DE3003722A1

DE3003722A1 - Elektrische schaltung mit einer temperaturabhaengigen schaltverzoegerung

Info

Publication number: DE3003722A1
Application number: DE19803003722
Authority: DE
Inventors: Jorgen Hansen
Original assignee: Elmwood Sensors Inc
Current assignee: Elmwood Sensors Inc
Priority date: 1979-02-05
Filing date: 1980-02-01
Publication date: 1980-08-14
Also published as: GB2045986B; GB2045986A; FR2447827A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einer temperaturabhängigen Schaltverzögerung. .

Eine temperaturabhängige Schaltverzögerung wird beispielsweise für das Starten der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges verlangt. Um den Startvorgang bei relativ niedrigen Umgebungstemperaturen zu erleichtern, sind bis heute in aller Regel Hilfsvorrichtungen vorgesehen, die vorübergehend eine Anreicherung des Brennstoff-Luft-Gemisches bewirken oder alternativ dazu eine Vorwärmung des Brennstoffes bzw. eine Beschleunigung der Brennstoffzufuhr. Damit solche Hilfsvorrichtungen vorrangig hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs optimal arbeiten, müssen sie entsprechend exakt auf die Zeitdauer gesteuert werden, über welche sie solche Hilfsvorkehrungen bewirken sollen. Bei den Hilfsvorrichtungen, die speziell für eine Starthilfe bei sehr niedrigen Außentemperaturen ausgebildet sind, sollte folglich eine von dieser Umgebungstemperatur abhängige Steuerung verwirklicht sein, die dann beispielsweise so eingestellt werden kann, daß sie bei nur mäßigen Außentemperaturen jede Einschaltung einer solchen Hilfsvorrichtung in den Startvorgang verhindert.

Indem für solche Kontrollfunktionen bis Jetzt nur mehr oder weniger mechanische oder auch elektromechanische Steuerungen eingesetzt sind, wird mit der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer aus Festkörpern zusammengestellten Alternative angestrebt.

Nach der Erfindung wird demgemäß eine elektrische Schaltung mit einer temperaturabhängigen Schaltverzögerung

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vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen Spannungsteiler, der einen bei einer abnormalen bzw, regelwidrigen Temperatur einem plötzlich Wechsel seines Widerstandes unterliegenden Temperaturfühler umfaßt, und eine mit dem Spannungsteiler so verbundene Halbleiter-Schalteinrichtung„ daß deren Schaltzustand von dem Widerstand des Temperaturfühlers abhängig ist, der beim Auftreten eines Erregerstroaes durch Joulesche Wärme mit einer im wesentlichen fixen Rate von der Umgebungstemperatur aus erwärmt wird für einen zur Änderung des Schaltzustandes..der... Halbleiter-Schalteinrichtung führenden und in Abhängigkeit -von .der. Umgebungstemperatur verzögerten Wechsel des Widerstandes.......

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann der Temp eratur fühler, einen positiven Tejnperaturkoeffizienten seines Widerstandes; aufweisen und für die Erzeugung der J©uleschen Warme eine Selbsterhitzung erfahren, sobald ein Stromfluß durch den Spannungsteiler stattfindet. Besonders in dieser Ausführungsform -sollte der Temperaturfühler dann auch in eine wärmeisolierende Materie eingepackt sein.

Gemäß einer insoweit,vorgesehenen Alternative kann der Temperaturfühler auch mit „einem, die Joulesche Wärme liefernden Element in thermischer, Berührung gehalten sein. .5er Temperaturfühler sollte dabei einen negativen Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes aufweisen. Es kann hierfür ein Transistor vorgesehen sein, der ein Bauteil der Halbleiter-Schalteinrichtung bildet.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für diese elektrische Schaltung mit den vorerwähnten Merkmalen dann auch noch ein als Starthilfe für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehener Schaltungsanschluß an dessen elektrisch gesteuerte Brennstoff-Regeleinrichtung verwirklicht, wobei die Halbleiter-Schalteinrichtung zur Steuerung des Erregerstromes hin zu der Brennstoff-Regeleinrichtung angeordnet ist. Die Halbleiter-Schalteinrichtung ist dabei dann zweckmäßig zur Steuerung des Einschaltzustandes der

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Brennstoff-Regeleinrichtung unmittelbar im Anschluß an die Zuschaltung des Erregerstromes angeordnet, sofern die Umgebungstemperatur niedriger ist als die abnormale bzw. regelwidrige Ansprechtemperatur des Temperaturfühlers, womit der verzögerte Wechsel· des Schaltzustandes der Halbleiter-Schalteinrichtung eine von der Umgebungstemperatur abhängige Ausschaltung der Brennstoff-Regeleinrichtung ergibt.

Die erfindungsgemäße Schaltung kann damit im Umfang des Temperaturfühlers mit einem handelsüblichen. Produkt gebildet werden, indem dafür unter Berücksichtigung der Polarität des Temperaturkoeffizienten entweder ein PTC- oder ein NTC-Bauteil verwendet wird, bei dem die für den plötzlichen Wechsel des Widerstandes gewünschte abnormale bzw. regelwidrige Temperatur entsprechend eingestellt ist. Weitere Gesichtspunkte, die insoweit die entsprechend vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der elektrischen Schaltung nach der Erfindung erkennen lassen, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der Zeichnungen deren beiden Figuren für zwei alternative Ausführungsformen die maßgeblichen Schaltungspläne gezeigt sind.

Bei der einen Ausführungsform gemäß dem Schaltungsplan in Fig.1 ist ein Verbraucher zwischen einen Anschluß für eine +14 V-Stromschiene und den Kollektor eines npn-Transistors T₁ geschaltet, dessen Emitter geerdet ist. Die Basis des Transistors T^ ist mit dem Kollektor eines pnp-Transistors Tp verbunden, dessen Emitter an den Mittelpunkt eines Spannungsteilers angeschlossen ist, der aus einer Serienschaltung eines PTC-Bauteils R_p und eines Widerstandes R₂ aufgebaut ist. Das PTC-Bauteil ist für einen plötzlichen Wechsel seines Widerstandes bei einer Temperatur von 2o°C eingestellt, wobei der Widerstandswert oberhalb dieser Temperatur etwa 1 Kiloohm und unterhalb dieser Temperatur etwa 3o Ohm beträgt. Das folglich einen positiven Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes·aufweisende Bauteil, das mithin den maßgeblichen Temperaturfühler der Schaltung darstellt, ist außer-

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dem in eine wärmeisolierende Materie eingepackt. Der Widerstand Rp kann bei diesen Vergleichswerten beispielsweise den Wert 1oo Ohm haben.

Die Basis des Transistors Tp ist mit einem üblichen Netzwerk von mehreren Gittervorwirderständen R^ ₉ R-, und R₅ zusamaengeschaltet. Ein weiterer Vorwiderstand R^ verbindet die Basis des Transistors 2 mit dem zwischen dem Transistor T^ und dem Verbraucher gebildeten Knotenpunkt. Der Vorwiderstand R- verbessert die Schaltgeschwindigkeit des Transistors T₁„

Der Verbraucher kann beispielsweise eine elektrisch gesteuerte Brennstoff-Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine von Kraft fahrzeugen sein. Wird der Erregerstrom eingeschaltet, dann vjir durch den Stromfluß durch den Spannungsteiler der Transistor Tp eingeschaltet, jedoch nur dann, wenn durch den Temperaturfühler resp. das PTC-Bauteil eLne Temperatur niedriger als der abnormale bzw. regelwidrige Wert erfaßt ist und ©r den niedrigen Widerstandswert aufweist. Der durch den Transistor Tp fließende Strom wird folglich dann zur Schaltung des Transistors T- genutzt und damit zur Betätigung dfes Verbrauchers. Da der Stromfluß durch den Spannungsteiler erheblich ist, erfährt das PTC-Bauteil eine Selbsterhitzung und als Folge seiner Einkapselung in die wärmeisolierende Hülle einen ständigen Temperaturanstieg, dessen Rate durch die physikalischen Eigenschaften und die Auswahl des Widerstandes R₂ festgelegt ist. Sobald das PTC-Bauteil eine Temperatur von 2o°C erreicht₉ was folglich mit einer entsprechenden Verzögerung geschieht, die wegen der im wesentlichen fixen Rate dea Temperaturanstieges, abhängig ist von der anfänglichen Temperatur;, dann ■findet ein plötzlicher Wechsel des Widerstandes statt, cter zu. einer Erniedrigung der Emitterspannung des Transistors Tp führt und damit zu dessen Ausschaltung. Der Basisstrom des Transistors T₁ wird folglich reduziert, so daß dann auch dieser Transistor ausgeschaltet wird und als Folge davon ein Spannungsanstieg an dem Knotenpunkt zwischen dem Transistor T₁ und dem Verbraucher stattfindet, der über den Vorwider-

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stand R. zur Erhöhung der Basisspannung des Transistors T₂ genutzt wird. Die Transistoren werden damit entsprechend schnell ausgeschaltet.

Sofern für eine entsprechend bevorzugte Ausbildung der Erfindung der Verbraucher eine elektrische Brennstoff-Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges ist, kann die Schaltung gemäß Fig.1 zweckmäßig an den Zündkreis der Brennkraftmaschine so angeschlossen sein» daß der Stromfluß durch den Spannungsteiler dann beginnt, wenn der Zündkreis eingeschaltet wird. Die Schaltung kann darin eine Abänderung erfahren, daß das PTC-Bauteil und der Widerstand R₂ umgewechselt werden, womit dann der Transistor T₂ am Ende der Schaltverzögerung eingeschaltet und nicht wie vorbeschrieben ausgeschaltet wird.

Bei der alternativen Ausführungsform gemäß dem Schaltungsplan in Fig.2 ist ein Verbraucher zwischen einen Anschluß an eine +12 V-Stromschiene und den Kollektor eines npn-Transistors T₁ geschaltet, dessen Emitter geerdet ist. Eine parallel geschaltete Zenerdiode D₁ ist für einen Überlastschutz vorgesehen. Die Basis des Transistors T₁ ist mit dem Emitter eines ntn-Transistors T₂ verbunden und über einen Widerstand R₂ geerdet. Der Kollektor des Transistors T₂ ist über einen Widerstand R₁ mit einem Anschluß A des den Erregerstrom liefernden Netzwerkes verbunden, das einen Widerstand R₁, und eine Zenerdiode D₂ in einer geerdeten Reihenschaltung umfaßt. Die Basis des Transistors T₂ ist mit dem Kollektor eines npn-Transistors T^ verbunden, der zusammen mit einem weiteren npn-Transistor T-x ein Darlington-Paar bildet. Die Emitter dieser beiden Transistoren T, und T^ sind über einen gemeinsamen Widerstand Rq an den Anschluß A angeschlossen, während ihre Kollektoren über je einen weiteren Widerstand R_g und R₁ geerdet sind. Die Basis des Transistors T₃ ist mit dem Mittelpunkt eines Spannungsteilers verbunden, der aus den beiden Widerständen Rc und Rg gebildet ist. Die Basis des Transistors Τλ ist üher einen Widerstand R₁₁ mit dem Mittelpunkt eines zweiten Spannungs-

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tellers verbunden, der einen Vorwiderstand R^₂ und NTC-Bauteil R^ umfaßt, .Die beiden Spannungsteiler liegen zwischen dem Anschluß A.und der Erdungsschiene. Ein Vorwiderstand R, ist zwischen die Basis des Transistors T/ und den Kollektor des Transistors T₂ geschaltet, um die Schaltges'chwindigkeit der Transistoren zu erhöhen.

Das NTC-Bauteil iL, ist mit dem Gehäuse des Transistors T₁ in thermischer Berührung gehalten. Dieser Transistor T^ bildet den maßgeblichen Ausgangstransistor der Schaltung und wird folglich zur Steuerung des Verbrauchers genutzt_p der auch in diesem Fall eine Brennstoff-Regeleinrichtung ■der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges sein kann.

Solange der Widerstandes des NTC-Bauteils als des hierbei maßgeblichen Temperaturfühlers der Schaltung anfänglich hoch ist, wird bei einer Einschaltung des Srregerstromes der Tran sistor T^ eingeschaltet. Die Basisspannung des Transistors T wird damit eine entsprechende Erhöhung erfahren, so daß auch der Transistor T₂ und damit- weiter der Transistor T^ eingeschaltet werden. Der Verbraucher wird (ton betätigt. Solange ein Strom durch den Ausgangstransistor T₂ fließt, erfährt dieser Transistor einen Temperaturanstieg, der auf Grund der thermischen Berührung an das NTC-Bauteil Übertragen wird. Venn bei diesem Temperaturanstieg dann die abnormale bzw. regelwidrige Temperatur des NTC-Bauteils erreicht ist, wird dessen Widerstand einen plötzlichen Wechsel erfahren, was einen entsprechenden Abfall der Basisspannung des Transistors T^ und somit dessen sofortige Ausschaltung bewirkt. Dadurch werden auch die bsiden Transistoren T₂ und T₁ ausgeschaltet und damit auch der Verbraucher, wobei die' maßgebliche Schaltverzögerung dieses Ausschaltvorganges mithin wiederum abhängig ist von der Höhe der anfänglichen Umgebungstemperatur. Der Tran-, sistor T, erfüllt in diesem Zusammenhang noch den Zweck, einen Ausgleich für die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T^ zu liefern. Außer durch die thermische Berührung des Ausgangstransistors mit

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dem NTC-Bauteil kann die Joulesche Wärme auch mit anderen Maßnahmen bei einer solchen Schaltung verwirklicht werden.

Außer für die Steuerung einer Brennstoff-Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges kann die elektrische Schaltung auch noch für andere Steuerungen eingesetzt werden, bei denen eine temperaturabhängige Schaltverzögerung gewünscht wird.

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Claims

ans

1.Elektrische Schaltung mit einer temperaturabhängigen
Schaltverzögerung, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler, der einen bei einer abnormalen bzw. regelwidrigen Temperatur einem plötzlichen Wechsel seines Widerstandes unterliegenden Temperaturfühler umfaßt, und eine mit diesem Spannungsteiler
so verbundene Halbleiter-Schalteinrichtung, daß deren Schaltzustand von dem Widerstand des Temperaturfühlers abhängig ist, der beim Auftreten eines Erregerstromes durch «Joulesche Wärme mit einer im wesentlichen fixen Rate von der Umgebungstemperatur aus erwärmt wird für einen zur Änderung des Schaltzustandes der Halbleiter-Schalteinrichtung führenden und in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur verzögerten
Wechsel des Widerstandes.

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2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler einen positiven Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes aufweist und für die Erzeugung der Jouleschen Wärme eine Selbsterhitzung erfährt, sobald ein Stromfluß durch den Spannungsteiler stattfindet.

3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperatur-, fühler in eine wärmeisolierende Materie eingepackt ist.

4. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch ^ gekennzeichnet , daß der Temperaturfühler mit einem die Joulesche Wärme liefernden Element in thermischer Berührung gehalten ist.

5. Elektrische Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturfühler einen negativen Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes aufweist.

6. Elektrische Schaltung nach Anspruch 4 oder 5_f dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturfühler mit einem ein Bauteil der HaIbleiter-Schalteinrichtung bildenden Transistor in thermischer Berührung gehalten ist.

7. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen als Starthilfe für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehenen Schaltungsanschluß an deren elektrisch gesteuerte Brennstoff-Regeleinrichtung, wobei die Halbleiter-Schalteinrichtung zur Steuerung des Erregerstromes hin zu der Brennstoff-Regeleinrichtung angeordnet ist.

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8. Elektrische Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiter-Sehalteinrichtung zur Steuerung des Einschaltzustandes der Brennstoff-Regeleinrichtung unmittelbar im Anschluß an die Zuschaltung des Erregerstromes angeordnet ist, sofern die Umgebungstemperatur niedriger ist als die abnormale bzw. regelwidrige Ansprechtemperatur des Temperaturfühlers, womit der verzögerte Wechsel des Schaltzustandes der Halbleiter-Schalteinrichtung eine von der Umgebungstemperatur abhängige Ausschaltung der Brennstoff-Regeleinrichtung ergibt.

9. Elektrische Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der Spannungsteiler so mit dem Zündkreis der Brennkraftmaschine geschaltet ist, daß bei dessen Einschaltung ein Stromfluß auch durch den Spannungsteiler stattfindet.

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