DE2807498A1 - Vorrichtung zur erzeugung von drehzahlabhaengig veraenderbaren ausgangssignalen - Google Patents
Vorrichtung zur erzeugung von drehzahlabhaengig veraenderbaren ausgangssignalenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon solche Vorrichtungen zur
Variation des Einschaltpegels in Abhängigkeit.von der Drehzahl aus der DE-OS 2 549 586 und der DE-PS 2 124 310 bekannt, bei
denen jedpch neben den Einschaltpegeln auch der Ausschaltpegel zur Erzeugung der Ausgangssignale verändert wird. Dies
bedeutet z.B. bei einer Zündanlage, daß zwar der Schließwinkel vergrößert, jedoch auch der Zündzeitpunkt verschoben
wird. Weiterhin wii'd der Triggerpegel, der im Prinzip durch
eine Art Frequenz-Spannungsumsetzer vorgegeben wird, nur mit
einer bestimmten Regelzeitkonstante angepaßt. Im dynamischen Betrieb, d.h. beim Beschleunigen und Abbremsen des Motors
ändert sich dadurch in unerwünschter Weise der Schließwinkelverlauf. Der zur Abspeicherung des Referenzpegels benötigte
kapazitive Speicher ist nicht integrierbar und verursacht zusätzliche Kosten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß der Zündzeitpunkt bei Veränderung des Schließwinkels nicht verschoben wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Spannungspegels der Geberspannung
zur drehzahlabhängigen Umschaltung der Schließzeit. Dadurch ergeben sich gute dynamische Eigenschaften.
Zur besonders exakten Schließwinkelvergrößerung können vorteilhaft
sogenannte Rampengeber, also Geber mit winkelstellungsabhängigen AusgangsSignalen, eingesetzt werden.
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3 Ί
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 die schaltungsmäßige Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ein Signaldiagramm
zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Fig. 3 ein Blockschaltbild
eines zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsbeispiels und Fig. 5 ein Signaldiagramm zur Erläuterung
der Wirkungsweise bei Verwendung eines winkelstellungsabhängigen Gebers (Rampengeber).
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Geberanordnung 10 über zwei Widerstände 11, 12 mit
den beiden Eingängen eines Operationsverstärkers 13 verbunden. Die Geberanordnung 10 besteht aus einem induktiven
Aufnehmer 100, an der eine rotierende, ferromagnetisch wirksame Anordnung 101 vorbeigeführt wird, wodurch Geberspannungen
induziert werden. Bei Brennkraftmaschinen ist die rotierende Anordnung 101 vorzugsweise mit der Kurbelwelle
verbunden. Der Operationsverstärker 13 ist über einen Widerstand Ik mitgekoppelt und wirkt somit in an sich bekannter
Weise als Schmitt-Trigger. Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 ist über eine Ausgangsklemme 15 mit einer z.B.
aus dem eingangs angegebenen Stand der Technik bekannte Zündungsendstufe l6 verbunden, die gewöhnlich aus einem Schalttransistor
im Primärstromkreis einer Zündspule besteht, in deren SekundärStromkreis wenigstens eine, als Zündkerze ausgebildete
Zündstrecke geschaltet ist. Dem Transistor können bei Bedarf Treiberstufen vorgeschaltet sein.
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-y-
4437
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 13 ist über einen Widerstand 17 an den Ausgang eines zweiten
Operationsverstärkers 19 angeschlossen, der zwei Mitkopplungszweige aufweist, die beide aus der Reihenschaltung
eines Widerstands 20 bzw. 21 mit einer Diode 22 bzw. 23 bestehen. Die beiden Dioden 22, 23 sind jeweils umgekehrt
gepolt. Ein aus zwei Widerständen 24, 25 bestehender Spannungsteiler
ist zwischen eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbundenen Klemme 26 und Masse
geschaltet. Der Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 24, 25 ist einmal über den Widerstand 12 an den
nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 133
weiterhin über einen Widerstand 27 an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 und schließlich über die
Reihenschaltung zweier Widerstände 28, 29 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers I9 angeschlossen. Der
Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 28, 29 ist über die Reihenschaltung zweier gegensinnig gepolter Z-Dioden
mit dem Widerstand 11 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 13 angeschlossen. Die Klemme 26 ist
weiterhin über einen Widerstand l8 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 verbunden.
Die Wirkungsweise des in Pig. I dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 2 dargestellten
Signaldiagramms erläutert werden. Die ersten beiden dargestellten Halbwellen der Geberspannung UlO zeigen die
Verhältnisse bei kleinen Drehzahlen und die nächsten beiden Halbwellen die Verhältnisse bei hohen Drehzahlen, bei denen
die Geberamplitude zunimmt. Der als Schmitt-Trigger geschaltete
Operationsverstärker 13 dient zur Auswertung der Geberspannung UlO. Er erhält durch den zweiten Komparator 19 eine
negative Vorspannung, so daß sein Triggerpegel bei positiven Eingangsspannungen liegt. Dabei wirkt der Verknüpfungspunkt
zwischen dem Widerstand 11 und dem Widerstand 17 als Addier-
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< .7
stufe, in der diese negative Vorspannung mit dem Gebersignal addiert wird. Die Hysterese ist so festgelegt, daß der Komparator
13 bei der positiven Schwelle Sl einschaltet und bereits bei der positiven Schwelle S2 wieder ausschaltet,
wodurch die Anlage ruhestromfrei ausgelegt ist. Der Differenzwinkel 1 zwischen ein- und ausschalten gibt den Schließwinkel
für den elektrischen Schalter im Primärstromkreis der Zündspule. In bekannter Weise wird am Ende des Schließwinkels
der Zündvorgang durch öffnen des als Schalter eingesetzten Transistors ausgelöst.
Die mit wachsender Drehzahl ansteigende Spannung der Geberanordnung 10 überschreitet bei einer bestimmten Drehzahl
die den Komparator 19 vorgelagerte Z-Diodenschwelle, die durch die Z-Diodenanordnung 30, 31 gebildet wird. Bei
Unterschreiten der negativen Schwelle S3 schaltet der Operationsverstärker 19 von negativem Ausgangspotential
auf positives..Ausgangspotential. .Seine durch den Mitkopplungszweig
20 bis 23 vorgebbare Hystere wird dabei vergrößert, so daß er erst bei Überschreiten der positiven
Z-Schwelle S4 zurückschaltet. Durch das Umschalten des
Komparators 19 erhält der Komparator 13 eine positive
Vorspannung, wodurch sein Einschaltpegel von der Schwelle Sl ins negative zur Schwelle S5 verschoben wird. Der
Schließwinkel wird dadurch vergrößert und beginnt bereits bei einer früheren Winkelstellung. Da der Komparator 19
bei Erreichen der Triggerschwelle S*J wieder zurückschaltet
bleibt die Ausschaltschwelle S2 erhalten. Der Zündzeitpunkt wird nicht verschoben.
Durch unterschiedliche Dimensionierung der Widerstände für positive und negative Triggerpegelveschiebung kann noch eine
weitere Vergrößerung im Schließwinkel erreicht werden gegenüber einer symmetrischen Ankopplung. Hierzu wird zum Widerstand
eine Diode in Reihe geschaltet.
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4 A ι 7
_jf_ * 28Q7498
Parallel zu dieser Anordnung wird eine weitere Reihenschaltung eines Widerstandes mit einer Diode vorgesehen, wobei die
Dioden zueinander umgekehrt gepolt sind.
Für diese Schaltung können prinzipiell auch andere Geberanordnungen
verwendet werden, deren Ausgangssignal einmal eine
drehzahlabängige Amplitude aufweist und zum anderen wenigstens in Teilbereichen stetig in Abhängigkeit vom Drehwinkel veränderlich
ist.
Durch weitere, analog zum Komparator 19 geschaltete Komparatoren mit unterschiedlichen Schaltpegeln kann eine beliebige,
stufenweise Veränderung des Schließwinkels erreicht werden.
In dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Geberanordnung 10 jeweils mit dem Eingang zweier
Schwellwertstufen 40, 41 verbunden, die z.B. gemäß Fig. 1 durch Operationsverstärker realisiert und analog dem Operationsverstärker
13 beschaltet sein können. Der Ausgang der Schwellwertstufe 40, sowie der invertierende Ausgang der
Schwellwertstufe 4l sind über eine NOR-Verknüpfung 42 mit der Klemme 15 verbunden, an die eine Zündungsendstufe
16 angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise des in Fig.. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 4 dargestellten
Signaldiagramms erläutert werden. Die induktiv ausgebildete Geberanordnung 10 erzeugt wiederum eine Geberspannung
UlO, die im Bereich kleiner und im Bereich großer Drehzahlen dargestellt ist. Die Schwellwertstufe 40 weist eine Eingangsschwelle
S40 und eine Ausgangsschwelle S40 auf, während die Schwellwertstufe 40 eine Einschaltschwelle S4l und eine
Aussehaltschwelle S4l besitzt. Bei kleinen Drehzahlen wird
die Schwelle S4l nicht erreicht, so daß lediglich die Schwellwertstufe 40 in Tätigkeit tritt und die Sehließzeit
o£3 vorgibt. Ab einer bestimmten Drehzahl wird die Schwelle
S4l überschritten, so daß auch die zweite Schwellwertstufe
41 zu arbeiten beginnt und ein Ausgangssignal U4l abgibt.
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A 4 3 '/
Die Ausgangssignale U4O und U4l der beiden Schwellwertstufen
40, 41 werden in der NOR-Verknüpfung 42 addiert und ergeben
einen Gesamtschließwinkeloi4, der gegenüber oC 3 vergrößert
ist.
Auch hier kann durch weitere, entsprechend geschaltete
Schwellwertstufen eine stufenweise Vergrößerung des Schließwinkels mit wachsender Drehzahl erreicht werden.
Das in Pig. 5 dargestellte Signaldiagramm zeigt die Ausgangsspannung
Ur einer als Rampengeber ausgebildeten Geberanordnung. Ein solcher Rampengeber erzeugt über einen bestimmten
Drehwinkel des rotierenden Teils der Geberanordnung eine linear ansteigende Spannung. Bei höheren Drehzahlen
erfolgt entsprechend ein zeitlich schnellerer Spannungsanstieg. Diese lineare Anstiegsflanke kann auch relativ
steil sein, muß jedoch ein konstantes dU/dodhaben. Ein
solcher Spannungsanstieg kann durch geometrische Ausgestaltung von Gebersegmenten am rotierenden Teil erfolgen,
die z.B. an einem als Hall-Element ausgebildeten Aufnehmer vorbeigeführt werden. Solche Rampengeber wurden bereits in
den deutschen Patentanmeldungen 2 726 132.1 und 2 730 309-9
vorgeschlagen. Durch geeignete Ausbildung dieser Segmente können nahezu beliebige Geberspannungsverlaufe in Abhängigkeit
des Drehwinkels erzeugt werden. So kann die Geberspannung
entweder nur im positiven oder negativen Spannungsbereich verlaufen, sie kann auch beide Bereiche umfassen. Sowohl
die Einschaltflanke, wie auch die Abschaltflanke können in
ihren Steigungen variieren oder Sprungcharakter aufweisen.
Ein solchers Gebersignal Ur wird entweder einem Schmitt-Trigger 12 bis 14 gemäß Fig. 1 zugeführt, wobei die Schaltschwelle
über das Ausgangssignal eines beliebigen, an sich
bekannten Drehzahlmessers verschoben werden kann. Ein solcher Drehzahlmesser besteht prinzipiell aus einer Speichereinrichtung,
909835/0124 " 8 "
4 3 '/
die während eines bestimmten Zeitintervalls, z.B. während eines Gebersignals, aufgeladen wird. Der erreichte Ladewert
kann z.B. über Schwellwertstufen die Veränderung der Schaltschwelle
eines Schmitt-Triggers 13 bewirken. Eine solche stufenweise Verschiebung des Einschaltpegels ist in Fig. 5
gezeigt und bewirkt eine stufenweise Vergrößerung des Schließwinkels.
Eine weitere Realisierung besteht darin, daß das Gebersignal Ur einer Anordnung von Schwellwertstufen gemäß Fig.
zugeführt wird, wobei eine Umschaltung zwischen diesen Schwellwertstufen durch einen Drehzahlmesser gemäß obigen
Ausführungen erfolgen kann.
90983570124
Claims (10)
- R. 4 * 3 727.1.1978 Ve/HmROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1AnsprücheO]X Vorrichtung zur Erzeugung von drehzahlabhängig veränderbaren Ausgangs Signalen, insbesondere zur Schließwinkelsteuerung bei Zündanlagen für Brennkraftmaschinen, mit einer rotierenden Geberanordnung zur Erzeugung einer wenigstens in Teilbereichen sich stetig verändernder Geberspannung, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Vorgabe von wenigstens zwei Schwellwerten für die Geberspannung als Einschalpegel sowie einem Schwellwert als Ausschaltpegel für die Ausgangssignale und daß eine durch die Drehzahl der Geberanordnung (10) gesteuerte Umschaltung zwischen den wenigstens zwei Einschaltpegeln auslösbar ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Drehzahlerkennungsstufe (19 j 30, 31) vorgesehen ist, durch deren ab einer vorgebbaren Grenzdrehzahl auslösbaren Signal der Schwellwert für den Einschaltpegel einer die Ausgangsspannung erzeugenden Schwellwertstufe (13, I1O sprungartig veränderbar ist.909835/0124 2
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertstufe ein als Schmitt-Trigger geschalteter Operationsverstärker (13) vorgesehen ist, von dem ein Eingang mit dem Ausgang der Drehzahlerkennungsstufen (Ii, 30, 3D verbunden ist.
- k. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehzahlerkennungsstuf'e (19, 30. 3D eine zweite Schwellwertstufe für die Geberspannung vorgesehen ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Schwellwertstufe ein Operationsverstärker (19) vorgesehen ist, der über eine Z-Diodenanordnung (30, 3D mit der Geberanordnung (10) verbunden ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet,daß der Operationsverstärker (19) zur Einstellung beliebiger Hysteresen über ein Widerstands-Dioden-Netzwerk (20 bis 23) mitgekoppelt ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe von wenigstens zwei Schwellwerten als Einschaltpegel eine entsprechende Anzahl von Schwellwertstufen (40, 4l) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der Drehzahl zur Erzeugung eines Ausgangssignals wirksam werden.- 3 90983B/0124
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7S dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (42) zur Überlagerung der Ausgangssignale der Schwellwertstufen (40, 4l) vorgesehen sind.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung zur drehzahlabhängigen Umschaltung zwischen den Schwellwertstufen (^0, 4l) vorgesehen ist.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geberanordnung mit einem wxnkelstellungsabhangxgen Ausgangssignal vorgesehen ist.909835/0124
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