DE2842998C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von drehzahlabhängigen Steuersignalen, insbesondere für Zündanlagen mit einer Schließwinkelsteuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erzeugung von drehwinkelabhängigen Steuersignalen, insbesondere für Zündanlagen mit einer Schließwinkelsteuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinen, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Vorrichtung aus der DE-OS 25 49 586 und der DE-OS 28 07 498 für Zündanlagen bekannt, bei der das Steuersignal, bzw. das Schließwinkelsignal, ab einer bestimmten Drehzahl sprunghaft vergrößert wird. Da in der Zündspule einer Zündanlage für jeden Zündvorgang eine bestimmte Energie gespeichert werden muß, sollte die Stromflußzeit immer möglichst konstant bleiben. Da das diese Stromflußzeit steuernde Signal einer Geberanordnung jedoch in erster Näherung winkelkonstant ist, ergibt sich mit wachsender Drehzahl eine Verkürzung der Stromflußzeit. Um diese Verkürzung infolge des Gebersignals auszugleichen, wird gemäß dem angegebenen Stand der Technik das Gebvirsignal ab einer bestimmten Drehzahl sprunghaft vergrößert. Dies erfolgt durch Veränderung der Triggerpegel für die Geberspannung.

Auch aus der DE-OS 27 01 968 ist eine Schließwinkel-Steuerungseinrichtung bekannt, die von einem Grundschließwinkel ausgehend das Schließwinkelsignal mit wachsender Drehzahl kontinuierlich winkelmäßig vergrößert, um die zeitliche Dauer konstant zu halten.

Manche dafür geeignete Geberanordnungen, wie z. B. induktive Geberanordnungen, erzeugen Gebersignale, die aus positiven und negativen Halbwellen bestehen. Aus technologischen Gründen werden die Triggerpegel der nachgeschülteten Schwellwert-Erkennungseinrichtung so gelegt, daß diese Schwellwert-Erkennungseinrichtung beim Übeischreiten eines positiven Schwellwerts in einen ersten Schaltzustand versetzt wird und bei Unterschreiten eines negativen Schwellwerts in einen zweiten Schaltzustand. Andere Geberanordnungen wiederum, wie z. B. Hall-Geber, erzeugen unipolare Gebersignale. Eine Ansteuerung einer Schwellwert-Erkennungseinrichtung, die für eine Geberanordnung mit bipolaren Gebersignalen ausgelegt ist, durch eine Geberanordnung, die unipolare Gebersignale erzeugt, ist nicht möglich, da der negative, zweite Schwellwert durch das Gebersignal der unipolaren Geberanordnung nicht erreicht wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß - wie später zu Fig. 2 noch ausführlich erläutert wird - bei niedrigen Drehzahlen beim Einsatz in Zündanlagen ein zu langes Signal erzeugt wird, das eine unerwünscht hohe Verlustleistung in der Zündspule zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von drehwinkelabhängigen Steuersignalen so weiterzubilden, daß sie mittels unterschiedlicher Geberanordnungen ansteuerbar ist und trotzdem gleichgeartete Ausgangssignale erhalten werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine Ansteuerung dieser Vorrichtung sowohl durch Geberanordnungen mit bipolaren Ausgangssignalen (z. B. induktive Geber), wie auch mit unipolaren Ausgangssignalen (z. B. Hall-Geber) erfolgen kann. Dabei braucht auf die technologisch günstige Verlegung eines Triggerpegels in den negativen Bereich für Geberanordnungen mit bipolaren Ausgangssignalen nicht verzichtet werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die gemeinsame Ansteuerung der ersten Schwellwert-Erkennungseinrichtung,

deren Ausgangssignal das Ausgangssignal der gesamten Vorrichtung darstellt, durch die Schwellwert-Erkennungseinrichtung zur Verschiebung des negativen Schwellwerts in den positiven Bereich sowie durch die Schwellwert-Erkennungseinrichtung zur winkelmäßigen Verkleinerung des Ausgangssignals, insbesondere durch Erhöhung des positiven Einschaltschwellwerts.

Zeichnung

Ein Ausiührungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Anforderungen für ein Ausgangssignal, das zu Steuerung von Zündanlagen vewendbar ist, Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels bei Ansteuerung durch einen induktiven Geber, Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels bei Ansteuerung durch einen Hall-Geber und Fig. 5 eine schaltungsmäßige Realisierungsmöglichkeit einer Schwellwertumschaltung bei einem Schmitt-Trigger.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel weist eine Geberanordnung 10 auf, die aus einem rotierenden Teil 11 besteht, das z. B. beim Einsatz in einer Brennkraftmaschine durch die Kurbel- oder Nockenwelle angetrieben wird. Dieses rotierende Teil 11 weist Markf.n 12 auf, die von einem Aufnehmer 13 abgetastet werden. Ist diese Abtastung, z. B. induktiv, so entsteht ein bipolares Geberausgangssignal gemäß Fig. 3. Erfolgt die Abtastung unter Anwendung des Hall-Effekt, so entsteht ein unipolares Ausgangssignal gemäß Fig. 4.

Der Geberausgang ist mit den Eingängen zweier nichtinvertierender Schmitt-Trigger 14,15 sowie mit einem Eingang eines invertierenden Schmitt-Triggers 16 verbunden. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 15 ist über ein z. B. als RC-Glied ausgebildetes Verzögerungsglied 17 mit einem Eingang eines ODER-Gatters 18 verbunden, dessen Ausgang an einem Steuereingang des ersten Schmitt-Triggers 14 zur Veränderung dessen Triggerschwellen angeschlossen ist. Der Ausgang des invertierenden Schmitt-Triggers 16 ist an einen weiteren Eingang des ODER-Gatters 18 angeschlossen.

Der Ausgang des ersten Schmitt-Triggers 14 ist über eine Ausgangsklemme 19 an eine elektrische Anlage 20 angeschlossen, die durch das Ausgangssignal der Anordnung 10 bis 19 gesteuert werden soll. Eine solche Anlage 20 ist z. B. die Zündanlage für eine Brennkraftmaschine.

Durch das in Fig. 2 dargestellte Diagramm sollen die Probleme bei der Verwendung einer Anordnung 10 bis 19 zur Steuerung einer Zündanlage 20 deutlich gemacht werden. Auch bei anderen Anwendungsmöglichkeiten können ähnliche Probleme auftreten. Die Kurve A ist eine typische Kennlinie für einen induktiven Geber. Sie zeigt die Abhängigkeit des Winkels α, während dem ein Ausgangssignal auftritt, in Abhängigkeit von der Drehzahl n. Für eine Zündanlage ist jedoch ein Signal erforderlich, das etwa der Kurve B entspricht, d. h. mit wachsender Drehzahl muß der Winkel des Ausgangssignals kontinuierlich größer werden, um eine zeitliche Konstanz zu erreichen. Beim eingangs angegebenen Stand der Technik wird das Ausgangssignal eines induktiven Gebers gemäß der Kurve A zur Erzeugung eines Grundschließwinkels für eine Zündanlage verwendet, dem durch die Schließwinkelsteuerungseinrichtung nach dem Prinzip der Schließwinkelvergrößerung mit wachsender Drehzahl immer größer werdende Teilsignale zugefügt werden, um, ausgehend von einem Kurvenverlauf A zu einem Kurvenverlauf B zu gelangen. Dies gelingt ab einer Grenzdrehzahl no aufwärts ohne Schwierigkeiten. Unterhalb dieser Grenzdrehzahl verläuft die Kurve A jedoch oberhalb der Kurve B, wodurch eine zu lange Schließzeit erzielt wird, was zu einer unnötig hohen Verlustleistung führt. Durch den Schmitt-Trigger 16 in Zusammenwirkung mit dem Schmitt-Trigger 14 wird ein Kurvenverlauf C erreicht, durch den eine deutliche Verringerung der Verlustleistung (schraffierter Bereich) erzielt wird.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird in folgenden anhand des Diagramms gemäß Fig. 3 bei Verwendung eines induktiven Gebers als Geberanordnung 10 erläutert. Die Geberspannung i/10 ist einmal für sehr kleine Drehzahlen und einmal für größere Drehzahlen dargestellt. Hierbei werden als größere Drehzahlen solche angesehen, die z. B. über no = 500 Umdrehungen pro Minute liegen. Im ersten Zyklus liegt die Drehzahl unter no. d. h.. die punktiert dargestellten Schwellwerte 516 des Schmitt-Triggers 16 werden nicht erreicht, und es entsteht kein Signal t/16. Der Schmitt-Trigger 14 schaltet bei Überschreiten seiner Einschaltschwelle 514<? ein und bei Unterschreiten seiner Ausschaltschwelle 514a (jeweils durch eine durchbrochene Linie dargestellt) aus. Der Schmitt-Trigger 15 schaltet bei Überschreiten der Schwelle 515e ein und bei Unterschreiten der Schwelle UlSa aus, wodurch an seinem Ausgang ein Signal i/15 entsteht. Dieses Signal UlS wird durch das Verzögerungsglied 17 um ν verzögert. Das Signal 1/17 liegt über das ODER-Gatter 18 am Steuereingang des Schmitt-Triggers 14 an und verändert während der Dauer seines Vorliegens die Triggerschwellen des Schmitt-Triggers 14 von den Werten 514e und 514a zu den Werten 514e' und 514a'. Diese veränderten Schwellwerte sind durch strichpunktierte Linien dargestellt. Die Veränderung der Schwellen wirkt sich jedoch auf das Signal t/14 nicht aus, da beim Entstehen der veränderten Einschaltschwelle 514e' der Einschalt-Vorgang für das Signal i/14 bereits stattgefunden hat und bis zum Ende des Signals «17 ist weder die Schwelle 514a noch die Schwelle 514a' erreicht.

Beim zweiten, in Fig. 3 dargestellten Zyklus ist die Drehzahlschwelle no überschritten, d. h., die Geberspannung i/10 überschreitet die Schwellen 516. Da es sich bei dem Schmitt-Trigger 16 um einen invertierenden Schmitt-Trigger handelt, erfolgt eine Einschaltung bei Unterschreiten der Einschaltschwelle 516e und ein Ausschalten bei Überschreiten der Ausschaltschwelle 516a. Während dieser Zeit wird ein Signal t/16 erzeugt, das über das ODER-Gatter 18 die Schwellwerte des Schmitt-Triggers 14 wiederum von 514 auf 514' umschaltet. Dies wirkt sich nun für den Signalbeginn des Signals t/14 aus, da zu diesem Zeitpunkt infolge des Signals t/16 die Einschaltquelle 514e' wirksam ist. Für das Signalende des Signals t/14 wirkt sich dagegen weder das Signal t/16 noch - wie bereits beschrieben - das Signal t/17 aus, da diese Signale bereits beendet sind, bevor eine der Schwellen 514a oder 514a' durch die Geberspannung t/10 erreicht wird. Durch die höher gelegte Einschaltschwelle wird jedoch eine sprunghafte Verkürzung des Signals t/14 erreicht, wenn die Geberspannung UlO die Schwellen 516 überschreitet. Bei einem induktiven Geber ist somit die Anordnung 15,17 ohne jede Einwirkung auf das Signal t/14, dagegen verkürzt der Schmitt-Trigger 16 das Signal t/14 bei Überschreiten der Grenzdrehzahl no.

In Fig. 4 sind die Verhältnisse dargestellt, wie sie sich bei Ausbildung der Geberanordnung 10 als Hall-Geber

darstellen. Für andere Geberanordnungen mit entsprechenden, unipolaren Ausgangssignalen gilt das folgende entsprechend. Da das Signa! i/17 verzögert auftritt, ist für die Einschaltung des Signals t/14 der Schwellwert SUe maßgeblich. Dies ist jedoch insofern ohne Bedeutung, als der Schwellwert S14e' praktisch zum gleichen Zeitpunkt überschritten wird. Eine Beendigung des Signals 14 durch Unterschreiten des Signalpegels 514a durch das Gebersignal t/10 ist niemals möglich, da das Gebersignal keine negativen Werte annehmen kann. Hier wirkt sich jedoch die Zeitverzögerung ν aus, d. h., bei der Rückflanke eines Signals ΙΊ0 liegt das Signal UVJ noch an, durch das der Schwellwert S14a' als Ausschaltschwellwert geschaltet ist. Es erfolgt somit gleichzeitig mit der Rückflanke eines Signals t/10 eine Rückflanke eines Signals t/14. Wird die Drehzahl no überschritten, so hat dies keinerlei Auswirkungen, da der Einschaltschwellwert S16e für den Schmitt-Trigger 16 durch das Signal t/10 niemals erreicht werden kann, da auch er negativ ist. Darüber hinaus ist die Amplitude des Hallgeber-Ausgangssignals nicht drehzahlabhängig, so daß auch der Schwellwert S16a nicht erreicht werden kann.

Die in Fig. 5 als Beispiel dargestellte, schaltungsmäßige Ausführung des Schmitt-Triggers 14 besteht aus einem Operationsverstärker 21 dessen Ausgang an die Klemme 19 und dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 22 mit der Geberanordnung 10 in Verbindung steht. Dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 21 ist über einen Widerstand 23 eine Referenzspannung zugeführt. Ein Widerstand 24 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers 21 mit dessen nicht-invertierendem Eingang. Eine solche schaltungsmäßige Realisierung eines Schmitt-Triggers durch einen Operationsverstärker ist aus der Fachliteratur allgemein bekannt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 21 ist über einen, aus zwei Widerständen 25,26 bestehenden Spannungsteiler an eine, ein positives Potential führende Klemme 27 angeschlossen. Der Abgriff des Spannungsteilers 25, 26 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 28 an Masse angeschlossen. Die Basis des Transistors 28 ist an den Ausgang des ODER-Gatters 18 angeschlossen.

Die Ein- und Ausschaltschwellen des Triggers sind zunächst durch die Potentialverschiebung, die durch das Widerstandsverhältnis der Widerstände 23, 24 hervorgerufen wird, bestimmt. Ist der Transistor 28 infolge eines Signals t/17 oder t/16 stromleitend, so fließt durch den Widerstand 25 ein Strom ab, der durch einen entsprechend höheren Strom durch den Widerstand 22 kompensiert werden muß, d. h., die Geberspannung muß positivere Werte haben. Ist der Halbleiterschalter 28 gesperrt, so wird über die Widerstände Ä26 und Ä25 ein Strom eingespeist, der den über den Widerspruch 22 und den Geber nach Masse fließenden Strom kompensiert. Die Schwellen verschieben sich dadurch ins Negative.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von drehwinkelabhängigen Steuersignalen, insbesondere für Zündanlagen mit einer Schließwinkelsteuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einer rotierenden Geberanordnung, deren wenigstens vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal einer Schwellwert-Erkennungseinrichtung zugeführt ist, die bei Überschreiten eines ersten, positiven Schwellwerts durch die Geberspannung in einen ersten Schaltzustand und bei Unterschreiten eines zweiten, negativen Schwellwerts in einen zweiten Schaltzustand versetzbar ist und daß Mittel zur Schwellwertverschiebung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schwellwert-Erkennungseinrichtung (15) vorgesehen ist, die einen positiven Einschaltschwellwert und einen positiven Ausschaltschwellwert aufweist, daß durch das Ausgangssignal der zweiten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (15) der zweite, negative Schwellwert der ersten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (14) in den positiven Bereich verschoben wird, und daß ein Zeitverzögerungsglied (17) vorgesehen ist, durch das die Rückverschiebung des zweiten Schwellwerts in den negativen Bereich verzögert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (16) vorgesehen sind, durch die Steuersignale oberhalb einer festlegbaren Drehzahl winkelmäßig verkleinert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel (16) als weitere Schwell wert-Erkennungseinrichtung ausgebildet sind, deren Ein- und Ausschaltschwellwerte erst bei der höheren, festlegbaren Drehzahl durch die Geberspannung erreichbar sind und daß durch das Ausgangssignal dieser weiteren Schwellwert-Erkennungseinrichtung (16) wenigstens der positive Schwellwert der ersten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (14) in die positive Richtung verschoben wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der zweiten (15) sowie das Ausgangssignal der weiteren Schwellwert-Erkennungseinrichtung (16) die gleichen Verschiebungen der Schwellwerte der ersten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (14) bewirken.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die erste Schwellwert-Erkennungseinrichtung (14) als Schmitt-Trigger ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmitt-Trigger ein beschalteter Operationsverstärker (21) vorgesehen ist und daß die Verschiebung der beiden Schwellwerte durch Stromsummation an einem Eingang des Operationsverstärkers (21) erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ausgangssignal der zweiten (15) und/oder weiteren Schwellwert-Erkennungseinrichtung (16) ein Halbleiterschalter (28) steuerbar ist, durch den ein Eingriff in einen mit einem Eingang des Operationsverstärkers (28) verbundenen Spannungsteiler (25, 26) erfolgt.