DE2711894A1

DE2711894A1 - Vorrichtung zur steuerung des tastverhaeltnisses einer in ihrer frequenz veraenderbaren signalfolge

Info

Publication number: DE2711894A1
Application number: DE19772711894
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing Grad Borst; Ernst Olav Dr Pagel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1978-09-21
Also published as: US4198936A; FR2384386A1; DE2711894C2; FR2384386B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Vorrichtung aus der DT-OS 2 523 388 bekannt, bei der zwar ebenfalls einem Zähler zwei Zählfrequenzen zugeführt werden, die durch eine rotierende Inkrement-Gebervorrichtung erzeugt werden, bei der jedoch das Tastverhältnis der Ausgangssignalfolge nicht durch eine Stromanstiegszeit in einem Impedanzglied, sondern durch die Standzeit des Zeitglieds vorgegeben ist. Dies hat insbesondere bei Zündanlagen für Brennkraftmaschinen den Nachteil, daß bei schwankender Versorgungsspannung die jeweils in der Zündspule gespeicherten Energieinhalte ungleichmäßig werden und zu Zündimpulsen mit schwankender Energie führen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Auslegung der Schließzeit bei der bekannten Vorrichtung so erfolgen muß, daß auch bei einer geringen, möglicherweise vorkommenden Versorgungsspannung eine ausreichende Zündung gewährleistet ist. Dies führt jedoch bei einer erhöhten Versorgungsspannung zu einer unnötig hohen Strombelastung des Primärstromkreises in der Zündspule, was eine unnötig hohe Verlustleistung und u.U. auch eine Zerstörung von Bauelementen des Primärkreises zur Folge hat.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Tastverhältnis der erzeugten Signalfolge in der Anwendung zur Steuerung eines elektrischen Schalters im Primärstromkreis einer Zündspule den primärseitigen Strom so regelt, daß unabhängig von der Versorgungsspannung und zeitbestimmenden Größen Zündfunken konstanter Energie erzeugt werden. Die Verlustleistung wird minimiert, und eine stromgeregelte Endstufe erübrigt sich.

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Haßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft sind die angegebenen Weiterbildungen der Erfindung zur Steuerung der Zündanlage einer Brennkraftmaschine. Besonders vorteilhaft ist es, zur Erzeugung der einen Zählfrequenz eine rotierende Inkrement-Gebervorrichtung und zur Erzeugung der anderen Zählfrequenz einer der Inkrement-Gebervorrichtung nachgeschalteten Frequenz-Umsetzerstufe zu verwenden. Eine besonders einfache Lösung ergibt sich bei einer Frequenzverdoppelung, indem die Frequenz-Umsetzerstufe als Frequenzverdopplungsstufe ausgebildet wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Schaltung des einzigen Ausführungsbeispiels und Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Erfindung

Eine Geberanordnung 10 besteht aus einer vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Zahnscheibe 100, auf der umfangseitig in gleichen Abständen angeordnete Zähne 101 angebracht sind. Diese Zähne werden durch einen ersten Aufnehmer 102 abgetastet, indem jeder ferromagnetische Zahn in diesem induktiven Aufnehmer 102 eine Induktivitätsänderung hervorruft, die ein Signal zur Folge hat.

Statt ferromagnetischer Zähne können auch andere Marken vorgesehen sein, die durch andere Geber abtastbar sind. So kann z.B. die Scheibe in Umfangsrichtung streifenförmig magnetisiert sein oder eine Lochanordnung aufweisen, die durch optische Geber abtastbar ist. Eine Bezugsmarke

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ist ebenfalls auf der Scheibe 100 angeordnet. Entsprechend der Anzahl der gewünschten Zündvorgänge pro Umdrehung der Zahnscheibe 100, also z.B. proportional der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, können mehrere solcher Bezugsmarken 103 vorgesehen sein oder können ausgehend von einer Bezugsmarke 103 weitere Bezugsmarken elektronisch erzeugt werden. Bei einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine werden z.B. drei Bezugsmarken um jeweils 120 versetzt benötigt. Die Bezugsmarke 103 kann natürlich auch auf einer anderen Scheibe angeordnet sein. Die Bezugsmarke 103 wird von einem zweiten Aufnehmer 104 abgetastet. Zur Umwandlung der Gebersignale der beiden Aufnehmer 103, 104 können vorzugsweise in der Zeichnung nicht näher dargestellte Impulsformerstufen zur Umwandlung der Gebersignale in Rechtecksignale vorgesehen sein.

Beide Aufnehmer 102, 104 sind mit einer Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe 11 verbunden, in der in Abhängigkeit der Gebersignale und vorzugsweise auch in Abhängigkeit weiterer Parameter (z.B. der Saugrohrunterdruck p, die Temperatur T und die Drosselklappenstellung oC ) der Zündzeitpunkt festgelegt wird. Dies kann z.B. anhand vorgegebener Zündwinkel-Kennlinien erfolgen. Eine solche Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe ist z.B. aus der DT-OS 2 504 843 bekannt.

Der Aufnehmer 102 ist einmal mit einem ersten Umschaltkontakt eines elektrischen Umschalters 12 und zum anderen über eine Frequenz-Umsetzerstufe 13 mit einem zweiten Umschaltkontakt des Umschalters 12 verbunden. Für eine Signalerzeugung gemäß Fig. 2 ist die Frequenzumsetzerstufe 13 als Frequenzverdoppelungsstufe ausgebildet. Ein dritter Kontakt des Umschalters 12, der je nach Schalterstellung mit einem der beiden anderen Kontakte verbunden ist, ist an den Takteingang C eines digitalen Zählers 14 angeschlossen. Die Zahlen-

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ausgänge des Zählers Ik sind über eine Dekodierstufe 15 zur Erkennung eines festgelegten Zählerstands sowohl mit dem Rücksetzeingang R des Zählers 14, wie auch mit dem Setzeingang S eines Flipflops 16 verbunden. Solche Dekodierstufen 15 können z.B. aus Gatter-Anordnungen bestehen, wobei einem UND-Gatter entsprechend dem festgelegten Dekodierwert negierte und nichtnegierte Signale von Zahlenausgängen des Zählers Ik zugeführt sind. Ist der Dekodierwert erreicht, so gibt dieses Gatter ein Ausgangssignal ab.

Der Ausgang der Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe 11 ist mit dem Rücksetzeingang R des Flipflops 16 verbunden. Der Ausgang des Flipflops 16 ist mit dem Steuereingang eines elektrischen Schalters 17 verbunden, der vorzugsweise als steuerbarer Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor oder Thyristor, ausgebildet ist. Eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbundene Klemme 18 ist über die Reihenschaltung der Primärwicklung einer Zündspule 19 mit der Schaltstrecke des Transistors 17 und mit einer als Widerstand ausgebildeten Strommeßvorrichtung 20 an Masse angeschlossen. Die mit einem Anschluß an der Primärwicklung liegende Sekundärwicklung der Zündspule 19 ist mit ihrem zweiten Anschluß über eine Zündstrecke 21 an Masse angeschlossen. Diese Zündstrecke 21 ist bei einer Brennkraftmaschine üblicherweise als Zündkerze ausgebildet. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekanner Weise ein Hochspannungsverteiler vorgesehen sein.

Der Verknüpfungspunkt zwischen der Stronuneßvorrichtung 20 und dem Transistor 17 ist mit einem Eingang einer als Komparator ausgebildeten Schwellwertstufe 22 verbunden, deren Ausgang sowohl an den Sperreingang E des Zählers Ik, wie auch an den Steuereingang des elektrischen Umschalters 12 angeschlossen ist. Eine mit einer Referenzspannungsquelle verbundene Klemme 2 3 ist zur Vorgabe des Stromschwellwerts Is mit dem Vergleichseingang der als Komparator ausgebildeten Schwellwertstufe 22 verbunden.

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Zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden das in Fig. 2 dargestellte Signaldiagramm dienen. Dazu seien zunächst die in der Digitaltechnik gebräuchlichen Begriffe 1-Signal und O-Signal definiert. Ein 1-Signal bezeichnet ein Potential, das in der Größenordnung des Potentials des positiven Pols der Versorgungsspannung liegt und ein O-Signal ein Potential, das ungefähr dem Massepotential entspricht.

Erreicht der mit der Zählfrequenz fl des Aufnehmers 102 zählende Zähler 14 den Zahlenwert Zl, so gibt die Dekodierstufe 15 ein Signal ab, durch das einmal der Zähler 14 über den Rücksetzeingang R rückgesetzt wird und zum anderen das Flipflop 16 gesetzt wird. Das Setzen des Flipflops 16 bewirkt ein Signal an dessen Ausgang. Durch dieses Signal B wird einmal der Umschalter 12 betätigt, wodurch statt der Frequenz fl nunmehr die Frequenz f2 der Frequenzumsetzerstufe 13 am Takteingang C des Zählers 14 anliegt. Diese Zählfrequenz f2 ist im dargestellten Signaldiagramm doppelt so hoch wie die Frequenz fl. Weiterhin wird durch das Signal B der elektrische Schalter 17 geschlossen, wodurch ein Strom I durch den Primärstromkreis der Zündspule 19 zu fließen beginnt. Dieser Strom I wird in der Strommeßvorrichtung gemessen und als Spannungsabfall der Schwellwertstufe 22 zugeführt. Überschreitet der Strom I einen Stromsollwert Is, so gibt die Schwellwertstufe 23 ein Ausgangssignal ab, durch das der weitere Zählvorgang mit der Frequenz f2 im Zähler 14 gesperrt wird. Der Zähler 14 behält seinen Zahlenwert bei bis ein Zündsignal A am Ausgang der Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe 11 erscheint, durch das das Flipflop 16 rückgesetzt wird. Der elektrische Schalter 17 sperrt und der primärseitige Strom I fällt plötzlich ab, wodurch ein Zündfunke an der Zündstrecke 21 ausgelöst wird. Durch diesen Stromabfall wird über die Schwellwertstufe 22 die Sperrung des Zählers 14 aufgehoben, und durch den Wechsel der Signalfolge

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B von eirem l-Signal zu einem 0-Signal wird über den Umschalter 12 wieder auf die Zählfrequenz fl umgeschaltet.

Im dargestellten Fall, in dem die Frequenz f2 doppelt so hoch ist wie die Frequenz fl, muß der Stromsollwert Is so eingestellt werden, daß er bei der halben gewünschten Stromflußdauer durch die Primärwicklung der Zündspule 19 erreicht wird. Ist das Verhältnis der beiden Frequenzen f2 zu fl anders, so muß der Stromsollwert Is entsprechend verändert werden.

Im dritten dargestellten Zyklus in Fig. 2 tritt der Fall auf, daß der primärseitige Stromanstieg langsamer erfolgt, z.B. infolge Absinkens der Versorgungsspannung an der Klemme 18. Für ein solches Absinken können auch noch andere Gründe maßgeblich sein, wie z.B. Veränderungen von Widerständen durch Temperatureinfluß oder Alterung. Da hierdurch der Stromsollwert Is später erreicht wird, wird im Zähler 14 mit der Zählfrequenz f2 bis zu einem höheren Zählerstand hochgezählt. Da sich hierdurch der Zeitraum verkürzt, während dem der Zählerstand im Zähler 1*1 unverändert bleibt, wird der gewünschte Grenzstromwert Ig, bei dem die Zündung ausgelöst werden soll, in diesem Zyklus nicht erreicht. Dies wird jedoch im nächsten Zyklus korrigiert, indem der Zählvorgang durch die Frequenz fl bei einem erhöhten Zählerstand beginnt, wodurch der Zählerstand Zl früher erreicht wird. Ein verlängertes Signal B wird erzeugt, wodurch in diesen folgenden Zyklus der Grenzstromwert Ig trotz der erwähnten Einflüsse wieder erreicht wird.

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Claims

2.03.1977 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

Vorrichtung zur Steuerung des Tastverhältnisses einer in ihrer Frequenz veränderbaren Signalfolge, insbesondere der Spannung zur Zündsteuerung einer Brennkraftmaschine, mit einem Zähler, dem wenigstens zwei Zählfrequenzen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Signalgeber (10,11) mit variabler Frequenz der Beginn von Zählperioden mit der einen Zählfrequenz (fl) festgelegt ist, daß bei Erreichen eines festen Zählerstands (Zl) der Zähler (14) auf einen anderen festen Zählerstand gesetzt sowie auf die andere Zählfrequenz (f2) umgeschaltet wird, daß die Dauer von Zählperioden mit der anderen Zählfrequenz (f2) jeweils durch den Stromanstieg bis zu einem bestimmten Stromwert (Is) in einem Impedanzglied (19) ■vorgegeben ist und daß das Tastverhältnis der Signalfolge (B) durch den Beginn der beiden Zählperioden festgelegt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Zündsteuerung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzglied (19) die Primärwicklung einer Zündspule ist, in deren Stromkreis die Schaltst-recke eines elektrischen Schalters (17) sowie eine Strommeßvorrichtung (20) geschaltet ist und daß dieser Strommeßvorrichtung (20) eine Schwellwertstufe (22) zugeordnet ist.

3- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber mit variabler Frequenz eine rotierende Geberanordnung (10) ist.

Il. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der rotierenden Geberanordnung (10) eine Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe (11) nachgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zählfrequenzen (fl) durch eine rotierende Inkrement-Gebervorrichtung (10) erzeugt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die andere Zählfrequenz (f2) durch eine mit der Inkrement-Gebervorrichtung klO) verbundene Frequenzumsetzerstufe (13) erzeugt wird.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Frequenzumsetzerstufe (13) eine Frequenzvervielfachung erfolgt.

δ. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabile Schaltstufe (16) vorgesehen ist, die durch eine Dekodierstufe (15) bei Erreichen eines festen Zählerstands im Zähler (14) in ihren ersten Schaltzustand und durch ein Signal (A) des Signalgebers (10,11) mit variabler Frequenz in ihren zweiten Schaltzustand versetzbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der bistabilen Schaltstufe (16) mit dem Steuereingang des elektrischen Schalters (17) verbunden ist.