DE3033540A1

DE3033540A1 - Spannungsversorgungsvorrichtung fuer den heizfaden einer gluehkerze in einer dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3033540A1
Application number: DE19803033540
Authority: DE
Inventors: Richard Edward Toledo Ohio Callahan; Robert Arthur Toledo Ohio Mahaney; Frank John Rossford Ohio Raeske
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1979-09-05
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1981-03-26
Also published as: IT8049615A0; NL8005000A; IT1143028B; SE8006122L; FR2464381A1; GB2058217A

Description

303354Q

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anlegen von Spannung an einen Heizfaden einer Glühkerze, die in die Brennkammer einer Dieselbrennkraftmaschine vorsteht. Die Glühkerze wird durch Anlegen einer Spannung an den Heizfaden darin erhitzt. Die Spannungsquelle kann z. B. eine übliche Fahrzeugbatterie sein, die auch zur Erregung des Anlassers der Maschine benutzt wird. Die Glühkerze erleichert das Starten der Diesemaschine durch Anheben der Lufttemperatur in der Brennkammer von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur, die ausreichend hoch ist, um die Maschine zu starten. Eine Bedienungsperson der Maschine muß daher relativ lange Zeit warten, bevor die Glühkerzen in der Maschine ausreichend erhitzt sind, um die Dieselmaschine zu starten.

Da die Batterie eine Spannungquelle für den Anlasser und andere Einrichtungen wie den Heizfaden ist, schwankt der Spannungspegel der Batterie. Eine Abnahme der Batteriespannung verlängert die Periode, die die Bedienungsperson warten muß, bevor die Glühkerzen ausreichend erhitzt sind. Ein Verfahren zur Steuerung der Heizfadentemperatur besteht darin, eine direkte Temperaturrückkopplung vom Heizfaden anzuwenden. Dieses Verfahren erfordert jedoch komplizierte und teuere elektronische Bauteile ebenso wie eine direkte Verbindung zum Heizfaden während des Maschinenbetriebs. Ein weiteres Problem liegt in der Abschaltung des Heizfadens während einer bestimmten Zeitperiode, nachdem die Maschine ge-

130013/1338

startet wurde, um die Überhitzung des Heizfadens zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anlegen von. Spannung an einen Heizfaden einer Glühkerze in einer Dieselbrennkraftmaschine zu schaffen, durch die die Zeitdauer möglichst niedrig gehalten wird, die erforderlich ist, um die Glühkerze auf eine bestimmte Nenntemperatur zu bringen. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. ·

Bei dieser Vorrichtung wird der Heizfaden auf eine bestimmte Nenntemperatur erhitzt, wenn eine maximale bestimmte Spannung angelegt wird. Die von der Spannungquelle angelegte.Spannung überschreitet die maximale bestimmte Spannung und bewirkt, daß die Temperatur des Heizfadens von der Umgebungstemperatur auf die Nenntemperatur in einer kürzeren Zeitperiode ansteigt. Die Bedienungsperson der Maschine wartet daher eine wesentlich kürzere Zeitperiode, bevor die Glühkerzen in der Maschine ausreichend erhitzt wurden, um die Diesselmaschine zu starten. Danach verhindert die Vorrichtung das Anlegen· der Betriebsspannung nach einer bestimmten Vorheizperiode, 'innerhalb der die Glühkerzen die Nenntemperatur des Heizfadens erreichen. Die Vorrichtung kompensiert eine Betriebsspannunginstabilität durch Änderung der Vorheizperiode als inverse Funktion der verfügbaren Betriebsspannung.

Die Vorrichtung hat auch eine Einrichtung, um das Anlegen der Betriebsspannung zu modulieren, d. h. die

130013/1336

Spannung ein- und auszuschalten, um d.e Temperatur des Heizfadens auf der I"enntemperatur zu halten. Die Vorrichtung kompensiert eine SpannungsInstabilität durch Änderung des Tastenzyklus der Modulation als inverse Funktion der verfügbaren Betriebsspannung, Die Vorrichtung hat auch eine Einrichtung, um die Modulation während einer bestimmten Nachglühperiode fortzusetzen, beginnend, nach dem der Anlasser der Maschine betätigt wurde. Alle die zuvor erwähnten Funktionen sind z. B. durch eine digitale oder analoge Schaltung festgelegt. Daher sind keine direkte Temperaturrückkopplung vom Heizfaden aus und keine direkte Verbindung zwischen der Vorrichtung und dem Heizfaden erforderlich, nach dem der Anlasser der Maschine betätigt wurde. Die Erfindung wird nachstehend anhand-jder Fig. 1 - 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild der Vorrichtung zum Anlegen von Spannung an den Heizfaden einer Glühkerze in einer Dieselbrennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem die zeitliche Änderung der Signale hervorgeht, die an den Heizfaden der Glühkerze und eine Wartelampe angelegt werden, und aus dem auch die entsprechende zeitliche Temperaturänderung des Heizfadens hervorgeht, und

Fig. 3 und 4. Schaltbilder weiterer Ausführungsformen der Vorrichtung.

130013/1336

Die in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie A gezeigte Vorrichtung zum Anlegen von Spannung an einen Heizfaden F einer Glühkerze in einer Dieselbrennkraftmaschine weist die Anordnung der gezeigten elektronischen Bauelemente auf. Eine Spannungsquelle B ist eine übliche Fahrzeugbatterie von z. B. 12 Volt, deren positiver Anschluß mit einem normalerweise offenen Schalter S2 eines Relais RY und dem Heizfaden F in Reihe geschaltet ist. Der positive Anschluß der Batterie B ist ebenfalls mit dem Relais RY, einem Anlasser ST für die Dieselmaschine und einem Schaltkontakt Wl eines Zündschalters Sl verbunden, der von der Bedienungsperson der Maschine zugänglich ist. Der Schaltkontakt Wl ist in eine Aus-Stellung 1 schaltbar, um das Anlegen der Batteriespannung an die Vorrichtung zu verhindern, eine Vorheizstellung 2, um die Batteriespannung über einen ersten Anschluß Tl der Vorrichtung anzulegen, und eine Startstellung 3, um die Batteriespannung über den ersten Anschluß Tl und einen zweiten Anschluß T2 der Vorrichtung und den Anlasser ST für die Maschine anzulegen. Der Zündschalter Sl bringt den Arbeitskontakt Wl automatisch aus der Startstellung 3 in die Vorheizstellung zurück, nachdem der Schalter SW von der Bedienungsperson freigegeben wurde.

Wenn der Arbeitskontakt Wl des Zündschalters Sl aus der Aus-Stellung 1 in die Vorheizstellung 2 gedreht wird, fließt ein Strom von der Batterie B über eine Diode Dl, die eine Beschädigung der Vorrichtung A

130013/1336

verhindert, wenn die Batteriepolarität umgekehrt ist. Der durch die Diode Dl fließende Strom ermöglicht das Anlegen der vollen Batteriespannung an drei Teile der Vorrichtung A; Einen Spannungsregler VRl, einen Oszillatorkreis und eine Einrichtung zum Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F und den Signalgeber für die Bedienungsperson der Maschine. Der Spannungsregler VRl, der einer der üblichen Spannungsregler sein kann, liefert eine im wesentlichen konstante Spannung V von 5 Volt an alle mit V bezeichneten Stellen der Vorrichtung A.

Der Oszillatorkreis besteht aus einem Oszillator ICl, einer Zenerdiode ZDl, Kondensatoren C4 und C7 (1,0 bzw. 0,05 Mikrofarad) und Widerständen Ria (68 kOhm), RIb (12 kOhm) und R2 (4,7 kOhm). Der Kondensator C7, dessen einer Anschluß mit den Anschlüssen 4 und 8 des Oszillators ICl und dessen anderer, mit Masse verbundener Anschluß mit dem Anschluß 1 des Oszillators ICl verbunden ist, verhindert eine Instabilität des Oszillators. Der Widerstand Ria ist parallel zum Widerstand RIb und der dazu in Reihe geschalteten Diode ZDl geschaltet. Wenn die Batteriespannung niedrig ist, sperrt die Zenerdiode ZDl den Stromfluß durch den Widerstand RIb für einen Gesamtwiderstand Rl gleich dem Wert des Widerstands Ria. Wenn die Batteriespannung jedoch hoch ist» ermöglicht die Zenerdiode ZDl einen Stromfluß durch den Widerstand. RIb für einen Ges amtwiderstand Rl, der nahezu gleich der Parallelschaltung der Widerstände Ria und RIb ist. Der durch die Diode Dl fließende Strom fließt auch durch den Gesamtwiderstand Rl zu einem Eingang 7 des Oszillators ICl und dem Widerstand R2, dessen anderer

130013/1336

_ 12 _

Anschluß mit den Eingängen 2 und 6 des Oszillators ICl und dem Kondensator C4 verbunden ist. Das andere Ende des Kondensators C4 und der Anschluß 1 des Oszillators ICl liegen an Masse. Die Schaltung erzeugt ein sich zeitlich änderndes Ausgangssignal, bestehend aus einer Reihe von Impulsen, am Anschluß 3 des Oszillators ICl. Die Dauer jeder Periode in Sekunden beträgt etwa C4 χ die Summe aus Rl und 2 χ R2 und hat ein Ein/Aus-Verhältnis gleich der Summe der Widerstände Rl und R2, geteilt durch den Widerstand R2, Da die Ladegeschwindigkeit eine Funktion der angelegten Spannung ist, ist die Folgefrequenz des Ausgangssignals tatsächlich Spannungsabhängig, d. h.,wenn die Batteriespannung abnimmt, nimmt die Frequenz des Oszillators ICl ab, und wenn die Batteriespannung zunimmt, nimmt die Frequenz des Oszillators ICl zu.

Die Schaltung zum Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F und den Signalgeber besteht aus einem ersten Speicherregister IC4A, das ein erstes Flip-Flop sein kann, Dioden; D2 und D3, Widerständen R5 (47 kOhm), R7 und R8 (beide 4,7 kOhm), R8a (220 Ohm), R8b (1,0 kOhm) und R9 (470 Ohm), einen Kondensator C2 (0,05 Mikrofarad), und Transistoren Ql und Q2 sowie Treibertransistoren Q3 und Q4. Der von der Diode Dl ausgehende Strom fließt auch durch die Diode D2 zum Kondensator C2, dessen anderer Anschluß mit dem an Masse liegenden Widerstand R5 und dem Eingang 7 des ersten Speicherregisters IC4a verbunden ist. Der Kondensator C2 erzeugt einen positiven Impuls, um den Eingang 7 zu setzen, während der Widerstand R5 das Setzeingangssignal zwischen den Impulsen niedrig

130013/1336

vorspannt. Dieses Signal bewirkt ein Ausgangssignal an den Anschlüssen 1 und 2 des ersten Speicherregisters IC4a, das hoch bzw. niedrig ist.

Das hohe Ausgangssignal spannt die Diode D3 in Durchlaßrichtung vor, so daß durch den Widerstand R8 in die Basis des Transistors Ql Strom fließt. Der Stromfluß führt zu einem entsprechenden Kollektorstromfluß von der Diode Dl durch den Widerstand R8a in die Basis des Treibertransistors Q3, der durch den Widerstand R8b vorgespannt ist. Dies ergibt einen Kollektorstromfluß durch die Feldwicklungen des Relais RY, das den normalerweise offenen Relaisschalter S2 schließt, um den Heizfaden F ,mit der Batterie B zu erregen, wie zuvor erläutert wurde. Das Ausgangssignal des Treibertransistors Q3 ist gegen Spitzen durch die Parallelschaltung eines Kondensators C8 (0,0 Mikrofarad) und einen Varistor R12 geschützt. Das niedrige Ausgangssignal fließt über den Widerstand R7 in die Basis des Transistors Q2, der den Stromfluß aus der Diode Dl und-,dem Widerstand R7 in die Basis des Treibertransistors Q4 leitet. Der Stromfluß führt zu einem entsprechenden Kollektorstromfluß aus der Diode Dl zu einer Wartelampe L, die die Bedienungsperson der Maschine unterrichtet, daß die Glühkerze durch den erregten Heizfaden F erhitzt wird.

Die Schaltung, die das Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F verhindert, besteht aus einem ersten Zähler IC2, einer Diode D8, Kondensatoren C3 und

130013/1336

C5 (beide 0,01 Mikrofarad), und Widerständen R3 und R6 (beide 47 kOhm). Die Impulse am Ausgang 3 des Oszillators ICl werden auf einen Takteingang 10 des Zählers IC2 gegeben, der am Eingang 11 vom Kondensator C5 betätigt und zwischen Signalen vom Widerstand R3 auf niedrigem Wert gehalten wird. Der andere Anschluß des Widerstands R3 ist mit dem Masseanschluß 8 des Zählers IC2 verbunden. Das Ausgangssignal am Anschluß 14 wird groß, nachdem der ZählerIC2 eine bestimmte Anzahl von Impulsen gezählt hat, die vom Oszillator ICl über eine Periode von etwa 7 Sek. erzeugt werden. Dieses hohe Signal am Anschluß 14 des Zählers IC2 spannt die Diode D8 in Durchlaßrichtung, um das Speicherregister IC4a am Anschluß 4 zurückzustellen, das vom Kondensator C3 betätigt wurde und vom an Masse liegenden Widerstand R6 zwischen den impulsen auf niedrigem Wert gehalten wird. Dieses Signal bewirkt, daß die Ausgangssignale an den Anschlüssen 1 und 2 des Speicherregisters IC4a niedrig bzw. hoch werden. Das niedrige Ausgangssignal sperrt den Kollektorstromfluß der Transistoren Ql und Q3, die das Relais RY entregen, so daß der Relaisschalter S2 die Batteriespannung vom Heizfaden F abschalten kann. Das hohe Ausgangssignal ermöglicht einen Kollektorstromfluß des Transistors Q2, der den Treibertransistor Q4 sperrt und die Wartelampe L entregt, so daß die Bedienungsperson unterrichtet wird, daß der Anlasser ST betätigt werden kann.

130013/1336

Wie Fig. 2 zeigt, liegt die Vorrichtung A im Betrieb, die Batteriespannung an den Heizfaden F der Glühkerze und der Wartelarape L, wenn der Arbeitskontakt Wl des Zündschalters Sl aus der Aus-Stellung 1 in die Vorheizstellung 2 geschaltet wird, wie zuvor beschrieben wurde. Der Heizfaden F ist so ausgebildet, daß er auf eine bestimmte Nenntemperatur T erhitzt wird, wenn einem bestimmte Maximalspannung von 6 Volt angelegt wird (gestrichelte Kurve a). Da die 12 Volt-Batteriespannung die Maximalspannung übersteigt, steigt die Temperatur des Heizfadens F von der Umgebungstemperatur auf die- Nenntemperatur T in einer kürzeren Zeitperiode, z. B. 7 Sek. (durchgehender Teil der Kurve b). Um eine Überhitzung des Heizfadens F zu verhindern, nachdem er die Nenntemperatur T (gestrichelter Teil der Kurve p) erreicht hat, wird das Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F und die Wartelampe L vom Zähler IC2 nach einer bestimmten Vorheizperiode von etwa 7 Sek. verhindert.

Obwohl die Vorheizperiode, wie erläutert, etwa 7 Sek. beträgt, ändert sie sich in inverser Beziehung zur Spannung der. Batterie B. Wie oben erläutert, hängt die Folgefrequenz des Oszillators ICl proportional von der von der Batterie B abgegebenen Spannung ab. Wenn daher die Spannung abnimmt, erzeugt der Oszillator ICl Impulse mit einer geringeren Geschwindigkeit, daher erfordert es eine längere Zeitperiode, bevor der erste Zähler IC2 die bestimmte Anzahl von Impulsen zählt.

130013/1338

Daher wird eine verringerte Batteriespannung an den Heizfaden F für eine erhöhte Vorheizperiode . angelegt, um die gleiche Nenntemperatur T zu erreichen, die erreicht werden würde, wenn die Batteriespannung nicht niedriger wäre. Die Vorheizperiode ändert sich in ähnlicher inverser Beziehung zur erhöhten Batteriespannung.

Wenn die Vorheizperiode ausläuft, wird die Wartelampe L entregt, um der Bedienungsperson anzuzeigen, daß die Maschine zum Starten bereit ist, wie oben erläutert. Um der Bedienungsperson genügend Zeit zum Starten der Maschine nach der Vorheizperiode zu geben, hat die Vorrichtung A, um alternativ die Batteriespannung anzulegen und dann das Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F zu unterbrechen. Dies geschieht zyklisch, um die Nenntemperatur T des Heizfadens F für eine Vorstartperiode aufrechtzuerhalten und einen bestimmten Wert nicht zu überschreiten. Die Schaltung hat einen e'rsten Zähler IC2, einen zweiten Zähler IC3 und. ein zweites Speicherregister IC4b, das ein zweites Flip-Flop sein kann, Dioden D5, D6, D7 und D9, Widerstände RIO und .RIl (beide 47 kOHm), und einen Kondensator C6 (0,01 Mikrofarad). Wenn der erste Zähler IC2 eine bestimmte Anzahl von Impulsen zählt, wird das Ausgangssignal am Anschluß 2 hoch. Dieses Signal wird dem Takteingang 13 des Speicherregisters IC4b zugeführt, damit das Ausgangssignal am Anschluß 15 hoch wird. Dieses Signal spannt die Diode D9 in Durchlaßrichtung vor, damit ein Strom über den Widerstand R8 zur Basis des Transistors Ql fließt, der Schließlich das Relais R5

130013/1338

zur Erregung des Heizfadens F veranlaßt, wie oben beschrieben wurde.

Das Signal am Anschluß 2 wird auch über den Kondensator C6 dem Widerstand RIO und dem Eingang 15 des Zählers IC3 zugeführt, der durch den Kondensator C6 betätigt und vom Widerstand 10 zwischen den Signalen auf niedrigem Wert gehalten wurde. Der andere Anschluß des Widerstands RIO und die Anschlüsse 8 und 13 des Zählers IC3 liegen an Masse. Wenn der erste Zähler IC2 eine bestimmte Anzahl von Impulsen zählt, nach dem das Ausgangssignal am Anschluß 2 hoch wird, wird ein Ausgangsimpuls am Anschluß 7 direkt auf den Takteingang 14 des zweiten Zählers IC3 gegeben. Wenn der zweite Zähler IC3 eine besonders gewünschte Anzahl von Impulsen gezählt hat, wird das Signal am Ausgangsanschluß 10 hoch. Dieses Signal fand die Diode D7 in Durchlaßrichtung vor, die den Stromfluß zum Rückstellanschluß 12 des zweiten Speicherregisters IC4b.tund zum Widerstand RL ermöglicht, der das Rückstellsignal zwischen Impulsen niedrig hält. Das Ausgangssignal am Anschluß 15 wird daher niedrig und unterbricht den Kollektorstromfluß des Transistors Ql, der schließlich das Relais RY zur Entregung des Heizfadens F veranlaßt, wie zuvor beschrieben. Die bestimmte Anzahl von Impulsen, die veranlassen, daß das Ausgangssignal am Anschluß des ersten Zählers IC2 hoch wird, bestimmt die Periodendauer, in der die Impulsbreite von der bestimmten Anzahl von Impulsen bestimmt wird, die das Ausgangssignal am Anschluß 10 des zweiten Zählers IC3 hoch werden läßt. Diese Periode der Erregung und dann Entregung des Heizfadens F, wie sie Fig. 2 durch einen Impuls in der Zeitperiode c zeigt, wiederholt sich, um eine Folge von Spannungsimpulsen zur Anlegung an den Heizfaden F zu erzeugen. Diese Modulationswirkung begrenzt die mittlere

130013/1338

Leistung, um die Nenntemperatur des Heizfadens F ohne dessen Überhitzung aufrechtzuerhalten. Der erste Zähler IC2 unterbricht die Modulation nach einer bestimmten Vorstartperiode von etwa 30 Sek. Dies wird erreicht, wenn der Ausgangsanschluß

1 hoch wird und die Diode D5 in Durchlaßrichtung vorspannt, so daß ein Stromfluß zu den Eingängen

2 und 6 des Oszillators ICl erfolgen kann, der durch die konstante Ladung am Kondensator C4 von der Diode D5 abgeschaltet wird. Das Signal am Anschluß 1 des ersten Zählers IC2 wird auch über die Diode D6 dem Rückstellanschluß 12 des zweiten Speicherregisters IC4b zugeführt, der das Ausgangssignal am Anschluß 15 veranlaßt, niedrig zu werden und den Heizfaden F zu entregen. Da der■Oszillator ICl unterbrochen und der Heizfaden F entregt wird, kann die Vorrichtuhg A rieht neu gestartet werden, bis der Arbeitskontakt Wl des Zündschalters Sl von der Vorheizstellung 2 in die Aus-Stellung 1 zurückgeschaltet wurde.

Wenn die Bedienungsperson den Arbeitskontakt Wl des Zündschalters Sl in die Vorheizstellung 2 unmittelbar nach der Vorstartperiode zurückschaltet, würde der Heizfaden F wieder auf eine Temperatur über der Nenntemperatur erhitzt werden, bevor er auf Umgebungstemperatur abkühlen könnte. Um diese Aufreizung des Heizfadens F für eine zweite Vorheizperiode zu verhindern, wird ein Kondensator Cl (33 Mikrofarad), der über die Diode D2 geladen wurde, über einen Parallelwiderstand R4 (5,6 Megaohm) entladen, wenn der Arbeitskontakt Wl des Zündschalters

13Q013/133S

S2 von der Vorheizstellung 2 in die Aus-Stellung 1 zurückgeschaltet wird. Die Werte des Widerstands R4 und des Kondensators Cl verleihen der Zeitkonstante eine relativ niedrige Entladegeschwindigkeit bezüglich des Kondensators C2, um zu verhindern, daß ein Signal auf den Eingang 7 des ersten Speicherregisters IC4a für eine Zeitperiode von etwa 1-3 Minuten gegeben wird. Selbst wenn die Bedienungsperson den Schalt- ■ kontakt Wl in die Vorheizstellung 2 zurückschaltet, wird die Batteriespannung nicht auf den Heizfaden F für eine zweite Vorheizperiode gegeben, bis die oben erwähnte Zeitperiode abgelaufen ist.

Wenn die Bedienungsperson den Anlasser ST durch drehen ~ des Schaltkontaktes Wl des Zündschalters Sl aus-der Vorheizstellung 2 in die Startstellung 3 vor Ablauf der Vorstartperiode schaltet,fließt der Strom, der auch noch durch die Diode Dl fließt, auch zum Anlasser SC der Maschine und einen Signalformierkreis, bestehend aus einem Kondensator C9 (0,047 Mikrofarad) und Widerständen R13, R14 (beide 15 kOhm). Der Strom fließt zum an Masse liegenden Widerstand R13 und den Kondensator C9, dessen Ausgangsanschluß mit dem an Masse liegenden Widerstand R14 und Dioden D4, DlO und DIl verbunden ist, so daß ein Impuls kurzer Dauer zur Rückstellung des ersten Zählers IC2 und beider Speicherregister IC4a und IC4b an den Anschlüssen 11, 4 und 12 ermöglicht wird. Das Signal am Anschluß 11 des ersten Zählers IC2 ermöglicht eine kontinuierliche Modulation der Batteriespannung für den Heizfaden F für eine Nachglühperiode von etwa 30 Sek. Wenn der Widerstand R13 wegggelassen wird, kann der Kondensator C9 durch einen Widerstand (nicht gezeigt) ersetzt werden, um das Signal am Anschluß

130013/1338

_ 20 _

303354Q

11 des ersten Zählers IC2 hoch zu halten. Dieses Signal würde eine Modulation verhindern, bis der Anlasser ST durch Freigabe des Zündschalters Sl ausgeschaltet werden würde, wie Fig. 2 durch die gestrichelten Impulse in der Zeitperiode d zeigt. Wenn die Maschine dennoch angelassen wird, bleiben die Glühkerzen erhitzt, während die Maschine arbeitet. Die Nachglühperiode wird durch die Zeitdauer bestimmt, die für einen gleichmäßigen Maschinenleerlauf und ein minimales Maschinengeräusch und die Abgabe von weißem Abgas erforderlich ist.

Die Vorrichtung A hat auch einen normalerweise offenen Thermostaten S3, der zwischen dem positiven Anschluß der Batterie B und einem Widerstand R15(47 kOhm) geschaltet ist, der mit dem Ausgang des Signalforraier— kreises verbunden ist. Wenn die Temperatur der Maschine einen bestimmten Wert t überschreitet, schließt der Thermostat S3 und bewirkt eine Stromfluß zu den Dioden D4, DlO und Dl über den Widerstand R15, der das Signal an den Anschlüssen 11, 4 und 12 des ersten Zählers IC2 und der beiden Speicherregister IC4a und IC4b auf einem hohen Wert.hält. Die Modulation der auf den Heizfaden gegebenen Batteriespannung wird daher verhindert, bis die Maschine auf eine Temperatur unter dem speziellen Wert t sinkt, so daß der Thermostat S3 in seine normalerweise offene Stellung zurückkehren kann. Die Vorrichtung A hat auch eine Zenerdiode ZD2, die zwischen die Diode Dl und dem Ausgang des Formierkreises geschaltet ist. Wenn die Spannung 15 Volt überschreitet, läßt die Zenerdiode ZD2 einen Stromfluß durch die Dioden D4, DlO und DIl zu, um den ersten Zähler IC2 abzuschalten und beide Speicherregister IC4a und IC4b an den Anschlüssen 11, 4 und 12 zu deaktivieren.

130013/1338

Daher wird.die Modulation verhindert, bis die Spannung 15 Volt nicht mehr überschreitet.

Fig. 3 zeigt durch eine gestrichelte Linie A¹ eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung, die aus der gezeigten Anordnung der elektronischen Bauteile besteht. Wenn der Schaltkontakt Wl- des Zündschalters Sl aus der Aus-Stellung 1 in die Vorheizstellung 2 geschaltet wird, fließt ein Strom von der Batterie B zu einer Diode DlO, die eine Beschädigung der Vorrichtung A¹verhindert, wenn die Batteriepolarität umgekehrt wird. Der Strom der durch die Diode DlO fließt, ermöglicht das Anlegen der vollen Batteriespannung an die drei Teile der Vorrichtung A: Einen Spannungsregler VR2, einen ersten Oszillatorkreis und eine Einrichtung zum Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F und einen Signalgeber für die Bedienungsperson der Maschine. Der Spannungsregler VR2, der irgendein üblicher, Spannungsregler sein kann, liefert eine im wesentlichen konstante Spannung V von 5 Volt an alle mit V bezeichneten Stellen der Vorrichtung A'.

Der erste Oszillatorkreis besteht aus einem ersten Oszillator IC5a, der ein erster Zeitgeber sein kann, Zenerdioden ZD3 und ZD4, Widerständen R16 (150 kOhm), R17_:(100 kOhm), R18 (110 kOhm), R19 (270 Ohm) und Kondensatoren ClO (0,22 Mikrofarad) und ClK0,05 Mikrofarad). Der an Masse liegenden Kondensator CIl ist mit Anschlüssen 10 und 14 des ersten Oszillators IC5a verbunden, um dessen Instabilität zu verhindern. Der durch die Diode DlO fließende Strom fließt auch zum

130013/1338

303354Q

einen Anschluß einer Parallelschaltung der in Sperrrichtung vorgesspannten Zenderdioden ZD3 und des dazu in Reihe geschalteten Widerstands R16, der in Sperrrichtung vorgespannten Zenerdiode ZD4 und des dazu in Reihe geschalteten Widerstands R17 und des Widerstands R18. Der andere Anschluß der Parallelschaltung ist mit dem Entladeanschluß 13 des Oszillators IC5a und dem Widerstand R19 verbunden, dessen anderer Anschluß mit den Anschlüssen 8 und 12 des Oszillators IC15a und des an Masse liegenden Kondensators ClO verbunden ist. Die Schaltung erzeugt ein sich mit der Zeit änderndes Ausgangssignal, das aus einer Reihe von Impulsen am Ausgang 9 des Oszillator IC5a besteht. Jede Periode hat einen Aus- und einen Ein-Zustand, von denen der erstere eine Punktion einer konstanten Entladegeschwindigkeit ist, die vom Widerstand R19 und vom Kondensator ClO bestimmt ist, und deren letzterer eine Funktion einer veränderbaren Ladegeschwxndxgkeit ist, die von der Batteriebespannung bestimmt wird. Wenn die Batteriespannung nicht größer als 10 Volt ist, ist die Ladegeschwxndxgkeit eine Funktion von ClO χ R18 + R19. Wenn jedoch die Batteriespannung größer als 10 Volt, nicht jedoch größer als 13 Volt ist, läßt die *£enerdiode ZD4 einen Stromfluß durch den Widerstand R17 zu. Wenn die Batteriespannung größer als 13 Volt ist, läßt die Zenerdiode ZD3 einen Stromfluß durch den Widerstand R16 zu. Die Folgefrequenz des Ausgangs signals ist daher spannungsabhängig,·, d. h., wenn die Batteriespannung abnimmt, nimmt die Frequenz des Oszillators IC5a ab, und wenn die Batteriespannung zunimmt, nimmt die Frequenz des Oszillators IC5a zu.

Die Schaltung zum Anlegen der Batteriespannung an diesen Heizfaden F und den Signalgeber besteht aus einem

130Ö13/1S36

ersten Speicherregister IC6a, das ein erstes Flip-Flop sein kann, Dioden DIl, D12 und D13, Widerständen R20 (47 kOhm), R21 (47 kOhm), R22 (220 Ohm) und R23 und R24 (beide 1 kOhm), einem Kondensator C12 (0,05 Mikrofarad) und Transistoren Q5 und Q6 sowie einem Treibertransistor. Q7. Der durch die Diode DlO fließende Strom fließt auch durch die Diode DIl zum Kondensator C12, dessen anderer Anschluß mit dem an Masse liegenden Widerstand R20 verbunden ist, und dem Eingang 7 des ersten Speicherregisters IC6a. Der Kondensator C12 erzeugt einen positiven Impuls, um den Eingang 7 zu setzen, während der Widerstand R20 den Setzeingang zwischen den Impulsen niedrig vorspannt. Dieses Signal bewirkt, daß das Ausgangssignal am Anschluß 1 des ersten Speicherregisters IC6a hoch wird. Das hohe Ausgangssignal spannt die Diode D12 in Durchlaßrichtung vor, so daß ein..Strom durch den Widerstand R21 in die Basis des Transistors Q5 fließt. Der Stromfluß führt zu einem entsprechenden Kollektorstromfluß von dem Spannungsregler VR2 über den Widerstand R22 in die Basis des Treibertransistors Q7, der vom Widerstand R23 vorgespannt wird. Dies ergibt einen Kollektorstromfluß durch die Feldwicklungen des Relais RY, das den normalerweise offenen Relaisschalter S2 schließt, um den Heizfaden F zu erregen, wie zuvor beschrieben. Der Kollektorstromfluß des Treibertransistors Q7 spannt auch die Diode D13 in Durchlaßrichtung vor, so daß ein Stromfluß von der Basis des Transistors Q6 durch den Widerstand R24 ermöglicht wird. Dies führt zu einem entsprechenden Emitterstromfluß von der Diode DlO zur Wartelampe L, die die Bedienungsperson der Maschine unterrichtet, daß die Glühkerze von dem erregten Heizfaden F erhitzt wird.

130013/133S

303354Q

Die Schaltung zur Verhinderung des Anlegens der Batteriespannung an den Heizfaden F hat einen ersten Zähler IC7, eine Diode D14 und einen Widerstand R25 (47 kOh ). Ein Hauptrückstellkrexs, bestehend aus einem Kondensator C13 (0,05 Mikrofarad), der mit einem an Masse liegenden Widerstand R26 (22 kOhm) verbunden ist, erzeugt eine Spannungsspitze am Verbindungspunkt des Kondensators C13 und des Widerstandes R26, um das erste Speicherregister IC6a am Anschluß 4 und den ersten Zähler IC7 am Anschluß 11 über die Dioden D15 und D16 zu betätigen. Die Impulse des Ausgangsignals am Anschluß 9 des Oszillators IC5a werden auf den Takteingang 10 des ersten Zählers IC7 gegeben. Das Ausgangssignal am Anschluß 1 des Zählers IC7 wird hoch, nachdem der Zähler Ic7 eine bestimmte Anzahl von Impulsen gezählt hat, die vom Oszillator Ic5a über eine Periode von etwa 7 Sek. erzeugt werden. Das hohe Signal am Anschluß 1 des Zählers IC7 spannt die Diode D14 in Durchlaßrichtung vor, um das Speicherregister IC6a am Anschluß 4 zurückzustellen, das vom an Masse liegenden Widerstand R25 vorgespannt wird. Dieses Signal bewirkt, daß das Ausgangssignal am Anschluß 1 des Speicherregister IC6a niedrig wird. Das niedrige Ausgangssignal unterbricht den Kollektorstrorafluß der Transistoren Q5 und Q7, der das Relais RY erregt, das den Relaisschalter S veranlaßt, die Batteriespannung vom Heizfaden F abzuschalten. Die Unterbrechung des Kollektorstromflusses des Treibertransistors Ql bewirkt auch, daß die Wartelampe L entregt wird, die der Bedienungsperson mitteilt, daß der Anlasser ST betätigt werden kann. Die Vorrichtung A¹ der Fig. 2 arbeitet während der Vorheizperiode in der gleichen Weise wie die zuvor beschriebene Vorrichtung A.

130013/1336

_25 _

303354Q

Die Schaltung zum abwechselnden Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F und dann zur Unterbrechung des Anlegens in zyklischer Weise hält die Nenntemperatur des Heizfadens F für eine bestimmte Vorstartperiode aufrecht. Die Schaltung hat einen zweiten Oszillator IC8b, der ein zweiter Zeitgeber sein kann, einen zweiten Zähler IC8, einen dritten Zähler IC9, ein zweites Speicherregister IC6b, das ein zweites Flip-Flop sein kann, Dioden D17 - D20, Widerstände R27 und R28 (beide 15 kOhm) und R29 und R30 (beide 47 kOhm) und Kondensatoren C14 (0,47 Mikrofarad), C15 (0,01 Mikrofarad) C16 (0,05 Mikrofarad). Der Widerstand R27 ist zwischen den Ausgang 5 des Oszillators IC5b und dessen Anschlüsse 2 und 6 geschaltet, und der Kondensator C14 ist zwischen die Anschlüsse 2 und 6 des Oszillators IC58 und dessen an Masse liegenden Anschluß 7 geschaltet. Wenn der Ausgang 1 des ersten Speicherregisters IC6a am Ende der Vorheizperiode niedrig wird, ermöglicht die daran angeschlossene Diode D17 einen Stromfluß zum Rückstellanschluß 11, so daß der Zähler IC8 die mit konstanter Geschwindigkeit vom Ausgang 5 des Oszillators IC58 empfangenen Impulse zählen kann. Der Zähler IC8 am Anschluß 11 und das zweite Speicherregister IC6b am Anschluß 12 werden von dem Hauptruckstellkreis über die Dioden D21 und D22 betätigt. Nachdem der Zähler IC8 eine bestimmte Anzahl von Impulsen gezählt hat, wird das Ausgangssignal am Anschluß 13 hoch, so daß ein Stromfluß durch den Widerstand R28 zum an Masse liegenden Kondensator C16 und zum Anschluß 13 des zweiten Speicherregisters IC6b ermöglicht wird, der am Anschluß 8 geerdet ist. Dies bewirkt, daß das Ausgangsignal am Anschluß 15 hoch wird und die Diode D18 in Durchlaßrichtung vorspannt, so daß ein Stromfluß durch den Widerstand R21 zur Basis des Transistors Q5 ermöglicht wird, der schließlich das Relais RY veranlaßt, den Heizfaden F zu erregen, wie zuvor beschrieben wurde. Obwohl der Heizfaden F aufgrund der festen Frequenz

130013/1336

3033549

des Oszillators IC5b während einer festen Zeitperiode entregt ist, wird er während einer veränderbaren Zeitperiode in Abhängigkeit von der Batteriespannung erregt.

Das hohe Signal am Anschluß 13 des zweiten Zählers ICb wird auch über den Kondensator C15 einem an Masse liegenden Widerstand R29 und im Anschluß -15 des dritten Zählers IC9 zugeführt, der von dem Hauptrückstellkreis am Anschluß 15 betätigt wird. Dieses Signal ermöglicht es, daß der dritte Zähler IC9 mit dem Zählen der Impulse beginnt, die er am Anschluß 14 vom Ausgang 16 des ersten Zählers IC7 empfängt. Nachdem der dritte Zähler IC9 eine bestimmte Anzahl von Impulsen gezählt hat, wird das Ausgangssignal am Anschluß 11 hoch und spannt die Diode D19 in Durchlaßrichtung vor, die einen Stromfluß am Anschluß 12 des zweiten Speicherregisters IC6b ermöglicht. Das Ausgangssignal am Anschluß wird daher niedrig und unterbricht den Kollektorstromfluß des Transistors Q5, der schließlich das Relais RY veranlaßt, den Heizfaden F zu entregen, wie zuvor beschrieben. Die Zeitdauer, die der Heizfaden F erregt bleibt, ändert sich- in inverser Beziehung zur Spannung der Batterie B. Wie oben erläutert, ist die Folgefrequenz des ersten Oszillators IC 5a proportional von der Spannung abhängigf die von der Batterie B geliefert wird. Wenn die Spannung abnimmt, erzeugt der erste Oszillator IC5a Impulse mit langsamerer Geschwindigkeit. Daher läuft eine größere Zeitperiode ab, bevor der erste Zähler IC-7 die bestimmte Anzahl von Impulsen zählt. Daher .wird eine verringerte Batteriespannung während einer größeren Zeitperiode an den Heizfaden angelegt, um die gleiche Nenntemperatur zu^! erhalten, die erzielt werden würde, wenn die Batteriespannung nicht geringer wäre. Die Zeitdauer, die der Heiz-

130013/1338

faden F erregt„bleibt, ändert sich in einer ähnlichen inversen Beziehung zu einer erhöhten Batteriespannung.

Die vorbestimmte Anzahl von Impulsen, die bewirkt, daß das Ausgangssignal am Anschluß 13 des zweiten Zählers IC8 hoch wird, bestimmt die Periodendauer, in der die Impulsbreite von der vorbestimmten Anzahl von Impulsen bestimmt wird, die veranlaßt, daß;; das Ausgangssignal am Anschluß 11 des dritten Zählers IC9 hoch wird. Da die Impulsbreiten, die die Zeitdauer darstellen, die der Heizfaden F erregt wird, sich in inverser Beziehung zu der Spannung der Batterie B ändert, geschieht dies auch mit dem Tastverhältnis. Dieser Zyklus von Erregung und dann Entregung des Heizfadens F wiederholt sich, um eine Folge von Spannungsimpulsen zum Anlegen an den Heizfaden F zu erzeugen. Das veränderbare Tastverhältnis ebenso wie diese Modulation begrenzen die mittlere Leistung, die zugeführt wird, um die Nenntemperatur des Heizfadens F ohne dessen Überhitzung aufrechtzuerhalten. Der zweite Zähler IC8 unterbricht die Modulation nach einer maximalen Vorstartdauer von etwa 30 Sek. Dies ist erreicht, wenn der Ausgang 1 hoch wird und die Diode D20 in Durchlaßrichtung vorspannt, um den Stromfluß an den Eingängen 2 und 6 des zweiten Oszillators IC5b zu ermöglichen, der von der konstanten Ladung abgeschaltet wird, die am Kondensator C14 durch die Diode D20 gehalten wird. Das Signal am Anschluß 1 des zweiten Zählers IC8 wird auch über einen Widerstand R31 (4, 7 kOhm) der Basis eines Transistors Q8 zugeführt, der von einem Widerstand R22 (15 kOhm) vorgespannt wird. Dies verursacht einen Kollektorstromfluß, der den Stromfluß von der Basis des Treibertransistors Q7 ableitet und seinen Kollektor— stromfl'uß unterbricht, so daß das Relais RY den Heizfaden F entregt, wie oben beschrieben. Da der zweite Oszillator IC5b

13QÖ13/133S

_ 28 _

303354P

angehalten und der Heizfaden entregt ist, kann die Vorrichtung A· nicht wiedergestartet werden, bis der Schaltkontakt Wl des Zündschalters Sl wieder aus der Vorheizstellung in die Aus-Stellung 1 zurückgedreht wird.

Wenn die Bedienungsperson den Schaltkontakt Wl des Zündschalters Sl in die Vorheizstellung 2 unmittelbar nach der Vorstartperiode zurückschaltet, würde der Heizfaden F wieder eine Temperatur über der Nenntemperatur erhitzt werden, wie zuvor beschrieben. Um diese Wiederaufheizung zu verhindern, wird ein Kondensator C17 (33 Mikrofarad), der über die Diode DIl geladen wurde, über einen Parallelwiederstand R33 (5,6 Megaohm) entladen, wenn der Schaltkontakt Wl des Zündschalters S2 aus der Vorheizstellung 2 in die Aus-Stellung 1 zurückgedreht wird. Die Werte des Widerstands R33 und des Kondensators C17 bringen die Zeitkonstante auf eine ausreichend niedrige Entladegeschwindigkeit bezüglich des Kondensators C12, um zu verhindern, ein Signal auf den Eingang 7 des ersten Speicherregisters IC6a während einer Zeitperiode von etwa 1-3 Minuten gegeben wird, selbst wenn die Bedienungsperson den Schaltkontakt Wl in die Vorheizstellung 2 zurückdreht, wird keine Batteriespannung auf den Heizfaden F gegeben, bis die oben genannten Zeitperiode abgelaufen ist.

Wenn die Bedienungsperson den Schalter ST durch Drehen des Schaltkontaktes Wl des Zündschalters Sl aus der Vorheizstellung 2 in die Startstellung 3 dreht, bevor die Vorstartzeit abläuft, fließt der Strom, der noch durch die Diode DlO fließt, auch zum Anlasser ST der Maschine und

130013/1336

303354Q

einem Signalformierkreis, der aus einem Kondensator C18 (0,05 Mikrofarad) und Widerständen R34 und R35 (beide 15 kOhm) besteht. Der Strom fließt zum an Masse liegenden Widerstand R34 und dem Kondensator C18, dessen Ausgangsanschluß mit dem an Masse liegenden Widerstand R35 und dem Anschluß 11 des zweiten Zählers IC8 verbunden ist, der von einem Impuls kurzer Dauer zurückgestellt wird. Die Modulation der Batteriespannung am Heizfaden F dauert daher während einer Nachglühperiode von etwa 30 Sek. an. Wenn der Widerstand R13 weggelassen wird, kann der Kondensator C18 durch einen Widerstand (nicht gezeigt) ersetzt werden, um das Signal am Anschluß 11 des zweiten Zählers T.C8 auf einem hohen Wert zu halten. Eine Modulation verhindern, bis der Anlasser ST durch Freigabe des Zündschalters Sl freigegeben wird, wie in Fig. 2 die Kurve während der Zeit-d zeigt. Wenn die Maschine dennoch angelassen wird, bleiben die Glühkerzen erhitzt, wie zuvor erläutert.

Die Vorrichtung A· hat auch eine in Durchlaßrichtung vorgespannte Zenerdiode ZD5 und einen in Reihe geschalteten Widerstand R36 (22 kOhm), die zwischen die Diode DlO und die Basis des Transistors Q8 geschaltet sind. Wenn die Batteriespannung 15 Volt überschreitet, bewirkt der Kollektorstromfluß des Transistors Q8, daß der Kollektorstromfluß des Treibertransistors Q7 unterbrochen wird, so daß schließlich das Relais RY den Heizfaden F entregt, wie zuvor beschrieben.

Die gestrichelte Linie A' in Fig. 4 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung, die aus der Anordnung der dargestellten elektronischen Bauteile besteht. Wenn der Schaltkontakt Wl des Zündschalters Sl aus der Aus-Stellung 1 in die Vorheizstellung 2 gedreht wird, fließt

130013/1336

_ 30 .

ein Strom von der Batterie B zu einer Diode D23 und vier Operationsverstärkern Al - A4. Die Diode D23 verhindert eine Beschädigung der Vorrichtung A, wenn die Polarität der Batterie umgekehrt wird. Der durch die Diode D23 fließende Strom ermöglicht, daß die volle Batteriespannung an fünf Teile der Vorrichtung A-*- angelegt wird, nämlich ein Spannungsregler VR, einen Triggerkreis, einen Heizfadenschaltkreis, einen Signalschal tkreis und einen Vorstartkreis, Der Spannungsregler VR, der irgendein üblicher Spannungsregler sein kann, erzeugt eins im wesentlichen konstante Spannung V von 5 Volt an allen mit V bezeichneten Stellen der Vorrichtung A¹. Die vier Operationsverstärker Al - A4 sind in IC-Technik hergestellt und werden über zwei Anschlüsse (nicht gezeigt) gespeist. Jeder der Verstärker Al - A4 hat -invertierende (-) und nicht invertierende (+) Eingänge und einen Ausgang, der die Differenz zwischen diesen wiedergibt.

Der Triggerkreis besteht aus Kondensatoren C19 und C20 (5. und 33 Mikrofarad) und Widerständen R37 und R38 (100 und 390 kOhm). Der Strom, der durch die Diode D23 fließt, fließt auch durch den Widerstand R37 zu dem an Masse liegenden Kondensator C19 und dem Widerstand R38. Der Ausgangsanschluß des Widerstands R38 ist mit dem an Masse liegenden Kondensator C20 und einem Hysteresedifferenzial-Komparator verbunden, der aus dem Operationsverstärker Al, Widerständen R39, R40 (beide 2,7 Megaohm) und einem Rückkopplungswiderstand R41 besteht, der zwischen den Ausgang und den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers Al geschaltet ist. Der Widerstand R3 7 und der Kondensator C19 unterdrücken eine Hochfrequenzstörung und haben eine ver-

130013/133«

30335ΑΘ

nachlässigbare Wirkung auf die Ladegeschwindigkeit des Kondensators C20. Die Zunahme der Spannung über dem Kondensator C20 hängt von dem Produkt seines Kapazitätswertes und des Wertes des Widerstands R38 ab und-j ist direkt zur verfügbaren Batteriespannung proportional. Wenn der Kondensator C20 geladen wird, fließt ein langsam zunehmender Triggerstrom vom Ausgangsanschluß des Widerstands R38 über den Widerstand R39 zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers Al.

Der Triggerstrom wird mit einem Bezugsstrom verglichen, der von einer Schaltung geliefert wird, die aus Widerständen R42 und R43 (470 und 100 kOhm) und einem Temperatursensor R44 besteht. Vom Spannungsregler VR fließt Strom über den Widerstand R43 zum Widerstand R40, der mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers Al verbunden ist. Der vom Ausgang des Verstärkers Al über den Widerstand R42 fließende Strom fließt auch zum Widerstand R40 und zu dem an Masse liegenden Temperatursensor R44. Der Bezugsstrom in dem Widerstand R40 ist daher gleich der Summe der Ströme der Widerstände R42 und ^K43 - den Strom über den Sensor R44. Der Sensor hat jedoch einen Widerstandswert von etwa 470 Ohm bei Umgebungstemperatur und ist daher invers zur Maschinenblocktemperaturabweichung von der Umgebungstemperatur veränderbar. Wenn daher bei Umgebungstemperatur die Werte des Widerstands-R42 und des Sensors R44 etwa gleich sind, ist der Bezugsstrom gleich dem vom Widerstand R43 ausgehenden Strom. Der Wert des Widerstands R43 ist so bestimmt, daß ein Bezugsstrom mit einer Größe gleich der des Triggerstroms geliefert wird, nachdem der Kondensator C20 während einer

130013/133S

303354Q

Vorheizperiode von etwa 7 Sek. geladen worden ist.

Wenn zunächst der Triggerstrom kleiner als der Bezugsstrom ist, ist das Signal am Ausgang des Verstärkers Al an seiner positiven Sättigungsgrenze. Dieses Ausgangssignal spannt eine Diode D24 in Durchlaßrichtung vor, so daß ein Stromfluß zum Heizfadenschaltkreis ermöglicht wird, der aus einem Transistor Q9 und einem Widerstand R45 (470 Ohm) besteht. Der von der Diode D24 ausgehende Strom fließt durch den Widerstand R45 in die Basis des Transistors Q9, so daß ein Kollektorstromfluß von der Batterie B über die Wicklungen des Relais RY ermöglicht wird. Dieser Stromfluß erregt das Relais RY, das den normalerweise offenen Relaisschalter S2 schließt, so daß der Stromfluß von der Batterie B zum Heizfaden F ermöglicht wird. Sobald der Triggerstrom den Bezugsstrom überschreitet, erreicht das Signal am Ausgang des Verstärkers Al schnell seine negative Sättigungsgrenze. Dieses Signal spannt die Diode D24 in Sperrichtung vor, so daß der Kollektorstromfluß durch das Relais RY unterbrochen wird und der Relaisschalter S2 in seinen normalerweise offenen Zustand zurückkehrt und den Heizfaden F entregt. Der Signalschaltkreis besteht aus dem Operationsverstärker A3, einem Widerstand QlO und Wiederständen R46, R50 und R49 (jeweils 4,7 kOhm sowie Widerständen R47 und R48 (beide 47 kOhm) und einem Widerstand R51 (470 Ohm). Der Triggerstrom fließt auch, wie oben beschrieben, durch den Widerstand R46 zum nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A3, während der Bezugastrom, ebenfalls wie oben beschrieben, durch den Widerstand R47 zu dem an Masse liegenden Widerstand R48 und dem Widerstand R49 fließt, dessen anderer Anschluß mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers A3 verbunden ist. Wenn zunächst der Triggerstrom niedriger als der Bezugsstrom ist, ist das Signal

130013/1336

3Q3354Q

am Ausgang des Verstärkers A3 zunächst an seiner positiven Sättigungsgrenze. Dieses Ausgangssignal fließt über den Widerstand R50 zum Widerstand R51 und zur Basis des Transistors QlO, der einen Kollektorstromfluß von der Diode D23 zum Widerstand R51 ermöglicht und eine Wartelampe L gleichzeitig mit der Erregung des Heizfadens F erregt. Da jedoch der Bezugsstrom des invertierenden Eingangs des Verstärkers A3 durch die Spannungsteilung über den Widerständen R47 und R48 verringert, überschreitet der Triggerstrom den reduzierten Bezugsstrom und bringt- das Signal am Ausgang zu seiner negativen Sättigungsgrenze, bevor das Signal am Ausgang des Verstärkers Al auf seine negative Sättigungsgrenze gelangt. Dieses Ausgangssignal sperrt den Transistor QlO, so daß die Wartelampe L eine kurze Zeitperiode vor der Entregung des Heizfadens F abgeschaltet wird. Bezugnehmend auf Fig. 2 arbeitet die Vorrichtung A' in der gleichen Weise während der Vorheizperiode wie die zuvor beschrM>ene Vorrichtung A, mit der Ausnahme, daß das Anlegen der Batteriespannung an die Wartelampe L durch den Verstärker A3 kurz vor der Entregung des Heizfadens F verhindert wird, wie die gestrichelte Linie e zeigt. Um eine Überhitzung des Heizfadens F zu verhindern, nachdem er die Nenntemperatur T (gestrichelter Teil der Kurve b) erreicht hat, wird das Anlegen der Batteriespannung an den Heizfaden F durch den Verstärker Al nach einer bestimmten Vorheizperiode von etwa 7 Sek. verhindern.

Obwohl die Vorheizperiode etwa 7 Sek. beträgt, ändert sie sich invers zu der Spannung der Batterie B. Wie zuvor erläutert, ist die Ladegeschwindigkeit des Kondensators C20 proportional von der Spannung der Batterie B

130013/1338

3033548

abhängig. Wenn ζ. B. die Spannung abnimmt, lädt sich der Kondensator mit einer gringeren Geschwindigkeit, so daß eine längere Zeitperiode abläuft, bevor der Triggerstrom den Bezugsstrom überschreitet. Eine verringerte Batteriespannung wird auf den Heizfaden F während einer erhöhten Vorheizzeit gegeben, um die gleiche Nenntemperatur T zu erreichen, die erzielt werden würde, wenn die Batteriespannung nicht niedriger wäre. Die Vorheizperiode ändert sich auch invers zu der Maschinenblocktemperaturabweichung von der Umgebungstemperatur. Wie zuvor erläutert, beträgt der Widerstandswert des Sensors R44 470 Ohm bei Umgebungstemperatur und ändert sich invers zur Maschinenblocktemperaturabweichung von der Umgebungstemperatur. Wenn daher die Temperatur der Maschine von der Umgebungstemperatur aus zunimmt, nimmt der Widerstandswert des Widerstands R44 von 470 Ohm aus ab, so daß eine Abnahme des Bezugsstroms verursacht wird. Eine kürzere Zeitperiode verstreicht daher, bevor der Triggerstrom den reduzierten Bezugsstrom !überschreitet« Die Batteriespannung wird daher während einer verringerten Vorheizperiode auf den Heizfaden F gegeben, um die gleiche Nenntemperatur T zu erreichen, die erreicht werden würde, wenn sich die Temperatur des Maschinenblocks nicht erhöht hätte. Die Vorheizperiode ist ähnlich invers zu der erhöhten Batteriespannung,ebenso wie zu einer verringerten Blocktemperaturabweichung von der Umgebungstemperatur.

Unmittelbar vor dem Ablauf der Vorheizperiode wird die Wartelampe L entregt, um die Bedienungsperson zu unterrichten, daß die Maschine zum Start bereit ist, wie zuvor erläutert. Um der Bedienungsperson ausreichend Zeit zu geben, die Maschine nach der Vorheizperiode zu starten, hat die Vorrichtung A auch einen Impulsgenerator zum abwechselnden Anlegen und unterbrechen der Batteriespannung an den Heizfaden F. Dies geschieht zyklisch, um

130013/1336

303354Q

die Nenntemperatur T des Heizfadens F während einer Vorstartperiode aufrechtzuerhalten so daß sie einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Der Impulsgenerator besteht aus dem Operationsverstärker A2, Dioden D26 und D27, einem Kondensator C21 (5 Mikrofarad) und Widerständen R52 (470 kOhm), R53 (560 kOhm), R55 (100 kOhm), R56 (4,7 Megaohm) und R57 (2,8 Megaohm). Der Impulsgenerator ist während der Vorheizperiode in Betrieb, da das Signal des Ausgangs des Verstärkers Al eine Diode D25 in Durchlaßrichtung vorspannt, so daß ein Stromfluß durch einen Widerstand R54 (10 kOhm) zu dem invertierenden Eingang des Verstärkers A2 ermöglicht wird, um ein Signal an dessen Ausgang zu unterdrücken. Wenn jedoch das Signal des Ausgangs des Verstärkers Al umkehrt und die Diode D25 in Sperrichtung vorspannt, wird der Verstärker A2 wirksam. Der Strom vom Ausgang des Verstärkers A2 fließt zum Widerstand R52 und der Diode D26, so daß ein Stromfluß zum Widerstand R52 ermöglicht wird. Der von den Widerständen R52 und R53 ausgehende Strom fließt zu dem an Masse liegenden Kondensator C21 und durch den Widerstand R55 zum invertierenden Eingang des Verstärkers A2. Der von dem Spannungsregler VR ausgehende Strom durch den Widerstand R57 spannt den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A2 vor, um ein Signal an dessen Ausgang zu erzeugen, das die Diode D27 in Durchlaßrichtung vorspannt, so daß ein Stromfluß durch den Widerstand-.R45 zur Basis des Transistors Q9 ermöglicht wird, der dann das Relais RY zur-Erregung des Heizfadens F veranlaßt, wie zuvor beschrieben.

Wenn der Kondensator C21 geladen wird, nimmt der über den Widerstand R55 auf den invertierenden Eingang des Verstärkers A2 gegebene Strom von 0 aus zu. Wenn der

130013/1338

Strom, der auf den invertierenden Eingang des Verstärkers A2 gegeben wird, den Strom überschreitet, der auf den nicht invertierenden Eingang gegeben wird, sperrt das Signal am Ausgang des Verstärkers A2 die Diode D27
in Sperrichtung vor, so daß der Kollektorstromfluß des Transistors Q9 unterbrochen wird, der dann das Relais RY veranlaßt, den Heizfaden F zu entregen, wie zuvor beschrieben, dieser Zyklus von Erregung und Entregung des Heizfadens F, wie er in Fig. 2 durch einen Impuls in der Zeitperiode c gezeigt ist, wiederholt sich, um eine Folge von Spannungsimpulsen zum Anlegen eines Heizfadens F zu erzeugen. Diese Modulation begrenzt die
mittlere Leistung, um die Nenntemperatur des Fadens- F aufrechtzuerhalten, ohne ihn., zu erhitzen. Die Folgefrequenz wird von den Werten des Kondensators C21 und der Widerstände R52 und R53 gesteuert. Die Diode D26
verhindert, daß der Widerstand R53 den Entladezyklus
des Kondensators C21 beeinflußt. Der von dem Ausgang des Verstärkers A2 ausgehende Strom fließt auch zu dessen nicht invertierenden Eingang über den Widerstand R56, so daß die Erzeugung eines Rechteckimpulses erreicht
wird. Das Verhältnis der Impulsbreite zu der der
Zwischenraumbrexte ist gleich dem Verhältnis des
Widerstandswertes der Parallelschaltung der Widerstände R52 und R53 zum Wert des Widerstands R52.

Der Vorstartkreis unterbricht die Modulation nach einer maximalen Vorstartperiode von etwa 30 Sek und besteht aus dem Operationverstärker A4, einem Transistor QIl, einer Zenerdiode ZD6, einer Diode D28, einem Kondensator C22 (5 Mikrofarad) und Widerständen R58 und R59 (beide 10 kOhm), R60 (68 kOhm) und R61 und R62 (beide 4,7 Megaohm)

13Q013/133S

30335AQ

Die 30 Sek-Zeitperiode beginnt, wenn das Signal am Ausgang des Verstärkers Al auf seine negative Sättigungsgrenze übergeht, und fließt über den Widerstand R58 zur Zenerdiode ZD6, die leitend wird und den Stromfluß zum Vorspannungswiderstand R59 und zur Basis des Transistors QIl ermöglicht. Der Emitterstromfluß von der Diode D23 und dem Widerstand R59 aus ermöglicht daher einen Stromfluß durch den Widerstand R60 zu dem an Masse liegenden Kondensator C22 und dem Widerstand R61, dessen anderer Anschluß mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers A4 verbunden ist. Der von dem Spannungsregler VR über den Widerstand R62 fließende Strom spannt den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A4 auf einen bestimmten Wert gleich der Größe des Stroms vor, der auf den invertierenden Eingang des Verstärkers A4 gegeben wird, nachdem der Kondensator C22 während einer Vorstartperiode von etwa 30 Sek. geladen wurde. Wenn dieser bestimmte Wert vom Stromfluß in den invertierenden Eingang des Verstärkers A4 überschritten wird, spannt dessen Ausgangsspannung die Diode D28 in Durchlaßrichtung vor, so daß ein Stromfluß durch den Widerstand R54 zu dem invertierenden Eingang des Verstärkers A2 ermöglicht und jedes Signal an dessen Ausgang unterdrückt wird.

Da der Impulsgenerator unterbrochen ist und der Heizfaden F nicht erregt wird, kann .die Vorrichtung A¹ nicht wieder gestartet werden, bis der Schaltkontakt Wl des Zündschalters Sl von der Vorheizstellung 2 in die Aus-Stellung 1 zurückgedreht wird. Wenn die Be-

130013/1338

~³⁸ " 3Q3354Q

dienungsperson den Schaltkontakt Wl des Zündschalters Sl in die Vorheizstellung 2 unmittelbar nach der Vorstartperiode zurückdreht, würde der Heizfaden F wieder auf eine Temperatur über der Nenntemperatur erhitzt werden, bevor er auf Umgebungstemperatur abkühlen könnte. Der Temperatursensor R44 verhindert jedoch diese Überheizung des Heizfadens F, wie zuvor beschrieben. Wenn jedoch die Bedienungsperson den Anlasser ST durch Drehen des Schaltkontakts Wl des Zündschalters Sl aus der Vorheizstellung in die Startstellung 3 betätigt, bevor die Vorstartperiode abläuft, fließt Strom von der Batterie B über einen Widerstand R64 (47 kOhm) zu einem an Masse liegenden Widerstand R43 (10 kOhm) und einem Kondensator C23 (0,01 Mikrofarad, dessen Ausgangsanschluß mit einem an Masse liegenden Widerstand R65 (10 kOhm) und der Basis eines Transistors Q12. Der Kollektor des Transistors Q12 ist mit dem an Masse liegenden Kondensator C22 verbunden» Die Spannung über dem Widerstand R63 wird von dem Kondensator C23 integriert, so daß Strom zur Basis des Transistors Q12 fließt. Wenn der Transistor Q12 geöffnet ist, entlädt sich der Kondensator C22 und veranlaßt den Vorstartkreis die Modulation der Batteriespannung für den Heizfaden F nach einer Nachglühperiode von etwa 30 Sek fortzusetzen. Wenn die Maschine daher gestartet wird, bleiben die Glühkerzen erhitzt, während die Maschine arbeitet. Die Nachglühperiode wird von der Größe derzeit bestimmt, die erforderlich ist, um einen gleichmäßigen Maschinenleerlauf, ein minimales Maschinengeräusch und die Abgabe von weißem Abgas zu erreichen.

130013/1338

Leerseite

Claims

4690Herne1, 8-100 Mönchen 40,

Schaeferstraße 18 r»- ι ι r» υ ri-i.^ E.senacher Strafte 17

Postfach 1140 uipi.-ing. y.. n. banr ^Do₃tfach 400369

Pat-Anw. Herrmann-Trentepohl DiPl.-PhVS. Edliard ΒθίζΙθΓ PaL-Airar. Betzier

Fernsprecher:02323/51013 fc"pi- r «je. i-uukiu vwu.·^· Farnsprecher:089/363011

⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl * * «

Telegrammanschrift: 38 3013

Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Telegrammanschrift:

Telex 08229853 BabetzpatMünchen

Telex 5 215360

'· 303 3 5 40 Bankkonten:

Bayerische Vereinsbank München 952 Dresdner Bank AG Herne 7-520 499 Postscheckkonto Dortmund 553 68-467

Ref.: MO 6968 In der Antwort bitte angeben

Zuschrift bitte nach:

München

Champion Spark Plug Company

Spannungsversorgungsvorrichtung für den Heizfaden einer Glühkerze in einer Dieselbrennkraftmaschine

Patentansprüche:

Durch einen Zündschalter gesteuerte Vorrichtung zur Erregung eines normalerweise offenen Leistungsschalters, um Spannung einer zugehörigen Spannungsquelle an den Heizfaden einer Glühkerze in einer Dieselbrennkraftmaschine anzulegen, wobei der Heizfaden eauf eine bestimmte Nenntemperatur erhitzt wird , wenn eine bestimmte Spannung angelegt wird, die Spannungsquelle eine Betriebsspannung größer als die spezielle Spannung hat,

der Zündschalter in eine erste Stellung schaltbar ist, um das Anlegen der Betriebsspannung an die Vorrichtung zu verhindern, in eine zweite Stellung, um die Betriebsspannung an einem ersten Anschluß der Vorrichtung anzulegen, und in eine dritte Stellung, um die Betriebsspannung an den ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß der Vorrichtung und den Anlasser der Maschine anzulegen, und der außerdem betätigbar ist, um, wenn der Zündschalter in die dritte Stellung geschaltet und freigegeben wird, in die zweite Stellung zurückzukehren, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die betätigbar ist, nachdem der Zündschalter Sl aus der ersten in die zweite Stellung geschaltet wurde, den Leistungsschalter S2 zu erregen und den Heizfaden F während einer Zeitperiode vorzuheizen, die sichals inverse Funktion der verfügbaren Betriebsspannung ändert und gleich der Zeit ist, die notwendig ist, um die Temperatur des Heizfadens von der Umgebungstemperatur auf die Nenntemperatur zu erhöhen, eine * Einrichtung, die nach der Vorheizperiode betätigbar ist, um den Heizfaden auf der Nenntemperatur während einer Vorstartperiode durch abwechselndes und wiederholtes Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters zu halten, und eine Einrichtung die betätigbar ist, nachdem der Zündschalter aus der zweiten in die dritte Stellung geschaltet wurde, um den Leistungsschalter während einer Nachglühperiode abwechselnd ein- und auszuschalten, die durch die Zeitdauer bestimmt-ist, die für einen gleichmäßigen Maschinenleerlauf, eine minimale Maschinengeräuscherzeugung und die Abgabe von weißem Abgas erforderlich ist.

130013/1338
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Signalgeber zur Erzeugung eines Sensorsignals, wenn die Betriebsspannung angelegt wird, wobei die erstgenannte Einrichtung betätigbar ist, um die Betriebsspannung angelegt wird, wobei die erstgenannte Einrichtung betätigbar ist, um die Betriebsspannung an den Signalgeber während der Vorheizperiode anzulegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Netzschalter- Erregungseinrichtung besteht aus einer Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters, eine Einrichtung, die, wenn die Betriebsspannung an ofen ersten Anschluß der Vorrichtung angelegt wird, einen Bezugsstrom und einen Triggerstrom erzeugt, der in der Größe mit einer Geschwindigkeit zunimmt, die sich proportional zur verfügbaren Betriebsspannung von einem Wert unter in einen Wert über den Bezugsstrom ändert, und einen ersten Komparator zur Erzeugung der Vorheizperiode durch Aktivierung der Schalteinrichtung, wenn die Größe des Trigger— Stroms unter der des Bezugsstroms liegt, und zur Beendigung der Vorheizperiode durch Ausschalten der Schalteinrichtung, wenn die Größe des Trigger— Stroms die des Bezugsstroms überschreitet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zur Aufrechterhaltung der Heizfadentemperatur betätigbare Einrichtung aufweist einen astabilen Multivibrator, der von dem ersten Komparator betätigbar ist, wenn die Größe des

BAD ORIGINAL

-A-

Triggerstroms die des Bezugsstroms überschreitet und der die Schalteinrichtung wiederholt ein- und ausschaltet, eine vom ersten Komparator betätigbare Einrichtung, wenn die Größe des Triggerstroms die des Bezugs Stroms überschreitet und einen Feststrom und einen veränderbaren Strom erzeugt, dessen Größe von einem Wert unter auf einen Wert über dem Feststrom ansteigt, und einen zweiten Komparator zur Abschaltung des Multivibrators, wenn die·'Größe des veränderbaren Stroms die des Feststroms überschreitet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Änderung der Größe des Bezugsstroms als inverse Funktion der Abweichung der Maschinentemperatur von der Bezugstemperatur.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Signalgeber zur Erzeugung eines Sensorsignals bei angelegter Betriebsspannung, wobei die dem Leistungsschalter erregende Einrichtung die Betriebsspannung an den Signalgeber während der Vorheizperiode anlegt und eine Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten des Leistungschalters sowie ein Vorheiz-Flip-Flop aufweist, dessen Ausgang mit der Schalteinrichtung verbunden ist, weiterhin eine Einrichtung, die bei angelegter Betriebsspannung an den ersten Anschluß der Vorrichtung ein Signal an den Setzeingang des Vorheiz-Flip-Flops anliegt und die Schalteinrichtung aktiviert, einen Oszillator zur Erzeugung von Impulsen mit einer Folgefrequenz, die sich als proportionale Funktion der verfügbaren Betriebsspannung

13Ö013/133S

ändert, wenn die Betriebsspannung an den ersten Anschluß der Vorrichtung angelegt wird, und einen Hauptzähler, der die Impulse des Oszillators empfängt und nach Empfang einer ersten bestimmten Anzahl von Impulsen während einer Periode, die gleich der Vorheizperiode ist, ein Signal an den Rucksteilanschluß des Vorheiz-Flip-Flops anlegt und die Schaltein·* richtung ausschaltet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Heizfadentemperatur aufrechterhaltende Einrichtung aufweist ein Flip-Flop, das in Abhängigkeit von einem Signal des Hauptzählers die Schaltein— richtung einschaltet , und einen Zähler, der in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl von Signalen des Hauptzählers die Schalteinrichtung ausschaltet und dadurch daß 'der Hauptzähler nach dem Einschalten der Schalteinrichtung am Ende der Vorheizperiode abwechselnd ein Signal auf das Flip-Flop in Abhängigkeit von einer zweiten bestimmten Anzahl von Impulsen des Oszillators gibt und aufeinanderfolgende Signale dem Zähler in Abhängigkeit von einer dritten bestimmten Anzahl von Impulsen des Oszillators zuführt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Hauptzähler nach Empfang einer bestimmten Anzahl von Impulsen den Oszillator abschaltet und ein Signal auf den Rückstelleingang des Flip-Flops gibt, um die Schalteinrichtung auszuschalten.

130013/1338
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die nach der Umschaltung des Zündschalters von der zweiten in die erste Stellung eine Erregung des Leistungsschalters durch die diesen erregende Einrichtung für eine bestimmte Zeitperiode verhindert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die in Anspruch 1 drittgenannte Vorrichtung nicht betätigbar ist, bis der Zündschalter aus der dritten in · die zweite Stellung zurückgekehrt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweitgenannte Vorrichtung das Verhältnis der Zeit, in der der Leistungsschalter eingeschaltet ist, zu der, in der er ausgeschaltet ist, als inverse Funktion der verfügbaren Betriebsspannung ändert.

130013/1336