DE2618970A1 - Tachometer fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Tachometer fuer verbrennungsmotoren

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DE2618970A1
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Description

RCA 69,234 29. April 1976
US-Ser.No. 573,032 7923-76/Kö/Ro.
Filed: April 30, 1975
RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)
Tachometer für Verbrennungsmotoren.
Die Erfindung betrifft ein Tachometer für Verbrennungsmotoren mit einem Druck-Meßwertumwandler, der Druckänderungen des Motors in ein elektrisches Signal übersetzt., dessen Frequenz der Motordrehzahl direkt proportional ist und als Anzeige der Motordrehzahl verwendet werden kann. Eine derartige Anordnung ist durch die USA-Patentschrift 3 059 480 (vom 23.10.1962) bekannt.
Ein Tachometer oder Drehzahlmesser sum Anzeigen der Geschwindigkeit oder Drehzahl eines Verbrennungsmotors in ö.p.M. besteht normalerweise aus einem Instrument, das mechanisch mit der Kurbelwelle oder einem anderen sich drehenden Bauteil des Motors verbunden ist und davon angetrieben wird. Eine andere bekannte Art von Tachometer besteht aus einem magnetischen Fühler, der so angeordnet ist, daß er jedesmal beim Vorbeilaufen einer am Motorschwingungsdämpfer vorgesehenen Nute oder Kerbe einen elektrischen Impuls erzeugt. Die elektrischen Impulse pro Zeiteinheit lassen sich dann leicht in Umdrehungen pro Minute übersetzen. Bei einem weiteren bekannten Tachometer werden Zündimpulse von der Zündanlage aufgenommen und in Motordrehzahlangaben übersetzt. Diese bekannten Tachometer erfordern sämtlich eine mechanische oder elektrische Verbindung nach einer häufig unzugänglichen Stelle des Motors oder den Anschluß
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bzw. die Ankopplung an eine Zündanlage, die jedoch im Falle von Dieselmotoren mit Eigenzündung (Verdichtungszündung) nicht vorhanden ist.
Es besteht der Bedarf nach einem Tachometer, das die Motordrehzahl anzeigen kann, ohne daß irgendwelche mechanische oder leitungsmäßige elektrische Verbindung zum Motor hergestellt werden muß. Ein solches Tachometer wird besonders in Verbindung mit der Vollast-Vollgeschwindigkeits-Prüfung der Leistung von Verbrennungsmotoren für diagnostische und Wartungszwecke benötigt.
Die Vollast-Prüfung von Verbrennungsmotoren bei der maximal zulässigen Drehzahl kann in der Weise erfolgen, daß man den Motor an ein Dynamometer anschließt, das in der Lage ist, die Vollast-Leistung des Motors aufzunehmen und die Drehgeschwindigkeit, das Drehmoment sowie die PS des Motors zu messen. Dynamometer sind sehr groß, sehr teuer und sehr unhandlich»
Ein sehr viel wirtschaftlicheres und handlicheres Gerät zum Prüfen von Verbrennungsmotoren mit Funkenzündung (Zünder- oder Ottomotoren) unter simulierten Vollast-Bedingungen ist eine Vorrichtung, bei welcher der Motor mit unterbrechung sämtlicher außer einer von η Zündungen betrieben wird, wobei η größer sein kann als die Anzahl der Zylinder, so daß sämtliche Zylinder der Reihe nach unter Volleistungsbedingungen betrieben werden. Der Motor treibt dabei mit voller Drehzahl Reibungs- und Pumplasten an, ohne daß die Gefahr des Überdrehens und einer Beschädigung des Motors besteht.
Eine wirtschaftliche und handsame Prüfmethode für Verbrennungsmotoren mit Eigenzündung unter simulierten Vollast-Bedingungen ist der sogenannte Beschleunigungsstoß-Test, bei dem ein anfänglich mit Leerlaufdrehzahl arbeitender Motor plötzlich mit Vollgas beaufschlagt und auf eine höchste geregelte Drehzahl beschleunigt wird. Die Trägheit des Motors stellt dabei die Motorbelastung dar, und die Zeit, die für
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.die Beschleunigung über eine niedrige Drehzahl auf eine hohe Drehzahl benötigt wird, ist ein Maß für den Volleistungs-Volllast-Zustand des Motors. Dieser Test eignet sich besonders für die Prüfung von Dieselmotoren und liefert eine etwas weniger genaue Anzeige des Zustandes eines Ottomotors, der mit einem Vergaser statt mit Kraftstoffeinspritzern ausgerüstet ist.
Der Beschleunigungsstoß-Test selbst kann in ungefähr einer Sekunde durchgeführt werden, sobald das drehzahlmessende Tachometer und der Computer installiert und angeschlossen sind. Es ist klar, daß die derzeit bekannten Methoden, bei denen ein Tachometer direkt, d.h. körperlich an einem Motor befestigt wird, sehr zeitraubend und mühsam sind. Es ist deshalb außerordentlich wünschenswert, ein Tachometer zur Verfügung zu haben, das nahezu augenblicklich betriebsfähig ist, ohne daß irgendwelche mechanische oder elektrische Verbindung zum Verbrennungsmotor erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die dies leistet.
Ein Tachometer der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumwandler eine elektrische Signalschwingung erzeugt, die in ihrem Verlauf einer vom Motor ausgesandten Druckschwingung entspricht und eine hervorstechende Frequenzkomponente, die der MotoEdrehzahl direkt proportional ist, enthält; und daß ein Folgefilter vorgesehen ist, durch welches das elektrische Signal vom Meßwertumwandler hindurchgeleitet wird und das einen Frequenz-Durchlaßbereich aufweist, welcher der hervorstechenden Frequenzkomponente folgt und sie durchläßt, wenn die Frequenz sich infolge von Änderungen der Motordrehzahl ändert.
Bei einem Tachometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die sich ändernde Drehzahl eines Verbrennungsmotors mißt und anzeigt, werden Druckänderungen, die durch Explosionen in den Zylindern des Motors erzeugt werden, an
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einer Stelle wie dem Ende des Auspuffrohres erfaßt und in ein entsprechendes elektrisches Signal übersetzt, das eine hervorstechende Komponente aufweist, deren Frequenz sich im direkten Verhältnis zur Motordrehzahl ändert. Durch selektive Verstärkung der hervorstechenden Komponente im elektrischen Signal durch eine ein Folgefilter enthaltende Anordnung wird ein sauberes Signal erzeugt, dessen Frequenz die Motordrehzahl genau anzeigt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen am Ende des Auspuffrohres eines Verbrennungsmotors angeordneten Druck-Meßwertumwandler sowie das Blockschaltschema einer elektronischen Anordnung zum Messen und Anzeigen der Drehzahl des Motors und zum Errechnen der Leistung des Motors während eines Beschleunigungsstoß-Testes;
Fig. 2 ein Diagramm von elektrischen Signalverläufen, wie sie in der Anordnung nach Fig. 1 während der Durchführung eines Beschleunigungsstoß-Testes auftreten;
Fig. 3 eine in das Ende eines Auspuffrohres einführbare elektromagnetische Druck-Meßwertumwandleranordnung;
Fig. 4 ein Schaltschema des Tiefpaßverstärkers in der Anordnung nach Fig. 1;
Fig. 5 ein Schaltschema der in der Anordnung nach Fig. 1 vorgesehenen AVR-Schaltung;
Fig. 6 ein Diagramm, das eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik wiedergibt, die der Erläuterung der Wirkungsweise der AVR-Schaltung dient;
Fig. 7 ein ebenfalls der Erläuterung der Wirkungsweise der AVR-Schaltung dienendes Eingangs/Ausgangssignalverlaufs-Diagramm;
Fig. 8 das Schaltschema eines für die Anordnung nach Fig. 1 geeigneten Folgefilters;
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Fig. 9 das BlockschaItschema eines im Folgefilter nach Fig. 8 enthaltenen Frequenz-Spannungs-Wandlers; und
Fig. 10 das Schaltschema einer im Frequenz-Spannungs-Wandler nach Fig. 9 enthaltenen Auswerte/Rückstell-Schaltung.
Fig. 1 zeigt die gesamte Tachometeranordnung gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung, beginnend mit einem Druck-Meßwertumwandler 10, bei dem es sich um einen elektromagnetischen Druck-Meßwertumwandler Model DPI 5, hergestellt von der Firma Validyne Engineering Corporation of Northridge, California 91324 (USA), handeln kann. Der Meßwertumwandler spricht auf Drücke im Bereich zwischen -0,07 und +0,07 kg/cm (-1 und +1 p.s.i.) an. Er ist in der Mitte eines Metallrohres 12 mit 50,8 cm (20 Zoll) Länge und 1,27 cm (1/2 Zoll) Innendurchmesser angeordnet. Das Rohr 12 ist etwas gekrümmt, damit der Meßwertumwandler 10 außerhalb des Auspuffstromes angeordnet werden kann, wenn das Rohr ungefähr 7,62 cm (3 Zoll) weit in das offene Ende des Auspuffrohres 14 des Motors eingeschoben ist.
Fig. 3 zeigt den mechanischen Aufbau der Druck-Meßwertumwandleranordnung. Das Metallrohr 12 hat eine mittler© Queröffnung, in die ein Rohrleitungsstück 11 eingelötet ist. Das Rohrleitungsstück 11 ist mit Außengewinde zum Aufschrauben des Meßwertumwandlers 10 versehen, so daß die Druckfühlmembrane im Meßwertumwandler über das RohrIeitungsstück 11 mit dem Inneren des Rohres 12 in Verbindung steht. Der Meßwertumwandler hat bei 13 einen elektrischen Anschluß für das Kabel 15.
Gemäß einer alternativen Betriebsweise wird das Meßwertumwandlerrohr 12 ein kurzes Stück in den Luftansaugstutzen des Motors eingeschoben. Das System kann mit entweder dem Auspuff-= druck oder dem Ansaugdruck oder den Kurbelgehäuse-Durchblasänderungen eines Verbrennungsmotors arbeiten.
Der Druck-Meßwertumwandler 10 wird mit Wechselstromerregung von einem Wandlerverstärker 16 über das Kabel 15 gespeist. Das in der Amplitude sich mit dem Druck ändernde
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elektrische Signal, das vom Meßwertumwandler 10 erzeugt wird, wird in der umgekehrten Richtung über das Kabel 15 zum Verstärker 16 geleitet. Der Verstärker 16, bei dem es sich um einen Wandleranzeiger Model CDI2, hergestellt von der Firma Validyne Engineering Corporation, handeln kann, spricht zusammen mit dem Meßwertumwandler 10 auf Druckänderungen mit einem Frequenzbereich von Gleichstrom (O Hz) bis 1000 Hz an. Die hervorstechende drehzahlanzeigende Grundfrequenzkomponente im Auspuff eines Motors reicht von 20 Hz bei niedriger Motordrehzahl bis 200 Hz bei hoher Motordrehzahl.
Fig. 2a zeigt das vom Meßwertumwandler 10 und Verstärker während der Durchführung eines Beschleunigungsstoß-Testes erzeugte elektrische Sign»al.
Das Signal vom Wandlerverstärker 16 in Fig. 1 gelangt über die Leitung 17 zu einem Tiefpaßverstärker 18, der im einzelnen in Fig. 4 gezeigt ist. Der Tiefpaßverstärker 18 enthält zwei Operationsverstärker 21 und 22, für die eine integrierte Schaltungseinheit Typ MCl558 der Firma Motorola Corporation verwendet werden kann. Am Eingang ist ein Dämpfungsglied 24 vorgesehen, da der Verstärker bei Verwendung zusammen mit dem Validyne-Verstärker 16 mehr Verstärkung hat als nötig. Kondensatoren 26 und 28 sorgen für eine Dämpfung unerwünschter Signalfrequenzkomponenten oberhalb ungefähr 500 Hz. Mit Hilfe von Potentiometern 32 und 34 lassen sich das Verschiebungs- und Gleichtaktunterdrückungsverhältnis bzw. der Verstärkungsgrad einstellen.
Das Ausgangssignal des Tiefpaßverstärkers 18 in Fig. 1 gelangt über die Leitung 19 zum Eingang einer automatischen Verstärkungsregelschaltung (AVR-Schaltung) 20, die im einzelnen in Fig» 5 gezeigt ist.
Fig. 5 zeigt eine AVR-Schaltung mit einem Wechselstrom·= Signaleingang 110, der an den Zählereingang % eines Analogteilers 112 sowie über einen Spitzendetektor 114 an den Nenner-
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eingang X des Analogteilers angeschlossen ist, sowie mit einem Ausgang 116, der an den Quotientenausgang 1OZ/X des Analogteilers angekoppelt ist. Bei dem Analogteiler 112 kann es sich um einen Analogteiler mit weitem dynamischen Bereich des Typs D211 der Firma Intronics, Inc. handeln. Seine Ausgangsgröße ist gleich dem Zehnfachen des Quotienten des Zählers Z, dividiert durch den Nenner X.
Der Spitzendetektor 114 kann die beiden Operationsverstärker 118 und 120 einer Operationsverstärkereinheit MCl558 der Firma Motorola Corp. enthalten. Die Operationsverstärker sind zusammen mit einer Diode 122, einem Widerstand 124 und einem Kondensator 126 zu einem nichtumkehrenden Spitzendetektor verschaltet. Der Operationsverstärker 120 ist als Folgerstufe mit Verstärkungsgrad 1 innerhalb der Gesamtrückkopp lungsschleife geschaltet. Jede Spannungsspitze eines dem +-Eingang des Operationsverstärkers 118 zugeleiteten Wechselstromsignales bewirkt, daß der Ladung oder Spannung am Kondensator 126 eine entsprechende Ladung hinzugefügt wird. Diese Spannung wird über die Leitung 128 zum Nennereingang X des Analogteilers 112 übertragen. Eine Meßinstrumentschaltung ist für den Fall vorgesehen, daß es nötig ist, Einstellungen in der Schaltungsanordnung auf ein bestimmtes dem Eingang zugeleitetes Eingangssignal vorzunehmen. Weitere Informationen über den Aufbau von nichtumkehrenden Spitzendetektorschaltungen sind auf Seite 355/356 der Veröffentlichung "Operational Amplifiers - Design and Applications", herausgegeben von Tobey, Graeme and Huelsman und erschienen im Verlag McGraw-Hill, 1971, zu finden.
Der Spitzendetektor 114 enthält einen Widerstand 132 sowie Anschlüsse 134 für die Zuleitung einer Bezugsgleichspannung von einer nichtgezeigten Quelle. Es wird eine solche Bezugsspannungsamplitude gewählt, daß sämtliche Eingangssignalpegel oberhalb eines gewünschten Schwellwertes (gleich der Bezugsspannung) ein konstäntamplitudiges Ausgangssignal am Ausgang 116 ergeben.
Die Wirkungsweise des AVR-Verstärkers ist wie folgt: Das am Eingang 110 erscheinende und dem Zählereingang Z des Analogteilers 112 zugeleitete Wechselstrom-Eingangssignal entspricht der Formel:
V sin wt (1)
worin V die Spitzenspannung ist. Dieses Signal gelangt auch zum Spitzendetektor/ dessen Ausgangsgröße gleich der Spannung V ist/ wenn die Eingangssignal-Spitzenspannung größer als ist. Diese Spannung V wird dem Nennereingang X des Analogteilers 112 zugeleitet. Die Ausgangsspannung V des Analogteilers am Ausgang 116 beiträgt dann:
10 V sin wt
VQ = ^ = 10 sin wt (2)
Die Ausgangsspannung bleibt unabhängig von Änderungen des Wertes
der Eingangsspitzenspannung V auf dem konstanten Wert von 10 sin
Wenn dagegen die Spitzenspannung V des Eingangssignales kleiner ist als die Bezugsspannung Vref, so erscheint am Ausgang 128 des Spitzendetektors 114 eine Spannung gleich V f. Die Ausgangsspannung V am Ausgang 116 des Analogteilers 112 beträgt sodanh:
10Vn sin wt
yref
was einer geradlinigen Beziehung der ansteigenden Spannung mit ansteigendem V entspricht, da Vf konstant ist.
Das Diagramm nach Fig. 6 zeigt bei 140, wie die Ausgangsspitzenspannung V sich in Abhängigkeit von der Eingangsspitzenspannung ändefct, wenn die Bezugsspannung Vref gleich 8 Volt ist. Die Ausgangsspannung ist konstant, wenn die Eingangsspitzenspannung 8 Volt übersteigt. Dagegen ändert sich die Ausgangs-
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Spitzenspannung linear mit der Eingangsspitzenspannung, wenn diese kleiner als 8 Volt ist.
Die gestrichelte Kurve 142 zeigt, wie die Ausgangsspitzenspannung V sich in Abhängigkeit von der Eingangsspitzenspannung ändert, wenn die Bezugsspannung Vf gleich 1 Volt ist. Die Ausgangsspannung ist konstant, wenn die Eingangsspitzenspannung 1 Volt übersteigt. Man sieht also, daß jeder beliebige gewünschte dynamische Bereich von Eingangssignalamplituden, über den eine konstante Ausgangssignalamplitude besteht, einfach dadurch eingestellt werden kann, daß man lediglich eine Bezugsspannung V f von entsprechendem Wert verwendet.
Fig. 7 veranschaulicht, wie schnell die AVR-Schaltung die Ausgangssignalamplitude bei plötzlichem Ansteigen der Eingangssignalamplitude begrenzt. Die Eingangsschwingung A mit einer Frequenz von ungefähr 100 Hz hat eine anfängliche niedrige Amplitude 148, die während einer positiven Halbwelle 150 der Eingangsschwingung plötzlich ansteigt. Die Ausgangsschwingung B weist ein Anfangsintervall 152 auf, während^dessen die Eingangsschwingung hoch verstärkt wird, während dann die Verstärkung der Eingangshalbwelle 150 in der Ausgangsschwingung bei 154 sofort auf die vorbestimmte verstärkungsgeregelte Amplitude begrenzt wird. Die anschließenden Perioden werden ebenfalls in entsprechender Weise begrenzt. Der beispielsweise gezeigte Signalverlauf steigt in der Frequenz an, da er während eines Beschleunigungsstoß-Testes in einer Vorrichtung zum Messen der Leistung eines Verbrennungsmotors erzeugt wird.
Das Ausgangssignal des AVR-Verstärkers 20 in Fig. 1 gelangt über die Leitung 21 zum Eingang eines Folgefilters 30, das ein spannungsgesteuertes Filter 200, einen Impulsschwingungs-Trigger 240, 242 und einen Frequenz-Spannungs-Wandler 246 enthält. Wie in Fig. 8 gezeigt, hat das spannungsgesteuerte Filter 200 des Folgefilters einen Signaleingang 210 und einen Signalausgang 212. Der Signaleingang 210 ist an einen Summierverstärker 214 angeschlossen, der aus einem als Verstärker mit
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umkehrender Verstärkung geschalteten, summierende Eingangswiderstände 217, 218 und 219 aufweisenden Operationsverstärker 216 besteht. Verstärker mit umkehrender Verstärkung sind auf
Seite 172 der Veröffentlichung "Operational Ämplifiers-Design and Applications", herausgegeben von Tobey, Graeme and Huelsman und erschienen im Verlag McGraw-Hill, 1971, beschrieben. Der
Operationsverstärker 216 und die anderen Operationsverstärker in Fig. 1 können durch eine Hälfte einer Operationsverstärkereinheit MCl458 der Firma Motorola gebildet sein.
Der Ausgang des Summierverstärkers 214 ist an einen Eingang X eines spannungsgesteuerten Integrators 220 mit einem Multiplizierer 222 und einem als Integrator in der auf Seite 212 des
oben genannten Buches beschriebenen Weise geschalteten Operationsverstärker 224 angeschlossen. Für den Multiplizierer 222 kann man eine Anordnung des Typs AD532, hergestellt von der
Firma Analog Devices, sowie irgendeinen der auf Seite 268-281 des oben erwähnten Buches beschriebenen Multiplizierer verwenden. Der Ausgang 212 des Integrators liegt in einem Rückkopplungszweig, bestehend aus einem spannungsgesteuerten Integrator 226 wie dem Integrator 220, und in einem parallelen Rückkopplungszweig, bestehend aus einem als Verstärker 230 mit umkehrender Verstärkung geschalteten Operationsverstärker 228.
Die Y-Eingänge der Multiplizierer in den spannungsgesteuerten Integratoren 220 und 226 sind an einen Frequenzsteuereingang 232 angeschaltet, dem eine Steuerspannung zum Steuern des Frequenz-Durchlaßbereiches des spannungsgesteuerten Filters zugeleitet wird. Die Steuerspannung wird anfänglich von einer Schaltung 234 mit einem niedrigen Wert bereitgestellt, so daß das Filter einen niederfrequenten Durchlaßbereich, entsprechend der Leerlaufdrehzahl des zu prüfenden Motors, aufweist. Die Schaltung 234 liefert eine niedrige Spannung 232 mittels
eines vom Anschluß +15V über ein Potentiometer 235 eine Diode 236, einen Widerstand 237 und einen Schalter 238 fließenden
Stromes. Wenn die Frequenz des dem Eingang 210 zugeleiteten
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Eingangssignals ansteigt, wird aufgrund des Arbeitens eines A-Verstärkers 240, einer Triggerschaltung mit Hysterese- oder Begrenzerverstärker 242, der bei 244 eine Rechteckschwingung erzeugt, und des Frequenz-Spannungs-Wandlers 246 dem Frequenzsteuereingang 232 eine höhere Steuerspannung zugeleitet. Die Verstärkerelemente können in integrierten Schaltungseinheiten des Typs RCA CD4OO1AE enthalten sein.
Die Gesamtübertragungsfunktion des spannungsgesteuerten Filters nach Fig. 8 beträgt:
KVS
„ _ lORCQ
H(s) -
ς2 VS , V . Δ
lORCQ UORC'
worin S = LaPlace-Operator
_ Mittenfrequenz
y ~ Bandbreite
K = Verstärkung bei der Mittenfrequenz
JJP =
Eigenfrequenz
V = Steuerspannung am Frequenzsteuereingang 232
Der Frequenz-Spannungs-Wandler 246 in Fig. 8 ist im einzelnen in Fig. 9 gezeigt. Sein Eingang 244 ist an eine Auswerte/ Rückstellschaltung 248 angeschaltet, die außerdem eine 320-KHz-Rechteckschwingung von einem Oszillator 250 empfängt. Die Schaltung 248 erzeugt einen Auswerteimpuls am Ausgang 252 und kurz danach einen Rückstellimpuls am Ausgang 254. Die Auswerte- und die Rückstellimpulse treten einmal pro Periode des Triggereingangs signals auf, das eine Folgefrequenz von einigen hundert Impulsen oder Perioden pro Sekunde haben kann. Die Auswerte- und die Rückstellimpulse haben je die Dauer einer Halbperiode der Rechteckschwingung vom 320-KHz-Oszillator. Die Auswerte/Rückstell-Schaltung kann im einzelnen entsprechend dem Schaltschema nach Fig. 10 ausgelegt sein, wobei die JK-Flipflops A und B eine Einheit RCA CD4O27AE, die.Verknüpfungsglieder C eine Einheit RCA CD4001AE und die Verknüpfungsglieder D eine Einheit
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RCA CD4O23AE sind.
Der Frequenz-Spannungs-Wandler nach Fig. 9 enthält eine f4-Schaltung 256, welche die 320-KHz-Rechteckschwingung vom Oszillator 250 zu einer 80-KHz-Impulsschwingung dividiert/ die dem Eingang eines Zählers 258 zugeleitet wird. Für die Teilerschaltung 256 kann eine Einheit RCA CD4O27AE in herkömmlicher Verdrahtung verwendet werden.
Der Zähler 258 zählt die 80-KHz-Eingangsimpulse, bis er durch einen Rückstellimpuls über die Leitung 254 von der Schaltung 248 rückgestellt wird. Der Zähler, für den eine integrierte Schaltungseinheit RCA CD4O4OAE verwendet werden kann, hat zehn Ausgangsleitungen 260, über die der zählwert oder Zählerstand an ein Speicherregister 262 übertragen wird, wenn dieses durch einen Auswerteimpuls über die Leitung 252 von der Schaltung 248 aufgetastet wird. Das Register 262 kann aus drei integrierten Schaltungseinheiten RCA CD4O42AE bestehen. Das Register 262 hat zehn Ausgangsleitungen 264, die an zehn Eingänge eines Digital-Analog-Wandlers 266, beispielsweise der integrierten Schaltungseinheit Analog Devices AD75OLN, angeschlossen sind. Die Analog-Ausgangsgröße des Wandlers 266 gelangt über einen Operationsverstärker 268 zum X-Eingang eines Analog-Teilers 270, beispielsweise der Einheit Intronics Inc. D211 oder der Einheit Analog Devices AD532, wo der Kehrwert gebildet wird. Am Ausgang 232 des Analog-Teilers erscheint eine Steuerspannung, die sich linear mit der Frequenz oder Folgefrequenz der bei 244 dem Eingang des Frequenz-Spannungs-Wandlers zugeleiteten Triggerschwingung ändert.
Die Wirkungsweise des Frequenz-Spannungs-Wandlers ist wie folgt: Am Triggereingang 244 erscheint eine Impulsschwingung, deren Frequenz gleich der vom Folgefilter nach Fig. 8 durchgelassenen Mittenfrequenz ist. Die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Trigger-Impulsschwingung wird dadurch gemessen, daß die Anzahl von Perioden der 80-KHz-Schwingung, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen auftreten,
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im Zähler 258 gezählt und im Register 262 gespeichert werden. Der gespeicherte digitale Zählwert wird im Digital-Analog-Wandler 266 in eine entsprechende zeitdarstellende Spannung übersetzt, deren Amplitude der Periode der Trigger-Impulsschwingung entspricht. Die Teiler- oder Umkehrschaltung 270 übersetzt die zeitdarstellende Spannung in eine entsprechende frequenzdarstellende Spannung entsprechend der Frequenz der Eingangs-Triggerschwingung. Diese frequenzdarstellende Spannung wird während einer einzigen Periode der Triggerschwingung erhalten, im Gegensatz zu Anordnungen gemäß dem Stand der Technik, bei denen, um die Frequenz einer Schwingung zu ermitteln, eine große Anzahl von Perioden der Schwingung erfaßt oder weniger als jede aufeinanderfolgende Periode gemessen werden muß. Die frequenzdarstellende Spannung am Ausgang 232 ändert sich verzögerungsfrei in dem Maße, wie die Frequenz der Trigger-Impulsschwingung sich ändert.
Die Wirkungsweise des Folgefilters nach Fig. 8 ist wie folgt: Das Folgefilter nach Fig. 8 enthält das spannungsgesteuerte Filter 200 mit Signaleingang 210, Signalausgang 212 und Frequenzsteuereingang 232, dem eine Steuerspannung zum Steuern des Frequenz-Durchlaßbereiches des Filters zugeleitet wird. Dem FrequenzSteuereingang 232 wird von der Initialisierschaltung 234 eine geeignete Minimal-Steuerspannung zugeleitet, um den Frequenz-Durchlaßbereich des Filters so einzustellen, daß er die Frequenz eines dem Signaleingang 210 zugeleiteten Mindestfrequenz-Eingangssignals umfaßt, auf das mitgezogen oder dem gefolgt werden soll. Dies wird dadurch erreicht, daß der Schalter 238 geschlossen wird, während das Potentiometer 235 entsprechend eingestellt ist. Der Frequenz-Spannungs-Wandler 246 wird ebenfalls so eingestellt, daß er den Frequenzsteuereingang 232 mit der gleichen Minimal-Steuerspannung beliefert. Wenn der Schalter 238 geöffnet ist, wird die dem Frequenzsteuereingang 232 zugeleitete Steuerspannung allein durch die Rückkopplungsschleife mit dem Verstärker 240, der Trigger-
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schaltung 242 und dem Frequenz-Spannungs-Wandler 246 bestimmt.
Wenn die Frequenz des dem Signaleingang 210 zugeleiteten und zum Signalausgang 212 hindurchgelangenden Signals geringfügig ansteigt, so steigt die von Verstärker 240, der Triggerschaltung 242 und dem Wandler 246 erzeugte Steuerspannung ebenfalls geringfügig an und bewirkt, daß die Durchlaßbereichsfrequenz des Filters verzögerungsfrei um einen entsprechenden Betrag ansteigt. Wenn immer die Frequenz des Eingangssignals sich ändert, so ändert sich augenblicklich der Frequenz-Durchlaßbereich des Filters in der Weise, daß er der Frequenzänderung des EingangssignaIs folgt. Das Folgefilter ist in der Lage, sehr schnell auf eine schnelle Änderung der Eingangssignalfrequenz anzusprechen, und zwar aufgrund der Digitalverfahren, mit deren Hilfe im Frequenz-Spannungs-Wandler 246 die Dauer jeder einzelnen Periode des Signals vom Filter gemessen und dann entsprechende frequenzdarstellende Korrekturspannungen für das spannungsgesteuerte Filter erzeugt werden.
In Fig. 1 gelangt die Sinusschwingung vom Ausgang 212 des Filters 30 zu einem Frequenz-Drehzahlanzeiger 40, für den ein beliebiger im Handel erhältlicher Frequenzmesser verwendet werden kann, dessen Skala oder Anzeige in Drehgeschwindigkeitseinheiten, z.B. Umdrehungen pro Minute (U.p.M.), an Stelle oder zusätzlich zu der Frequenz geeicht ist.
Die Trigger-Rechteckschwingung vom Ausgang 244 des Folgefilters 30 wird einem Computer 50 zugeleitet, für den ein beliebiger im Handel erhältlicher Kleincomputer verwendet werden kann, der auf Ausnutzung der drehzahlanzeigenden Triggerschwingung programmiert ist. Der Computer kann so programmiert sein, daß er die Leistung des Verbrennungsmotors während eines Beschleunigungsstoß-Testes errechnet.
Die Wirkungsweise der Tachometeranlage nach Fig. 1 ist wie folgt: Der Druck-Meßwertumwandler 10 und das Rohr 12 können am Ende eines Handstabes montiert sein, so daß die Bedienungs-
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person bequem stehen und das Ende des Rohres 12 ungefähr 7,62 cm (3 Zoll) weit in das Auspuffrohr 14 eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) hineinschieben kann, während der Motor im Leerlauf läuft. Die Druckpulsationen erzeugen eine entsprechende elektrische Schwingung, die nach Verstärkung im Wandler-Verstärker 16 die in Fig. 2a dargestellte Form hat. Im Tiefpaß-Verstärker 18 und im AVR-Verstärker wird das Signal in eine Schwingung mit konstanter Spitzenamplitude umgesetzt, wie in Fig. 2b gezeigt. Die konstantamplitudige Schwingung gelangt zum Folgefilter 30, das einen schmalen Frequenz-Durchlaßbereich aufweist, der eine hervorstechende Frequenzkomponente, die sich direkt mit der Motordrehzahl ändert, durchläßt und andere störende Frequenzkomponenten unterdrückt oder abschwächt. Die Durchlaßfrequenz des Folgefilters 30 wird anfänglich durch kurzzeitiges Schließen des Schalters 238 in Fig. 8 bei im Leerlauf arbeitendem Motor eingestellt. Am Ausgang 212 erscheint daher ein relativ konstantamplitudiges Signal in Form einer verhältnismäßig sauberen Sinusschwingung.
Wird das Tachometer bei der Durchführung eines Beschleunigungsstoß-Testes verwendet, so wird dann der Gashebel gedrückt oder aufgedreht, so daß der Motor schnell auf eine maximal zulässige Drehzahl beschleunigt wird. Bei rasch ansteigender Drehzahl erhöht sich die Frequenz der Druckpulsationen, und das Folgefilter erhöht schnell die Frequenz seines Durchlaßbereiches in genau dem richtigen Betrag, um das elektrische Signal mit der ansteigenden Frequenz durchzulassen. Das Verhältnismäßig reine, saubere Ausgangssignal wird hauptsächlich deshalb erhalten, weil das Folgefilter so ausgebildet ist, daß es sehr schnell auf Änderungen der Eingangssignalfrequenz anspricht. Das saubere Ausgangssignal wird von der Triggerschaltung 240, 242 in eine Impulsschwingung umgesetzt und dem Computer 50 zugeleitet. Die Impulsschwingung kann durch eine nicht gezeigte Anordnung frequenzgeteilt werden und die in Fig. 2c gezeigte Form haben.
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Der Computer errechnet laufend die sich ändernde Drehzahl des Motors und mißt die Zeit, die der Motor braucht, um von einer vorbestimmten niedrigen Drehzahl auf eine vorbestimmte hohe Drehzahl zu beschleunigen. Diese Zeitdauer ist ein Maß für das Vollast-Vollgas-Leistungsabgabevermögen des Motors. Dann kann der Motor ausgeschaltet und die Abbremsgeschwindigkeit errechnet werden. Durch Verwendung und Auswertung allein der auf diese Weise vom Druck-Meßwertumwandler im Auspuffrohr erhaltenen Information kann der Computer das indizierte Drehmoment und die indizierte Leistung, das Reibungsmoment und die Reibungsleistung sowie das Bremsmoment und die Bremsleistung errechnen und anzeigen, und zwar all dies ohne die Herstellung einer mechanischen oder elektrischen Verbindung zum Motor.
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Claims (7)

  1. - 17 Patentansprüche
    'l l.j Tachometer für Verbrennungsmotoren mit einem Druck-Meßwertumwandler, der Druckänderungen des Motors in ein elektrisches Signal übersetzt, dessen Frequenz der Motordrehzahl direkt proportional ist und als Anzeige der Motordrehzahl verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumwandler (10) eine elektrische Signalschwingung erzeugt, die in ihrem Verlauf einer vom Motor ausgesandten Druckschwingung entspricht und eine hervorstechende Frequenzkomponente, die der Motordrehzahl direkt proportional ist, enthält; und daß ein Folgefilter (30) vorgesehen ist, durch welches das elektrische Signal vom Meßwertumwandler hindurchgeleitet wird und das einen Frequenz-Durchlaßbereich aufweist, welcher der hervorstechenden Frequenzkomponente folgt und sie durchläßt, wenn die Frequenz sich infolge von Änderungen der Motordrehzahl ändert.
  2. 2.) Tachometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßwertumwandler (10) auf einem Rohr (12) angebracht ist, das mit seinem einen Ende in das Ende des Auspuffrohres (14) eines Motors einschiebbar ist.
  3. 3.) Tachometer nach Anspruch 1,oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßwertumwandler (10) ein elektrischmagnetischer Druckwandler mit veränderlicher Reluktanz ist.
  4. 4.) Tachometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Folgefilter (30) ein spannungsgesteuertes Filter (200), eine Triggerschaltung (240, 242), welche die durch das Filter hindurchlaufende Sinusschwingung in eine Impulsschwingung übersetzt, einen Wandler (246), der die Impulsschwingung empfängt und laufend die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen in eine frequenzdarstellende Spannung übersetzt, und Mittel zum Zuleiten dieser
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    frequenzdarstellenden Spannung an den Frequenzsteuereingang (232) des spannungsgesteuerten Filters enthält.
  5. 5.) Tachometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (246) einen frequenzkonstanten Oszillator (250), einen Zähler (258) , welcher die Perioden vom Oszillator während jedes Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen von der Triggerschaltung (240/ 242) zählt, sowie einen Digital-Analog-Wandler (266) und eine ümkehrschaltung (270) zum übersetzen jedes zeitdarstellenden Zählwertes vom Zähler in eine frequenzdarstellende Spannung enthält.
  6. 6.) Tachometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, daß das Signal vom Meßwertumwandler (10) durch eine AVR-Anordnung (20) gä.e±tet wird, die einen Analog-Teiler (112), der an seinem Zählereingang (Z) das Eingangssignal empfängt und an seinem Quotientenausgang (10Z/X) ein verstärkungsgeregeltes Ausgangssignal liefert, und einen zwischen den Quotientenausgang und den Nennereingang (X) des Analog-Teilers gekoppelten Spitzendetektor (114) enthält.
  7. 7.) Tachometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Spitzendetektor (114) eine Anordnung enthält, welche sein Ausgangssignal an eine Bezugsspannung anklammert, wenn das Eingangssignal kleiner ist als die B e zugs spannung.
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