DE3815786A1 - Elektronische zeitsteuerung fuer motorunabhaengige fahrzeugheizungen - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Motorunabhängige Fahrzeugheizungen arbeiten nach verschiedenen Verbrennungsprinzipien. Jedes dieser Verbrennungsprinzipien besitzt seine charakterlichen Merkmale in der Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. So ist es üblich - bei Anwendung des Rotationszerstäuber- und Verdampfungsprinzips - nach dem Start der Heizung zunächst nur die Glühkerze einzuschalten. Hat die Glühwendel die Arbeitstemperatur erreicht, wird zeitverzögert der Gebläsemotor sowie die Kraftstoffpumpe zugeschaltet. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dann an der heißen Glühwendel entflammt.

Bei Anwendung des Hochdruckzerstäuberprinzips ist es üblich, zuerst den Gebläsemotor und eine Hochspannungszündung einzuschalten. Da die Kraftstoffpumpe mechanisch mit dem Gebläsemotor gekoppelt ist, wird in der Kraftstoffleitung zur Zerstäuberdüse der Betriebsdruck aufgebaut. Nach einer geringen Zeitverzögerung von wenigen Sekunden wird ein Magnetventil vor der Zerstäuberdüse geöffnet. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch die Hochspannungszündung entflammt. Nach erfolgter Zündung wird die Hochspannungszündung abgeschaltet. Darüber hinaus ist es, insbesondere bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen, günstig, eine Startwiederholung bei Nichtzünden des Gerätes einzuleiten.

Beim Abschalten der Heizung ist es erforderlich, daß nach Unterbrechung der Kaftstoffzufuhr, die Brennkammer und den Wärmetauscher über eine gewisse Zeit abzukühlen. Aus diesen Anwendungsbeispielen wird deutlich, daß man je nach Zerstäubungsprinzip mehrere Einschalt- oder Ausschaltverzögerungen zur Erreichung eines Steuerungsablaufes benötigt.

Darüber hinaus kann die Schaltungsanordnung aber auch überall dort eingesetzt werden, wo bestimmte Prozesse zeitlich parallel oder zeitlich versetzt ein- und ausschaltverzögert gesteuert werden sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist üblich, bei motorunabängigen Fahrzeugheizungen zwei Verzögerungszeiten mit einem integrierten Schaltkreis in einen Zeitkreis, der nach dem Prinzip der Kondensatoraufladung arbeitet, zu realisieren. Eine solche Lösung ist in der Patentanmeldung B60H/29 39 145 beschrieben. Nachteilig wirkt sich bei dieser Lösung die Tatsache aus, daß jeweils nur ein Prozeß ein- bzw. ausschaltverzögert gesteuert werden kann.

Eine weitere Lösung existiert in dem DD-WP 2 18 865, in der ebenfalls mit einem Schaltkreis zwei Verzögerungszeiten realisiert werden. Besonders nachteilig ist es, daß diese immer im Verhältnis 1 : 6 stehen. Oftmals ist es erforderlich, die Ein- und Auschaltverzögerungen unabhängig voneinander zu gestalten.

Bei Fahrzeugheizungen sind aber, wie bereits im Anwendungsgebiet beschrieben, mindestens drei Schaltzeiten erforderlich. In beiden angeführten Erfindungsgbeschreibungen wird deshalb in der Steuerung, neben dem zweifach genutzten Schaltkreis, noch ein zweiter Schaltkreis für die dritte Zeit eingesetzt.

Mit beiden bekannten Lösungen kann keine Startwiederholung vorgenommen werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, mit einem Schaltkreismehr als zwei Prozesse ein- und ausschaltverzögert zu steuern, wobei der sonst bei der Verarbeitung von digitalen Systemen übliche Aufwand an Meßmitteln im Produktionsprozeß bzw. Reparaturfall reduziert wird,und im Bedarfsfall eine Startwiederholung einzuleiten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen universellen, nach dem Prinzip der digitalen Schaltungstechnik, arbeitenden Zeitgeberbaustein mit einem Schaltkreis, der zwei 4stellige binäre Vorwärtszähler (nachfolgend Zähler) enthält, so zu gestalten, daß mehrere Prozesse nacheinander ein- oder ausschaltverzögert gesteuert werden können. Im Bedarfsfall soll eine Startwiederholung eingeleitet werden. Das Verhältnis der Steuerzeiten soll frei wählbar sein, Zur Vereinfachung des Meßaufwandes soll die Generatorfrequenz und die Funktionsweise des Zählers optisch angezeigt werden.

Die in einem astabilen Generator in bekannter Weise erzeugte Rechteckspannung wird erfindungsgemäß auf ein NAND-Gatter mit zwei Eingängen (nachfolgend Gatter), das in Reihe mit einem zweiten Gatter geschaltet ist, geleitet. Der Ausgang des zweiten Gatters ist mit dem Eingang des ersten von zwei in Reihe geschalteten Zählern verbunden. Je nach Anzahl der anzusteuernden Baugruppen, wie z. B. Glühkerze, Gebläsemotor, Magnetventil usw. werden entsprechende Teilerausgänge auf je ein Gatter geführt.

Erfindungsgemäß wird auf den zweiten Eingang des ersten Gatters ein L-Signal gegeben und damit die beiden Zähler gestoppt, wenn vom Flammenwächter ein H-Signal anliegt oder die Glühabschaltzeit erreicht worden ist.

Erfindungsgemäß wird auf den zweiten Eingang des zweiten Gatters ein L-Signal gegeben, wenn der Nachlauf beendet ist. Zur Erzielung der Nachlaufzeit wird der Ausgang mit dem höchsten Teilerfaktor oder die Kombination von Ausgängen mit kleineren Teilerfaktoren benutzt. Dazu wird die Frequenz des astabilen Generators so dimensioniert, daß die Impulsdauer an dem Ausgang bzw. den Ausgängen gleich der Glühabschaltzeit (Sicherheitszeit) und der Nachlaufzeit ist. Das die Nachlaufzeit steuernde Gatter setzt mit seinem am Ausgang erscheinenden L-Signal nach Beendigung der Nachlaufzeit ein Flip-Flop zurück. Die am Ausgang des Flip-Flop entstehende L-H-Flanke bewirkt die Rücksetzung der beiden Zähler, wodurch eine Startwiederholung erfolgt.

Zur Erreichung von Ein- und Ausschaltverzögerungen wird die in einem astabilen Generator erzeugte Rechteckspannung zwei in Reihe geschalteten Gattern zugeführt. Die zweiten Eingänge dieser Gatter werden über ein H-Signal bei der Inbetriebnahme des Gerätes angesteuert, so daß die Rechteckspannung diese beiden Gatter passieren kann. Die nachgeschalteten in Reihe angeordneten Zähler sind in der Lage, die eingespeiste Frequenz im Verhältnis 1 : 2, 1 : 4, 1 : 8, 1 : 16, 1 : 32, 1 : 64, 1 : 128 und 1 : 256 zu teilen. Je nach Anzahl der zu steuernden Prozesse werden die betreffenden Ausgänge der Zähler mit einem Gatter beschaltet. Da die eingespeiste Frequenz entsprechend des Teilefaktors am jeweiligen Ausgang des betreffenden Gatters erscheint, muß dafür gesorgt werden, daß die erste H/L-Flanke ein nicht dargestelltes Flip-Flop zurückgesetzt. Auf weitere L/H- und H/L-Flanke reagiert das Flip-Flop nicht und verbleibt somit in dieser stabilen Lage. Kommt es zur Ausbildung einer Flamme im Heizgerät, so werden die Zähler über ein Gatter, welches vom Flammenwächter und der Ausschaltverzögerung für die Glühkerze angesteuert wird, gestoppt. Dadurch wird erreicht, daß der Flammenwächter in nicht dargestellter Weise die Glühkerze sofort nach Ausbildung der Flamme abschaltet, aber die Zähler bis zur Erreichung der Glühabschaltzeit weiterarbeiten. Das danach am Ausgang dieses Gatters erscheinende L-Signal wird auf den zweiten Eingang des ersten Gatters, welches dem astabilen Generator nachgeschaltet ist, geleitet. Das Gatter sperrt nun die am ersten Eingang eingespeiste Rechteckspannung, damit werden die Zähler gestoppt.

Schaltet der Flammenwächter innerhalb der Glühabschaltzeit infolge instabiler Verbrennung oder Gasblasenbildung in der Kraftstoffzuleitung wieder ab, so wird die Glühkerze wieder eingeschaltet. Dadurch werden geringfügige Störungen bei der Inbetriebnahme des Gerätes eliminiert. Mit dem Aussetzen des Zählbetriebes der Zähler ist der Brennbetrieb des Heizgerätes erreicht.

Erlischt die Flamme, so wird das Gatter für die Rechteckspannung wieder geöffnet und der Nachlauf des Gebläsemotors zur Kühlung der Brennkammer und des Wärmetauschers eingeleitet. Nach Beendigung des Nachlaufes erscheint am Ausgang des Gatters, welches mit seinen beiden Eingängen an dem Ausgang mit dem höchsten Teilerfaktor oder welches mit seinen beiden Eingängen an je einen Ausgang geschaltet ist, ein L-Signal. Dieses L-Signal wird einerseits dem zweiten Eingang des zweiten Gatters, welches dem astabilen Generator nachgeschaltet ist, zugeleitet. Dieses Gatter sperrt die am ersten Eingang eingespeiste Rechteckspannung, so daß die nachgeschalteten Zähler gestoppt werden. Andererseits wird durch dieses L-Signal ein Flip-Flop zurückgesetzt. Die am Ausgang des Flip-Flop entstehende L-H-Flanke bewirkt in nicht dargestellter Weise die Rücksetzung der beiden Zähler, wodurch eine Startwiederholung erfolgt. Die Funktion des astabilen Generators wird mit einer Leuchtdiode, die über einen Vorwiderstand an den Ausgang desselben geschaltet ist, optisch kontrolliert. Die Funktionsweise der Zähler kann mit einer Leuchtdiode, die über einen Vorwiderstand vom Kollektor eines Transistors angesteuert wird, optisch erfolgen. Die Basis des Transistors ist über einen Vorwiderstand an den Ausgang angeschlossen, an dem die Frequenz im Verhältnis 1 : 2 erscheint. Auf diese Weise sind Fehler am astabilen Generator und an den Zählern erkennbar ohne direkten Einsatz von Meßmitteln.

Auf diese Weise lassen sich die Glühkerze und der Gerätemotor bei Rotationszerstäubern und Geräten nach dem Verdampfungsprinzip ein-und ausschalten. Analog kann mit dieser Schaltung auch bei Hochspannungszündung, das Magnetventil und der Gebläsemotor bei Hochdruckzerstäubern geschaltet werden.

Ausführungsbeispiel

Mit der in Fig. 1 aufgezeigten Lösung ist es möglich, bei motorunabhängigen Fahrzeugheizungen, die nach dem Rotationszerstäuber- und Verdampfungsprinzip arbeiten, mehrere Prozesse nacheinander einschalt- oder ausschaltverzögert zu steuern.

Mit dem Anlegen der stabilisierten Spannung U _DD werden die beiden in einem integrierten Schaltkreis IS 1 enthaltenen und im Anwendungsfall in Reihe geschalteten Zähler CT 16 über eine nicht dargestellte Rücksetzeinrichtung mittels einer H-Flanke an den Zählereingängen R 1 und R 2 zurückgesetzt. An allen Ausgängen der beiden Zähler erscheint ein L-Signal. Gleichzeitig wird im astabilen Generator eine Rechteckspannung erzeugt, deren Impulsdauer sich aus der Summe der Glühabschaltzeit und der Nachlaufzeit unter Berücksichtigung des höchsten Teilerfaktors der Zähler errechnet. Im Anwendungsbeispiel beträgt die Impulsauer t _i = 1 s und die Impulspause t _p = 1 s. Daraus resultiert eine Frequenz von f = 0,5 Hz. Die Rechteckspannung mit dieser Frequenz speist einerseits über einen Vorwiderstand RF 1 die Leuchtdiode D 1 und signalisiert durch das periodische Blinken derselben die Funktionsweise des astabilen Generators. Andererseits wird mit der erzeugten Rechteckspannung ein Eingang des Gatters 1 gespeist. Am zweiten Eingang des Gatters 1 liegt ein H-Signal vom Ausgang des Gatters 3. Am Ausgang des Gatters 1 erscheint demzufolge die Rechteckspannung und läuft in gleicher Weise über das Gatter 2, da dessen zweiter Eingang ebenfalls auf H-Potential liegt. Die am Eingang C 11 des ersten Zählers eingespeiste Rechteckspannung erscheint entsprechend den Teilerfaktoren an den Ausgängen 010 bis 013 und 020 bis 023. Am Ausgang 010 erscheint eine Rechteckspannung mit einer Frequenz von f = 0,25 Hz (ti = 2 s, t _p = 2 s), welche optisch von der Leuchtdiode D 2 als Kontrollsignal für das Arbeiten der Zähler angezeigt wird. Das Signal wird über den Transistor T 1 verstärkt. Die Widerstände RF 2 und RF 3 dienen als Vorwiderstände.

Über das L-Signal des Ausganges 022 und dessen Negierung mittels NAND-Gatter 4 wird über eine Ansteuerlogik sofort nach Startbeginn das Glühkerzenrelais durchgesteuert und somit die Glühkerze eingeschaltet.

Nach 32 s erscheint am Ausgang 020 ein H-Signal, welches negiert über NAND-Gatter 6 der Ansteuerlogik des Motorrelais zugeführt wird. Das dem Gatter 6 in nicht dargestellter Weise nachgeschaltete Flip-Flop wird zurückgesetzt und damit das Motorrelais eingeschaltet. Nach Anlauf des Gebläsemotors entzündet sich das Kraftstoff- Luft-Gemisch an der Glühkerze. Der Flammenwächter liefert in nicht dargestellter Weise ein H-Signal auf einen Eingang des Gatters 3 und schaltet gleichzeitig über ein nicht dargestelltes Gatter die Glühkerze ab. Erscheint nun nach 128 s am Ausgang 022 ein H-Signal, so wird dieses Signal negiert über ein Gatter 4 der Ansteuerlogik des Glühkerzenrelais zugeführt. Das dem Gatter in nicht dargestellter Weise nachgeschaltete Flip-Flop wird zurückgesetzt und damit das Glühkerzenrelais abgeschaltet. Gleichzeitig erscheint am zweiten Eingang des Gatters 3 ein H-Signal. Demzufolge erscheint am Ausgang des Gatters 3 ein L-Signal, welches über den zweiten Eingang des Gatters 1, dessen Ausgang auf L-Potential setzt. Damit erscheint über das Gatter 2 am Eingang C 11 des ersten Zählers ein H-Signal. Die Zähler werden dadurch gestoppt. Der Betriebszustand des Gerätes ist somit erreicht.

Erlischt die Flamme durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr bei Beendigung des Heizprozesses oder durch Ansprechen eines Überhitzungsschutzes, so wird das Gatter 1 wieder für die Rechteckspannung geöffnet, da an seinem zweiten Eingang ausgehend vom Flammenwächter über das Gatter 3 ein H-Signal anliegt. Die Zähler setzen den Zählbetrieb fort. Nach weiteren 128 s erscheint am Ausgang 023 ein H-Signal, welches negiert durch das Gatter 5 einerseits dem zweiten Eingang des Gatters 2 und andererseits dem Rücksetzeingang des aus dem Gatter 7 und Gatter 8 gebildeten Flip-Flop zugeleitet wird. Die Widerstände RF 4, RF 5 und der Kondensator C 1 dienen dem Setzen des Flip-Flop. Ein L-Signal am Eingang des Gatters 2 hat ein H-Signal am Ausgang zur Folge. Damit wird der Zählbetrieb der Zähler eingestellt, das Motorrelais fällt ab, womit der Nachlauf beendet ist.

Falls das Gerät nicht abgeschaltet wurde, sondern sogenannte Störfälle vorliegen, z. B. das Nichtzünden des Gerätes infolge sehr tiefer Umgebungstemperaturen oder Flammenabriß bei kurzfristiger Kraftstoffunterbrechung, wird über das am Ausgang Q des aus den Gattern 7 und 8 bestehenden Flip-Flop anliegende H-Signal die nicht dargestellte Rücksetzeinrichtung für die Zähler aktiviert, so daß beide Zähler zurückgesetzt werden. Dadurch wird der Startvorgang erneut eingeleitet. Sollte das Gerät erneut nicht zünden, so wird kein weiterer Startvorgang eingeleitet.

Die gewählten Verzögerungszeiten sind willkürlich gewählt. So kann z. B. die Glühabschaltzeit verlängert werden, in dem die Ausgänge 013 und 022 auf ein Gatter geführt werden. Im aufgezeigten Beispiel ergibt sich durch die Kombination eine Glühabschaltzeit von tab = 128 s + 16 s = 144 s.

Mit der in Fig. 2 dargestellten Lösung ist es möglich, bei motorunabhängigen Fahrzeugheizungen, die nach dem Hochdruckzerstäuberprinzip arbeiten, mehrere Prozesse nacheinander einschalt- oder ausschaltverzögert zu steuern. Die Ansteuerung der Zähler, deren Kontrolle über die Leuchtdiode D 1 und D 2 sowie deren Rücketzung erfolgt analog zur unter Fig. 1 aufgezeigten Lösung.

Die Frequenz der Rechteckspannung des astabilen Generators wird ebenfalls beibehalten und wird an einem Eingang des Gatters 1 eingespeist. Am zweiten Eingang des Gatters 1 liegt ein H-Signal, da an den Eingängen des Gatters 3 jeweils ein L-Signal vom Flammenwächter und vom Ausgang 013 anliegt. Am Ausgang des Gatters 1 erscheint demzufolge die Rechteckspannung und läuft in gleicher Weise über das Gatter 2, da dessen zweiter Eingang ebenfalls auf H-Potential liegt. Die am Eingang C 11 des ersten Zählers eingespeiste Rechteckspannung erscheint entsprechend den Teilerfaktoren wieder an den Ausgängen 010 bis 013 und 020 bis 023.

Über das am Ausgang des Gatters 5 anliegende H-Signal wird über die Ansteuerlogik sofort bei Startbeginn das Relais für den Gebläsemotor durchgesteuert. Über das Gatter 4 wird ebenfalls bei Startbeginn das Relais zur Ansteuerung der Hochspannungszündung eingeschaltet.

Nach 10 s bewirken die am Eingang des Gatters 6 anliegenden H-Signale, daß der Ausgang auf ein L-Signal umschaltet. Mit diesem L-Signal wird ein Magnetventil, welches sich zwischen der Zerstäuberdüse und der Hochdruckpumpe befindet, geöffnet. Das nun hinter der Zerstäuberdüse entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch wird sofort über die Hochspannungszündung entzündet. Der Flammenwächter steuert in nicht dargestellter Weise durch und liefert ein H-Signal auf einen Eingang des Gatters 3. Erscheint nun nach 16 s am Ausgang 013 ein H-Signal (Sicherheitszeit), so wird dieses Signal über das Gatter 4 negiert und schaltet das Relais zur Ansteuerung der Hochspannungszündung ab. Gleichzeitig gelangt dieses H-Signal auf den zweiten Eingang des Gatters 3. Das an seinem Ausgang entstehende L-Signal setzt den Ausgang des Gatters 1 auf H-Potential. Damit wird, wie bereits unter Fig. 1 beschrieben, der Zählbetrieb der Zähler unterbrochen. Der Betriebszustand des Gerätes ist somit erreicht.

Erlischt die Flamme durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr bei Beendigung des Heizprozesses oder durch Ansprechen eines Überhitzungsschutzes, so wird analog der Fig. 1 der Zählbetrieb der Zähler fortgesetzt und dadurch der Nachlauf des Heizgerätes eingeleitet. Bei Hochdruckbrennern ist eine Nachlaufzeit von ca. 3 min erforderlich. Aus diesem Grund werden die Ausgänge 021 und 022 auf ein Gatter 5 geschaltet. Die Nachlaufzeit ist nach 176 s (192 s-16 s) beendet. Der Ausgang des Gatters 5 schaltet vn H- auf L-Potential um und der Ausgang des Gatters 2 wird demzufolge auf H-Potential geschaltet. Der Zählbetrieb der Zähler wird eingestellt. Weiterhin bewirkt das L-Potential am Ausgang des Gatters 5 die Abschaltung des Motorrelais und die Rücksetzung des aus den Gattern 7 und 8 gebildeten Flip-Flop analog Fig. 1. Im Störungsfall wird analog zu den unter Fig. 1 genannten Ausführungen ein erneuter Start eingeleitet.

Durch die erläuterten Ausführungsbeispiele wird deutlich, daß durch die erfindungsgemäße Ausführung eine sehr große Variabilität der Steuerzeiten sowie in der Anzahl der zu steuernden Prozesse erreicht wird.
U _DD stabilisierte Spannung IS₁integrierter Schaltkreis CT₁₆Zähler R₁; R₂Zählereingang C₁₁Eingang des ersten Zählers 010-013 und 020-023Zählerausgang RF₁; RF₂; RF₃Vorwiderstand D₁; D₂Leuchtdiode T₁Transistor RF₄; RF₅Widerstand C₁Kondensator QAusgang 1 bis 8Gatter

Claims (4)

1. Elektronische Zeitsteuerung bei motorunabhängigen Fahrzeugheizungen, die nach dem Prinzip der digitalen Schaltungstechnik arbeitet und eine aus zwei 4stelligen binären Vorwärtszählern bestehenden integrierten Schaltkreis besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß alle in der Start- und Nachlaufphase erforderlichen Schaltzeiten über ein Gatter (1) und ein Gatter (2), welche in Reihe den Zählern (CT 16) vorgeschaltet sind, eingeleitet werden, wobei das Gatter (1) die Zähler (CT 16) nach der Flammenausbildung stoppt, und nach dem Flammenerlöschen wieder startet und das Gatter (2) die Zähler (CT 16) nach Beendigung der Nachlaufzeit anhält.

2. Elektronische Zeitsteuerung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechtecksignal über den ersten Eingang von zwei in Reihe geschalteten Gattern (1, 2) dem Zählereingang (C 11) des ersten von zwei in Reihe geschalteten Zählern (CT 16) zugeleitet wird und der zweite Eingang des Gatters (1) mit dem Ausgang des Gatters (3) sowie der zweite Eingang des Gatters (2) mit dem Ausgang des Gatters (5) verbunden ist.

3. Elektronische Zeitsteuerung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung des Nachlaufes der Ausgang (023) oder eine Kombination von Ausgängen (011, 012, 013, 020, 021, 022, 023) benutzt wird, wobei die an diesen Ausgängen erzeugte Impulsdauer der Summe von Glühabschalt- bzw- Sicherheitszeit und Nachlaufzeit entspricht.

4. Elektronische Zeitsteuerung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das L-Signal am Gatter (5) ein aus zwei Gattern (7, 8) bestehende Flip-Flop zurücksetzt, und das an seinem Ausgang Q entstehende H-Signal die Zähler (CT 16) einmalig zurücksetzt.