EP0242446B1 - System zur Messung des Tastverhältnisses von Impulsen veränderlicher Frequenz - Google Patents

System zur Messung des Tastverhältnisses von Impulsen veränderlicher Frequenz Download PDF

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EP0242446B1
EP0242446B1 EP86117559A EP86117559A EP0242446B1 EP 0242446 B1 EP0242446 B1 EP 0242446B1 EP 86117559 A EP86117559 A EP 86117559A EP 86117559 A EP86117559 A EP 86117559A EP 0242446 B1 EP0242446 B1 EP 0242446B1
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EP
European Patent Office
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pulses
input
gate
frequency
counter
Prior art date
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Revoked
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EP86117559A
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English (en)
French (fr)
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EP0242446A2 (de
EP0242446A3 (en
Inventor
Bernd Rumpf
Wolfgang Reisch
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Mannesmann VDO AG
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
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Publication date
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Application filed by Mannesmann VDO AG filed Critical Mannesmann VDO AG
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Publication of EP0242446A3 publication Critical patent/EP0242446A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/0007—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for using electrical feedback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/32—Controlling fuel injection of the low pressure type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2024—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit the control switching a load after time-on and time-off pulses
    • F02D2041/2027—Control of the current by pulse width modulation or duty cycle control

Definitions

  • the invention is based on a system for measuring the pulse duty factor of pulses of variable frequency, in particular in electronically controlled fuel injection systems for internal combustion engines.
  • pulse duty factor pulse width / period
  • the period is determined using the first counter, while the pulse width is measured using the second counter.
  • the quotient of the two measurement results is then formed by an arithmetic operation.
  • the object of the invention is to provide a system for measuring the pulse duty factor of pulses of variable frequency, in which a measurement with a required resolution can be carried out with the least possible technical effort within a wide frequency range.
  • the system according to the invention is characterized in that clock pulses are derived, the frequency of which corresponds to a predetermined multiple of the frequency of the pulses (input pulses), and that the pulse duty factor is determined by counting the clock pulses during each pulse.
  • the system according to the invention has the advantage that the pulse duty factor can be measured in a wide frequency range with the same resolution, with counters and other digital circuits being designed only for the number of digits required for the required resolution.
  • the frequency of the clock pulses can be derived by measuring the period of the pulses and forming the reciprocal of the measurement result and multiplying it by a constant that corresponds to the multiple.
  • a second development of the invention consists in that a controllable oscillator, a frequency and phase comparison circuit and a frequency divider are provided for deriving the clock pulses. This enables, for example, the use of commercially available modules, in particular a PLL circuit.
  • clock pulses are fed to a first input and the input pulses to a second input of an AND gate and that a counter is connected to the output of the AND gate.
  • a further embodiment of the invention is characterized in that a D register is connected to the output of the counter, which is clocked with pulses which are derived from the input pulses and fed to the D register via a second OR gate.
  • the D register enables a measured value to be available during the entire period of the pulses to be measured.
  • the pulse duty factor becomes either 0% or 100%.
  • a duty cycle of 0% there are no pulses, but only a DC voltage with a "0" level and with a duty cycle of 100% a DC voltage with a "1" level. In both cases, no period or pulse frequency can be determined.
  • a further development of the invention therefore provides that means are provided for determining whether a pulse duty factor of 100% is present and that a predetermined value is output at a pulse duty factor of 100%.
  • circuits in accordance with the developments mentioned serve to determine a pulse duty factor of 100%, and that at a pulse duty factor of 0%, the counter remains at 0 anyway due to the lack of input pulses.
  • pulse width is determined independently of the pulse frequency and that a duty cycle of 100% is assumed when a limit value is exceeded and that the limit value is derived from the pulse width of a previous pulse.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 1 is supplied with 1 pulses, the pulse duty factor T1 / T of which is to be measured. So that the system can process pulses of both polarities, a switch 2 and a negation stage are provided at input 1.
  • the pulses are first fed to a circuit 4 for measuring the period T. This can be done, for example, by counting pulses with a significantly higher frequency during a period of the input pulses.
  • the output signal of the circuit 4 is then fed to an arithmetic circuit 5, which calculates the frequency of the pulses supplied at 1 by reciprocal value formation and multiplies the value obtained by a constant C.
  • the constant C is supplied from a corresponding memory 6 to the arithmetic circuit 5.
  • the arithmetic circuit 5 At the output of the arithmetic circuit 5 there are pulses whose frequency corresponds to a predetermined multiple of the frequency of the input pulses. The value of the multiple depends on the required resolution of the measurement result.
  • the pulses are fed to an input of a triple AND gate 7.
  • the input pulses processed in a pulse shaper 8 are fed to a further input of the triple AND gate 7.
  • the triple AND gate 7 accordingly causes the clock pulses specified by the circuit 5 to be passed to the n-bit counter 9 only during the occurrence of the input pulses.
  • the counter reading reached after a pulse corresponds to the duty cycle because of the coupling of the frequencies of the clock pulses and the input pulses.
  • the count result V can then be taken from the output of the n-bit counter 9.
  • the n-bit counter 9 is set to 0.
  • a corresponding signal is supplied to the n-bit counter by a control block 10.
  • the control block has further tasks, which are explained below. Particularly in the case of electronically controlled fuel injection systems, it can happen that the input pulses supplied at 1 either become so wide that they become a continuous voltage (duty cycle 100%) or the injection is switched off completely, so that the duty cycle becomes 0. In this case, the circuits 4 and 5 no longer allow the frequency of the input pulses to be determined, so that no corresponding clock pulses can be derived.
  • the circuits 11 and 12 together with the control block 10 already mentioned and a level detector 13 are used to record these operating states.
  • the recording of these operating states takes place in the form of a so-called time-out monitoring in a dynamic manner.
  • the frequency and the width of the input pulses change only relatively slowly because of the inertia of the internal combustion engine, while a change in the pulse width occurs suddenly when a duty cycle of 100% is reached.
  • the pulse width is first measured in a circuit 11.
  • a limit value is formed from this in the circuit 12, which is at most to be expected for the following pulse. This can be done by addition or multiplication.
  • the width of the following pulse is compared with this value.
  • the control block 10 releases via line 14 an input register of the n-bit counter 9 provided for the constant C, whereby the counter reading assumes the value of the constant C.
  • the third input of the triple AND gate 7 is set to a value of 0 by the control block 10 via the line 15, so that the counter remains at the value C.
  • the pulse duty factor of the input pulses remains at 100%, the input signal is continuously compared with the limit value which was determined from the last individual pulse before the transition to the pulse duty factor of 100%. This enables a termination of the 100% duty cycle to be recognized and the subsequent individual pulse to be checked again as described.
  • the level detector 13 In order to achieve a correct result even in the event that the pulse width T1 approaches 0, such a case is determined in the level detector 13.
  • the output of the level detector 13 is connected to an input of the control block, from which, in the absence of pulses via a line 16, the n-bit counter 9 is set to 0 and prevents further counting via the line 15 and the triple AND gate 7 becomes. With the level detector 13 it is additionally achieved that the required starting conditions can be created when the system is switched on.
  • the system shown in FIG. 2 can in turn be used to process pulses of different polarities, for which purpose an input 21 is directly connected and another input 22 is connected via an inverting amplifier 23 and a switch 24. With a frequency divider 25, pulses with half the frequency and with a duty cycle of 50% are generated from the input pulses. These pulses are fed to a PLL circuit 26.
  • the PLL circuit 26 essentially includes a controllable oscillator (VCO) and a frequency and phase comparison circuit.
  • the output voltage of the controllable oscillator is fed via a frequency divider 27 to an input of the frequency and phase comparison circuit and is compared there with the pulses supplied by the frequency divider 25.
  • a voltage, which represents the result of the comparison, is supplied to the control input of the controllable oscillator via an RC element 28, -29.
  • the described control of the controllable oscillator causes the frequency of the oscillator to assume a value which is greater by the division ratio of the circuit 27 than the frequency of the pulses which are supplied to the PLL circuit 26.
  • the ratio n can be entered at 30 depending on the requirements in individual cases.
  • the clock pulses are supplied to the counter 32 via the AND circuit 31.
  • the input pulses are fed to a further input of the AND circuit, so that only those clock pulses which occur within a pulse arrive at the counter.
  • the count of the counter 32 thus represents a measure of the duty cycle.
  • the counter reading is written into a D register 33, which in the exemplary embodiment shown is connected to the counter 32 via 8 lines for 1 bit each.
  • the D register 33 is clocked by the input pulses via an OR circuit 35 and a monostable multivibrator 36. This has the effect that after the counting of the clock pulses the count is transferred to the D register.
  • a delayed reset pulse is generated by the delay circuit 37, which resets the counter to 0 after data has been transferred from the counter 32 to the D register 33.
  • the frequency of the signals which are fed to the PLL circuit 26 reaches the value 0. This can be done by monitoring the output voltage of the frequency and phase comparison circuit of the PLL circuit 26 with the aid of a comparator 38 are found. For this purpose, the control voltage of the controllable oscillator is applied to one input of the comparator, while a comparison voltage is supplied to the other input via a voltage divider 39, 40.
  • the output voltage of the comparator 38 assumes the logic value 0, which is fed to an input of the OR gate 41. If the pulse duty factor is 100%, a 0 is present at the other input of the OR gate 41 via the inverter 43. The 0 present at the output of the OR gate 41 causes the counter to be set to the value which corresponds to a pulse duty factor of 100% via the inverting preset input of the counter.
  • the output voltage of the comparator 38 is also fed to a monostable multivibrator 42, the output signal of which is fed via the OR gate 35 to the clock input of the D register 33.
  • the trailing edge of the output signal of the monostable multivibrator 38 causes the count (100%) to be transferred to the D register 33.
  • the output of the D register 30 forms the output 34 of the system, from which the measurement result Z can be found.
  • a monostable multivibrator 51 generates a pulse of constant width, with which a counter 52 is reset.
  • a signal is fed to the counter 52 as a clock via an input 53 provided for this purpose and via an OR gate 54.
  • the carry output of the counter 52 is connected to a further input of the OR gate 54, so that no further count pulses reach the counter 52 in the event of a carry.
  • the carry signal of the counter 52 is also fed via an inverter 55 to an input of the OR gate 41.
  • a monostable multivibrator 56 is connected to the carry output of the counter 52, the output of which is connected to an input of the OR gate 35.
  • the counter 52 is set to 0 at the beginning of each period T of the input signal supplied at 21 and then counts the clock pulses supplied at 53, the frequency of which is substantially higher than that of the input pulses.
  • the capacity of the counter 52 is now selected such that no carry out takes place within a clock period T of the input pulses. As long as the pulse width T1 has not reached 100%, the counter 52 is set to 0 at the beginning of each clock period T. If, however, 100% duty cycle is reached, the reset is not necessary and after a predetermined number of pulses of the clock signal supplied at 53, a 1 is present at the carry output of the counter 52.
  • the counter is stopped, so that the carry remains at the output until a reset pulse comes from the input 21 via the monostable multivibrator 51.
  • the in Fig. 4 system provided an adaptive determination.
  • both the frequency (corresponding to the engine speed) and the pulse width (duration of the individual injection) do not change suddenly. If a sudden change nevertheless occurs in the pulse width, this allows the conclusion of a transition to a pulse duty factor of 100%.
  • the input pulses in the system according to FIG. 4 are fed to a circuit 61 for measuring the period duration. This can be done in a manner known per se by counting pulses during a period, the frequency of the counting pulses being substantially greater than the frequency of the input pulses.
  • the measured period T is multiplied by a constant stored at 63 or this constant is added to the period.
  • Corresponding signals for selection between multiplication and addition can be supplied at the inputs 64 and 65.
  • a constant adapted to the respective application can be entered via input 66.
  • a value Tmax which corresponds to the period that can be expected as a maximum without a duty cycle of 100% being achieved.
  • This value is delayed at 67 by a period T and compared in a comparator 68 with the period of the following period. If the period T (1) is greater than the maximum period Tmax (0) determined from the previous period, then a 0 is supplied from the comparison circuit 68 to the monostable multivibrator 42 and the OR gate 41, which is already the case in connection with FIG 2 triggers the functions described.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einem System zur Messung des Tastverhältnisses von Impulsen veränderlicher Frequenz, insbesondere bei elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritz-Systemen für Brennkraftmaschinen.
  • Zur Messung des Tastverhältnisses (Impulsbreite/Periodendauer), insbesondere bei elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritz-Systemen für Brennkraftmaschinen, sind Verfahren bekannt geworden, bei denen zwei getrennte Zähler verwendet werden. Mit dem ersten Zähler wird die Periodendauer ermittelt, während mit Hilfe des zweiten Zählers die Impulsbreite gemessen wird. Anschließend wird durch eine arithmetische Operation der Quotient beider Meßergebnisse gebildet.
  • Bei der Anwendung dieses Verfahrens ist es erforderlich, die Auflösung des Ergebnisses vorher in Abhängigkeit von der eingehenden Frequenz festzulegen. Insbesondere, wenn die Frequenz der zu messenden Impulse großen Schwankungen unterworfen ist, ist wegen der niedrigen Frequenzen eine Auslegung des Zählers fur die Periodendauer mit einer sehr großen Kapazität erforderlich, damit kein Überlauf geschieht, wenn man bei hohen Frequenzen eine noch befriedigende Auflösung erzielen möchte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Messung des Tastverhältnisses von Impulsen veränderlicher Frequenz anzugeben, bei dem innerhalb eines weiten Frequenzbereichs eine Messung mit einer geforderten Auflösung mit einem möglichst geringen technischen Aufwand erfolgen kann.
  • Das erfindungsgemäße System ist dadurch gekennzeichnet, daß Taktimpulse abgeleitet werden, deren Frequenz ein vorgegebenes Vielfaches der Frequenz der Impulse (Eingangsimpulse) entspricht, und daß das Tastverhältnis durch Zählung der Taktimpulse während jeweils eines Impulses bestimmt wird.
  • Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, daß das Tastverhältnis in einem weiten Frequenzbereich mit gleicher Auflösung gemessen werden kann, wobei Zähler und andere Digitalschaltungen nur für eine Stellenzahl ausgelegt sind, wie sie für die erforderliche Auflösung benötigt wird.
  • Die Frequenz der Taktimpulse kann gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung dadurch abgeleitet werden, daß die Periodendauer der Impulse gemessen wird und der Kehrwert des Meßergebnisses gebildet und mit einer dem Vielfachen entsprechenden Konstanten multipliziert wird.
  • Eine zweite Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zur Ableitung der Taktimpulse ein steuerbarer Oszillator, eine Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung und ein Frequenzteiler vorgesehen sind. Hierdurch wird beispielsweise die Verwendung von handelsüblichen Baugruppen, insbesondere einer PLL-Schaltung, ermöglicht.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Taktimpulse einem ersten Eingang und die Eingangsimpulse einem zweiten Eingang eines Und-Gatters zugefuhrt werden und daß an den Ausgang des Und-Gatters ein Zähler angeschlossen ist.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Zählers ein D-Register angeschlossen ist, das mit Impulsen getaktet wird, welche aus den Eingangsimpulsen abgeleitet und dem D-Register über ein zweites OderGatter zugeführt werden. Insbesondere wird durch das D-Register ermöglicht, daß während der gesamten Periodendauer der zu messenden Impulse ein Meßwert zur Verfügung steht.
  • Bei einigen Anwendungen des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere bei der Anwendung in elektronisch gesteuerten Einspritzsystemen, kann es vorkommen, daß das Tastverhältnis entweder 0 % oder 100 % wird. Bei einem Tastverhältnis von 0 % treten keine Impulse, sondern lediglich eine Gleichspannung mit einem "0"-Pegel und bei einem Tastverhältnis von 100 % eine Gleichspannung mit einem "1 "-Pegel auf. In beiden Fällen kann keine Periodendauer bzw. Impulsfrequenz ermittelt werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, daß Mittel zur Ermittlung vorgesehen sind, ob ein Tastverhältnis von 100 % vorliegt, und daß bei einem Tastverhältnis von 100 % ein vorgegebener Wert ausgegeben wird.
  • Hierzu sind verschiedene in weiteren Unteransprüchen aufgeführte Ausgestaltungen möglich. Dabei kann davon ausgegangen werden, daß insbesondere Schaltungen gemäß den genannten Weiterbildungen dazu dienen, ein Tastverhältnis von 100 % zu ermitteln, und daß bei einem Tastverhältnis von 0 % durch das Fehlen von Eingangsimpulsen der Zähler ohnehin bei 0 stehenbleibt.
  • Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß die Impulsbreite unabhängig von der Impulsfrequenz bestimmt wird und daß bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Tastverhältnis von 100 % angenommen wird und daß der Grenzwert aus der Impulsbreite eines vorangegangenen Impulses abgeleitet wird.
  • Diese Weiterbildung gestattet eine Ermittlung, ob ein Tastverhältnis von 100 % vorliegt auch bei stark schwankenden Frequenzen und Impulsbreiten, wobei jedoch vorausgesetzt wird, daß diese Schwankungen einer gewissen Trägheit unterliegen. Diese Voraussetzungen sind jedoch bei den vorgesehenen Anwendungen des derat weitergebildeten erfindungsgemäßen Systems gegeben.
  • Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Vier davon sind schematisch in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Periodendauer mit Hilfe von arithmetischen Operationen gemessen wird,
    • Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer PLL-Schaltung, wobei die Regelspannung der PLL-Schaltung zur Ermittlung, ob Eingangsimpulse anliegen, verwendet wird,
    • Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel ebenfalls mit einer PLL-Schaltung, bei welcher jedoch mittels eines Zählers ein Tastverhältnis von 100 % erkannt wird, und
    • Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei welchem eine adaptive Ermittlung des Tastverhältnisses von 100 % erfolgt.
  • Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden bei 1 Impulse zugefuhrt, deren Tastverhältnis T1/T gemessen werden soll. Damit das System Impulse beider Polaritäten verarbeiten kann, ist am Eingang 1 ein Umschalter 2 und eine Negierstufe vorgesehen. Zur Ableitung von Taktimpulsen, welche einem vorgegebenen Vielfachen der Frequenz der bei 1 zugeführten Impulse (Eingangsimpulse) entsprechen, werden die Impulse zunächst einer Schaltung 4 zur Messung der Periodendauer T zugeführt. Dieses kann zum Beispiel dadurch geschehen, daß während einer Periodendauer der Eingangsimpulse Impulse mit wesentlich höherer Frequenz gezählt werden. Das Ausgangssignal der Schaltung 4 wird dann einer Arithmetik-Schaltung 5 zugeführt, welche durch Kehrwertbildung die Frequenz der bei 1 zugeführten Impulse errechnet und den erhaltenen Wert mit einer Konstante C multipliziert. Die Konstante C wird von einem entsprechenden Speicher 6 der Arithmetik-Schaltung 5 zugeführt.
  • Am Ausgang der Arithmetik-Schaltung 5 liegen Impulse an, deren Frequenz einem vorgegebenen Vielfachen der Frequenz der Eingangsimpulse entspricht. Der Wert des Vielfachen richtet sich nach der erforderlichen Auflösung des Meßergebnisses.
  • Von der Schaltung 5 werden die Impulse einem Eingang eines Dreifach-Und-Gatters 7 zugeführt. Einem weiteren Eingang des Dreifach-Und-Gatters 7 werden die in einem Impulsformer 8 aufbereiteten Eingangsimpulse zugeleitet.
  • Für die weiteren Erläuterungen sei zunächst einmal angenommen, daß der dritte Eingang des Dreifach-Und-Gatters 7 mit einer 1 beaufschlagt ist. Das Dreifach-Und-Gatter 7 bewirkt demnach, daß die von der Schaltung 5 vorgegebenen Taktimpulse nur während des Auftretens der Eingangsimpulse zum n-Bit-Zähler 9 geleitet werden. Der nach einem Impuls erreichte Zählerstand entspricht wegen der Verkopplung der Frequenzen der Taktimpulse und der Eingangsimpulse somit dem Tastverhältnis. Das Zählergebnis V kann dann dem Ausgang des n-Bit-Zählers 9 entnommen werden. Zu Beginn eines jeden Eingangsimpulses wird der n-Bit-Zähler 9 auf 0 gesetzt. Hierzu wird dem n-Bit-Zähler von einem Kontrollblock 10 ein entsprechendes Signal zugeführt.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Kontrollblock jedoch noch weitere Aufgaben, welche im folgenden erläutert werden. Insbesondere bei elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystemen kann es vorkommen, daß die bei 1 zugeführten Eingangsimpulse entweder so breit werden, daß sie zu einer kontinuierlichen Spannung werden (Tastverhältnis 100 %) oder daß die Einspritzung ganz abgeschaltet wird, so daß das Tastverhältnis zu 0 wird. In diesem Fall ist mit den Schaltungen 4 und 5 keine Bestimmung der Frequenz der Eingangsimpulse mehr möglich, so daß auch keine entsprechenden Taktimpulse abgeleitet werden können.
  • Zur Erfassung dieser Betriebszustände dienen die Schaltungen 11 und 12 zusammen mit dem bereits erwähnten Kontrollblock 10 und einem Pegeldetektor 13. Dabei erfolgt die Erfassung dieser Betriebszustände jn Form einer sogenannten Time-out-Überwachung in dynamischer Weise. Bei der bevorzugten Anwendung der Erfindung kann nämlich davon ausgegangen werden, daß sich die Frequenz und die Breite der Eingangsimpulse wegen der Trägheit der Brennkraftmaschine nur relativ langsam ändern, während eine Änderung der Impulsbreite bei einem Erreichen eines Tastverhältnisses von 100 % plötzlich erfolgt. Hierzu wird zunächst in einer Schaltung 11 die Impulsbreite gemessen. In der Schaltung 12 wird daraus ein Grenzwert gebildet, der für den folgenden Impuls höchstens zu erwarten ist. Dieses kann durch Addition oder Multiplikation durchgeführt werden. Mit diesem Wert wird die Breite des folgenden Impulses verglichen.
  • Wenn die Breite des im folgenden Impulses größer ist, so kann daraus auf das Vorliegen einer Impulsbreite von 100 % geschlossen werden. Der Kontrollblock 10 gibt über die Leitung 14 ein für die Konstante C vorgesehenes Eingangsregister des n-Bit-Zählers 9 frei, wodurch der Zählerstand den Wert der Konstante C annimmt. Gleichzeitig wird der dritte Eingang des Dreifach-Und-Gatters 7 über die Leitung 15 vom Kontrollblock 10 auf den Wert 0 gesetzt, so daß der Zähler bei dem Wert C stehenbleibt.
  • Während das Tastverhältnis der Eingangsimpulse bei 100 % bleibt, wird das Eingangssignal laufend mit dem Grenzwert verglichen, welcher aus dem letzten Einzelimpuls vor dem Übergang auf das Tastverhältnis von 100 % ermittelt wurde. Dadurch wird ermöglicht, daß eine Beendigung des 100 % Tastverhältnisses erkannt wird und der darauffolgende Einzelimpuls erneut wie beschrieben geprüft werden kann.
  • Um auch für den Fall, daß die Impulsbreite T1 gegen 0 geht, ein richtiges Ergebnis zu erzielen, wird ein derartiger Fall im Pegeldetektor 13 festgestellt. Der Ausgang des Pegeldetektors 13 ist mit einem Eingang des Kontrollblocks verbunden, von welchem beim Ausbleiben von Impulsen über eine Leitung 16 der n-Bit-Zähler 9 auf 0 gesetzt wird und weiteres Zählen über die Leitung 15 und das Dreifach-Und-Gatter 7 verhindert wird. Mit dem Pegeldetektor 13 wird zusätzlich noch erreicht, daß beim Einschalten des Systems die erforderlichen Startbedingungen geschaffen werden können.
  • Mit dem in Fig. 2 dargestellten System können wiederum Impulse verschiedener Polarität verarbeitet werden, wozu ein Eingang 21 direkt und ein anderer Eingang 22 über einen Invertierverstärker 23 und einen Schalter 24 angeschlossen sind. Mit einem Frequenzteiler 25 werden aus den Eingangsimpulsen Impulse mit halber Frequenz und mit einem Tastverhältnis von 50 % erzeugt. Diese Impulse werden einer PLL-Schaltung 26 zugeführt. Die PLL-Schaltung 26 beinhaltet im wesentlichen einen steuerbaren Oszillator (VCO) und eine Frequenz- und Phasenvergleichs-Schaltung.
  • Die Ausgangsspannung des steuerbaren Oszillators wird über einen Frequenzteiler 27 einem Eingang der Frequenz- und Phasenvergleichs-Schaltung zugeführt und dort mit den vom Frequenzteiler 25 zugeführten Impulsen verglichen. Eine Spannung, welche das Ergebnis des Vergleichs darstellt, wird über ein RC-Glied 28,-29 dem Steuereingang des steuerbaren Oszillators zugeführt. Die beschriebene Regelung des steuerbaren Oszillators bewirkt, daß die Frequenz des Oszillators einen Wert annimmt, welcher um das Teilerverhältnis der Schaltung 27 größer ist als die Frequenz der Impulse, welche der PLL-Schaltung 26 zugeführt werden. Das Verhältnis n kann bei 30 je nach Erfordernissen im Einzelfall eingegeben werden.
  • Über die Und-Schaltung 31 werden die Taktimpulse dem Zähler 32 zugeführt. Einem weiteren Eingang der Und-Schaltung werden die Eingangsimpulse zugeleitet, so daß nur diejenigen Taktimpulse zum Zähler gelangen, welche innerhalb jeweils eines Impulses auftreten. Der Zählerstand des Zählers 32 gibt somit ein Maß für das Tastverhältnis wieder. Der Zählerstand wird in ein D-Register 33 eingeschrieben, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über 8 Leitungen für jeweils 1 Bit mit dem Zähler 32 verbunden ist.
  • Das D-Register 33 wird über eine Oder-Schaltung 35 und einen monostabilen Multivibrator 36 von den Eingangsimpulsen getaktet. Dadurch wird bewirkt, daß nach dem Ablauf der Zählung der Taktimpulse der Zählerstand in das D-Register übernommen wird. Durch die Verzögerungsschaltung 37 wird ein verzögerter Rücksetzimpuls erzeugt, welcher nach erfolgter Datenübertragung vom Zähler 32 zum D-Register 33 den Zähler auf 0 zurücksetzt.
  • Bei fehlenden Eingangsimpulsen oder bei Impulsbreiten von 100 % erreicht die Frequenz der Signale, welche der PLL-Schaltung 26 zugeführt sind, den Wert 0. Dieses kann durch Überwachung der Ausgangsspannung der Frequenz- und Phasenvergleichs-Schaltung der PLL-Schaltung 26 mit Hilfe eines Komparators 38 festgestellt werden. Dazu ist der eine Eingang des Komparators mit der Steuerspannung des steuerbaren Oszillators beaufschlagt, während dem anderen Eingang über einen Spannungsteiler 39, 40 eine Vergleichsspannung zugeführt wird.
  • Geht die Frequenz gegen 0, so nimmt die Ausgangsspannung des Komparators 38 den logischen Wert 0 ein, der einem Eingang des Oder-Gatters 41 zugeführt wird. Ist das Tastverhältnis 100 %, liegt am anderen Eingang des Oder-Gatters 41 über den Inverter 43 eine 0 an. Die somit am Ausgang des Oder-Gatters 41 anstehende 0 bewirkt über den invertierenden Preset-Eingang des Zählers ein Setzen des Zählers auf denjenigen Wert, welcher einem Tastverhältnis von 100 % entspricht.
  • Die Ausgangsspannung des Komparators 38 wird ferner einem monostabilen Multivibrator 42 zugeführt, dessen Ausgangssignal über das Oder-Gatter 35 dem Takteingang des D-Registers 33 zugeführt wird. Die Rückflanke des Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators 38 bewirkt eine Übernahme des Zählerstandes (100 %) in das D-Register 33.
  • Ist das Tastverhältnis 0 %, so wird dem unteren Eingang des Oder-Gatters 41 vom Inverter 43 eine 1 zugeführt. Damit steht am Ausgang des Oder-Gatters 41 ebenfalls eine 1 an, welche bewirkt, daß der Zähler nicht auf den voreingestellten Wert gesetzt wird, sondern den zuvor durch "Reset" erhaltenen Wert 0 beibehält. Dieser wird dann durch die Rückflanke des Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators 42 in das D-Register 33 übernommen.
  • Der Ausgang des D-Registers 30 bildet den Ausgang 34 des Systems, welchem das Meßergebnis Z entnommen werden kann.
  • Bei dem System nach Fig. 3 erfolgt die Ableitung eines Taktsignals, dessen Frequenz einem Vielfachen der Frequenz der Eingangsimpulse entspricht, die Impulszählung, die Übertragung des Zählergebnisses in ein D-Register sowie die Steuerung des Zählers und des D-Registers wie bei dem System nach Fig. 2. Die Ermittlung, ob ein Tastverhältnis von 100 % vorliegt, erfolgt jedoch bei dem System nach Fig. 3 in anderer Weise. Dazu wird mit Hilfe eines monostabilen Multivibrators 51 ein Impulse konstanter Breite erzeugt, mit welchem ein Zähler 52 rückgesetzt wird. Dem Zähler 52 wird als Takt ein Signal über einen hierfür vorgesehenen Eingang 53 und über ein Oder-Gatter 54 zugeleitet. Der Übertragausgang des Zählers 52 ist mit einem weiteren Eingangdes Oder-Gatters 54 verbunden, so daß im Falle eines Übertrags keine weiteren Zählimpulse zum Zähler 52 gelangen. Das Übertragssignal des Zählers 52 wird ferner über einen Inverter 55 einem Eingang des Oder-Gatters 41 zugeführt. Schließlich ist an den Übertrag-Ausgang des Zählers 52 ein monostabiler Multivibrator 56 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Eingang des Oder-Gatters 35 verbunden ist.
  • Der Zähler 52 wird zu Beginn einer jeden Periode T des bei 21 zugeführten Eingangssignals auf 0 gesetzt und zählt dann die bei 53 zugeführten Taktimpulse, deren Frequenz wesentlich höher als die der Eingangsimpulse ist. Die Kapazität des Zählers 52 ist nun derart gewählt, daß innerhalb einer Taktperiode T der Eingangsimpulse kein Übertrag erfolgt. Solange die Impulsbreite T1 nicht 100 % erreicht hat, wird der Zähler 52 zu Beginn einer jeden Taktperiode T auf 0 gesetzt. Sind jedoch 100 % Tastverhältnis erreicht, so entfällt das Zurücksetzen und nach einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen des bei 53 zugeführten Taktsignals steht am Übertragausgang des Zählers 52 eine 1 an. Durch die Rückführung des Übertragausgangs des Zählers 52 über das Oder-Gatter 54 wird der Zähler gestoppt, so daß der Übertrag am Ausgang solange anstehenbleibt, bis vom Eingang 21 über den monostabilen Multivibrator 51 wieder ein Rücksetzimpuls kommt.
  • Die weitere Verarbeitung der Information, daß ein Tastverhältnis von 100 % vorliegt, geschieht in gleicher Weise wie bei dem System nach Fig. 2, so daß sich eine weitere Beschreibung der Signalverläufe nach dem monostabilen Multivibrator 56 und dem Inverter 55 erübrigt.
  • Während bei dem System nach Fig. 3 eine konstante Impulsbreite zur Ermittlung angenommen wird, ob das Tastverhältnis 100 % ist, ist bei dem in Fig. 4 dargestellten System eine adaptive Ermittlung vorgesehen. Insbesondere bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Systems bei der elektronischen Kraftstoffeinspritzung kann davon ausgegangen werden, daß sich sowohl die Frequenz (entsprechend der Motordrehzahl) als auch die Impulsbreite (Dauer der einzelnen Einspritzung) sich nicht schlagartig ändern. Wenn trotzdem bei der lmpulsbreite eine schlagartige Änderung eintritt, läßt dieses den Schluß auf einen Übergang auf ein Tastverhältnis von 100 % zu.
  • Zur Durchführung dieser adaptiven oder gleitenden Ermittlung werden die Eingangsimpulse bei dem System nach Fig. 4 einer Schaltung 61 zur Messung der Periodendauer zugeführt. Dieses kann in an sich bekannter Weise durch Zählen von Impulsen während einer Periodendauer geschehen, wobei die Frequenz der Zählimpulse wesentlich größer als die Frequenz der Eingangsimpulse ist.
  • In einer Arithmetik-Logik-Einheit 62 wird die gemessene Periodendauer T mit einer bei 63 gespeicherten Konstante multipliziert oder zu der Periodendauer wird diese Konstante hinzuaddiert. An den Eingängen 64 und 65 können entsprechende Signale zur Auswahl zwischen Multiplizieren und Addieren zugeführt werden. Über den Eingang 66 kann eine dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßte Konstante eingegeben werden.
  • Am Ausgang der Arithmetik-Logik-Einheit steht dann ein Wert Tmax an, welcher derjenigen Periodendauer entspricht, welche maximal zu erwarten ist, ohne daß ein Tastverhältnis von 100 % erreicht wird. Dieser Wert wird bei 67 um eine Periodendauer T verzögert und in einem Vergleicher 68 mit der Periodendauer der folgenden Periode verglichen. Ist die Periodendauer T(1) größer als die aus der vorangegangenen Periode ermittelte maximale Periodendauer Tmax(0), so wird von der Vergleichsschaltung 68 eine 0 an den monostabilen Multivibrator 42 und das Oder-Gatter 41 zugeführt, was die bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Funktionen auslöst.

Claims (15)

1. System zur Messung des Tastverhältnisses von Impulsen veränderlicher Frequenz, insbesondere bei elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritz-Systemen für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß Taktimpulse abgeleitet werden, deren Frequenz ein vorgegebenes Vielfaches der Frequenz der Impulse (Eingangsimpulse) entspricht, und daß das Tastverhältnis durch Zählung der Taktimpulse während jeweils eines Impulses bestimmt wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer der Impulse gemessen wird und der Kehrwert des Meßergebnisses gebildet und mit einer dem Vielfachen entsprechenden Konstanten multipliziert wird.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Taktimpulse ein steuerbarer Oszillator, eine Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung und ein Frequenzteiler vorgesehen sind.
4. System nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulse einem ersten Eingang und die Eingangsimpulse einem zweiten Eingang eines Und-Gatters (7, 31) zugeführt werden und daß an den Ausgang des Und-Gatters (7,31) ein Zähler (9, 32) angeschlossen ist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (9, 32) mit Impulsen rücksetzbar ist, welche aus den Eingangsimpulsen . durch Verzögerung abgeleitet werden.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (9, 32) durch über ein erstes Oder-Gatter (41) zugeführte Signale auf einen vorgegebenen Wert setzbar ist.
7. System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Zählers (32) ein D-Register (33) angeschlossen ist, das mit Impulsen getaktet wird, welche aus den Eingangsimpulsen abgeleitet und dem D-Register über ein zweites Oder-Gatter (35) zugeführt werden.
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Ermittlung vorgesehen sind, ob ein Tastverhältnis von 100 % vorliegt, und daß bei einem Tastverhältnis von 100 % ein vorgegebener Wert ausgegeben wird.
9. System nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel mit einem Eingang des ersten Oder-Gatters (41) und über einen monostabilen Multivibrator mit einem Eingang des zweiten Oder-Gatters (35) verbunden sind.
10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung, ob ein Tastverhältnis von 100 % vorliegt, einen Komparator (38) umfassen, welchem einerseits die Ausgangsspannung einer Frequenz- und Phasenvergleichs-schaltung (26) und andererseits eine Vergleichsspannung zugeführt ist.
11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung, ob ein Tastverhältnis von 100 % vorliegt, einen Zähler (52) mit einem Übertragausgang, der von den Eingangsimpulsen rücksetzbar ist, umfassen, daß der Takteingang des Zählers (52) mit dem Ausgang eines Oder-Gatters (54) verbunden ist, daß der eine Eingang des Oder-Gatters (54) mit Zählimpulsen beaufschlagt ist und daß der andere Eingang des Oder-Gatters (54) mit dem Ubertragausgang verbunden ist.
12. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite unabhängig von der Impulsfrequenz bestimmt wird und daß bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Tastverhältnis von 100 % angenommen wird.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert aus der Impulsbreite eines vorangegangenen Impulses abgeleitet wird.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung durch Addieren/Subtrahieren eines vorgegebenen Wertes erfolgt.
15. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung durch Multiplizieren mit einem vorgegebenen Wert erfolgt.
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