DE2646324A1

DE2646324A1 - Revolution speed controller esp. for IC engine - has input from inductive speed pick=up transferred to operational amplifier connected as integrator

Info

Publication number: DE2646324A1
Application number: DE19762646324
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Drews; Michael Ing Grad Horbelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1978-04-20

Abstract

The revolution counter and controller, esp. for a rotary member of an IC engine, comprises a speed pick-up (1) (typically on inductance coil), a pulse former (2) and a transistor switch (3). The output from the collector terminal of the transistor leads to the inverting input of an operational amplifier (8) through a coupling resistor (7). The positive input of the operational amplifier is held at a fixed potential by a voltage divider which is formed by two resistors (12, 13). The output of the operational amplifier is carried through another coupling resistor (14) to an output transistor (15). In the input stage, the collector load resistor (4) is in series with an adjustable thermo resistor (20), which provides temperature compensation.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Drehzahlwächter nach der Gattung des Hauptanspruches. Es sind bereits verschiedene Drehzahlwächter mechanischer und elektronischer Bauweise bekanntgeworden, die bei Erreichen eines vorbestimmten oberen oder unteren Grenzwertes einen Alarm auslösen. Bei den elektronischen Drehzahlwächtern ist es bekannt, die einkommenden Impulse - beispielsweise von einem induktiven Drehzahlaufnehmer - einer Puls formung zu unterwerfen und dann mit einem Meßinstrument zu integrieren. Die Grenzwertanzeige erfolgt dann über mechanische oder elektrische Fühler im Meßinstrument. Derartige Schaltungen sind relativ aufwendig und eignen sich nicht für den Betrieb in einem Kraftfahrzeug mit den dort auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen. Darüber hinaus ist es bei lfraftfahrzeugen häufig ausreichend, eine gewisse obere Grenzdrehzahl zu erkennen und anzuzeigen, wodurch sich einfachere, für diesen Zweck konstruierte, Schaltungen anbieten.The invention is based on a speed monitor of the type of the main claim. There are already various speed monitors mechanical and electronic design has become known that when reaching a predetermined upper or lower limit value trigger an alarm. With the electronic speed monitors it is known, the incoming pulses - for example from an inductive speed sensor - to subject a pulse formation and then to integrate it with a measuring instrument. The limit value is then displayed using mechanical or electrical sensors in the measuring instrument. Such circuits are relatively complex and unsuitable for operation in a motor vehicle with the mechanical and thermal loads that occur there. In addition, in the case of lvehicles it is often sufficient to have a certain upper limit Detecting and displaying limit speed, which makes it easier for this purpose constructed, offer circuits.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Drehzahlwächter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, besonders einfach aufgebaut zu sein, d. h. mit wenigen Schaltelementen auszukommen. Sein Arbeitsverhalten ist so ausgelegt, daß er zwar schnelle Drehzahlveränderungen erfaßt, jedoch seine Anzeige nicht durch Zündaussetzer oder ähnliche Störungen beeinflußt wird.Advantages of the Invention The speed monitor according to the invention with the Characteristic features of the main claim has the advantage over that, especially to be simple in construction, d. H. get by with a few switching elements. His work behavior is designed in such a way that it detects rapid changes in speed, but its The display is not influenced by misfiring or similar faults.

Die freie Wählbarkeit der Schaltungsparameter erlaubt darüber hinaus die Anpassung an verschiedene Einsatzbedingungen und für verschiedenartige Verbrennungskraftmaschinen.Furthermore, the switching parameters can be freely selected the adaptation to different operating conditions and for different types of internal combustion engines.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Drehzahlwächters möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the speed monitor specified in the main claim possible.

So kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Grenzdrehzahl des Drehzahlwächters durch Variation der Pulsbreite der Impulsformerstufe eingestellt werden.In a preferred embodiment, the limit speed of the Speed monitor set by varying the pulse width of the pulse shaper stage will.

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Grenzdrehzahl des Drehzahlwächters durch Variation eines Widerstandes in der Kollektorleitung des auf die Impulsformerstufe folgenden Schalttransistors variierbar. Diese Widerstand variation kann in besonders vorteilhafter Weise durch die änderung des Widerstandswertes eines Thermowiderstandes bewirkt werden, der beispielsweise auf der öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine gehalten wira.In a further preferred embodiment, the limit speed is of the speed monitor by varying a resistance in the collector line of the switching transistor following the pulse shaper stage can be varied. This resistance variation can be particularly advantageous by changing the resistance value a thermal resistor can be caused, for example, on the oil temperature the internal combustion engine kept wira.

Zeichnung Ein Ausführungebeispiel des erfindungsgemäßen Drehzahlwächters und einige charakteristische 5pannungsverläufe sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehzahlwächters; Figur 2 den Verlauf einiger Spannungen die an bestimmten Punkten der Schaltung 1 während deren Betrieb auftreten.Drawing An exemplary embodiment of the speed monitor according to the invention and some characteristic voltage curves are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows the circuit diagram an embodiment of the speed monitor according to the invention; Figure 2 shows the course some voltages at certain points of the circuit 1 during its operation appear.

Beschreibung der Erfindung In Figur 1 ist das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Drehzahlwächters dargestellt. Von einem Drehzahlaufnehmer 1 gelangen der Drehzahl entsprechende Impulse auf eine Impulsformerstufe 2 vorzugsweise eine monostabile Kippstufe. Der Ausgang der Impulsformerstufe 2 ist mit der Basis eines Schalttransistors 3-verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor über einen Widerstand 4 mit der Betriebsspannung verbunden ist. Die am Kollektor des Schalt transistors 3 liegende Spannung U1 gelangt nun auf einen Integrator 5 und danach auf eine Schaltstufe 6.Description of the Invention In Figure 1 is the circuit diagram of an inventive Speed monitor shown. The speed comes from a speed pick-up 1 corresponding impulses to a Pulse shaper stage 2 preferably a monostable multivibrator. The output of the pulse shaper stage 2 is with the base of a switching transistor 3-connected, whose emitter is connected to ground and whose collector is connected to the operating voltage via a resistor 4. The one at the collector of the switching transistor 3 lying voltage U1 now reaches an integrator 5 and then to a switching stage 6.

Hierzu ist zunächst der Kollektor des Schalt transistors 3 über einen Widerstand 7 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 8 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 8 ist mit einem Kondensator 9 auf den invertierenden Eingang zurüclcgekoppelt. Am Ausgang des Operationsverstärkers 8 liegt die Spannung U2. Der Ausgang des Operationsverstärkers 8 ist zudem über einen Widerstand 10 mit der Betriebsspannung verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 8 liegt über einen Widerstand 11 an der Mittelanzapfung eines Spannungsteilers, bestehend aus Widerständen 12 und 13, die zwischen Batteriespannung und Masse liegen.For this purpose, the collector of the switching transistor 3 is first via a Resistor 7 connected to the inverting input of an operational amplifier 8. The output of the operational amplifier 8 is connected to a capacitor 9 on the inverting Entrance coupled back. The voltage is present at the output of the operational amplifier 8 U2. The output of the operational amplifier 8 is also connected via a resistor 10 connected to the operating voltage. The non-inverting input of the operational amplifier 8 is connected to the center tap of a voltage divider via a resistor 11, consisting of resistors 12 and 13, which are between battery voltage and ground.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 8 ist über einen Widerstand 14 mit der Basis eines Schalttransistors 15 verbunden. Der Emitter dieses Schalttransistors 15 liegt an der Mittelanzapfung eines Spannungsteilers, bestehend aus Widerständen 16 und 17, die zwischen Batteriespannung und Masse geschaltet sind. Der Kollektor des Schalttransistors 15 liegt über einen Widerstand 18 an Masse. Zusätzlich ist der Kollektor mit einer Ausgangsbuchse 19 der Schaltstufe 6 verbunden.The output of the operational amplifier 8 is through a resistor 14 connected to the base of a switching transistor 15. The emitter of this switching transistor 15 is at the center tap of a voltage divider consisting of resistors 16 and 17, which are connected between battery voltage and ground. The collector of the switching transistor 15 is connected to ground via a resistor 18. Additionally is the collector is connected to an output socket 19 of the switching stage 6.

In Figur 2 sind die Spannungsverläufe der Spannungen U1 am Kollektor des Schalttransistors 3 und der Spannung U2 am Ausgang des Operationsverstärkers 8 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Figur 2a zeigt die Spannungsverläufe für eine Drehzahl n, die kleiner ist als die vorbestimmte Grenzdrehzahl ng, die Figur 2b zeigt die Spannungsverläufe für eine Drehzahl n, die gleich der Grenzdrehzahl n ist.FIG. 2 shows the voltage curves of the voltages U1 at the collector of the switching transistor 3 and the voltage U2 at the output of the operational amplifier 8 shown as a function of time. Figure 2a shows the voltage curves for a speed n which is smaller than the predetermined limit speed ng, the FIG. 2b shows the voltage curves for a speed n which is equal to the limit speed n is.

g Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Drehzahlwächters kann anhand des Schaltbildes in Figur 1 und der Spannungsverläufe in Figur 2 wie folgt erläutert werden: Der Drehzahlaufnehmer 1, beispielsweise ein induktiver Aufnehmer an einer Zahnscheibe, die von einer Kurbelwelle angetrieben wird, liefert zur Drehzahl proportionale Impulse, die auf die Impulsformerstufe 2 gelangen. Die Impulsformerstufe, die beispielsweise in bekannter Weise von einer monostabilen Kippstufe gebildet wird, deren Aufbau hier nicht näher erläutert werden soll, formt die einkommenden Impulse in eine Rechteckspannung um, wobei die Breite der Rechteckimpulse konstant ist und die Frequenz von der Drehzahl abhängt. Die Breite der Rechteckimpulse sei mit T, die der Inpulspausen mit t bezeichnet. Die so gewonnene Rechteckspannung gelangt auf die Basis des Schalttransistors 3. Die Ausgangsspannung der Impulsformerstufe 2 ist so bemessen, daß sie den Schalttransistor 3 im Takte der Wechselspannung sicher durchschaltet und wieder sperrt. Demzufolge entsteht am Kollektor des Schalttransistors 3 die in Figur 2a, obere Hälfte, dargestel-lte Spannung UDer Schalttransistor 3 ist über einen Arbeitswiderstand Lt mit der Batteriespannung verbunden. Der nicht invertierende Eingang des nachgeschalteten Operationsverstärkers 8 ist über den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 12 und 13 und den Widerstand 11 auf ein konstantes Potential, beispielsweise die halbe Batteriespannung, gelegt. Setzt man voraus, daß der Operationsverstärker 8 einen vernachlässigbar kleinen Eingangsstrom hat, so fließt durch den Widerstand 7, wenn der Schalttransistor 3 leitet, ein Strom, der dem Quotienten aus halber Batteriespannung und dem Widerstand 7 entspricht. Sperrt der Schalttransistor 3, so fließt durch den Widerstand 7 ein Strom, der bestimmt ist durch den Quotienten aus der halben Batteriespannung und den Widerständen Lt und 7. Dies bedeutet, daß in der leitenden Phase des Transistors 3 ein hoher Strom durch den Kondensator 9 fließt, sich der Kondensator 9 bei Sperren des Schalttransistors jedoch nur über die Widerstände 4 und 7 umladen kann. Da die Spannung an einem Kondensator dem Zeitintegral des Stromes entspricht, entsteht am Ausgang des Operationsverstärkers 8 eine Dreiecks spannung deren Flanken unterschiedliche Steilheit haben. Während der Leitphase des Transistors 3 ist die Flankensteilheit groß (t), sperrt der Transistor 3, ist die Flankensteilheit klein (T). G The mode of operation of the speed monitor according to the invention can be based on the circuit diagram in Figure 1 and the voltage curves in Figure 2 as will be explained as follows: The speed pick-up 1, for example an inductive pick-up on a toothed pulley, which is driven by a crankshaft, supplies the speed proportional impulses that reach impulse shaper stage 2. The pulse shaper stage, which, for example, formed in a known manner by a monostable flip-flop whose structure is not to be explained in detail here, forms the incoming Pulses into a square-wave voltage, the width of the square-wave pulses being constant and the frequency depends on the speed. Let the width of the square pulses be with T, that of the pulse pauses with t. The square wave voltage obtained in this way reaches the base of the switching transistor 3. The output voltage of the pulse shaper stage 2 is dimensioned so that it secures the switching transistor 3 in time with the alternating voltage switches through and blocks again. As a result, arises at the collector of the switching transistor 3 the voltage UDer switching transistor 3 shown in FIG. 2a, upper half is connected to the battery voltage via a working resistor Lt. Not that inverting input of the downstream operational amplifier 8 is via the Voltage divider, consisting of resistors 12 and 13 and resistor 11 placed on a constant potential, for example half the battery voltage. Assuming that the operational amplifier 8 is negligibly small Has input current, it flows through the resistor 7 when the switching transistor 3 conducts, a current that is the quotient of half the battery voltage and the resistance 7 corresponds. If the switching transistor 3 blocks, the resistor 7 flows in Current, which is determined by the quotient of half the battery voltage and the resistors Lt and 7. This means that in the conductive phase of the transistor 3 a high current flows through the capacitor 9, the capacitor 9 locks itself of the switching transistor can only be reloaded via the resistors 4 and 7. Since the The voltage across a capacitor corresponds to the time integral of the current at the exit of the operational amplifier 8 has a triangular voltage Flanks have different steepness. During the conduction phase of the transistor 3 is the edge steepness large (t), the transistor 3 blocks, is the edge steepness small (T).

Durch entsprechende Auswahl der Bauelemente 4, 7, 8 und 9 ist es möglich, eine Dreiecksspannung zu erzeugen, die die Form einer Sägezahnspannung annimmt. Die Ausgangsspannung U2 ist in Figur 2a unten dargestellt.By selecting the components 4, 7, 8 and 9 accordingly, it is possible to generate a triangular voltage that takes the form of a sawtooth voltage. The output voltage U2 is shown at the bottom of FIG. 2a.

Die Schaltstufe 6 besteht aus dem Schalttransistor 15, dessen Emitterpotential durch einen Spannungsteiler festgelegt ist und dessen Arbeitspunkt durch die Widerstände 14 und 18 weiterhin bestimmt ist. Gelangt eine Spannung nach Figur 2a unten über den Widerstand 14 auf die Basis des Schalttransistors 15, so ändert sich der Schaltzustand des Schalttransistors 15 nicht, da die notwendige Basis-Emitterspannung nicht erreicht wird.The switching stage 6 consists of the switching transistor 15, its emitter potential is determined by a voltage divider and its operating point by the resistors 14 and 18 is still determined. If there is a voltage according to FIG. 2a below the resistor 14 to the base of the switching transistor 15, the switching state changes of the switching transistor 15, since the necessary base-emitter voltage is not reached will.

Bei Erreichen der Grenzdrehzahl ng mittzo verharrt die Impulsformerstufe 2 nahezu vollständig in ihrem durchgeschalteten Zustand und beaufschlagt die Basis des Schalttransistors 3 mit einer näherungsweise konstanten Gleichspannung, wodurch dieser Schalttransistor sperrt. Am invertierenden Eingang des Integrators 8 liegt nunmehr ebenfalls eine Gleichspannung an, die zu einem rapiden Absinken der Ausgangsspannung U2 führt, wie es in Figur 2b, unterer Teil, dargestellt ist. Die kurzzeitigen Einbrüche der Gleichspannung U1 während der Zeit t rühren von der realen Umschaltzeit der Impulsformerstufe 2 her. Sie führen im abfallenden Verlauf der Spannung U2 zu kurzzeitigen Anstiegen, ohne jedoch den Abfall der Spannung aufheben zu können. Unterschreitet die Spannung U2 einen vorgegebenen Wert U5 nach einer Zeit tsßist am Schalttransistor 15 die Basis-Emitterspannung erreicht, die den Schalttransistor 15 eum Durchschalten bringt. Damit wird auch der Widerstand 18 von einem Strom durchflossen und an der Ausgagsklemme 19 kann eine Schaltspannung abgenommen werden, beispielsweise für eine Lampe oder eine andere Alarmeinrichtung. Die Schaltung nach Figur 1 kann die obenbeschriebene Wirkung auch für endliche Werte von t haben. Die Voraussetzung für einen abfallenden Verlauf der Spannung U2 nach Figur 2b untenist, daß keine vollständige Umladung des Kondensators 9 erfolgt.When the limit speed ng mittzo is reached, the pulse shaping stage pauses 2 is almost completely in its through-connected state and acts on the base of the switching transistor 3 with an approximately constant DC voltage, whereby this switching transistor blocks. At the inverting input of the integrator 8 lies now also a DC voltage, which leads to a rapid drop in the output voltage U2 leads, as shown in Figure 2b, lower part. The short-term burglaries of the DC voltage U1 during the time t depend on the real switching time of the Pulse shaper stage 2. In the falling course of the voltage U2, they lead to short-term Increase without, however, being able to cancel the decrease in voltage. Falls below the voltage U2 has a predetermined value U5 after a time tsß at the switching transistor 15 reaches the base-emitter voltage, which switches the switching transistor 15 through brings. So that the resistor 18 is traversed by a current and at the Output terminal 19 can be used for a switching voltage, for example for a lamp or other alarm device. The circuit of Figure 1 can the above-described effect also for finite Have values of t. the A prerequisite for a falling curve of the voltage U2 according to Figure 2b below is that no complete charge reversal of the capacitor 9 takes place.

Dies ist dann der Fall, wenn t kleiner als die Umladezeit des Kondensators 9 ist. Dann wird während jedes Zyklus der Spannung U2 Ladung auf den Kondensator 9 akkumuliert, so daß nach einer vorwählbaren Anzahl von Zyklen die Spannung U5 unterschritten wird.This is the case if t is less than the charging time of the capacitor 9 is. Then during each cycle the voltage U2 is charged on the capacitor 9 accumulates, so that after a preselectable number of cycles the voltage U5 is fallen below.

Wie oben schon im einzelnen erläutert ist die Grenzzahl ng dann erreicht, wenn die Pausen t zwischen den Rechtecksignalen der Spannung U2 zu Null werden, bzw. ein von der Umladezeit des Kondensators 9 bestimmtes Tastverhältnis # erreicht wird.As already explained in detail above, the limit number ng is then reached, when the pauses t between the square wave signals of the voltage U2 become zero, or a pulse duty factor # determined by the recharging time of the capacitor 9 is achieved will.

Dies kann dadurch bewirkt werden, daß man auf bekannte Weise die Standzeit der Impulsformerstufe 2 vorwählt. Zum anderen kann die Grenzdrehzahl der Sägezahnkurve in Figur 2 unten z.This can be achieved by the fact that the service life is known in a known manner the pulse shaper stage 2 preselects. On the other hand, the limit speed of the sawtooth curve in Figure 2 below z.

B. durch Variation des Widerstandes 4 eingestellt wird.B. is set by varying the resistance 4.

Dazu ist es möglich, einen zusätzlichen einstellbaren Widerstand 20 in Reihe zum Widerstand 4 zu schalten. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird dieser Widerstand 20 durch einen Thermowiderstand gebildet, der beispielsweise auf der Temperatur des Motoröles gehalten wird.It is also possible to use an additional adjustable resistor 20 to be connected in series with resistor 4. In a particularly advantageous embodiment the invention, this resistor 20 is formed by a thermal resistor, the for example, is kept at the temperature of the engine oil.

Obwohl mit dem erfindungsgemäßen Drehzahlwächter im Prinzip jede Art von Drehzahl überwacht werden kann, bietet sich die Anwendung in einem Fahrzeug dadurch an, daß Impulsformerstufen 2 in vielen Kraftfahrzeugen, beispielsweise für die elektronische Benzineinspritzung ohnehin schon vorhanden sind. Der dann noch verbleibende Schaltungsaufwand für die Erkennung einer bestimmten Grenzdrehzahl ist so gering, daß mit einem Drehzahlwächter nach der Erfindung eine besonders kostengünstige Einrichtung geschaffen werden kann. LeerseiteAlthough with the speed monitor according to the invention in principle any type can be monitored by speed, it can be used in a vehicle characterized in that pulse shaper 2 in many motor vehicles, for example for the electronic fuel injection are already available. Then still remaining circuit effort for the detection of a certain limit speed is so low that with a speed monitor according to the invention a particularly inexpensive one Facility can be created. Blank page

Claims

Claims 1. Speed monitor, in particular for internal combustion engines, with a series connection of at least one speed sensor of a pulse shaper stage, an integrator and a switching stage, characterized in that as an integrator (5) an operational amplifier (8) fed back with a capacitor (9) is used whose input is via a resistor (7) through a switching transistor (3) alternately connected to ground or via a resistor (4) to the operating voltage will.

2. Speed monitor according to claim 1, characterized in that as integrating input of the operational amplifier (8) uses the inverting input and the non-inverting input via a fixed voltage divider (12, 13) is set to a fixed potential.

3. Speed monitor according to claim 1 or 2, characterized in that that the service life of the pulse shaper stage (2) is adjustable.

4. Speed monitor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a second adjustable resistor in series with the resistor (4) (20) is switched.

5. speed monitor according to claim 4, characterized in that the adjustable resistor (20) is a thermal resistor.