DE2517697A1 - Verfahren und vorrichtung zur drehzahlbegrenzung bei brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur drehzahlbegrenzung bei brennkraftmaschinenInfo
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Description
1140/ot/wi
24. 3. 1975
24. 3. 1975
Firma
Robert Bosch GmbH
7000 Stuttgart 1
Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlbegrenzung bei Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlbegrenzung bei Brennkraftmaschinen, denen die
pro Hub benötigte Kraftstoffmenge von einer Kraftstoffeinspritzanlage
oder einer gemischbildenden Anordnung (Vergaser) in Abhängigkeit zur Drehzahl und der angesaugten Luftmenge zugeführt
wird.
Die meisten Brennkraftmaschinen sind in der aage, beispielsweise
wenn sie mit Vollgas in unteren Gängen gefahren werden oder beim Bergabfahren Vollgas stehen gelassen wird, in Drehzahlbereiche
zu gelangen, für die sie aufgrund ihres Aufbaus nicht ausgelegt sind, so daß es allgemein zu Motorschädigungen
kommen kann, beispielsweise Abreißen von Ventilen, Überhitzung und dergleichen. Zum Schutz der Brennkraftmaschine ist daher
eine Drehzahlbegrenzung erforderlich.
Es ist bekannt, die Drehzahl einer Brennkraftmaschine dadurch
zu begrenzen, daß die Zündung mit einem Fliehkraftschalter kurz-
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geschlossen oder unterbrochen wird, der üblicherweise Bestandteil des Vertexlerfingers ist. Dies ist jedoch ein Eelativ
grobes Verfahren, denn wegen der notwendigen mechanischen Toleranzen und aufgrund des Umstandes, daß es zu einer mechanischen
Bewegung vor Auslösung kommen muß, kann hier im wesentlichen nur ein Drehzahlbereich vorgegeben werden, bei welchem
die Zündung unterbrochen wird. Die Unterbrechung der Zündung verhindert jedoch lediglich die Entzündung des entflammbaren
Gemisches in den Zylinderköpfen, jedoch nicht dessen Entstehung,
so daß sich bei dieser Art einer Drehzahlbegrenzung beträchtliche Mengen an unverbranntem, jedoch zündfähigem Gemisch
im Auspuffsystem ansammeln und ausgestoßen werden. Setzt dann die Zündung wieder ein, kann es zu Explosionen auch im
Auspufftrakt kommen. Besonders nachteilig ist jedoch die Drehzahlbegrenzung
durch Einflußnahme über die Zündung dann, wenn die Brennkraftmaschine aus Gründen der Umweltverschmutzung mit
einem Nachbrenner oder einem Katalysator ausgestattet ist, da das unverbnanntn, in den Katalysator gelangende Kraftstoff-/
Luftgemisch zu einer unzulässig hohen Erwärmung des Katalysators und dessen Zerstörung führen kann.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, eine wirksame Drehzahlbegrenzung durch Beschneidung der Kraftstoffzufuhr zu
schaffen, ohne daß es zu einer gefährlichen überhitzung des Katalysators kommt und wobei Maßnahmen auf der Zündungsseite vollständig
entfallen können.
Von Bedeutung ist weiterhin, daß im Interesse eines sauberen Fahrverhaltens zu starke Drehmomentsprünge der Brennkraftmaschine
beim Erreichen und wieder Unterschreiten der Drehzahlgrenze vermieden werden müssen; auch soll die Katalysatortemperatur
bei ständigem Betrieb an der Drehzahlgrenze nicht oder nur wenig ansteigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs erwähnten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin.
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daß die Kraftstoffzufuhr bei einmaliger Überschreitung der
vorgegebenen Grenzdrehzahl lediglich für eine bestimmte, wählbare Zeitdauer, vorzugsweise für die Dauer von zwei bis vier
Impulsen bei einer Kraftstoffeinspritzanlage völlig abgeschnitten wird und daß bei ständigem überschreiten der Grenzdrehzahl
sämtliche Impulse zuzüglich der zwei bis vier folgenden bei Unterschreiten der Grenzdrehzahl abgeschnitten werden.
Eine zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignete
Vorrichtung besteht erfindungsgemäß darin, daß ein erstes, von einem drehzahlsynchronen Impuls getriggertes, durch seine
Standzeit im instabilen Zustand ein Maß für die Grenzdrehzahl, an welcher Begrenzung eintreten soll,.bestimmendes monostabiles
Kippglied vorgesehen ist, dem ein UND-Gatter nachgeschaltet ist, dessen anderem Eingang der Örehzahlsynchrone Triggerimpuls
direkt zugeleitet ist und daß der Ausgang des UND-Gliedes mit einer nachgeschalteten monostabilen Speicherkippstufe und
diese wiederum mit einer weiteren, jederzeit ansteuerbaren,
monostabilen und mit der die Einspritzsteuerbefehle führenden Leitung verknüpften Kippstufe verbunden ist.
Bei der Erfindung ist von besonderem Vorteil, daß nicht bei
Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl völlig abgeriegelt und bei Erreichen einer unteren, wieder zulässigen Drehzahl das
Kraftstoff-/Luftgemisch wieder voll zugeführt wird, was zu einem starken ruckartigen Betrieb im Grenzdrehzahlbereich führen
würde, sondern es wird die Zufuhr des Kraftstoff-/Luftgemisches
bei einmaliger Annäherung an die Grenzdrehzahl nur für einen vorgegebenen bestimmbaren Zeitraum, der relativ kurz ist
und beispielsweise bei Zuführung des Kraftstoffs durch Einspritzung nur etwa zwischen 2-4 Impulse, bevorzug*3 Impulse
beträgt, unterbunden; liegt dann die auslösende Grenzdrehzahlbedingung, die äußerst präzise erfaßt wird, nicht mehr vor,
erfolgt auch keine weitere Reaktion mehr, insbesondere liegt bei der Erfindung also nicht die eine Schalthysfeerese bewir-
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kende Bedingung vor, daß erst dann wieder zum Normalzustand zurückgekehrt wird, wenn eine bestimmte, wieder zulässige
Maximaldrehzahl erreicht wird.
Durch die kurzzeitige Unterbindung der Kraftstoff zufuhr ergibt sich ein Drehmomentsverlust der Brennkraftmaschine und
ein dadurch bedingter Drehζahlabfall, wobei die Brennkraftmaschine
auch bei ständigem Vollgas an der Drehzahlgrenze verbleibt und die Drehzahl mit einer von der Zahl der jeweils abgeschnittenen
Einspritzimpulse, wenn mit Kraftstoffeinspritzung
gearbeitet wird, abhängigen Frequenz um die Grenzdrehzahl herum pendelt.
Die erfindungsgemäße Schaltung ist so ausgelegt, daß erst dann,
wenn die Grenzdrehzahl ständig überschritten wird, was etwa beim Fahren in niedrigen Gängen oder beim Bergabfahren möglich
ist, die Kraftstoffzufuhr völlig abgeschnitten wird und erst
dann wieder, jedoch mit einer einstellbaren Verzögerung (bei einer Kraftstoffeinspritzanlage von beispielsweise 3 Impulsen)
einsetzt, wenn die Grenzdrehzahl unterschritten ist.
Die folgende Erläuterung bezieht sich im wesentlichen auf die verfahrensmäßige Ausführung und eine Schaltung, die einer
Kraftstoffeinspritzanlage zugeordnet ist; es versteht sich jedoch,
daß die Schaltung auch sonstigen gemischbildenden Anordnungen mit nur geringfügigen Änderungen angepaßt werden
kann und dann in entsprechender Weise arbeitet.
Bei einer Kraftstoffeinspritzanlage ist für andere Schaltungskomponenten dieses Systems schon ein Schaltungsblock vorhanden,
der eine sogenannte Auslöseimpulsfolge erzeugt, die drehzahlbezogen
ist und das Tastverhältnis o,5 (Tastverhältnis = ^ aufweist. Die-Auslöseimpulsfolge ist in
Fig. 3a und 3b als Impulsfolge 1) dargestellt. Diese Auslöseimpulsfolge läßt sich im übrigen auch von den Zündimpulsen
ableiten, worauf weiter unten noch ge-
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nauer eingegangen wird.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie Aufbau
und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Drehzahlbegrenzung anhand der Figuren im einzelnen
näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Blockschaltbildes,
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Schaltung zur Drehzahlbegrenzung
und
die Figuren 3a und 3b
Impulsdiagramme an verschiedenen Schaltungspunkten.
Die weiter vorn schon erwähnte Auslöseimpulsfolge t wird dem
Eingang eines monostabilen Kippgliedes 1 zugeführt, welches auf eine präzise Standzeit, d. h. auf eine präzise Verweildauer
t. - abgestimmt ist, die mit der maximal erlaubten Grenzdrehzahl in Bezug steht. Befindet sich das monostabile
Kippglied 1 noch in seinem instabilen Zustand, wenn bei Erreichen der Grenzdrehzahl und dadurch kleiner werdender Impulsdauer
die Auslöseimpulsfolge schon wieder einen anderen Zustand erreicht hat, dann ergibt sich an einem, dem monostabilen Kippglied
nachgeschalteten UND-Gatter 2 Koinzidenz und ein weiteres monostabiles Kippglied, welches im folgenden als monostabile
Speicherkippstufe 3 bezeichnet wird, wird angestoßen. Diese Speicherkippstufe 3 verriegelt sich dann für einen vorge-
danach gebenen Zeitraum in ihrem instabilen Zustand und triggert eine
weitere nachgeschaltete monostabile Kippstufe 4, die an ihrem Ausgang ein Signal erzeugt, welches ein Abschneiden der Einspritzsteuerbefiehle
bewirkt, vorzugsweise wird der nachgeschaltete Transistor T8 so angesteuert, daß er leitend ist und
die Ausgangsklemme 6 der Schaltung daher praktisch auf Massepotential
liegt, wodurch es zu einem Kurzschluß der mit diesem
Punkt verbundenen Einspritzsteuerbefehle kommt.
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Die der Eingangsklemme 7 der Schaltung der Fig. 1 zugeführte Auslöseimpulsfolge ist drehzahlbezogen und daher in ihrer Impulsdauer
veränderlich; bei einer Vierzylinderviertakt-Brennkraftmaschine
erzeugt die Zündanlage pro Umdrehung zwei Zündimpulse, d.h. pro jeweils zwei Umdrehungen der Kurbelwelle
vier Zündimpulse, wodurch, wie bekannt, jeder Zylinder der Vierzylinder-Brennkraftmaschine bei zwei Kurbelwellenumdrehungen
einen Arbeitshub durchführt. Verwendet man die Zündimpulse zur Triggerung einer bistabilen Kippstufe, dann ergibt sich im
speziellen Fall einer Vierzylinderviertakt-Brennkraftmaschine die in Fig. 3a und Fig. 3b unter 1) dargestellte Auslöseimpulsfolge,
wobei jede Impulsflanke einem Zündimpuls entspricht. Bei Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderanzahl erfolgt eine Anpassung
in entsprechender Weise.
Die detaillierte Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt; an der Eingangsklemme 7 wird die Auslöseimpulifolge zugeführt; die
Ausgangsklemme 6 liefert den Schaltzustand, der unmittelbar auf die Einspritzsteuerbefehle einwirkt und diese für einen, von
der Schaltung der Fig. 2 erzeugten Zeitraum austastet, beispielsweise also gegen Masse ableitet.
Die Stromversorgung der Schaltung erfolgt wegen der Präzision, mit der hier gearbeitet werden muß, über eine von einem Transistor
T3 gebildete Konstantspannungsquelle; der Transistor T3 liegt mit seinem Kollektor an der üblichen Plus leitung 11 einer
den Spannungsschwankungen des Bordnetzes unterworfenen Stromschiene
und mit seinem Emitter an einer Versorgungsleitung 12, die die eigentliche Plusleitung für die Schaltung der Fig. 2
bildet. Die Minusleitung ist mit 13 bezeichnet; bei Verwendung dieser Begriffe versteht es sich, daß diese lediglich der Erläuterung
dienen und entsprechenderweise bei Verwendung anderer Halbleiterschaltelemente a.uch eine Spannung der jeweils anderen
Polarität führen können. Der Basis des Transistors T3 wird über eine gesonderte Eingangsklemme 14 eine bevorzugt mit-
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tels einer Zenerdiode stabilisierte Spannung zugeführt.
Es ist wesentlich, daß die Schaltung in der Lage ist, die jeweilige
Grenzdrehzahl mit hoher Präzision festzulegen und auch über längere Zeit festzuhalten, denn einmal ist es sinnvoll,
die zulässige Drehzahlspanne bei einer Brennkraftmaschine voll auszunutzen, zum anderen ist es jedoch gerade bei Automatikwagen
von Bedeutung, daß die Grenzdrehzahl, bei der der Motor abriegelt, auf jeden Fall höher liegt als die Drehzahl, welche
bei vollem Ausfahren der Gänge eines eine SchaItautomatik aufweisenden
Kraftfahrzeugs (kick-down-Stellung) jeweils die Umschaltung
in den nächst höheren Gang veranlaßt. Diese 'Schaltpunkte sind im Automatikgetriebe fest vorgegeben, und es ist
einzusehen, daß auch bei längerem Betrieb die Grenzdrehza&l diese
Schaltdrehzahl nicht untersehreitan darf, da sonst der jeweils
nächste Gang nicht erreicht werden kann, weil schon vorher abgeriegelt wird.
Das monostabile Kippglied 1 besteht aus zwei Transistoren T1 und T2, die in üblicher Weise so geschaltet sind, daß im Normalzustand
der Transistor T2 sich im leitenden Zustand befindet und der Transistor T1 gesperrt ist. Zu diesem Zweck liegt die Basis
des Transistors T2 über die Reihenschaltung eines Widerstandes R25, einer Widerstandsparallelgruppe R6 und R7 und eines
weiteren Widerstandes R5 an der Plusleitung, die Basis des Transistors T1 ist über einen Widerstand R8 mit dem Kollektor
des Transistors T2 verbunden und wird dadurch im Sperrzustand gehalten. Die Emitter beider Transistoren T1 und T2 liegen unmittelbar
an der Minusleitung, der Kollektor des Transistors T2 liegt über einen Widerstand R9 an der Stromschiene 11 mit positivem
Potential. Der Kollektor des Transistors T1 liegt über die Reihenschaltung einer Diode D2 und eines Widerstandes R3
an der Plusleitung 12; parallel hierzu ist die Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes R29 und eines Widerstandes R4 geschaltet.
Der Verbindungspunkt der Widerstände R29 und R4 geht
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über einen Widerstand R12 auf die Basis eines nachgeschalteten
Transistors T4,· der im wesentlichen das UND-Gatter 3 bildet und auf den weiter unten noch eingegangen wird.
Das monostabile Kippglied 1 wird durch jeweils die negative Flanke der Auslöseimpulsfolge, die über einen Kondensator C1
in Reihe mit einem Widerstand R1 und einem gegen Masse geschalteten Widerstand R2 differenziert wird, in den instabilen Zustand
gekippt, da der so gebildete negative Impuls über die Diode D1 und den Kondensator C2 sowie den Widerstand R25 auf
die Basis des Transistors T2 gelangt und diesen sperrt. Bis zur Umladung des Kondensators C2, die über die einstellbare Widerstandskombination
der Widerstände R6 und R7 in Parallelschaltung in Reihe mit dem Widerstand R5 erfolgt, verbleibt das monostabile
Kippglied 1 in seinem instabilen Zustand und gibt präzise eine Referenzzeit t f vor. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das monostabile Kippglied auf eine Standzeit entsprechend einer halben Kurbelwellenumdrehung bei Grenzdrehzahl
abgeglichen. In Zahlenwerten bedeutet dies, daß bei einer Grenzzahl von η = 5500 Upm die Standzeit 5,45 ms beträgt.
Während dieser Standzeit legt das monostabile Kippglied 1 vom Kollektor des Transistors T1 über die Widerstände R29 und R12
im wesentlichen negatives Potential an die Basis des Transistors T4 und dauert die Standzeit des Kippgliedes 1 noch an,
wenn die Spannung an der Eingangsklemme 7, die durch die Auslöseimpulsfolge
bestimmt ist, wieder auf positives Potential springt, dann ist der Transistor T4 leitend und es gelangt ein
positiver Impuls von allerdings nur sehr kurzer Dauer auf die Basis eines nachgeschalteten Transistors T5, der Teil der schon
erwähnten monostabilen Speicherkippstufe 3 ist. Der das UND- . Gatter 2 bildende Transistor T4 liegt mit seinem Emitter über
einen Widerstand R11 an der Eingangsklemme 7 und ist mit seinem Kollektor über einen Widerstand R13 mit der Basis des Transistors
T5 verbunden. Zwischen Basis und Emitter ist ein weiterer Widerstand R28 geschaltet, der Emitter liegt weiterhin noch
über einen Widerstand R14 an der Minusleitung.
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Die im Kollektorzweig des Transistors T1 des Kippgliedes 1
angeordnete Diode D2 dient zur Kompensation der Basisemitterspannung des Transistors T2, die sonst die Standzeit des
monostabilen Kippgliedes 1 beeinflussen würde; außerdem gewinnt man durch die Auskopplung des über den Widerstand R29
und dem Widerstand R12 zur Basis des Transistors T4 geleiteten Signals über der Diode D2 eine steile Schaltflanke, da der
Kollektor des Transistors T1 rasch nach Plus springt, wenn das Kippglied in seinen stabilen Zustand zurückkehrt; auf
diese Weise ist die Schaltflanke nicht durch die Umladung des Kondensators C2 beeinträchtigt.
Die Anordnung des Widerstandes R29 ist zur Potentialerhohung
der Basis des Transistors T4 sinnvoll, wenn sich das Kippglied in seinem instabilen Zustand befindet und der Transistor T1
leitend geschaltet ist, denn bei Fehlen dieses Widerstandes würde bei entsprechend kleiner Sattigungsspannung des Transistors
T1 der Basisanschlußpunkt praktisch auf Minuspotential gezogen sein, wodurch es zu Schwierigkeiten beim Betrieb des
Transistors T4 kommen kann, insbesondere wenn dieser eine hohe Stromverstärkung aufweist, denn der Emitter des Transistors T4
liegt lediglich um die Basisemitter- Flußspannung über dem Potential der Basis, so daß der Kollektor praktisch keinen
Strom oder doch einen irgendwie unbestimmten Strom ziehen würde. Durch das Höherlegen der Basis des Transistors T4 über den
Widerstand R29 entschärft sich dieses Problem, im übrigen aber auch durch die Anordnung des Widerstandes R28 zwischen Basis
und Emitter des Transistors T4. Über dem Widerstand R28 liegt die Basisemitter- Flußspannung des Transistors, wodurch dieser
einen Strom führt, der über den Widerstand R12 fließen muß, so daß sich auch dort ein entsprechender Spannungsabfall ergibt
und die Basis des Transistors T4 höhergelegt wird. Die Reihenschaltung der Widerstände R28 und R12 hat jedoch auch noch
eine andere Funktion, und zwar dann, wenn sozusagen im "Normalfall" das Kippglied 1 wieder in seinen stabilen Zustand zurückkippt
- und dadurch das Potential am Kollektor T1 auf praktisch
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das Potential der Plusleitung 12 zurückkehrt, andererseits jedoch der Emitter des Transistors T4 über die Klemme 7 noch
mit Nullpotential versorgt wird. Dies könnte zu einer gefährlich hohen Spannungs in Sperrichtung über der Basisemitterstrecke
des Transistors T4 führen, der dadurch so stark "verpolt" wird, daß eine Schädigung auftritt. Die Spannungsteilerschaltung
der Widerstände R28 und R12 ist so ausgelegt, daß die auftretenden Spannungen innerhalb der zulässigen Werte
verbleiben.
Die Verbindung der Basisanschlüsse der beiden Transistoren T1 und T2 über einen Kondensator C3 - und im übrigen auch der
Basen der Transistoren T5 und T6 über einen Kondensator C5 macht die Schaltung weniger störanfällig, denn beim Eintreffen
eines negativen Impulses an der Basis des Transistors T2, der das Kippglied in seinen instabilen Zustand wirft, tritt
dieser Impuls kurzzeitig auch an der Basis des Transistors T1
auf, wodurch zunächst beide Transistoren verriegelt werden; die Verriegelung bestimmt sich durch die Zeitkonstante des Kondensators
C3 und des Widerstandes R8, was andererseits bedeutet, daß Storimpulse kleinerer Dauer das System nicht zum Kippen bringen.
Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung von Störeinflüssen wird
durch das Vorhandensein des Widerstandes R25 im Basiskreis des Transistors T2 - und im übrigen auch des WiderstandesR26 im
Basiskreis des Transistors T6 sowiedes Widerstandes R27 im Basiskreis des Transistors T7, auf die weiter hinten noch eingegangen
wird - erzielt. Der Kondensator C2, über den der negative Triggerimpuls auf die Basis des Transistors T2 zur Einleitung
des Kippvorganges des Kippgliedes 1 gelangt, ist an dem Verbindungspunkt des Widerstandes R3 und der Dioden D1 und D2
angeschlossen und damit den, a.uch bei stabilisierter Spannung möglicherweise immer noch vorhandenen Spannungsschwankungen der
Plusleitung 12 unterworfen, die sich bei fehlendem Widerstand R25 unmittelbar auf die Basis des Transistors T2 auswirken und
wegen der Rundumverstärkung der Kippstufe ein Umkippen in den
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metastabilen Zustand bewirken könnten. Durch die Einführung des Widerstandes R25 wird in Verbindung mit den Widerständen
R5 und R6 sowie R7 erreicht, daß sich solche Störungen nicht mehr auswirken können. Dies ergibt sich dadurch, daß der Verbindungspunkt
der Widerstände R6 und R7 mit dem Kondensator C2 sowie mit dem Widerstand R25 infolge des über die Widerstandskette
R5, R6, R7 und R25 fließenden Stromes um den Spannungsabfall am Widerstand R25 angehoben wird.
Die dem UND-Glied 2 nachgeschaltete monostabile Speicherkippstufe
3 ist im wesentlichen ähnlich aufgebaut wie das Kippglied 1, so daß hierauf nicht genauer eingegangen zu werden
braucht; lediglich die Ansteuerung erfolgt an der Basis des Transistors T5 unmittelbar durch das positive Potential vom
Transistor T4, wodurch der Transistor T5 leitend gesteuert wird und die Speicherkippstufe 3 in ihren metastabilen Zustand
gelangt. Durch diese Maßnahme läßt sich der Einfluß des sonst vorhandenen Triggerkondensators auf die Standzeit eliminieren.
Die Diode D3 kompensiert wieder, ähnlich wie die Diode D4, den Einfluß der Basisemitterspannung des Transistors T6 bzw. des
Transistors T7; die Standzeit der Speicherkippstufe 3 ist bestimmt durch den Kondensator C4, der sich über die Parallelschaltung
der einstellbaren Widerstände R19 und R2o in Reihe mit einem Widerstand R18 gegen Plusleitung 12 entlädt. Dieser
Speicherkippstufe 3 ist dann noch eine weitere monostabile Kippstufe 4 nachgeschaltet, die als sogenannter "Sparmono" ausgebildet
ist und aus einem Transistor T7 besteht, der mit seinem Emitter unmittelbar an Masseleitung, mit seinem Kollektor über
einem Widerstand R24 an der positiven Stromschiene 11 und mit
seiner Basis über die Reihenschaltung eines Widerstandes R22 mit dem schon erwähnten Widerstand R27 an Plusleitung 12 liegt.
Die Ansteuerung dieses "Sparmonos" erfolgt über einen Kondensator C6 am Verbindungspunkt der beiden Widerstände R22 und
R27; der Kondensator C6 liegt mit seinem anderen Anschluß im Kollektorkreis des Transistors T6 am Verbindungspunkt eines
Widerstandes R21 und der schon erwähnten Diode D4. Im Normalzustand ist der Transistor T5 der Speicherkippstufe 3 gesperrt
und der Transistor T6 leitend; wird bei überschreiten
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der Grenzdrehzahl die Speicherkippstufe 3 in ihren metastabilen
Zustand gekippt, dann sperrt der Transistor T6 und führt der Basis des nachgeschalteten Transistors T7 über den Kondensator
C6 einen negativen Impuls zu, der diesen Transistor sperrt, wodurch ein weiterer, vom Transistor T7 bzw. von dieser monostabilen Kippstufe angesteuerter Endtransistor T8 leitend
wird und beispielsweise bei einer Einspritzanlage die Einspritzsteuerimpulse abschneidet.
Der Darstellung der Fig. 3b lassen sich die dabei entstehenden Impulsfolgen entnehmen. Bei der Impulsfolge 1) handelt es sich
um die schon erwähnte Auslöseimpulsfolge, die Impulsfolge 2)
ist die durch die Triggerung der monostabilen Kippstufe 1 am Kollektor des Transistors T 2 entstehende Impulsfolge, wobei
die Impulsdauer t ^ fest vorgegeben ist. Bei Überlappung entsteht,
wie weiter vorn schon erläutert, mindestens ein Ausgangsimpuls am Kollektor des Transistors T4 (entsprechend der
Impulsfolge 3) und triggert die nachgeschaltete monostabile Speicherkippstufe, deren Standzeit so bemessen ist, daß diese
auf jeden Fall noch innerhalb des die Auslösung bewirkenden positiven Impulses der Auslöseimpulsfolge 1) verbleibt; mit
der negativen Rückflanke des Impulses der Speicherkippstufe wird dann die monostabile Kippstufe 4 angestoßen und es ergibt
sich am Kollektor des Transistors T7 ein Ausgangsimpuls der Dauer t„ entsprechend der Impulsfolge 5). Die Dauer des Impulses
t jj ist so bemessen, daß die drei nächstfolgenden Einspritzimpulse,
die durch die Impulsfolge 6) dargestellt sind, unterdrückt werden. Bei der Impulsfolge 6) kann es sich im
speziellen Ausführungsbeispiel um die Ausgangsimpulse einer sogenannten Steuermultivibratorschaltung handeln, die jeweils
von der negativen Flanke der Auslöseimpulsfolge 1) ausgelöst werden und deren Dauer sich bestimmt als Funktion der jeweiligen
Drehzahl der Brennkraftmaschine und der angesaugten
Luftmenge. Wie dem Impulsdiagramm der Fig. 3b entnommen werden kann, werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils
die nächstfolgenden drei Impulse der Impulsfolge 6), die
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stellvertretend für die Einspritzsteuerbefehle stehen kann,
abgeschnitten. Danach fällt das System wieder in die ursprüngliche Arbeitsweise zurück, es sei denn die Grenzdrehzahl ist
noch immer überschritten, worauf weiter unten noch eingegangen wird.
Die Arbeitsweise der monostabilen Speicherkippstufe 3 und der monostabilen Kippstufe 4 in Form eines Sparmonos ist so,
daß bei einmaliger Überschreitung der Grenzdrehzahl der Transistor T4 für einen, wie einzusehen ist, sehr kurzen Zeitranm
leitend wird, der jedoch ausreicht, um die ein echtes Speicherverhalten aufweisende monostabile Speicherkippstufe zu
setzen. Dadurch sperrt dann der Transistor T6 und der Kondensator C6 wird während dieses Zeitraums über den Widerstand R21
voll aufgeladen, so daß nach dem relativ schnell erfolgenden Rückkippen der Kondensator C6 eine Ladung aufweist, die, wie
schon erläutert, zum Abschneiden der nächsten drei folgenden Einspritzimpulse führt.
An sich steht die Information hinsichtlich einer Drehzahlüberschreitung
schon am Ausgang des UND-Gliedes 2 bzw. genauer gesagt am Kollektor des Transistors T4 an; die nachfolgend gestuften
3 und 4 sind jedoch erforderlich, um den Regelvorgang bei Erreichen der Grenzdrehzahl weich einsetzen und abklingen
zu lassen, eben dadurch, daß nur eine vorgegebene Anzahl von
Drehmomentschwan-Impulsen abgeschnitten wird, wodurch zu starke Drehzahl- undY
kungen und ein dadurch hervorgerufenes Rucken im Fahrablauf vermieden werden kann.
Begünstigt kann das geschilderte Regelverhalten bei einmaliger Überschreitung der Drehzahl noch dadurch werden, daß der Zündzeitpunkt
selbst Schwingungen unterworfen sein kann, wodurch bei Annäherung an die Grenzdrehzahl schon ein Triggerimpuls Äir die
monostabile Speicherkippstufe 3 entstehen kann, was ein besonders
weiches Einsetzen der Drehzahlbegrenzung sicherstellt, da es durch die Wegnahme der im Ausführungsbeispiel 3 folgenden
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Einspritzeteuerimpulse zu einem Drehmomentabfall kommt und
die Grenzdrehzahl dann nicht mehr erreicht wird. Dies entspricht dem Impulsfolgeverhalten der Fig. 3b; ein unterschiedliches
Schaltverhalten der Schaltung der Fig. 2 ergibt sich dann, wenn die Grenzdrehzahl ständig überschritten wird, denn
in diesem Falle liefert das UND-Gatter 2 jeweils zu Beginn der positiven Flanke der Auslöaeimpulse der Impulsfolge 1)
einen kurzen Triggerimpuls, der der Impulsfolge 3) der Fig. 3a entspricht. Das bedeutet, daß die Speieherkippstufe 3 konti-
wird
nuierlich gesetzt und innerhalb der Impulsdauer des positiven Auslöseimpulses, der diesen Triggerimpuls erzeugt hat, wieder rückkippt, wodurch zwar in der weiter vorn schon geschilderten Weise der Impuls tH entsprechend der Impulsfolge 5) entsteht, der jedoch beim erneuten Setzen der Speicherkippstufe 3 wieder abgebrochen wird, denn es kommt erneut zur Sperrung des Transistors T6 und damit zu einem positiven Spannungssprung am Kondensator C6, wodurch dieser Kondensator in gewünschter Weise wie bei der einmaligen Auslösung geladen, gleichzeitig der Transistor T7 jedoch leitend gesteuert wird, wodurch der Transistor T8 sperrt. Der Transistor T8 sperrt dann immer so lange (und entwickelt an seinem Kollektor, sofern dieser über einen Widerstand mit positivem Potential verbunden ist, die Impulsfolge 5) der Fig. 3a, wie die Standzeit der Speicherkippstufe andauert. Diese Standzeit liegt jedoch, wie den Plusdiagrammen der Figuren 3a und 3b entnommen werden kann, innerhalb des Zeitraumes zwischen den Einsprχtzsteuerimpulsen. Die Speicherkippstufe 3 kippt rechtzeitig vor Eintreffen des nächsten Einspritzsteuerimpulses wieder zurück (diese Einstellung kann beispielsweise durch Justierung an den Widerständen Ri9 und R20 vorgenommen werden, da die jeweils zutreffende Grenzdrehzahl und damit der Abstand der Einspritzsteuerimpulse ja bekannt ist), so daß bei ständiger Grenzdrehzahlüberschrextung sämtliche Einspritzsteuerimpulse, wie die Impulsfolge 7) zeigt, abgeschnitten werden, d. h. den Einspritzventilen werden keine Einspritzsteuerbefehle zugeführt. Dies ist durch die gestrichelten Impulse in der Impulsfolge 7} in. Fig/ 3a und Fig. 3b dargestellt.
nuierlich gesetzt und innerhalb der Impulsdauer des positiven Auslöseimpulses, der diesen Triggerimpuls erzeugt hat, wieder rückkippt, wodurch zwar in der weiter vorn schon geschilderten Weise der Impuls tH entsprechend der Impulsfolge 5) entsteht, der jedoch beim erneuten Setzen der Speicherkippstufe 3 wieder abgebrochen wird, denn es kommt erneut zur Sperrung des Transistors T6 und damit zu einem positiven Spannungssprung am Kondensator C6, wodurch dieser Kondensator in gewünschter Weise wie bei der einmaligen Auslösung geladen, gleichzeitig der Transistor T7 jedoch leitend gesteuert wird, wodurch der Transistor T8 sperrt. Der Transistor T8 sperrt dann immer so lange (und entwickelt an seinem Kollektor, sofern dieser über einen Widerstand mit positivem Potential verbunden ist, die Impulsfolge 5) der Fig. 3a, wie die Standzeit der Speicherkippstufe andauert. Diese Standzeit liegt jedoch, wie den Plusdiagrammen der Figuren 3a und 3b entnommen werden kann, innerhalb des Zeitraumes zwischen den Einsprχtzsteuerimpulsen. Die Speicherkippstufe 3 kippt rechtzeitig vor Eintreffen des nächsten Einspritzsteuerimpulses wieder zurück (diese Einstellung kann beispielsweise durch Justierung an den Widerständen Ri9 und R20 vorgenommen werden, da die jeweils zutreffende Grenzdrehzahl und damit der Abstand der Einspritzsteuerimpulse ja bekannt ist), so daß bei ständiger Grenzdrehzahlüberschrextung sämtliche Einspritzsteuerimpulse, wie die Impulsfolge 7) zeigt, abgeschnitten werden, d. h. den Einspritzventilen werden keine Einspritzsteuerbefehle zugeführt. Dies ist durch die gestrichelten Impulse in der Impulsfolge 7} in. Fig/ 3a und Fig. 3b dargestellt.
609845/0416
24. 3. 1975 - 15 -
Der aus einem Transistor T7 bestehende Sparmono ist daher in der Lage, den ihm über den Kondensator C6 zugeführten Impulssignalen
unmittelbar zu folgen; bleiben diese jedoch aus, dann ergibt sich eine fest einstellbare Zeitdauer (bei leitendem
Transistor T6, d.h. Speicherkippstufe im Ruhezustand) während der die Umladung des Kondensators C6 über den einstellbaren
Widerstand R22 erfolgt, bis das negative Potential an der Basis des Transistors T7 abgeklungen ist und die Einspritzsteuerbefehle
nicht mehr abgeschnitten werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt diese Zeitdauer bevorzugt drei Impulse,
wie der Impulsfolge 7) der Fig. 3b entnommen werden kann. Im übrigen spielt sich der gesamte TriggerVorgang für die Schaltung
innerhalb des Zeitraumes des positiven Impulses der Auslöseimpulsfolge ab, wie deutlich der Darstellung der Fig. 3b
entnommen werden kann, denn die positive Vorderflanke des ersten Impulses erzeugt durch ihre Koinzidenz mit dem noch nicht zurückgekippten
Zustand des ersten Monoflops 1 den Triggerimpuls für die Speicherkippstufe, diese kippt entsprechend der Impulsfolge
4) zurück und stößt den Monoflop 4 an, bevor noch die negative Impulsflanke des Auslöseimpulses, die gleichzeitig den
Einspritzsteuerbefehl erzeugt, eingetroffen ist.
609845/0416
Claims (15)
- 24. 3. 1975 - 16 -PATENTANSPRÜCHE/1.)Verfahren zur Drehzahlbegrenzung bei Brennkraftmaschinen, denen die pro Hub benötigte Kraftstoffmenge von einer Kraftstoffeinspritzanlage oder einer gemischbildenden Anordnung (Vergaser) in Abhängigkeit zur Drehzahl und der angesaugten Luftmenge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzufuhr bei einmaligem überschreiten der vorgegebenen Grenzdrehzahl lediglich für eine bestimmte wählbare.Zeitdauer, vorzugsweise für die Dauer von 2 bis Impulsen bei einer Kraftstoffeinspritzanlage völlig abgeschnitten wird und daß bei ständigem Überschreiten der Grenzdrehzahl sämtliche Impulse zuzüglich der 2 bis 4 folgenden Impulse nach Unterschreiten der Grenzdrehzahl abgeschnitten werden.
- 2. Vorrichtung zur Drehzahlbegrenzung bei Brennkraftmaschinen, denen die pro Hub benötigte Kraftstoffmenge von einer Kraftstoffeinspritzanlage oder einer gemischbildenden Anordnung (Vergaser) in Abhängigkeit zur Drehzahl und der angesaugten Luftmenge zuführbar ist, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes, von einem drehzahlsynchrorien Impuls getriggertes und durch seine Standzeit (t f) i™ instabilen Zustand ein Maß für die Grenzdrehzahl, an welcher Begrenzung eintreten soll, bestimmendes monostabiles Kippglied (1) vorgesehen ist, dem ein UND-Gatter (2) nachgeschaltet ist, dessen anderem Eingang der drehzahlsynchrone Triggerimpuls direkt zugeleitet ist und daß der Ausgang des UND-Gatters (2) mit einer nachgeschalteten monostabilen Speicherkippstufe (3) und diese wiederum mit einer weiteren., jederzeit ansteuerbaren monostabilen und mit der die Einspritzsteuerbefehle führenden Leitung verknüpften Kippstufe (4) verbunden ist.609845/CU1624. 3. 1975 - 17 - ^O I /O3 /
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das monostabile Kippglied (1) aus zwei Transistoren (T1, T2) gebildet ist, deren Emitter unmittelbar mit dem einen* Pol (13) der Versorgungsspannung verbunden sind, daß der Kollektor des im Ruhezustand sperrenden Transistors (T1) über die Reihenschaltung einer Diode (D2) zur Kompensation der Basisemitterspannung des anderen Transistors (T2) und einem Widerstand (R3) an dem anderen Pol (12) der Versorgungsspannung liegt, daß der Kollektor dieses Transistors (T1) über die Reihenschaltung zweier Widerstände (R29, R12) mit der Basis eines nachgeschalteten und das UND-Gatter (2) bildenden Transistors (T4) verbunden ist und daß der Verbindungspunkt der beiden Widerstände (R29, R12) über einem weiteren Widerstand (R4) ebenfalls am anderen Pol (12) der Versorgungsspannung liegt.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der Diode (D2) mit dem Widerstand (R3) im Kollektorkreis des im Ruhezustand sperrenden Transistors (T1) des ersten monostabilen Kippglieds (1) über einem durch seine Umladung die Standzeit der Kippstufe bestimmenden' Kondensator (C2) in Reihenschaltung mit einem Widerstand (R25) mit der Basis des anderen Transistors (T2) verbunden ist und daß dem Verbindungspunkt über einen weiteren Kondensator (C1) in Reihe mit einem Widerstand (R1) und einem gegen Minusleitung (13) geschalteten Widerstand (R2) die Auslöseimpulsfolge zugeführt ist.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des das UND-Gatter (2) bildenden Transistors (T4) über einen Widerstand (R11) mit der Eingangsklemme (7),der die Auslöseimpulsfolge zugeführt ist, verbunden ist, derart, daß an seinem Kollektor dann, wenn die nächste positive Flanke der Auslöseimpulsfolge vor Beendigung der Standzeit des monostabilen Kippgliedes (1) ein-609845/041624. 3. 1975 - 18 -trifft, an seinem Kollektor ein Triggerimpuls erzeugbar ist.
- 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Speicherkippstufe aus zwei Transistoren (T5, T6) gebildet ist, die mit ihren Emittern unmittelbar"an dem einen Pol (13) der Versorgungsspannung liegen und mit ihren Kollektoren über die Reihenschaltungen jeweils einer Diode (D3f D4) und eines Widerstandes (R15, R21) am anderen Pol (12) der Versorgungsspannung angeschlossen sind.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6 ^ dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des im Normalzustand sperrenden Transistors (T5) über einaiWiderstand (R13) mit dem Kollektor des das UND-Gatter (2) bildenden Transistors (T4) und damit mit dem Ausgang des UND-Gatters verbunden ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des im Normalzustand leitenden Transistors (T6) der Speicherkippstufe (3). über einen Kondensator (C6) in Reihe mit einem Widerstand (R27) mit der Basis eines nachgeschalteten, die monostabile Kippstufe (4) in Sparschaltung bildenden Transistor (T7) verbunden.ist, der mit seinem Emitter unmittelbar an dem einen Pol (13) und mit seinem Kollektor über einen Widerstand (R24) mit einer in ihrer Polarität dem anderen Pol der Versorgungsspannung entsprechenden Stromschiene (11) verbunden ist.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kollektor des die letzte monostabile Kippstufe (4) bildenden Transistors (T7) die Basis eines weiteren Transistors CT8) verbunden ist, d.er mit seinem Emitter unmittelbar an Masse liegt und an dessen Kollektor die die Einspritzsteuerbefehle der Kraftstoffeinspritzanlage führende Leitung angeschlossen ist. >609845/041624. 3. 1975 - 19 -
- 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9r dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der die monostabilen Kippstufen bildenden Transistoren (T1, T2; T5, T6) über Kondensatoren (C3, C5) miteinander verbunden sind.
- 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils die Standzeit der monostabilen Kippstufen (1f 3) bestimmende Kondensator (C2, C4) mit seinem der Basis des im Normalzustand jeweils leitenden Transistors (T2, T6) zugewandten Ende über die Standzeit weiterhin bestimmende Widerstände (R5, R6, R7; R18, R19, R20) mit dem anderen Pol (12) der Versorgungsspannung verbunden ist.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kondensatoren (C2, C4) mit dem anderen Pol der Versorgungsspannung (12) verbindenden Widerstände bestehen-.l aus der Parallelschaltung zweier einstellbarer Widerstände (R6, R7; R19, R20) mit einem weiteren Widerstand (R5, R18).
- 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der die Kippstufen versorgenden Spannung ein an seiner Basis mit einem konstanten Potential (Zenerdiode) beaufschlagter Transistor (T3) mit seinem Emitter an den anderen Pol der Versorgungsspannung (12) und mit seinem Kollektor an die gegebenenfalls SpannungsSchwankungen aufweisende Stromschiene (11) angeschlossen ist.
- 14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis13, dadurch gekennzeichnet, daß Basis und Emitter des das UND-Gatter (2) bildenden Transistors (T4) über einen Widerstand (R28) verbunden sind.609845/04161140/ot/wi24. 3. 1975 - 2o -
- 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Basis-Anschlüsse der Transistoren (T2,T6,T7) über zur Erhöhung der Störfestigkeit der Kippstufen (1,3,4) dienende Widerstände (R25,R26,R27) mit den Verbindungspunkten der zeitbestimmenden Kondensatoren (C2,C4,C6) und Widerstände
(R6,R7*R19,R2o,R22) verbunden sind.609845/04 1 6
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