre Teil eines Zündspannungsimpulses hat gewöhnlich eine Form, wie sie z. B. bei 66 gezeigt ist. Diese Spannung kann mit einem kleinen Kondensator, wie dies oben beschrieben ist, differenziert und über einen Leiter 68 dem Gitter 70 einer Kathodenstrahlröhre 72 zugeführt werden, um diese Zündspannungsanteile mit negativen Ausgleichsanteilen und die Spannungsspitze selbst, wie bei 74 gezeigt ist, sichtbar zu machen, wobei eine Defokussierung und Aufhellung auftritt. Die Spannung kann über einen kleinen Kondensator zur Erzielung des gleichen Ergebnisses auch der Kathode 76 der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden.

Die oben beschriebene Schaltung kann gleichermaßen bei Kathodenstrahlröhren mit elektromagnetischer Ablenkung verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung ergibt einen hohen Grad von Genauigkeit und ermöglicht ein leichtes Ablesen der aufgezeichneten Lichtkeile. Zum Erhöhen der Ablesbarkeit wird nicht einfach die Helligkeit und damit der Anodenstrom erhöht, was zu einer schnelleren Zerstörung des Leuchtschirmes führen würde, sondern die bessere Ablesbarkeit wird durch eine Kontrasterhöhung durch Verstärken bildwichtiger und Unterdrücken bildunwichtiger Teile erzielt.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Prüfeinrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einer Kathodenstrahlröhre zur Darstellung des zeitlichen Zündspannungsverlaufs und Mitteln zur selektiven Aufhellung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (18) frequenzselektive Mittel enthält, welche für die hochfrequente Hochspannungsspitze des sekundärseitigen Zündspannungsanteils einen kleinen Scheinwiderstand, für die niederfrequenten Zündspannungsanteile jedoch einen hohen Scheinwiderstand darstellen, so daß die niederfrequenten Zündspannungsanteile unterdrückt werden, die hochfrequente Hochspannungsspitze jedoch vergrößert dargestellt wird.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzselektive Mittel ein .RC-Glied ist.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (18) das Gitter (52) der Kathodenstrahlröhre steuert und es während der Ionisationsspitze bzw. Zündspannungsspitze positiv vorspannt und zur Spannungsumkehr eine Vakuumröhre (34) dient.

4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (18) an die Kathode der Kathodenstrahlröhre angeschlossen ist und diese während der Ionisationsspitze bzw. Zündspannungsspitze negativ vorspannt.

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (18) gleichzeitig an die Kathode und über spannungsumkehrende Mittel bzw. eine Vakuumröhre an das Gitter der Kathodenstrahlröhre angeschlossen ist und das Gitter und die Kathode positiv bzw. negativ vorspannt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 945 796; französische Patentschrift Nr. 1 074 697, 015;

USA.-Patentschrift Nr. 2 355 363, 2 472 209, 579, 2 875 402;

J. Czech, »Der Elektronenstrahl-Oszillograf«, Berlin, 1955, S. 180 bis 187;

»Acro-Digest«, Mai 1953, S. 64.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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