DE2653626C2

DE2653626C2 - Sägezahnspannungsgenerator für einen Verbrennungsmotor-Zündanalysator

Info

Publication number: DE2653626C2
Application number: DE19762653626
Authority: DE
Inventors: Hoke R. Anaheim Calif. Chism jun.; Jack J. Fullerton Keegan; George J. Reeves
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-11-25
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE2653626A1; GB1559210A; FR2333134B1; FR2333134A1; CA1054222A

Description

Die Erfindung betrifft einen Sägezahnspannungsgenerator für einen mit einem Oszilloskop ausgestatteten Verbrennungsmotor-Zündanalysator mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der an seinem Aus gang eine Sägezahnspannung erzeugt, deren Anstieg eine Funktion des an seinem Eingang angelegten Signals ist, und mit einem Integrator und einer Komparatorschaltung mit zwei Eingängen und einer ersten Bezugsspannung, die dem einen Komparatorein gang zugeführt ist.

Zündanalysatoren werden heute von den Kraftfahrzeugmechanikern zur Gewinnung von Informationen über die Funktion eines Verbrennungsmotors, typischerweise eines LKW- oder PKW-Motors verwendet.

Zur Anzeige bestimmter derartiger Informationen ist ein Kathodenstrahloszilloskop vorgesehen, wobei gewöhnlich die Horizontal-Hinlaufablenkungen durch ein Zündereignis, wie beispielsweise die Schließung der Unterbrecherkontakte oder die Zündung des Zylinders Nr. 1 oder dergleichen in Gang gesetzt wird. Die üblicherweise vorgesehene konstante Horizontal-Hinlaufablenkgeschwindigkeit ist nicht befriedigend für Motoranalysatoren in Fällen, wo die Motordrehzahl über einen weiten Bereich zwischen Leerlauf und Vollgas veränderlich ist. Es wäre erwünscht, für den Horizontalhinlauf die gesamte Breite der Röhrenfrontplatte unabhängig von der drehzahlproportionalen Folgefrequenz der Hinlaufablenkungen ausnützen zu

können.

Es wurde bereits bei bekannten Zeitsteuerschaltungen für Zündanalysatoren versucht, ein der Motordrehzabl proportionalen Horizontal-Ablenksignal zu erzeugen, wobei typischerweise Amplitudenvergleichsschaltungen verwendet wurden. Hierfür wurden in der Vergangenheit verschiedene Wege beschritten, die sämtlich mit gewissen Beschränkungen und Nachteilen behaftet waren.

So ist aus der US-Patentschrift 35 77 007 bereits ein Sägezahnspannungsgenerator mit variabler Frequenz und konstanter Amplitude bekannt, der die Amplitudenkonstanz dadurch zu erreichen sucht, daß der Strom, mit dem ein Ladekondensator aufgeladen wird, um die Sägezahnspannung zu erzeugen, durch Vergleich der Ladespannung mit einer Bezugsspannung eingestellt wird. Der Vergleich der Kondensatorladespannung erfolgt jeweils während eines kurzen Zeitintervalls am Ende einer Ladeperiode.

Üblicherweise äußern sich die den bekannten Horizontal-Ablenksignalgeneratoren innewohnenden Nachteile bzw. Beschränkungen darin, daß die Zeiienhinlauflänge sich mit veränderlichen Motordrehzahlen ändert Da das Horizontal-Ablenkerzeugungssystem stabil sein soll, werden verhältnismäßig große Zeitkonstanten verwendet; durch diese großen Zeitkonstanten wird jedoch die Fähigkeit des Systems zur Selbstsynchronisation mit raschen Änderungen der Motordrehzahl beschränkt. Man hat versucht, diese Selbstsynchronisation mit Drehzahländerungen zu beschleunigen, indem man die Schaltung mit Unterdämpfung ausbildet. Dies hat zur Folge, daß die Horizontalablenkspur zunächst zu lang und dann zu kurz ist bevor sie sich auf die richtige Spurlänge einspielt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sägezahnspannungsgenerator anzugeben, der eine Sägezahnspannung erzeugt, die ihren Maximalwert erreicht, bevor der nächste Zündimpuls den nächsten Sägezahn auslöst

Die Erfindung lö->t diese Aufgabe durch einen Sägezahnspannungsgenerator der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die durch die Erfindung gegebene Lösung sieht die Anwendung digitaler Schaltmittel vor. Es wird hierdurch erreicht daß die Spannung am Ende des Sägezahns im wesentlichen unabhängig von der Folgefrequenz des Zeilenhinlaufs konstant bleibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Motorzündanalysators mit Sägezahngenerator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 ein elektrisches Schaltbild des Hinlauf-Sägezahngeneiatorsaus Fig. 1,

Fig.3 ein Fig.2 entsprechendes Schaltbild einer alternativen Ausführungsform des Hinlauf-Sägezahngenerators.

Der in F i g. 1 veranschaulichte Zündanalysator weist einen Geber 10, einen Hinlauf-Kippgenerator 11 und ein Oszilloskop 12 auf. Der Geber 10 liefert ein elektrisches Ausgangssignal in Form einer Impulsfolge 15, die zeitlich in Beziehung mit einem Vorgang im Motorsystem steht, beispielsweise zur Öffnung oder Schließung der Unterbrecherkontakte oder zu Zündung der Kerze Nr. 1 oder dergleichen.

Der Geber ist je nach Wunsch entweder direkt oder induktiv oder kapazitiv mit einem Punkt im Zündsystem gekoppelt und kann von herkömmlicher Bauart sein.

Der Kippgenerator 11 Hefen das Horizontalablenk-5 oder Hinlaufsignal für die Leuchtspur des Oszilloskops 12 in Form einer zyklisch oder periodisch sich wiederholenden Sägezahnspannung 16. Dieses Horizontalkippsignal ist mit der Horizontalablenkplatte des Oszilloskops in herkömmlicher Weise verbunden;

ίο entsprechend das darzustellende Signal mit den Vertikalablenkplatten. Der Hinlauf- oder Zeilen-Kippgenerator 11 liefert auch die Eingangsgröße für den den Stroboskoplampenantrieb betreffenden Teil der nachfolgend beschriebenen Schaltung.

Das Zeilintervall zwischen den Impulsen 15 ist mit der Motordrehzahl veränderlich. Die Funktion des erfindungsgcnäßem Hinlauf- oder Horizontalablenkkippgenerators besteht darin, eine Sägezahnspannung 16 mit einer im wesentlichen konstanten Scheitelwertspannung zu liefern, derart daß der Hinlaufhub unabhängig von der Hinlauf frequenz oder dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Hinlaufauslösungssignaien (d. h. unabhängig von der Motordrehzahl) im wesentlichen gleich bleibt Dies wird durch Verwendung einer Phasenverriegelungsschleife in dem Hinlaufgenerator erreicht mit einem Phasendetektor 20, einem Integrator 21 und einem Spannungssteueroszillator 22. Eine bevorzugte Ausffihrungsform des erfindungsgemäßen Hinlaufkippgenerators ist in F i g. 2 dargestellt.

Der Phasendetektor 20 weist Flip-Flops A und B auf. Die (mit F_nf bezeichneten) Impulse 15 werden dem Eingang des Flip-Flops A zugeführt Die Eingangsgröße für das Flip-Flop B bildet ein anderer (mit Fn, bezeichneter) Impulszug 25. Die Impulse 25 werden von einem Komparator 26 erzeugt, sobald die Sägezahnspannung Er einen vorgegebenen Wert erreicht, der durch eine Eingangsbezugsspannung Vre/des Komparators 26 bestimmt wird.
In dem gezeigten System ist das Flip-Flop A durch die positive Flanke eines Impulses 15 ausgelöst und das Flip-Flop Bdurch die positive Flanke eines Impulses 25. Die Flip-Flops werden durch eine Rückstellschaltung mit Gattern 28, 29, welche die Rückstellspannung erzeugen, sobald beide Flip-Flops in Gang gesetzt sind, rückgestellt Das Signal auf der Leitung 30 besitzt normalerweise einen hohen Wert und wird negativ beim Auftreten des mit der Zeitgebung der Motorzündung in Zusammenhang stehenden Ereignisses, mit welchem der Beginn der Sägezahnspannung 16 synchronisiert ist. Das

so Gatter 29 wirkt als ODER-Gatter und bewirkt eine Rückstellung der Flip-Flops A und B, wenn entweder sowohl A und B\m eingestellten Zustand sind, oder beim Auftreten des in negativer Richtung laufenden Teils des Signals auf der Leitung 30. Dieses letztere Signal gewährleistet, daß beide Flip-Flops A und B sich zu Beginn der Sägezahnspannung im normalen oder rückgestellten Zustand befinden, und verhindert, daß das System außer Synchronisation kommt

Spannungsteiilerwiderstände R1 und R 2 sind mit ihrem Knotenpunkt D über einen Widerstand R 3 mit dem Eingang des Integrators 21 verbunden. Wenn sich das Flip-Flop A im normalen oder rückgestellten Zustand befindet liegt der Widerstand R 1 an einer bekannten Spannung (in diesem Fall der Spannung 0).

Entsprechend liegt, im normalen oder rückgestellten Zustand des Flip-Flops S, der Widerstand R 2 an einer bekannten Spannung (als Vbezeichnet). Ein Verstärker AR 1 des Integrators 21 liegt mit seinem Bezugseingang

- an einer Spannung V₀, die so eingestellt ist, daß sie gleich dem Potential des Knotenpunkts D ist, wenn sich beide Flip-Flops in ihrem rückgestellten Zustand befinden (im beschriebenen Beispiel beträgt dieses Potential V/2). In diesem Zustand fließt kein Strom durch den Widerstand R 3 und die Ausgangsgröße Eo des Integrators verändert sich nicht. 1st nur eines der Flip-Flops eingeschaltet, so ist das Potential im Punkt D um eine Stufenfunktion vom Betrag V/2 größer oder kleiner als das Potential Vo, was einen Stromfluß in dem Widerstand /?3 und eine Änderung der Inlegratorausgangsgröße Eo zur Folge hat, wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird.

Ein Verstärker ARI des spannungsgesteuerten Oszillators 22 liefert eine Ausgangsgröße E_r in Form einer Sägezahnspannung, deren Anstieg proportional dem Betrag von E₀ ist Sobald die Spannung E_r einen Betrag gleich V_rcr erreicht, erzeugt der Komparator 26 den Impuls 25. Falls der F„rlmpuls 15 vor dem Auftreten des F«,-Impulses 25 auftritt, wird das Flip-Flop A eingeschaltet und der Widerstand R 1 mit der Spannung V verbunden, wodurch sich das Potential des Schaltungspunktes D von V/2 gegen V verändert und die Ausgangsgröße £b sich in negativer Richtung ändert Dies hat zur Folge, daß die Sägezahnspannung Er ihren Anstieg ändert und den Wert VWreher erreicht als in dem vorhergehenden Zyklus. Nachdem der Impuls 25 erzeugt ist, wird auch das Flip-Flop B eingeschaltet und sodann werden beide Flip-Flops rückgestellt, wodurch der Punkt D wieder das Potential V/2 annimmt und die Ausgangsgröße E₀ sich in ihrem jeweils angenommenen Wert stabilisiert. Tritt der Impuls F^r nach dem Impuls Fn, auf, so kommt es zum entgegegengesetzten Ablauf, mit einer Änderung des Potentials im Punkt D von V/2 auf 0 und einer Verschiebung der Ausgangsgröße £b in positiver Richtung. Dies bewirkt, daß die Sägezahnspannung E_r den Wert V_Kr später erreicht als in dem vorhergehenden Zyklus. Aufgrund dieser Impuls-Kompensation wird die Länge des Horizontalablenk-Hinlaufs durch V_Kf gesteuert und unterliegt nicht einer Spannungs- oder Strom-Rückkopplung von einem Tachometerkreis oder einer anderweitigen mit der Motordrehzahl in Beziehung stehenden Variablen.

Der spannungsgesteuerte Oszillator wird durch einen zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers AR 2 liegenden Schalttransistor 33 rückgestellt. Der Transistor 33 wird durch den negativen Zweig des Signals 30 über einen monostabilen Multivibrator 34 in den leitenden Zustand durchgeschaltet. Gemäß einer in F i g. 3 veranschaulichten alternativen Ausführungsform erfolgt die Rückstellung durch Verwendung des Signals Fn, zur Steuerung des Schalttransistors 33. Das Signal bei 30 kann vollständig entfaller., wobei die Flip-Flops durch das Gatter 28 rückgestellt werden, wenn sich beide Flip-Flops im Ein-Zustand befinden.

Die Zeitdauer /des Zeilenhinlaufs beträgt

worin dvden (durch ^,/bestimmten) Maximalwert der Sägezahnspannung bedeutet. Die Ubergangsfunktion des Integrators ist

25	mit	E₀ _ 1	*+ Ju)T₂*	+ A3] C/
		*E₁₁,*	JO)T₁ '

30	*τι = [(Rl*	oder Rl)
	r, = Ä4	Cl

Die Phasenverriegelungsschleife wirkt im Sinne einer Verringerung der Phasendifferenz zwischen den Eingangsgrößen der beiden Flip-Flops auf ein Minimum, derart, daß der Maximumwert der Sägezahnspannung und damit die Länge des Zeilenhinlaufs im wesentlichen konstant bleibt unabhängig von den Eingangsimpulsfolgefrequenzen an den Flip-Flops (d. h. von der Motordrehzahl).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sägezahnspannungsgenerator für einen mit einem Oszilloskop ausgestatteten Verbrennungsmotor-Zündanalysator mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der an seinem Ausgang eine Sägezahnspannung erzeugt, deren Anstieg eine Funktion des an seinem Eingang angelegten Signals ist, und mit einem Integrator und einer Kornparatorschaltung mit zwei Eingängen und einer ersten Bezugspannung, die dem einen Komparatoreingang zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem anderen Eingang der Komparatorschaltung (26) die von dem spannungsgesteuerten Oszillator (22) erzeugte Sägezahnspannung (16) zugeführt ist und daß die Komparatorsrhaltung (26) ein Rückführausgangssignal (2S) erzeugt, wenn beide Eingangsgrößen (V_rc(, 16) gleich sind und daß der Integrator (21) zwei Eingänge aufweist, sowie einen Ausgang, der mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillator (22) verbunden ist, so daß das Ausgangssignal (E₀) des Integrators den Anstiegswinkel der Sägezahnspannung (16) des spannungsgesteuerten Oszillators (22) bestimmt und wobei der eine Eingang mit einer zweiten Bezugsspannung (V₀) verbunden ist und daß ein Logikschaltkreis (A; B) vorgesehen ist mit zwei Eingängen und einem Ausgang (D), wobei einer der beiden Eingänge mit dem Ausgang (25) der Komparatorschaltung (26) und der andere Eingang (15) mit dem Zündsystem des zu analysierenden Motors verbunden ist, und wobei die Ausgangsgröße (D) des Logikschaltkreises bei Koinzidenz der beiden Eingangssignale (15 und 25) gleich groß wie die zweite Bezugsspannung CVo), bei Voreilung des einen der beiden Eingangssignale gegenüber dem anderen größer als die zweite Bezugsspannung (Vo) und bei Nacheilung des einen Eingangssignals gegenüber dem anderen Eingangssignal kleiner als die zweite Bezugsspannung (Vo) ist, und daß ein Schaltkreis (R 3) vorgesehen ist, welcher den Ausgang (D) des Logikschaltkreises (A; B) mit dem anderen der beiden Eingänge des Integrators (21) verbindet, und daß mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (22) ein erster Rückstellschaltkreis (33,34) verbunden ist.

2. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikschaltkreis ein erstes Flip-Flop (A), dem als Eingangsgröße das mit der Motorzündung in Beziehung stehende Bezugssignal (15) zugeführt ist, ein zweites Flip-Flop (B), dem das Rückführausgangssignal (25) des Komparators (26) zugeführt ist, sowie einen über die beiden Flip-Flops (A; B)mit Spannungsquellen (+ V, Masse) verbundenen Spannungsteiler (R 1, R 2) aufweist, wobei ein Punkt (D) des Spannungsteilers den Ausgang des Logikschaltkreises bildet.

3. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Rückstellschaltkreis (28 bis 30), welchem Ausgangssignale der Flip-Flops (A; B) als Eingangsgrößen zugeführt werden und welcher die Rückstellung der beiden Flip-Flops (A; B) bewirkt, sobald beide Flip-Flops gesetzt sind.

4. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Rückstellschaltkreis eine Gatterschaltung (28, 29) aufweist, welcher ein Motorzündimpuls (30) als Eingangsgrö

ße zur Steuerung der Rückstellung der Flip-Flops (A; B)zugeführt ist.

5. Sägezahnspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rückstellschaltkreis für den spannungsgesteuerten Oszillator (22) Schaltkreise (33, 34) zur Verbindung des Eingangs mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (22) aufweist.

6. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Rückstellschaltkreis (33) für den spannungsgesteuerten Oszillator (22) das von dem Komparator (26) erzeugte Rückführsignal (25) als Steuersignal zugeführt ist (F i g. 3).

7. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Rückstellschaltkreis (33) des spannungsgesteuerten Oszillators (22) ein Motorzündimpuls (30) als Steuerimpuls zugeführt ist (F ig. 2\

8. Sägezahnspannungsgenerator nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet daß der erste Rücksteilschaltkreis (33) für den spannungsgesteuerten Oszillator (22) und der zweite Rückstellschaltkreis (28, 29) für die Flip-Flops (A; B) zur im wesentlichen gleichzeitigen Rückstellung der Flip-Flops (A; B) des spannungsgesteuerten Oszillators (22) durch das gleiche Zeitgebersigna! gesteuert wird.

9. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitgebersignal für die gemeinsame Rückstellung das Rückführsignal (25) des Komparators (26) dient (Fig. 3).

10. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß als Zeitgebersignal für die gemeinsame Rückstellung ein Motorzündimpuls dient.