DE2827347A1

DE2827347A1 - Einrichtung zur schliesswinkelmessung

Info

Publication number: DE2827347A1
Application number: DE19782827347
Authority: DE
Inventors: Werner Breckel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1980-01-10
Also published as: CH636410A5; DE2827347C2; US4305037A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 24 43 402 ist eine Einrichtung zur Schließ- · winkelmessung bekannt, die im Eingangskreis eine Schutzschaltung und einen anschließenden Operationsverstärker umfaßt, der über Filter einen zweiten Operationsverstärker ansteuert, der seinerseits das gewünschte dem Schließwinkel entsprechende Signal abgibt. Ein Eingang des ersten Operationsverstärkers ist über einen Spannungsteiler auf einem konstanten Pegel gehalten. Außerdem sind beide' Eingänge über Schutzdioden gegen zu hohe Spannungen geschützt. Diese bekannte Einrichtung gestattet zwar eine exakte Schließwinke lmes sung, doch erfordern Messungen an verschiedenen Zündanlagen, wie beispielsweise konventionellen Zündanlagen .mit unmittelbarer Unterbrecherkontaktsteuerung, Germaniumoder Silicium-Transistorzündanlagen, Transistor'zündanlagen mit Stromregelung oder Kondensatorzündanlagen mit Thyristor das Einhalten unterschiedlicher Spannungspegel, um den Schließwinkel richtig zu messen. Die erforderlichen Umschaltungen müssen vom Benutzer manuell vorgenommen werden.

Vorteile der Erfindung;

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich die jeweiligen Schwellwerte selbsttätig einstellen. Es ist also keine manuelle Umschaltung mehr erforderlich,

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die zu Fehlmessungen "bei falscher Schaltung führen können. Solche Fehler sind bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgeschlossen. Sie erkennt selbsttätig anhand der auftretenden Spannungen die Art der Zündanlage, an der gemessen wird und stellt danach die Spannungspegel für den Eingangsoperationsverstärker der Ausvierteschaltung auf die jeweils richtigen Werte ein.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Verwirklichungen des erfindungsgemäßen Prinzips definiert. Durch die Verwendung von logischen Schaltelementen wie NAND- und NOR-Gattern lassen sich die erforderlichen Umschaltungen exakt und zuverlässig vornehmen.

Zeichnung

Spannungsdiagramme, wie sie an verschiedenen Zündanlagen auftreten, sowie ein Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Die Fig. 1a bis 1d den Verlauf der zu messenden Spannung an der Zündanlage mit eingezeichneten Schaltschwellen, die selbsttätig eingestellt werden, und Fig. 2 die Schaltung, die diese Schaltschwellenumschaltung selbsttätig vornimmt.

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Beschreibung der Erfindung;

Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind mit unterschiedlichen Zündanlagen ausgestattet. Während bei konventionellen Zündanlagen der Primärstrom der Zündspule über einen Unterbrecherkontakt unmittelbar geschaltet wird, dient bei Transistorzündanlagen der Unterbrecherschalter nur als Steuerungsorgan, über den lediglich ein kleiner Steuerstrom fließt. Auch kann das die Transistorzündanlage oder . auch eine Kondensatorzündanlage enthaltende Schaltgerät.unmittelbar von einem Hallaufnehmer oder einem induktiven Aufnehmer gesteuert sein. Der Schließwinkel ist diejenige Zeitspanne, bezogen auf eine Verteilerwellenumdrehung der Brennkraftmaschine, während der ein Strom von der Batterie·durch die Primärwicklung der-Zündspule fließt.

Die Eingangsschaltung wird über eine erste und eine zweite •Anschlußleitung mit der Zündanlage verbunden. Dabei wird die erste Leitung entweder an der Klemme 15 oder am Pluspol der Batterie (deren Minuspol an Masse liegt, ansonst umgekehrt) angeschlossen, wogegen die zweite Leitung mit der Klemme 1 oder dem Unterbrecherkontakt oder dem Drehzahlgeberausgang eines Schaltgerätes angeschlossen wird..Klemme 1 und Klemme sind die in der Kraftfahrzeugtechnik üblichen Bezeichnungen. Der Spannungsverlauf an der Klemme 1 der Zündspule ist für eine konventionelle Zündanlage mit unmittelbarer Unterbrecherkontakt steuerung in Fig. 1a dargestellt. Die Spannung beträgt zunächst, nämlich bei geschlossenem Unterbrecherkontakt, bezögen auf Masse, 0 Volt·, weil der Unterbrecherkontakt einen

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unmittelbaren Massekurzschluß bildet. Zum Zeitpunkt t^ öffnet der Unterbrecherkontakt und es bildet· sich wegen der raschen Stromänderung an der Primärwicklung der Zündspule ein Spannungszug 1 aus, der einen Spitzenwert von 100 bis 400 Volt bei einer 12-Volt-Zündanlage erreichen kann und in Form einer gedämpften Schwingung übergeht in eine konstante Spannung im Bereich 2, die etwa 12 Volt beträgt und die zum Zeitpunkt tp erreicht wird. Zum Zeitpunkt t* schließt der Unterbrecherkontakt wieder, weshalb die Spannung von der Batteriespannung wieder auf etwa 0 abfällt. Zum Zeitpunkt .te erfolgt der nächste Zündvorgang analog dem Zeitpunkt t^. Die seither übliche . Schaltung hatte eine Ansprechschwelle von etwa 1,2 Volt Spannungsdifferenz zur Batteriespannung bzw. zur Spannung an der Klemme 15, an der die Batteriespannung zugeführt wird. Die Schaltung gab also das Signal Schließwinkelbeginn ab, wenn im Zeitpunkt t, die Spannung von der Batteriespannung um mehr als 1,2 Volt abfiel. Umgekehrt gab sie das Signal Schließwinkelende ab, wenn zum Zeitpunkt tj- bzw. t^ der Unterbrecherkontakt öffnet und die Spannung ansteigt.

Dieser Spannungsverlauf gilt für konventionelle Zündanlagen und für Germanium-Transistorzündanlagen. Handelt es sich jedoch um eine stromgeregelte Siliciuia-Transistorzündanlage, so steigt bereits zum Zeitpunkt t^ die Spannung an der Klemme 1 wieder an und verbleibt dann gemäß der gestrichelten Darstellung von Fig. 1a etwa 2,4- Volt unterhalb des Pegels des Bereiches 2. Damit könnte mit unveränderter Eingangsschaltung auch an dieser Zündanlage gemessen werden, wenn

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nicht unmittelbar in der Anstie.gsflanke anschließend an den .Zeitpunkt t^ ein überschwingen auftreten würde, das bis in die Schaltschwelle, die in Fig. 1a mit 3 bezeichnet ist, reicht und eine Fehlauslösung bewirken würde. Es wird daher. gemäß Fig. 1b zwar die Schaltschwelle im Anschluß an den Bereich 2 unverändert so belassen, daß nach einem Absinken der Spannung um etwa 1,2 Volt unter den Pegel des Bereiches ein Ansprechen erfolgt, es v/ird jedoch etwa 0,6 Millisekunden später die Schaltschwelle auf etwa Betriebsspannung + 3 "Volt erhöht. Damit ist sichergestellt, daß bei einer stromgeregelten Silicium-Transistorzündanlage der im Anschluß an den Zeitpunkt t^ auftretende Spannungsimpuls nicht zu einer FeIiI-auslösung und damit Fehlmessung führt. Dies ist in Fig. 1b dargestellt, wo- zum Zeitpunkt t*, die Schaltschwelle 3 angehoben wird auf die Schaltschwelle 4·. Der zeitliche Abstand zwischen t^, und t* beträgt etwa 0,6 Millisekunden.

Handelt es sich"um eine Silicium-Transistor- oder Kondensatorzündanlage mit einem Schaltgerät, bei der der Unterbrecherkontakt lediglich Steuerfunktionen erfüllt, so wird bei Anschluß der ersten Leitung an dem Pluspol der Batterie oder dem Plusanschluß des Sch-altgerätes-und bei Anschluß der zwei-' ten Leitung an dem das Schaltgerät steuernden Unterbrecherkontakt oder dem Drehzahlmesserausgang des Schaltgerätes ein an'derer Spannungszug erfaßt und es werden andere Schaltschwellen benutzt, wie sie in Fig. 1c dargestellt sind. Der Spannungsverlauf an der zweiten Leitung gegenüber Masse ist durch den Rechteckkurvenzug 5 in Fig. -1c wiedergegeben, die

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Spannung an der ersten Leitung ist konstant gleich der Betriebsspannung oder Batteriespannung, die durch die Gerade angegeben ist, wogegen die jeweils wirksamen Schaltschwellen durch den gestrichelten Kurvenzug 7 wiedergegeben sind. Die geringste Spannung des Kurvenzuges 5 gegenüber Masse liegt bei etwa 0 bis 3 Volt, die geringste Spannung der Schaltschwelle 7 gegenüber Masse beträgt 4- bis 6 Volt, wogegen die obere Schaltschwelle gemäß dem Kurvenzug 7 etwa 1,2 Volt unter der Betriebsspannung liegt.

Wird bei einer gleichen Anlage, deren Verhältnisse in Fig. 1c dargestellt sind, bei unverändertem Anschluß der zweiten Leitung die erste Leitung an die Klemme 15 der Zündspule gelegt und ist .die Klemme 15 über einen Vorwiderstand mit dem Zündschloß bzw. der Batterie verbunden, ergeben sich nochmals geänderte Verhältnisse, die in Fig. ld dargestellt sind. Der Kurvenzug 5i nämlich die Spannung an-der zweiten Leitung, ist unverändert,, dagegen fällt die Spannung an der ersten Leitung ab dem Zeitpunkt t? nach einer e-Funktion ab, entspricht also nicht mehr der Geraden 6, sondern einem Kurvenzug 6'. Die Schaltschwelle folgt entsprechend einem Kurvenzug 7', der im Bereich zwischen t^ und te ebenfalls entlang einer e-Kurve abfällt und dabei einen Pegelunterschied von etwa 1,2 Volt zur Spannung auf der ersten Leitung einhält. Dabei kann kurz vor Erreichen des Zeitpunktes tr der Abstand zwischen dem Kurvenzug 6' und dem unteren Pegel des Kurvenzuges 5 "bis auf etwa 1,5 Volt abfallen.

Die Eingangsschaltung, die diese Umschaltungen und Schaltschwellenänderungen selbsttätig vornimmt, ist in Fig. 2

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dargestellt. Die Schaltungsanordnung ist mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen sowie einem gemeinsamen Masseanschluß versehen. Der Verbindung mit der Masse der Brennkraftmaschine oder der Bordraasse dient eine Leitung 8 mit einem Anschlußclip 9· Die erste Leitung 10 ist ebenso wie die zweite Leitung 11 mit je einem Anschlußclip 12 bzw. 13 versehen, die zum Anklemmen an die entsprechenden Meßstellen der Zündanlage dienen. An die Eingangsschaltung schließt eine als Block dargestellte Auswerteschaltung 14 an, die etwa so aufgebaut ist wie die in der DE-OS 24 43 402 beschriebene Schaltung. Die Auswerteschaltung 14 hat in ihrem Eingang einen Operationsverstärker 15 mit einem nichtinvertierenden Eingang 16 und einem invertierenden Eingang 17· An einem Triggerausgang 18 erscheint eine positive Impulsflanke, wenn der Unterbrecher öffnet (Schließwinkelende). An einem weiteren Ausgang 19 ist ein NAND-Gatter 20 angeschlossen, an dessen Ausgang ein in seiner Länge dem Schließwinkel proportionaler Impuls erscheint (der allerdings gegenüber dem Schließ- und'Öffnungszeitpunkt mit seinen beiden Flanken um den gleichen Betrag verschoben ist). Vom Ausgang des NAND-Gatters-20 ist eine.Rückführleitung zur Eingangsschaltung geführt.

Zwischen die erste Leitung 10 und den nichtinvertierenden Eingang 16 ist ein Widerstand R 93 geschaltet, der etwa 9 mal so groß ist wie ein von demselben Eingang 16 an Masse gelegter Widerstand R 96. Von der zweiten Leitung 11 führt 'ein dem Widerstand R 93 entsprechender Widerstand R 91 zu einem etwa 15-fach kleineren Widerstand R,92, der seinerseits

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an den invertierenden Eingang 17 angeschlossen ist, der außerdem an den Abgriff eines Spannungsteilers angeschlossen ist, der durch einen Widerstand R 95 und einen Widerstand R 97 gebildet ist, wobei der Widerstand R 95 an einer Speiseleitung und der etwa 100-fach kleinere Widerstand R 97 an Masse angeschlossen ist. An die Verbindung zwischen die Widerstände R und R 92 ist ein als Inverter dienendes NAND-Gatter 23 angeschlossen, mit dessen Ausgang eine DiodeD1 mit ihrem Kathodenanschluß verbunden ist, deren Anode mit dem Verbindungspunkt einer Serienschaltung aus einem Widerstand R 94- und einem Kondensator C 67 verbunden ist, wobei der relativ hochohmige Widerstand R 94· mit der Speiseleitung 22 und der Kondensator C 67 mit Kasse verbunden ist. An die Anode der Diode D 1 ist ferner ein Anschluß eines MOR-Gatters 24- gelegt, ah dessen anderen Eingang die Rückführleitung 21 geführt ist und dessen Ausgang über einen Widerstand R 100 mit dem nichtinvertierenden Eingang 16 verbunden ist. Mit der Anode der Diode D 1 ist ferner ein als Inverter dienendes NAND-Gatter 25 verbunden, dessen Ausgang zum Eingang eines NOR-Gatters 26 geführt ist, dessen Ausgang über die Serienschältung einer Diode D 2 und eines Widerstandes R 102 mit dem invertierenden Eingang 17 verbunden ist. Dabei ist die Diode mit der Anode mit dem Ausgang des NOR-Gatters 26 verbunden. Der zweite Eingang des NOR-Gatters 26 liegt am Ausgang eines als Inverter dienenden NAND-Gatters 27, dessen Eingang über einen Widerstand R 101 mit der zweiten Leitung 11 verbunden ist.

Ist der Anschlußclip 13 bei einer konventionellen Zündanlage oder einer Transistorzündanlage an· die Klemme 1 angeschlossen

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und ist der Anschlußclip 12 mit der Klemme 15 oder der Klemme B + verbunden, so erreicht zum' Zeitpunkt t^, "bzw. t[-die Spannung- bei einem Eingangswert von mindestens 30 "Volt die Schaltschwelle des NAND-Gatters 23, wodurch sich der Kondensator C 67, der sich zuvor über den Widerstand R 94 auf die üblicherweise 12 Volt betragende Spannung der Speiseleitung aufgeladen hatte, über D 1 und 23 rasch entlädt, wogegen die Aufladung- über R 94 wegen des sehr viel höheren Widerstandswertes von R 94- langsam erfolgt. Die untere Drehzahlgrenze, bei der die Anordnung noch einwandfrei arbeitet, liegt bei etwa 200 U/min. Die Spannung am Kondensator C 67 erreicht daher nicht die Schaltschwelle der Gatter 24 und 25, an deren Eingang also eine logische 0 liegt. Die logische'0 am Eingang der Gatter 24 und 25 gibt also an, daß die zweite Leitung 11 an der Klemme 1 liegt und daher eine Schwellenanhebung nach dem Zeitpunkt t, erforderlich ist, um bei der konventionellen ebenso wie bei einer Transistorzündung mit Stromregelung ein zuverlässiges Arbeiten zu erzielen. Die .zeitlich verschobene Schaltschwellenanhebung gemäß der Linie yon Fig. 1b wird erzielt durch Rückführen des Ausgangssignales über die Rückführleitung 21. Dabei wird ausgenutzt, daß das Ausgangssignal gegenüber dem Zeitpunkt t? etwas verschoben ist. Sobald also nach dem Ansprechen des NAND-Gatters 23 am einen Eingang des- NOR-Gatters 24 die logische 0 liegt und über die Rückführleitung 21 nochmals eine logische 0 zugeführt wird', wird die Schwelle über das NOR-Gatter 24 und den Widerstand R 100 auf den Pegel gemäß der Schaltschwelle 4 nach Fig. 1b angehoben. Diese Maßnahme hat ferner den Vorteil,

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daß gleichzeitig Störungen vom Regler der Lichtmaschine bei Fahrzeugen mit Vorwiderstand in der Leitung zur Klemme 15 eliminiert werden. Das NAKD-Gatter 25 verhindert eine Beeinflussung des Einganges 17 über das NOR-Gatter 26, die Diode D und den Widerstand R 102, weil D. 2 in Sperrichtung vorgespannt ist und der Ausgang des Gatters 26 auf O liegt.

Erreicht dagegen die Spannung an der zweiten Leitung 11 nicht den Schwellwert von 30 "Volt, so ergibt sich daraus, daß die Zündanlage ein Schaltgerät umfaßt und der Anschlußclip 13 am Steuereingang des Schaltgerätes oder an dessen Drehzahlmesserausgang angeschlossen ist. Da nunmehr das NAND-Gatter 23 nicht anspricht, bleibt der Ausgang des NOR-Gatters 24- ständig auf 0, weil nämlich wegen der fehlenden Entladung des Kondensators C 67 dessen Spannung auf der Betriebsspannung und damit auf logisch 1 liegt. Der Widerstand R 100 liegt dabei praktisch parallel dem Widerstand R 96, was jedoch keine Rolle spielt, da R 100 ungefähr 30 mal so groß ist wie R 96. Die Schaltschwellenänderung muß daher entweder entsprechend Fig. 1c oder Fig. 1d erfolgen. Erreicht die Spannung auf der zweiten Leitung 11 die Schaltschwelle des NAND-Gatters 27, die zwischen 4- und 6 Volt liegt- (unterer Bereich der Schaltschwelle nach Fig. 1c bzw. 1d), so wird der Ausgang des NAND-Gatters logisch 0. Der Ausgang des NAND-Gatters 25 ist ebenfalls logisch 0, weil sein Eingang, nämlich die Spannung des Kondensators C 67, wie zuvor erwähnt, logisch 1 ist. Damit wird der Ausgang des NOR-Gatters 26 logisch 1 und es wird die Vorspannung am invertierenden"Eingang.17 über die Diode D 2 und

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den Widerstand R 102 so stark angehoben, daß der
Operationsverstärker 15 anspricht. Unterschreitet die Spannung an der zweiten Leitung 11 die Schaltschwelle des NAND-Gatters 27, so geht der Ausgang des NOR-Gatters. 26 auf logisch 0 und die Diode D 2 sperrt. Damit ist die Schaltschwellenverschiebung aufgehoben und es liegt die Schaltschwelle wieder im oberen Bereich des Kurvenzuges 7 von Fig. 1c mit einem Abstand von etwa
1,2 Volt gegenüber der Geraden 6. Dies wird durch die Vorspannung über die Widerstände R 95» R 97 erreicht.

Der einer e-Funktion folgende Verlauf der Schaltschwelle gemäß 7' in Fig. 1d ergibt sich selbsttätig deshalb,
weil die Spannung am Eingang 16 der Spannung an der
ersten Leitung 10 mit einem Abstand von 1,2 Volt folgt.

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Claims

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6.6.1978

ROBERT BOSCH GMBH' "7OOQ STUTTGART 1

Ansprüche

rn Einrichtung zur Schließwinkelmessung in eine Zündspule enthaltenden Batteriezündanlagen für Brennkraftmaschinen, mit einer die von der Zündanlage abgenommenen elektrischen Spannungen umsetzenden Auswerteschaltung mit einem Operationsverstärker im Eingang und einem den Schließwinkel darstellenden Anzeigegerät, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerte schaltung (14-) eine selbsttätig auf die unterschiedlichen Spannungspegel am Eingang reagierende Schwellwerterkennung und -anpassung bzw. -umschaltung vorgeschaltet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Leitung (10), die zum Anschluß an die Zündspule oder den Pluspol der Batterie bestimmt ist,, über einen Vorwiderstand (R 93) mit einem nichtinvertierenden Eingang (16)

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des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, der außerdem über einen kleineren Widerstand (R 96) mit Masse verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Leitung-(11), die zum Anschluß an den Unterbrecherkontakt, den Steuereingang oder den Tachodynamoausgang eines Schaltgerätes vorgesehen ist, einerseits über die Serienschaltung eines großen (E 91) und eines kleinen Vorwiderstandes (R 92) und andererseits über ein logisches Netzwerk (25 bis 27) mit dem invertierenden Eingang (17) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, der von einem Spannungsteiler (R 951 R 97) auf einem Bezugspotential gehalten ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbindung zwischen großem (R 9.1) und kleinem Vorwiderstand (R 92) eine logische Schaltung (23, 24) angeschlossen ist, an die ferner ein Ausgangssignal der Auswert es chaltung "(14) über eine Rückführleitung (21) zugeführt ist und deren Ausgang mit dein nicht invertierenden Eingang (16) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (23, 24) ein zwischen die beiden Vor-

' widerstände (R 91, R 92) angeschlossenes NAND-Gatter (23) .umfaßt, das über eine Diode (D 1) mit einer an der Speisespannung (22) liegenden Serienschaltung eines.Widerstandes (R 9^) und eines Ladekondensators (C 67) angeschlossen ist', an dem außerdem ein Eingang eines NOR-Gatters (24) angeschlossen ist, das über einen Widerstand (R 100) mit dem nichtinvertierenden Eingang (16) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist und dessen anderem Eingang das Ausgangssignal über die Rückführleitung (21) zugeführt ist.

6. Einrichtung nach.einem der Ansprüche 3 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß das logische Netzwerk (25 bis 27) ein NOR-Gatter (26) umfaßt, das über eine Diode (D 2) und einen .dazu in Reihe liegenden Widerstand (R 102) mit dem invertierenden Eingang (17) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, daß dem einen Eingang des NOR-Gatters (26) ein NAND-Gatter (25) vorgeschaltet ist, das an dem Ladekondensator (C 67) angeschlossen ist,und daß dem anderen Eingang

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des FOR-Gatt'ers (26) ein NAND-Gatter (27) vorgesclaaltet ist, das über einen Widerstand (R 101) mit der zweiten Leitung (11) verbunden ist.

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