DE3526971A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlerfassung von elektrischen generatoren - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Drehzahlerfassung von elektrischen Generatoren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei Kraftfahrzeugen mit Ottomotoren ist es bekannt, zur Erfassung der Motordrehzahl die Spannungsimpulse in der Zündanlage des Ottomotors zu verwenden. Durch eine entsprechend ausgelegte Auswerteschaltung können dabei Schaltvorgänge bei bestimmten Drehzahlwerten, beispielsweise für die Getriebeschaltung ausgelöst werden. Bei Kraftfahrzeugen mit selbstzündenden Dieselmotoren ist die Erfassung der Motordrehzahl an einer Zündanlage nicht gegeben. Da Dieselmotoren in aller Regel zur Erzeugung der im Kraftfahrzeug benötigten elektrischen Energie einen Drehstromgenerator antrieben, kann die Motordrehzahl dort von der Welligkeit der in der Drehstromlichtmaschine erzeugten EMK abgeleitet werden. Die Auswerteschaltung ist dabei der von der Lichtmaschine abgegriffenen, drehzahlabhängig periodischen Signalspannung anzupassen.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die an Zündanlagen von Ottomotoren anzuschließende Auswerteschaltung zur Drehzahlerfassung auch für Dieselmotoren zu verwenden.

Vorteil der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß für Dieselmotore durch Anschluß an die davon angetriebene Lichtmaschine sowie durch Vorschalten der erfindungsgemäßen Impulsformerstufe die für Ottomotoren vorhandenen Auswerteschaltungen eingesetzt werden können, so daß die Herstellung und Lagerhaltung von ausschließlich für Dieselmotore verwendbare Auswerteschaltungen entfällt. Als weiterer Vorteil dieser Lösung ist anzusehen, daß am Ausgang der Impulsformerstufe eine digitale Signalfolge auftritt, die sowohl für Diagnosegeräte als auch für andere im Kraftfahrzeug installierte, digital arbeitende Geräte wie z. B. Schalt- bzw. Steuergeräte zur sogenannten Startanreicherung, Schubabschaltung und zur Steuerung der Dieseleinspritzung als Drehzahlsignal mit normierten Rechteckimpulsen verwendbar ist. Durch das den Mittelwert der Eingangsspannung bildende RC-Glied am invertierenden Eingang eines Komparators der Impulsformerstufe wird dabei in vorteilhafter Weise die mit der Erregung ansteigende Generatorspannung am Komparator zur Unterdrückung von ebenfalls von der Erregung des Generators abhängigen Störspannungen bzw. Spannungseinbrüchen nachgeführt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist es, das Hochfrequenz-Filter (HF-Filter) im Eingang der Impulsformerstufe aus einem hochohmigen Widerstand und einem dazu in Reihe liegenden, gegen Masse geschalteten Kondensator mit kleiner Kapazität zu realisieren, dessen Abgriff über einen Schutzwiderstand mit dem invertierenden Eingang des Komparators zur Unterdrückung von HF-Störungen verbunden ist. Des weiteren ist es vorteilhaft, zum Schutz der Komparatoreingänge gegen Spannungsüberlastung eine stabilisierte Gleichspannung über einen Schaltungszweig mit einem Widerstand und einer dazu in Reihe liegenden Diode gegen Masse zu schalten, dessen Abgriff über eine weitere, in Durchlaßrichtung geschaltete Diode mit dem Ausgang des HF- Filters verbunden ist. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, den Ausgang des HF-Filters über eine weitere in Durchlaßrichtung liegende Diode mit der stabilisierten Gleichspannung zu verbinden.

In zweckmäßigerweise wird der Mittelwert der Eingangsspannung der Impulsformerstufe durch ein RC-Glied gebildet, das mit seinem Widerstand am Ausgang des HF-Filters liegt, mit seinem dazu in Reihe liegenden Kondensator gegen Masse geschaltet ist und mit seinem Abgriff direkt am nichtinvertierenden Eingang des Komparators liegt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Impulsformerstufe zwischen dem Drehstromgenerator eines Kraftfahrzeuges und einer Auswerteschaltung, Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf am Eingang und Ausgang der Impulsformerstufe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Auslösung eines Schaltvorganges bei bestimmten Drehzahlen einer mit 10 bezeichneten Drehstromlichtmaschine. Die Schaltungsanordnung soll in Kraftfahrzeugen mit einem Dieselmotor zur Umschaltung eines Getriebes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl verwendet werden. Die Drehstromlichtmaschine 10 ist dabei in bekannter Weise mit einem drei Generatorwicklungen U, V, W tragenden Stator und einem die Erregerwicklung E tragenden Rotor 11 versehen, dessen Erregerstrom in Abhängigkeit von der Spannung an der Ausgangsklemme D+ über einen Regler 12 veränderbar ist. Die Generatorwicklungen U, V und W sind im Stern geschaltet und jeweils über Dioden 13 zur Ausgangsklemme D+ geführt. Über eine weitere Diodenschaltung 14 sind sie einerseits gegen Masse und andererseits auf eine weitere Ausgangsklemme B+ geschaltet. Das Ende der Generatorwicklung W ist darüber hinaus mit einem Wicklungsanschluß w aus der Drehstromlichtmaschine 10 herausgeführt. An diesem Wicklungsanschluß w ist der Eingang einer Impulsformerstufe 15 angeschlossen, deren Ausgangsklemme 16 mit dem Eingang eines Drehzahlschaltgerätes 17 für die Getriebesteuerung des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die Impulsformerstufe 15 ist mit ihrem Eingang über einen Widerstand 18 von 47 kΩ gegen Masse geschaltet und ferner über ein HF-Filter 19 und einen nachgeschalteten Widerstand 20 von 4,7 kΩ auf den invertierenden Eingang eines Komparators 21 geschaltet. Das HF-Filter 19 besteht dabei aus einem hochohmigen Widerstand 22 von ≦λτ5 kΩ, vorzugsweise 10 kΩ im Eingang und einem dazu in Reihe gegen Masse geschalteten Kondensator 23 von ≦ωτ100 nF, vorzugsweise von 33 nF, dessen Abgriff 24 über den Schutzwiderstand 20 mit dem invertierenden Eingang des Komparators 21 verbunden ist. Der Komparator 21 ist als Schmitt-Trigger geschaltet, indem sein zur Klemme 16 führender Ausgang über einen kleinen Kondensator 25 von 3,3 nF mit dem nichtinvertierenden Eingang rückgekoppelt ist. Die Spannungsversorgung des Komparators 21 erfolgt über eine Leitung 26, die an eine extern zugeführte stabilisierte Gleichspannung U _stab von 5,1 V liegt. Dem HF-Filter 19 ist ferner ein den Mittelwert der Eingangsspannung bildendes RC-Glied 27 nachgeschaltet, das mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 21 verbunden ist. Das RC-Glied 27 ist dabei mit seinem Widerstand 28 von ≦λτ50 kΩ, vorzugsweise 100 kΩ am Abgriff 24 des HF-Filters 19, mit seinem dazu in Reihe liegenden Kondensator 29 von ≦ωτ1 µF, vorzugsweise 0,47 µF, gegen Masse geschaltet und mit seinem Abgriff 30 direkt am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 21 angeschlossen.

Zum Schutz der Komparator-Eingänge gegen Überspannung ist die Leitung 26 mit der stabilisierten Versorgungsspannung U _stab über einen Widerstand 31 und eine dazu in Reihe liegende Diode 32 gegen Masse geschaltet. Der Abgriff 33 dieses Schaltungszweiges ist über eine weitere Diode 34 in Durchlaßrichtung mit dem Abgriff 24 des HF-Filters 19 verbunden. Der Abgriff 24 des HF-Filters 19 ist ferner über eine weitere Diode 35 in Durchlaßrichtung auf die Leitung 26 mit der stabilisierten Versorgungsspannung U _stab geschaltet. Zur Erzielung eines stabilen Zustandes ohne anliegendes Eingangssignal ist der Komparator 21 ferner mit dem invertierenden Eingang über einen Widerstand 36 von 1 MΩ mit der stabilisierten Versorgungsspannung U _stab der Leitung 26 verbunden. Der Ausgang ist über seinen Kollektorwiderstand 37 an die Versorgungsspannung gelegt.

Mit Hilfe der Fig. 2 soll nunmehr die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 näher erläutert werden. Im Normalbetrieb der nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird in der Lichtmaschine 10 eine EMK induziert, die an der Klemme w als Eingangsspannung Uw 1 der Impulsformerstufe 15 auf der Zeitachse t 1 dargestellt ist. Hochfrequente Störungen dieser Spannung werden durch das HF-Filter 19 abgeleitet und der Kondensator 29 des RC-Gliedes 27 wird durch die relativ großen Spannungshalbwellen auf einen entsprechend hohen Spannungswert von maximal 1/2 U _stab aufgeladen. Diese Kondensatorspannung liegt über den Abgriff 30 am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 21 und legt damit die Schaltschwelle für die Umschaltung des Komparatorausgangs entsprechend hoch. Da der invertierende Eingang des Komparators 21 über den Widerstand 20 am Abgriff 24 des HF-Filters 19 liegt, übersteigt dort die Spannung mit jeder Halbwelle Uw 1 den Schwellwert des Komparators 21, wodurch an seinem Ausgang 16 die auf der Zeitachse t 4 dargestellten Rechteckimpulse U 16 auftreten. Die Signalfolge der Impulse U 16 wird dabei in dem Drehzahl-Schaltgerät als Drehzahlsignal weiter verarbeitet.

Sobald die Spannung im Bordnetz des Kraftfahrzeugs über die sogenannte Regelspannung der Lichtmaschine 10 steigt, wird in bekannter Weise über den Regler 12 die Erregung so beeinflußt, daß an der Klemme w eine Eingangsspannung Uw 2 auftritt, die während der positiven Halbwellen mehrere Spannungseinbrüche hat. Diese Spannungseinbrüche werden durch das HF-Filter 19 ausgesiebt, so daß sie am invertierenden Eingang des Komparators 21 nicht mehr wirksam sind. Der Kondensator 29 des RC-Gliedes 27 wird nunmehr weniger aufgeladen und folglich sinkt die zur Umschaltung des Schmitt-Tiggers maßgebende Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 21 entsprechend ab. Am Ausgang des Komparators 21 werden dabei ebenfalls die auf der Zeitachse t 4 dargestellten Rechteckimpulse U 16 zur Drehzahlerfassung erzeugt.

Bei einem weiteren Anstieg der Versorgungsspannung im Bordnetz des Kraftfahrzeuges wird über den Regler 12 die Lichtmaschine 10 in bekannter Weise so stark entregt, daß kein Ladestrom mehr fließt. Nunmehr treten an der Klemme w nur noch sehr kleine, mit einer Einsattelung versehenen Spannungshalbwellen auf, die auf der Zeitachse t 3 als Eingangsspannung Uw 3 dargestellt sind. Da auch diese Spannungshalbwellen zur Erzeugung von Rechteckimpulsen U 16 an der Ausgangsklemme 16 der Impulsformerstufe 15 führen müssen, ist es erforderlich, die Schaltschwelle des Schmitt-Triggers entsprechend abzusenken. Dies erfolgt durch das RC-Glied 27 indem nunmehr der Kondensator 29 nur noch auf eine Spannung von ca. 1/2 Uw 3 aufgeladen wird. Folglich wird auch in diesem Betriebszustand der Lichtmaschine 10 am Ausgang des Komparators 21 ein digitales Drehzahlsignal U 16 erzeugt, das in dem Drehzahl-Schaltgerät 17 weiterverarbeitet wird.

Durch das RC-Glied 27 am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 21 wird die Schaltschwelle des Schmitt- Triggers dem Mittelwert der Eingangsspannung Uw entsprechend nachgeführt, so daß Störspannungen bzw. Spannungseinbrüche, die zwischen den einzelnen Spannungshalbwellen autreten können und mit zunehmender Erregung der Lichtmaschine 10 ebenfalls ansteigen, zuverlässig unterdrückt werden. Zur Einstellung eines stabilen Zustandes bei einem offenen Eingang der Impulsformerstufe 15 dient der Eingangswiderstand 18 in Verbindung mit den Widerständen 22, 20 und 36.

Zum Schutz der Komparationeingänge gegen Überspannung wird durch den Schaltungsaufbau sichergestellt, daß die Spannung an den Eingängen den minimalen Wert von -0,3 V und den maximalen Wert von U _stab +0,7 V nicht nach unten bzw. nach oben überschreitet. Während der negativen Halbwellen der Eingangsspannung Uw von etwa 0,5 V wird das Potential am Abgriff 24 durch die Dioden 32 und 34 auf 0 V gehalten, indem die Spannung am Abgriff 33 auf 0,7 V festgelegt ist. Wird dagegen die stabilisierte Versorgungsspannung U _stab durch die Eingangsspannung Uw überschritten, so gelangt die Diode 35 in den leitenden Zustand, sobald hierbei der Wert von 0,7 V überschritten wird. Durch den Widerstand 22 wird folglich in Verbindung mit der Diode 35 das Potential am Abgriff 24 auf den Wert U _stab +0,7 V gehalten.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlerfassung von elektrischen Generatoren, vorzugsweise Drehstromlichtmaschinen von Kraftfahrzeugen mit einem direkt herausgeführten Wicklungsanschluß an dem drehzahlabhängig, periodische Spannungshalbwellen auftreten und mit einer, die Frequenz dieser Spannungshalbwellen erfassenden Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsanschluß (w) des Generators (10), über eine einen Komparator (21) enthaltende Impulsformerstufe (15) mir dem Eingang der Auswerteschaltung (17) zu verbinden ist, wobei der Eingang der Impulsformerstufe (15) über ein HF-Filter (19) mit dem invertierenden Eingang des als Schmitt- Trigger geschalteten Komparators (21) und über ein dem HF-Filter (19) nachgestaltetes, den Mittelwert der Eingangsspannung bildendes RC-Glied (27) mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators (21) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das HF-Filter (19) aus einem hochohmigen Wiederstand (22) von ≦λτ5 kΩ im Eingang und einem dazu in Reihe gegen Masse geschalteten Kondensator (23) von ≦ωτ100 nF besteht, dessen Abgriff (24) als Ausgang des HF-Filters (19) über einen Schutzwiderstand (20) mit dem invertierenden Eingang des Komparators (21) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Mittelwert der Eingangsspannung bildende RC-Glied (27) mit seinem Widerstand (28) von ≦λτ50 kΩ am Ausgang des HF-Filters (19) angeschlossen ist, mit seinem dazu in Reihe liegenden Kondensator (29) von ≦ωτ1 µF gegen Masse geschaltet ist und mit seinem Abgriff (30) direkt am nichtinvertierenden Eingang des Komparators (21) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Komparator-Eingänge gegen Überspannung eine Leitung (26) mit stabilisierter Gleichspannung über einen Schaltungszweig mit einem Widerstand (31) und einer dazu in Reihe liegenden Diode (32) gegen Masse geschaltet ist, dessen Abgriff (33) über eine weitere Diode (34) in Durchlaßrichtung mit dem Ausgang (24) des HF-Filters (19) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (24) des HF-Filters (19) über eine weitere Diode (35) in Durchlaßrichtung mit der stabilisierten Gleichspannung auf der Leitung (26) verbunden ist.