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Anlage zur Patentanmeldung Elektronische Schaltungsanordnung zur Verschiebung
des Einspntzzeltnunktes von Brennkraftmasc.hinen Die Erfindung bezieht sich auf
eine elektronische Schaltungsanordnung zur Verschiebung des Einspritzzeitpunktes
von Brennkraftmaschinen um beliebig wählbare Kurbelwellenwinkel. Elektronische Schaltungsanordnungen
zur Verschiebung des Einspritzzeitpunktes um Kurbelwellenwinkel, die von Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine abhängen, sind bekannt. lAit diesen bekannten Anordnungen
läßt sich jedoch der Einspritzzeitpunkt nur in engen Grenzen variieren. Wenn aber
zum Beispiel auf dem Prüfstand die Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine
in Abhängigkeit vom Einspritzzeitpunkt untersucht werden soll, genügen die bekannten
Anordnungen nicht mehr. In diesen Fällen hat man
bisher auf die
mechanische Einspritzzeitpunktverstellung zurückgegriffen. Das mechanische Verfahren
ist jedoch insbesondere bei Serienversuchen sehr umständlich und zeitraubend.
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Der Erfindung liegt die ufgabe zugrunde, eine ',chaltungsanordnung
zu schaffen, mit wer es möglich ist, der Brennkraftmaschine bei beliebigen Stellungen
der Kurbelwelle Kraftstoff zuzuführen, also vor und n . Qh dem oberen i'oLpunkt.
Auch große Winkelabweichungen vom oberen Totpunkt sollen möglich sein.
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Eie besonders einfache Lösung ergibt sich dadurch, daß gemäß der Erfindung
an zwei ausgänge einer synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen auslösbaren, bistabilen
Kippstufe zwei wechselweisc betätigbare Sägezahngeneratoren angeschlossen sind,
daß die Sägezahngeneratoren an zwei Eingänge eines Differenzverstärkers angeschlossen
sind und daß ein Ausgang des Differenzverstärkers über ein Differenzierglied an
eine monostabile Kippstufe angeschlossen ist , Weitere Einzelheiten und zweckmäßige
lleiterbildungen sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung im Blockschaltbild Fig.
2 einen Schaltplan der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und Fig. 3 eine Darstellung
der Ausgangsimpulse verschiedener Stufen der Schaltungsanordnung.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 enthält einen Schalter 11, der
Impulse an eine bistabile Kippstufe 12 abgibt. An zwei Ausgänge der bistabilen Kippstufe
12 ist je ein Sägezahngenerator 13 bzw. 14 angeschlossen. Die Ausgänge der Sägezahngeneratoren
13 und 14 sind mit zwei Eingängen eines Differenzverstärkers 15 verbunden. Der Ausgang
des Differenzverstärkers 15 ist über ein Differenzierglied 16 an eine inonostabile
Kippstufe 17 angeschlossen. An der Ausgangsklemme 18 der monostabilen Kippstufe
17 können m definierte Kurbelwellenwinkel verzögerte Impulse abgenommen werden.
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Im Schaltplan nach Fig. 2 wird der Schalter 11 von einem Nocken 21
betätigt, der sich synchron zur Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine dreht.
Der bewegliche Kontakt des Schalters 11 ist mit einer Minusleitung 20 und der feststehende
Kontakt des Schalters 11 über einen Widerstand 22 mit einer Plusleitung 19 verbuiden.
Vom feststehenden Kontakt des Schalters 11 führen zuci aus je einem Kondensator
23 bzw. 24 und einer Diode 25 bzw.
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2G bestehende i?eihenschaltungen zu zwei Lingängen der bistabilen
Kippstufe 12. Die bistabile Kippstufe 12 besteht in bekannter leise aus zwei Transistoren
120, 121. Diese besitzen je einen Emittenjiderstand 123 bzw. 127, einen Kollektorwiderstand
122 bzw. 126 und einen Basisableitwiderstand 124 bzw. 128. Der Kollektor des einen
Transistors ist jeweils über einen Widerstand 125 bzw. 129 an die Basis des anderen
Transistors angekoppelt.
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Mit den Basiselektroden der beiden Transistoren 120 und 121 sind die
Eingänge der beiden Sägezahngeneratoren 13 und 14 verbuiiden.
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Der erste Sägezahngenerator 13 enthält einen Kondensator 132, der
über eine Konstant stromquelle 130, 131 langsam aufgeladen und über einen elektronischen
Entladeschalter 133 schnell entladen werden kann.
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Die Konstant stromquelle besteht aus einem Transistor 130 mit einem
Emitterwiderstand 131, der an die Minusleitung 20 angeschlossen ist. Als elektronischer
Entladeschalter wird ein PNP-Tansistor 133 verwendet, dessen Emitter an die Plusleitung
19 angeschlossen ist.
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Der zweite Sägezahngenerator 14 ist gleich aufgebaut wie der erste
Sägezahngenerator i3, enthält also eine Konstantstromquelle und einen elektronischen
Entladeschalter, besitzt aber im Unterschied zum ersten Sägezahngenerator 13 mehrere
Kondensatoren 142, von denen je nach dem gewünschten Verzögerungswinkel einer über
einen Wahl schalt er 144 an die Plusleitung 19 anschließbar ist.
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Die Spannungen an den Kondensatoren der beiden Sägezahngeneratoren
werden je einem Eingang des Differenzverstärkers 15 zugeführt. Der Differenzverstärker
15 besteht in bekannter Weise aus zwei Transistoren 156, 157, deren Emitter verbunden
sind und deren Kollektoren über je einen Widerstand 158 bzw.
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159 an die Plusleitung 19 angeschlossen sind. Zur Entkopplung der
beien Transistofen voneinander und zur Temperaturkompensation können in den Emitterzuleitungen
Dioden 154 und 155 angeordnet sein. Die beiden Emitter sind an eine Konstantstromquelle
angeschlossen. Diese besteht aus einem Transistor 150 mit einem Emitterwiderstand
151 und einem Basisapannungsteiler 152, 153. Das Differenzierglied 16 enthält in
bekannter Weise einen Kondensator 162, dem eine Verstärkerstufe aus einem Transistor
160 und einem Kollektorwiderstand 161 vorgeschaltet ist. Die Basis des Transistors
160 ist an den Kollektor des Transistors 156 im Differenzverstärker 15 angeschlossen.
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Die negativen Ausgangsimpulse des Differenziergliedes 16 gelangen
über eine Diode 178 zum Eingang einer monostabilen Kippstufe 17, die aus den Ausgangsimpulsen
des Differenzierglieds 16 definierte Rechteckimpulse formt.
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Die monostabile Kippstufe 17 enthält in bekannter''Weise zwei Transistoren
170, 171 mit Kollektorwiderständen 172, 173.
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Jeweils der Kollektor des einen Transistors ist mit der Basis des
anderen Transistors gekoppelt und zwar einmal galvanisch über einen Widerstand 174
und das andere Mal kapazitiv über einen Kondensator 175. Zwischen der Basis des
Transistors 171 und dem Kondensator 175 ist zur Unterdrückung von Impulsen unerwünschter
Polarität eine Diode 177 angeordnet. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator
175 und der Diode 177 führt ein Widerstand 176 zur Plusleitung 19.
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Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung an verschiedenen
Punkten der Schaltung: 3a ist der Verlauf der Spannung am feststehenden Kontakt
des Schalters 11, 3b ist die Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufe 12, 3c die
Spannung am Kondensator 132 im ersten Sägezahngenerator 13, 3d die Spannung an einem
ersten Kondensator 142 im zweiten Sägezahngenerator 14, 3e die Ausgangspannung des
Differenzverstärkers 15, 3f die Ausgangsspannung des Differenzierglieds 16, 3g die
Ausgangsspannung der monostabilen Kippstufe 17, 3h die Spannung an einem zweiten
Kondensator im zweiten Sägezahngenerator 14 dessen Kapazität kleiner ist als die
des ersten, und 3i die Ausgangsspannung der monostabilen Kippstufe 17, wenn der
zweite Kondensator im zweiten Sägezahngenerator 14 eingeschaltet ist.
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Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung anhand
der Fig. 2 und 3 erläutert. Im Ausgangszustand leitet in der bistabilen Kippstufe
12 der Transistor 120, während der Transistor 121 gesperrt ist. Zur Zeit t1 gibt
der Schalter 11 einen negativen Impuls ab (s. Fig. 3a), der die bistabile Kippstufe
12 über den Kondensator 23 und die Diode 25 zum Kippen bringt. Jetzt leitet der
Transistor 121, und der Transistor 120 sperrt. An den Widerständen 126 und 127 fallen
jetzt Spannungen ab, so daß den Transistoren 143 und 130 Basisstrom zugeführt wird.
Der Transistor 143 entlädt dabei den Kondensator 142, wie es in Fig. 3d und 3h zum
Zeitpunkt t1 darstellt ist. Gleichzeitig beginnt die Konstantstromquelle, die aus
dem Transitor 130 und dem Emitterwidertand 131 besteht, den Kondensator 132 im ersten
Sägezahngenerator 13 aufzuladen.
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Fig. 3c zeigt den linearen Anstieg der Spannung am Kondensator 132.
Im Differenzverstärker 15 übernimmt jetzt der Transistor 156 den ganzen von der
Konstant stromquelle 150, 151 gelieferten Strom, weil seine Basis auf positivem
Potential gehalten wird.
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Zum Zeitpunkt t2 gibt der Schalter 11 wieder einen negativen Impuls
ab, der über den Kondensator 24 und die Diode 26 die bistabile Kippstufe 12 wieder
zurückkippt. Damit werden die Transistoren 143 und 130 wieder gesperrt. Die Spannung
am Kondensator 132 im ersten Sägezahngenerator 13 steigt nicht weiter (s. Fig. 3c).
Gleichzeitig leitet jetzt der Transistor 140 im zweiten Sägezahngenerator 14 und
lädt den Kondensator 142 auf. Im Zeitraum zwischen t2 und t4 wird die Spannung am
Kondensator 132 im ersten Sägezahngenerator 13 auf dem konstanten Wert U1 gehalten,
während die Spannung am Kondensator 142 linear ansteigt, wie es in Fig. 3d dargestellt
ist.
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Sobald die Spannung am Kondensator 142 stärker negativ ist als die
am Kondensator 132, übernimmt im Differenzverstärker 15 der Transistor 157 nahezu
den ganzen Strom von der Konstantstromquelle 150, 151. Das ist am Zeitpunkt t4 der
Fall.
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Infolge der hohen Verstärkung der beiden Transistoren 156 u.
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157 im Differenzverstärker 15 verschiebt sich die Spannung am Kollektor
des Transistors 156 zum Zeitpunkt, t4 rasch in positiver Richtung, wie es in Fig.
3e dargestellt ist.
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Der Transistor 160 im Differenzierglied 16 macht den Flankenanstieg
noch steiler. Der Kondensator 162 des Differenzicrglieds 16 gibt über die Diode
178 einen negativen Nadelimpuls (s. Fig. 3f) an die monostabile Kippstufe 17 ab.
Diese kippt dadurch in ihren nichtstabilen Zustand und gibt einen negativen Ausgangsimpuls
definierter Länge an die Ausgangsklemme 18 ab. Dieser Ausgangsimpuls wird ebenfalls
dem Transistor 133 im ersten Sägezahngenerator 13 zugeführt. Dadurch wird Jetzt
der Kondensator 132 wieder entlanden (s. Fig. 3c Zeitpunkt t4).
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Der Ablauf dieser Vorgänge wiederholt sich in der Folgezeit periodisch.
Der zeitlich verschobene In puls wird immer dann ausgelöst, wenn die Spannung am
Kondensator 142 gleich der Spannung am Kondensator 132 ist. Die Verzögerungszeit
hängt also von der Steigung der Sägezahnspannung nach Fig. 3d ab.
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Durch Auswählen eines kleineren Kondensators mit Hilfe des Wahl schalters
144 kann ein steilerer Anstieg erziel't werden, wie es Fig. 3h zeigt.
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Fig. 31 zeigt einen Ausgangsimpuls, der weniger gegen den Eingangsimpuis
verschoben ist als der Ausgangsimpuls nach fg, weil eine kleinerc Kapazität im zweiten
Sägezahngenerator 14 verwendet wurde. Wenn der Kondensator 132 im ersten Sägezalmgenerator
13 unabhängig von der Drehzahl immer auf die gleiche Spannung U1 aufgeladen wurde,
dann wäre der Ausgangsimpuls nach Fig. 3g oder 3i immer um eine konstante Zeit gegen
den Eingangsimpuls verschoben. Der Ausgangsimpuls soll jedoch nicht um eine konstante
Zeit, sondern um einen konstanten Bruchteil der Periodendauer verschoben werden.
Das wird leicht dadurch erreicht, daß die Aufladesannung Ul umgekehrt proportional
zur Drehzahl ist. Da der Kondensator 132 über eine Konstantätromquelie aufgeladen
wird, ist nämlich seine Aufladespannung proportional zur Aufladezeit. Die Aufladezeit
ist aber umgekehrt proportional zur Periodendouer, da die Konstantstromquelle 130,
131 von der bistabilen Kippstufe 12 aus- und eingeschaltet wird.
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Die an die Schaltungsanordnung gestellten Forderungen sind damit erfüllt.
Der an der Ausgangsklemme 18 abgegebene Ausgangsimpuls ist um einen mit dem Wahl
schalter 144 vorwählbaren Bruchteil der Periodendauer gegen den Eingangsimpuls verschoben.
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Für Motoruntersuchungen auf dem Prüfstand genügt die dargestellte
stufenweise Verstellbarkeit des Zündzeitpunktes. Es können z.B.
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zehn fein abgestufte Kondensatoren 142 verwendet werden.
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Auch eine stufenlose Verschiebung des Zündzeitpunktes ist möglich,
wenn man den Widerstand 141 in der Konstantstromguelle des zweiten Sägezahngenerators
14 regelbar ausführt. Man kann dann mit dem Walilsehalter 144 grob die Stufen einstellen
und mit dem Widerstand 141 die Feinregelung vornehmen.
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Zur Abgabe der Steuerimpulse für die beschriebene Schaltungsim anordnung
nüssen als Schalter Zündverteiler der Brennkraftmaschine zusätzlich Kontakte angebracht
sein, wie es bei elektronisch gesteuerten Einspritzanlagen üblich ist. Die bistabile
Kippstufe 12 halbiert jedoch die Frequenz der vom Schalter 11 abgegebenen Impulse,
so daß es erforderlich ist, entweder die doppelte Zahl von Kontakten vorzusehen
oder' zwei 'der beschriebenen Schaltungsanordnungen einzusetzen. Die zweite Möglichkeit
ist im Allgemeinen nicht besonders aufwendig, da zum Aufbau der Schaltung nach Fig.
1 weitgehend integrierte Bausteine verwendet werden können.
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Die beschriebene Schaltungsanordnung kann außerdem auch zur Verschiebung
des Zündzeitpunktes der Brennkraftmaschine bei Versuchen auf dem Prüfstand verwendet
werden