DE2941963A1

DE2941963A1 - Schaltungsanordnung zum begrenzen der drehzahl eines motors

Info

Publication number: DE2941963A1
Application number: DE19792941963
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. 7121 Ingersheim Schleupen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1979-10-17
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2467996A1; DE2941963C2; FR2467996B1

Description

p. 5794

2. Oktober 1979 A 50 R/Bn

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Drehzahl eines Motors

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Die Drehzahl eines Otto-Motors,wie auch jeder sonstigen Verbrennungskraftmaschine darf einen kritischen oberen Drehzahlwert nicht für längere Zeit überschreiten, wenn schwerwiegende Störungen oder auch nur stärkerer Verschleiß verhindert werden sollen. Die Begrenzung der Drehzahl ist daher wichtig, insbesondere bei solchen Otto-Motoren, die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Da beim Unterbrechen der Zündung der Motor keine Leistung mehr abgibt, ist das Unterbrechen der Zündung eine wirkungsvolle Möglichkeit, die Drehzahl zu begrenzen. Wird der Primärstrom der Zündspule zu einem beliebigen Zeitpunkt unterbrochen, so ist insbesondere

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bei der Verwendung eines elektronischen Zündgeräts in vielen Fällen mit dem Auftreten einer Frühzündung zu rechnen, die insbesondere dann zu Schäden führen kann, wenn sie häufig auftritt.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß Frühzündungen mit Sicherheit vermieden sind. Das Unterbrechen des Primärstroms der Zündspule erfolgt gleichzeitig mit dem Auftreten oder während der Dauer eines Zündimpulses, also zum gleichen Zeitpunkt, zu dem eine Zündung erfolgen soll und daher zu einem Zeitpunkt zu dem der Primärstromkreis durch das Zündgerät auch ohne DrehzahlÜberschreitung unterbrochen würde.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch beschriebenen Erfindung gekennzeichnet. So kann gemäß Anspruch 2 in einfacher Weise ein D-Flipflop zur Synchronisierung des Abschaltens des Primärstroms mit einem Zündsignal vorgesehen sein. Die im Anspruch 3 beschriebene Ausführungsform ist unabhängig von den Merkmalen des Anspruchs 1 schutzfähig, also auch bei solchen Schaltungsanordnungen, bei denen das Abschalten des Primärstroms zwecks Drehzahlbegrenzung nicht mit den Zündsignalen synchronisiert ist;

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Ein derartiges Vorgehen ist beispielsweise bei solchen Zündanlagen ohne die Gefahr der oben erwähnten Schaden möglich, bei denen zum Erzeugen der Zündfunken der Primärstromkreis durch einen mechanischen Unterbrecherkontakt unterbrochen wird. Der Vorteil der im Anspruch beschriebenen Ausfuhrungsform liegt darin, daß Spannungsänderungen der Betriebsspannungsquelle, mit denen in einem Kraftfahrzeug häufig zu rechnen ist, keinen Einfluß auf die Genauigkeit haben, mit der das überschreiten der vorgegebenen Drehzahl festgestellt wird. Die Anordnung kann so getroffen werden, daß das überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl zur Folge hat, daß die Ladespannung des Kondensators einen vorgegebenen Wert unterschreitet, weil er zwischen z.B. zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen nicht ausreichend aufgeladen wird, wie im später beschriebenen Ausführungsbeispiel, oder es kann die Anordnung so getroffen sein, daß die Ladespannung des Kondensators beim überschreiten der vorgegebenen Drehzahl einen vorgegebenen Wert übersteigt, weil der Kondensator zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen nicht ausreichend stark entladen wird. Die Ausführungsform nach Anspruch Zf bewirkt auf einfache Weise, daß das von der Schaltungsanordnung gegebene Ausgangssignal, das das Abschalten der Zündung bewirkt, immer genau zum Zeitpunkt eines Zündimpulses auftritt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß beispielsweise dann, wenn die Drehzahl anhand der Aufladung des Kondensators zwischen zwei Zündimpulsen überwacht wird, eine Änderung des Ausgangssignals der Schaltungsanordnung während des Entladezyklus des Kondensators nicht erfolgen kann.

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Die Ausführungsform nach Anspruch 5 kann die Sicherheit des Umschaltvorgangs verbessern.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum synchronen Unterbrechen des Primärstroms, Figur 2 das Schaltbild eines bekannten Transistorzündgeräts, in dem die Anschlußpunkte für die Schaltungsanordnung nach Figur 1 eingezeichnet sind, und Figur 3 eine Modifikation der Schaltungsanordnung nach Figur 1, bei der der Primärstromkreis der Zündspule durch ein Relais unterbrochen wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 wird der Eingangsklemme 1 der Schaltungsanordnung das Zündsignal zugeführt, dies ist eine Impulsfolge, deren einzelne positive Impulse in dem in Figur 2 gezeigten Gerät jeweils die Erzeugung eines Zündfunkens veranlassen. Ein Widerstand R2,ein Kondensator Cl und ein Komparator 2 bilden ein Filter und einen Trigger, durch die ein zur Weiterverarbeitung in der Schaltungsanordnung geeignetes Signal erzeugt wird. Das Ausgangssignal des Komparators 2 wird dem Takteingang (C) eines D-Flipflops 3 zugeführt, das in der aus der Figur ersichtlichen Weise rückgekoppelt ist und dessen normaler Ausgang Q mit dem negativen Eingang

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eines Komparators 4 verbunden ist, dessen Ausgang mit dem positiven Eingang eines Komparators 5» über einen Widerstand B6 mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle und über einen Kondensator C2 mit Masse verbunden ist. Der negative Eingang des Komparators 5 ist über einen Widerstand E8 mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle und über einen Widerstand E7 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Komparators 5 führt zum D-Eingang eines D-Flipflops 6, dessen Takteingang mit dem Ausgang Q des D-Flipflops 3 verbunden ist. Der normale Ausgang Q des Flipflops 6 ist mit dem positiven Eingang eines Komparators 7 verbunden, und der negierte Ausgang Q des D-Flipflops ist über die Serienschaltung eines Kondensators C3 und eines Widerstands B10 mit dem negativen Eingang des Komparators 5 und um getrennte Spannungsteiler für die Komperatoren 4 und 7 zu vermeiden mit dem negativen Eingang des Komparators 7 sowie mit dem positiven Eingang des Komparators 4 verbunden. Die kurzzeitige Spannungsänderung am Verbindungspunkt vom R8 und R7 ist bei den Komparatoren 4 und 7 belanglos, da diese nun als digitale Treiber wirken. Der Ausgang des Komparators 7 steuert einen Transistor T1 an, der zum Blockieren der Endstufe eines Zündungssteuergeräts dient. Wenn der Transistor T1 leitend ist, wird die Zündung unterbrochen.

In Fig. 1 sind noch weitere Bauelemente eingezeichnet, die dazu dienen, die nötigen Betriebsspannungen an einzelne Schaltungspunkte anzulegen. Die Komparatoren 2, 4, 5 und sind innerhalb einer einzigen integrierten Schaltung 3302 angeordnet, bei diesen Komparatoren sind die Anschlußbezeichnungen dieser integrierten Schaltung angegeben. Gleiches gilt für die beiden D-Flipflops 3 und 6, die innerhalb einer einzigen integrierten Schaltung 4013 angeordnet sind.

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Die in Figur l gezeigte Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Bei jedem am Eingang 1 erscheinenden positiven Spannungsimpuls erscheint am Ausgang des Koroparators 2 ein Impuls umgekehrter Polarität, dessen niedrigster Spannungswert etwa bei Null V, also auf Massepotential liegt. Die Rückflanke dieses Impulses schaltet jeweils das am D-Eingang des D-Flipflops 3 anstehende Signal auf den normalen (Q) Ausgang durch, der somit bei jedem auftretenden Zündimpuls seinen Zustand wechselt. Hat dieses Ausgangssignal den logischen Wert 0 (niedriges Potential), so ist der Ausgang des Komparators i\ ausreichend hochohmig, so daß sich der Kondensator C2 über den Widerstand R6 auflädt, wobei die Auflade-Zeitkonstante im wesentlichen ausschließlich durch die Werte C2 und R6 bestimmt ist. Sobald das Potential am Ausgang des Komparators 4 das durch den Spannungsteiler R8, R7 dem negativen Eingang des Komparators R5 zugeführte Potential überschreitet, liegt am D-Eingang des D-Flipflops 6 ein Signal mit dem logischen Wert 1 (hohes Potential), das jedoch zu diesem Zeitpunkt noch nicht zum normalen Ausgang Q durchgeschaltet wird. Dies erfolgt erst, wenn bei dem nächsten Auftretenden Zündimpuls der Ausgang Q des D-Flipflops den Wert 1 annimmt. Gleichzeitig wird der Ausgang des Komparators k ausreichend niederohmig, so daß sich der Kondensator C2 selbst bei der höchsten zulässigen Drehzahl bis zum auftretenden nächsten Zündimpuls sicher entladen kann. Das infolge der Entladung des Kondensators C2 am Ausgang des Komparators erscheinende Signal mit dem Wert 0 wird nicht zum

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Ausgang des D-Flipflops 6 übernommen, weil dieses Flipflop als Taktsignal nur positive Impulsflanken verarbeitet.

Das in Figur 2 gezeigte kontaktlos gesteuerte Transistorzündungs-Schaltgerät ist bekannt und wird daher nicht im einzelnen beschrieben. Die Klemme 15 liegt am positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle, im Ausführungsbeispiel also der Fahrzeugbattarie, die Klemme J>] liegt an Masse. Der Klemme 7 wird über einen kontaktlosen Geber ein die Zündung auslösendes Signal zugeführt, das in dem Gerät nach Figur 2 noch weiter aufgearbeitet wird. Die Klemme 16 ist mit einem Anschluß der Primärwicklung der Zündspule 17 verbunden, deren anderer Anschluß über einen Widerstand an dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle liegt.

Die in Figur 1 gezeigte Schaltungsanordnung wird an den in Figur 2 eingezeichneten Schaltungspunkten A, B, C und D angeschaltet, diese Bezeichnungen sind auch in Figur 1 eingetragen. Solange die höchstzulässige Drehzahl nicht überschritten ist, erzeugt das Gerät nach Figur 2 die Zündimpulse dadurch, daß es den Strom durch die Primärwicklung der Zündspule 17 periodisch unterbricht. Zum Unterbrechen des Stromflusses dienen zv/ei Transistoren T7 und Τδ, die als Darlington-Schaltung geschaltet sind und die durch einen Transistor T6 angesteuert v/erden. Sobald die höchst zulässige Drehzahl überschritten wird, erscheint am Ausgang des Komparators 5 der Figur 1 ein Signal mit dem logischen

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Wert O, weil dann der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zündsignalen so kurz ist, daß sich der Kondensator C2 nicht mehr so stark aufladen kann, daß seine Spannung die am negativen Eingang des Komparators 5 liegende Spannung überschreitet. Dieses Ausgangssignal des Komparators 5 wird mit dem nächsten dem Takteingang des D-Flipflops 6 zugeführten positiven Impuls zum Ausgang Q dieses Flipflops durchgeschaltet und bewirkt, daß der Transistor T1 leitend wird und so lange leitend bleibt, bis die Drehzahl wieder abgesunken ist. Wenn der Transistor TI leitend ist, ist die am Transistor T6 (Figur Z) wirksame Basis-Emitter-Spannung so gering, daß dieser Transistor T6 ständig gesperrt bleibt, und daher bleiben auch die Transistoren T7 und T8 gesperrt, durch die Primärwicklung der Zündspule 17 fließt kein Strom. Wie bereits erläutert, erfolgt das Leitendwerden des Transistors TI gleichzeitig mit oder höchstens mit einer unschädlichen Verzögerung gegenüber dem in der Schaltung nach Figur 2 zwecks Erzeugung eines Zündfunkens erfolgenden Sperren des Transistors T6, so daß eine Frühzündung oder das Auftreten zweier aufeinanderfolgender Zündfunken verhindert ist.

Die in Figur 1 gezeigte Schaltung eignet sich mit einer geringen Änderung auch dazu, den Primärstrom der Zündspule zwecks Drehzahlbegrenzung durch ein Relais zu unterbrechen. Es ändert sich lediglich die auf den Ausgang des Komparators 7 nach Figur 1 folgende Schaltung, und diese ist in Figur 3 dargestellt. Dem Ausgang des Komparators 7 ist ein Transistor T9 nachgeschaltet,

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zwischen dessen Collector und dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle die Arbeitsspule eines Relais 20 eingeschaltet ist. Fig. 3 zeigt den Schaltzustand des Relais bei zu hoher Drehzahl, die Zündung ist also abgeschaltet, im normalen Fahrzustand mit zulässiger Drehzahl des Antriebsmotors steht die Primärwicklung der Zündspule 17 über den Relaiskontakt 21 mit dem positiven Pol der Fahrzeugbatterie in Verbindung, zwischen den anderen Anschluß der Primärwicklung und Masse ist ein Schaltgerät 22 beliebiger Art eingeschaltet, das zwecks Erzeugung der Zündfunken den Stromfluß unterbricht. Zur Vermeidung von Zündfunken beim Umschalten des Relais, was durch die Verzögerung des Relais nicht synchron erfolgt, sind noch Dioden D3 und D4- und ein Widerstand R22 vorgesehen. Bei ausreichend niedriger Drehzahl hält das positive Ausgangssignal des Komparators 7 den Transistor T9 leitend, es kann also ein zum Anziehen des Relais ausreichender Strom durch die Arbeitsspule 20 fließen. Beim Überschreiten der Drehzahl schaltet der Transistor T9 ab, und das Relais 20 fällt ab.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung eignet sich gut dazu, größtenteils als integrierte Schaltung verwirklicht zu werden. Hierzu kann nach entsprechender Umgestaltung der Schaltung in eine hochohmigere Ausführung der Kondensator C3 durch eine in Sperr-Richtung betriebene Diode ersetzt werden. Alle Widerstände, mit Ausnahme des Widerstandes R6, der zum Einstellen des gewünschten Schwellenwerts der Drehzahl veränderbar sein sollte, können integriert werden. Der Kondensator C2 kann im Gegensatz zu herkömmlichen

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Schaltungsanordnungen, bei denen ein für die Drehzahl charakteristisches Signal durch Mittelwertbildung erzeugt wird, sehr viel kleiner sein. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen Folienkondensator mit einer Kapazität von 0,33 uF.

Die Werte für die Einzelbauelemente in Figur 1 werden nachfolgend angegeben. R1: 10 kf?, R2: 100 kV , R3: 33 k^?, B4: 8,2 k .7, R^: 56 k Q, R6: einstellbar, R7: 100 k^ , R8: 33 k .7 , R9: 100 k·? , E10: 10 k.?, R11: 1 k Λ , R12: 1 k.;, R13: 1 kli , H14: 24 k.V, B16: 24 k., , C1: 470 pF, C3: 440 nF (Wert nur für Musterdimensionierung, kann in IC wesentlich kleiner sein). Der Transistor T1 ist ein BCT78X, der Transistor T2 ein BCY58x.

Die in Fig. 1 nicht gezeigten Anschlüsse 4, 8 und 10 der die Flipflops enthaltenden integrierten Schaltung liegen an der Spannung

Durch den Kondensator C3, der das Ausgangssignal des Ausgangs Q des D-Flipflops 6 auf den negativen Eingang des Komparators 5 zurückkoppelt, wird im Augenblick des Umschaltens des D-Flipflops 6 der Umschaltvorgang beschleunigt, ohne jedoch die Ansprechschwelle des Komparators 5 zn verändern, der Kondensator C3 bewirkt also eine dynamische Hysterese.

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Claims

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Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Drehzahl eines Motors

Ansprüche

\L Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Drehzahl eines Otto-Motors durch Unterbrechen der Zündung beim überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Unterbrechen des Primärstroms einer Zündspule (17) ausgebildet ist, und daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die das Unterbrechen des Primärstroms nur gleichzeitig mit dem Auftreten eines Zündsignals oder kurz danach zuläßt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein D-Flipflop (6) aufweist.

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3. Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Drehzahl eines Otto-Motors durch Unterbrechen der Zündung beim überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (5) vorgesehen ist, dessen einer Eingang an einem Abgriff eines zwischen zwei Schaltungspunkte unterschiedlichen Potentials eingeschalteten Spannungsteilers (R7, R8) angeschaltet ist,, daß zischen die gleichen Schaltungspunkte die Serienschaltung eines Widerstands (R6)und eines Kondensators (C2) eingeschaltet ist, deren Verbindungspunkt mit dem anderen Eingang des Komparators (5) verbunden ist, daß parallel zum Kondensator (OZ) ein>_t steuerbarer Schalter (Komparator if) geschaltet ist, der durch die Zündsignale abwechselnd leitend gesteuert und gesperrt wird.

4· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (5) mit dem D-Eingang des D-Flipflops (6) verbunden ist, dessen Takteingang (C) ein Taktsignal zugeführt ist, dessen Folgefrequenz der Sehaltfrequenz des steuerbaren Schalters (Komparator k), zwischen gleichen Sehaltzuständen gemessen, entspricht und daß der Ausgang des D-Flipflops (6) mit einer den Primärstrom der Zündspule (17)

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unterbrechenden Einrichtung (7, T1, T6, T7, T8; 7_P T9, 20) verbunden ist.

5o Schaltungsanordnung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwirklichung einer dynamischen Hysterese ein Ausgang (Q)des D-Flipflops (6) kapazitiv (C3) mit einem Eingang des !Comparators (5) gekoppelt ist.

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