DE2059951B1 - Electronic circuit arrangement for controlling an exhaust gas detoxifier - Google Patents
Electronic circuit arrangement for controlling an exhaust gas detoxifierInfo
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Description
gang des Impulserzeugers ein Diskriminator angeschlossen ist.A discriminator is connected to the output of the pulse generator.
Diese Ausführungsform ermöglicht die Verwendung der bereits im Handel erhältlichen Spannungserzeugerschaltungen, wie sie bisher für elektrische Drehzahlmesser verwendet werden, wobei dann an die Spannungserzeugerschaltung einfach ein elektrisches Anzeigeinstrument angeschlossen ist, dessen Ausschlag dem Gleichstrommittelwert der abgegebenen Impulse und damit der Drehzahl proportional ist. Beim Erfindungsgegenstand ist dagegen an den Ausgang dieser Spannungserzeugerschaltung ein Diskriminator angeschlossen, der die der Folgefrequenz der Zündimpulse proportionale Spannung liefert, die anschließend in der vorstehend angegebenen Weise weiterverarbeitet wird.This embodiment enables the use of voltage generator circuits that are already commercially available, as they were previously used for electric tachometers, then simply an electric one to the voltage generator circuit Display instrument is connected, the deflection of which corresponds to the mean DC value of the output Pulses and thus the speed is proportional. In contrast, the subject of the invention is to the The output of this voltage generator circuit is connected to a discriminator that controls the repetition frequency the ignition pulse supplies proportional voltage, which is then applied in the manner indicated above is further processed.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing. In it shows
F i g. 1 das Blockschaltbild einer nach der Erfindung ausgeführten Schaltungsanordnung undF i g. 1 shows the block diagram of a circuit arrangement designed according to the invention and
F i g. 2 das genauere Schaltbild einer in integrierter Bauweise ausgeführten Schaltung, die dem Prinzip von F i g. 1 entspricht.F i g. 2 the more precise circuit diagram of an integrated circuit that follows the principle from F i g. 1 corresponds.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Eingangsklemme 1, die beispielsweise mit dem Zündverteiler des Verbrennungsmotors verbunden ist, so daß sie die Zündimpulse des Motors empfängt. An diese Eingangsklemme ist eine Impulserzeugerschaltung 2 angeschlossen, die so ausgeführt ist, daß sie Impulse konstanter Breite und konstanter Amplitude abgibt, deren Folgefrequenz der Folgefrequenz der dem Eingang zugeführten Zündimpulse gleich oder proportional ist. Die Folgefrequenz dieser Impulse ist somit ein Maß für die Drehzahl des Motors. Der Impulserzeugerschaltung 2 ist ein Diskriminator 3 nachgeschaltet, der an seinem Ausgang eine kontinuierliche Spannung abgibt, die dem Gleichstrommittelwert der ihm zugeführten Impulse und somit auch der Drehzahl des Motors proportional ist.Fig. 1 of the drawing shows an input terminal 1, for example with the ignition distributor of the internal combustion engine is connected so that it receives the ignition pulses of the engine. To this A pulse generator circuit 2 is connected to the input terminal and is designed so that it generates pulses constant width and constant amplitude outputs, the repetition frequency of the repetition frequency of the dem Ignition pulses supplied to the input is equal or proportional. The repetition frequency of these pulses is thus a measure of the engine speed. The pulse generation circuit 2 is a discriminator 3 connected downstream, which emits a continuous voltage at its output that corresponds to the mean DC value the pulses supplied to it and thus also the speed of the motor is proportional.
Auf den Ausgang des Diskriminators folgt eine Größtwertbegrenzerschaltung 4, welche die Ausgangsspannung des Diskriminators ungehindert durchläßt, solange diese einen vorbestimmten Größtwert nicht erreicht, die aber ein Überschreiten dieses Größtwerts verhindert. Die Ausgangsspannung der Größtwertbegrenzerschaltung 4 wird einer Differenzierstufe 5 zugeführt, die eine Ausgangsspannung abgibt, die der zeitlichen Ableitung ihrer Eingangsspannung und somit der Beschleunigung des Verbrennungsmotors proportional ist. Diese Spannung wird in einem Verstärker 6 verstärkt und dann an den Eingang eines Schmitt-Triggers 7 angelegt, der anspricht, sobald seine Eingangsspannung einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht. Die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers 7 steuert eine Schaltstufe 8, in deren Ausgang ein Relais 9 liegt. Das Relais 9 wird somit erregt, sobald die dem Eingang des Schmitt-Triggers 7 zugeführte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht, und es fällt wieder ab, wenn der Schmitt-Trigger 7 in den Ruhezustand zurückkehrt. The output of the discriminator is followed by a maximum value limiter circuit 4, which controls the output voltage of the discriminator lets through unhindered as long as it has a predetermined maximum value not reached, which, however, prevents this maximum value from being exceeded. The output voltage of the Maximum value limiter circuit 4 is fed to a differentiating stage 5, which emits an output voltage, that of the time derivative of their input voltage and thus the acceleration of the internal combustion engine is proportional. This voltage is amplified in an amplifier 6 and then applied applied to the input of a Schmitt trigger 7, which responds as soon as its input voltage exceeds a predetermined one Threshold reached. The output voltage of the Schmitt trigger 7 controls a switching stage 8, in whose output a relay 9 is located. The relay 9 is thus energized as soon as the input the Schmitt trigger 7 supplied voltage reaches a predetermined value, and it drops again, when the Schmitt trigger 7 returns to the idle state.
F i g. 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Schaltung von Fig. 1, das sich besonders zur Realisierung durch monolithische Integration eignet. Zu diesem Zweck sind die Differenzierstufe 5 und der Verstärker 6 mit Rechenverstärkern bestückt. Dioden und Zenerdioden werden durch geeignet geschaltete Transistordiodenstrecken dargestellt.F i g. 2 shows a practical embodiment of the circuit of FIG. 1, which is particularly suitable for Realization through monolithic integration. For this purpose, the differentiation levels 5 and the amplifier 6 is equipped with computing amplifiers. Diodes and Zener diodes are suitably switched Transistor diode lines shown.
Die Impulserzeugerschaltung 2 ist wieder nur als Block dargestellt. Vorzugsweise wird hierfür eine als »Tacho-IC« bekannte integrierte Schaltungsanordnung verwendet, die im Handel erhältlich und bisher zur Bestückung von elektrischen Tourenzählern verwendet wird. An den Ausgang dieser Impulserzeugerschaltung ist ein Potentiometer 10 angeschlossen, dessen Abgriff mit der Basis eines Transistors 11 verbunden ist, der die Funktion einerThe pulse generator circuit 2 is again shown only as a block. Preferably, this is a "Tacho-IC" used well-known integrated circuit arrangement that was commercially available and previously is used to equip electric tour counters. At the output of this pulse generator circuit a potentiometer 10 is connected, the tap of which is connected to the base of a transistor 11 is connected, which has the function of a
ίο Umkehrstufe hat. Die in den Kollektorkreis des Transistors 11 eingefügten Transistoren 12 und 13 sind als Dioden geschaltet und dienen zur Temperaturkompensation. ίο has reversing stage. Those in the collector circuit of the Transistors 12 and 13 inserted into transistor 11 are connected as diodes and are used for temperature compensation.
Das am Kollektor des Transistors 11 abgenommene Signal wird dem Diskriminator 3 zugeführt, der nach dem Prinzip eines Zähldiskriminators arbeitet und mit einer Komplementär-Darlington-Stufe bestückt ist, die von einem NPN-Transistor 14 und einem PNP-Transistor 15 gebildet ist. Der als Diode geschaltete Transistor 16 dient zusammen mit dem Transistor 15 zur Simulation eines integrierten PNP-Transistors. The signal picked up at the collector of the transistor 11 is fed to the discriminator 3, the works on the principle of a counting discriminator and equipped with a complementary Darlington stage formed by an NPN transistor 14 and a PNP transistor 15. The one as a diode switched transistor 16 is used together with transistor 15 to simulate an integrated PNP transistor.
Am Emitterwiderstand 17 des Transistors 14 wird eine Spannung abgenommen, die dem Gleichstrommittelwert der zugeführten Impulse proportional ist. Eine Siebkette aus zwei Elektrolytkondensatoren 18, 19 und einem Längswiderstand 20 dient zur Glättung dieser Spannung. An den Ausgang dieser Siebkette ist ein als Zenerdiode geschalteter Transistor 21 angeschlossen, der den Größtwertbegrenzer 4 darstellt. Die Zenerdiode sorgt dafür, daß der Spannungsanstieg beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl aufhört, so daß dann die nachfolgende Schaltung keine Funktion mehr hat. Die Begrenzungsschwelle der Zenerdiode 21 liegt fest, doch kann mit Hilfe des Potentiometers 10 am Ausgang der Impulserzeugerschaltung 2 die gewünschte Zuordnung zwischen der Abbruchspannung und der Grenzdrehzahl eingestellt werden. Es wäre natürlich auch möglich, die Begrenzungsschwelle des Größtwertbegrenzers 4 in irgendeiner Weise einstellbar zu machen und dadurch die Grenzdrehzahl einzustellen.At the emitter resistor 17 of the transistor 14, a voltage is picked up which corresponds to the mean direct current value is proportional to the applied pulses. A sieve chain made up of two electrolytic capacitors 18, 19 and a series resistor 20 are used to smooth this voltage. At the output of this sieve chain a transistor 21, connected as a Zener diode, is connected to the maximum value limiter 4 represents. The Zener diode ensures that the voltage rise when a certain speed is reached stops, so that the subsequent circuit no longer has any function. The limitation threshold the Zener diode 21 is fixed, but with the help of the potentiometer 10 at the output of the pulse generator circuit 2 the desired assignment between the termination voltage and the limit speed can be set. It would of course also be possible to make the limit threshold of the maximum value limiter 4 adjustable in any way and thereby set the limit speed.
Unterhalb dieser Grenzdrehzahl ist die an der Ausgängsklemme 22 dieser Glättungs- und Begrenzerschaltung abgenommene Spannung der Drehzahl proportional. Sie wird über einen Differenzierkondensator 23 dem Rechenverstärker 24 zugeführt, der über einen Gegenkopplungswiderstand 25 gegengekoppelt ist. Der Widerstand 26 in Serie mit dem Differenzierkondensator 23 und ein Integrationskondensator 27 parallel zu dem Gegenkopplungswiderstand 25 dienen zur Aussiebung der Wechselspannungskomponenten in der frequenzproportionalen Ausgangsspannung des Diskriminators.Below this limit speed is the one at the output terminal 22 of this smoothing and limiter circuit Taken voltage proportional to the speed. It is made via a differentiating capacitor 23 is fed to the computing amplifier 24, which is fed back via a negative feedback resistor 25 is. The resistor 26 in series with the differentiating capacitor 23 and an integration capacitor 27 in parallel with the negative feedback resistor 25 serve to filter out the alternating voltage components in the frequency proportional Output voltage of the discriminator.
An der Ausgangsklemme 28 des Rechenverstärkers 24 wird somit eine der Beschleunigung proportionale
Spannung erhalten, die in der anschließenden Verstärkerstufe 6 verstärkt wird, die ebenfalls mit
einem Rechenverstärker 29 bestückt ist, der über einen Widerstand 30 gegengekoppelt ist. Der Verstärkungsfaktor
dieser Verstärkerstufe wird durch das Verhältnis des Eingangswiderstands 31 zu dem
Gegenkopplungswiderstand 30 bestimmt.
Ein als Zenerdiode geschalteter Transistor 32 erzeugt eine Mittelpunktspannung für die beiden
Rechenverstärker 24 und 29.A voltage proportional to the acceleration is thus obtained at the output terminal 28 of the computing amplifier 24, which voltage is amplified in the subsequent amplifier stage 6, which is also equipped with a computing amplifier 29 which is fed back via a resistor 30. The gain factor of this amplifier stage is determined by the ratio of the input resistance 31 to the negative feedback resistance 30.
A transistor 32 connected as a Zener diode generates a midpoint voltage for the two computing amplifiers 24 and 29.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 6 wird über einen als Zenerdiode geschalteten Transistor 33, derThe output signal of the amplifier 6 is via a transistor 33 connected as a Zener diode, the
die Ausgangsspannung herabsetzt, dem Schmitt-Trigger? zugeführt, der in der üblichen Weise aus zwei Transistoren 34, 35 gebildet ist. Die Transistoren 36, 37 bilden die Schaltverstärkerstufe 8. Ein Transistor 38 schützt den Transistor 37 vor negativen Induktionsspitzen. Im Ausgangskreis der Schaltverstärkerstufe liegt das Relais 9, das erregt wird, wenn der Schmitt-Trigger 7 anspricht und die Schaltverstärkerstufe 8 aussteuert.reduces the output voltage, the Schmitt trigger? which is formed from two transistors 34, 35 in the usual manner. The transistors 36, 37 form the switching amplifier stage 8. A transistor 38 protects the transistor 37 from negative ones Induction tips. The relay 9 is located in the output circuit of the switching amplifier stage and is energized is when the Schmitt trigger 7 responds and controls the switching amplifier stage 8.
Mit Hilfe eines Potentiometers 40 am ersten Rechenverstärker 24 läßt sich die Ruhespannung am Ausgang des zweiten Rechenverstärkers 29 so einstellen, daß der Schaltvorgang beim Auftreten einer vorbestimmten Beschleunigung ausgelöst wird.With the help of a potentiometer 40 on the first arithmetic logic amplifier 24, the open-circuit voltage on the Set the output of the second computing amplifier 29 so that the switching process when a predetermined acceleration is triggered.
Die Transistoren 41, 42, 43 dienen zur Erzeugung einer stabilisierten Spannung zur Stromversorgung der Schaltung. Alle innerhalb des strichpunktierten Kastens 39 liegenden Teile stellen die monolithische integrierte Schaltung dar.The transistors 41, 42, 43 are used to generate a stabilized voltage for the power supply the circuit. All parts lying within the dash-dotted box 39 represent the monolithic integrated circuit.
Als Beispiel kann angenommen werden, daß die Grenzdrehzahl 3200 U/min beträgt. Dies entspricht einer Folgefrequenz der Zündfunken von 107 Hz bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor.As an example, it can be assumed that the limit speed is 3200 rpm. This matches with a repetition frequency of the ignition sparks of 107 Hz in a four-cylinder four-stroke engine.
Die Impulserzeugerschaltung 2 wird von den Zündimpulsen getriggert und gibt Rechteckimpulse von 2,3 Volt Amplitude und einer Dauer von etwa 3 μβ ab. Die Folgefrequenz ist durch die Motordrehzahl bestimmt.The pulse generator circuit 2 is triggered by the ignition pulses and emits square-wave pulses of 2.3 volts amplitude and a duration of about 3 μβ. The repetition rate is determined by the engine speed certainly.
Eine_ Beschleunigung von 55 U/min-s entspricht einer Frequenzzunahme von 1,8 Hz/s. Wenn für den Bereich von 0 bis 107 ein Spannungshub von 5,6 V am Diskriminator zur Verfügung steht, entspricht dies einer Steilheit von 52 mV/Hz. Diese Größe, multipliziert mit der Beschleunigungsgröße 1,8 Hz/s, ergibt eine Anstiegszeit von 94 mV/s, wenn mit 55 U/min-s beschleunigt wird. Diese Größe muß nach der Zeit differenziert werden. Bei einer Differenzierschaltung in Form des Differenzierkondensators 23 mit der Kapazität C und des gegengekoppelten Rechenverstärkers 24 mit dem Widerstand R gehorcht die Ausgangsspannung U2 bei genügend großer Verstärkung der BeziehungAn acceleration of 55 rpm corresponds to a frequency increase of 1.8 Hz / s. If a voltage swing of 5.6 V is available at the discriminator for the range from 0 to 107, this corresponds to a slope of 52 mV / Hz. This quantity, multiplied by the acceleration quantity 1.8 Hz / s, results in a rise time of 94 mV / s when accelerating at 55 rpm. This quantity must be differentiated according to time. In the case of a differentiating circuit in the form of the differentiating capacitor 23 with the capacitance C and the counter-coupled computing amplifier 24 with the resistor R , the output voltage U 2 obeys the relationship if the amplification is sufficiently large
IOIO
U2 = -R-C-U 2 = -RC-
dtGerman
worin U1 die Eingangsspannung ist.where U 1 is the input voltage.
Der Kondensator 23 darf kein Elektrolytkondensator sein, da der Nutzstrom durch diesen in der Größenordnung des Leckstroms liegt. Nimmt man einen Kondensator von 10 μ¥ an, dann fließt durch ihn bei vernachlässigbarem Eingangswiderstand (gegeben durch die Gegenkopplung) der StromThe capacitor 23 must not be an electrolytic capacitor, since the useful current through it is of the order of magnitude of the leakage current. Assuming a capacitor of 10 μ ¥ , the current flows through it with negligible input resistance (given by the negative feedback)
dU dtyou German
94 mV94 mV
= 940nA.= 940nA.
Der Leckstrom von normalen Elektrolytkondensatoren liegt weit höher, während er bei Tantal-The leakage current of normal electrolytic capacitors is much higher, while it is with tantalum
s5 Elektrolytkondensatoren in der gleichen Größenordnung liegt. Deshalb wurde bei dem angegebenen Beispiel als Kompromiß zwischen Kapazität und Baugröße ein 6,8^F-Kunststoffolienkondensator mit 63 Volt Nennspannung gewählt. Der Widerstands-s5 electrolytic capacitors in the same order of magnitude lies. Therefore, in the example given, a compromise between capacity and A 6.8 ^ F plastic film capacitor with a nominal voltage of 63 volts was selected. The resistance
wert R des Gegenkopplungswiderstands 25 kann aus Gründen des endlichen Eingangswiderstands nicht unendlich groß werden. Er wurde zu 180 kOhm gewählt. So ergibt sich als Ausgangsspannung der Differenzierstufe:value R of the negative feedback resistor 25 cannot become infinitely large for reasons of the finite input resistance. It was chosen to be 180 kOhm. This results in the output voltage of the differentiating stage:
U0= -R-CU 0 = -RC
dU 94mV
—τ- = 0,18ΜΩ·6,8.|iF· = 115mV. dU 94mV
-Τ- = 0.18ΜΩ · 6.8. | IF · = 115mV.
U SU S
Diese Spannung ist noch zu klein für die An- den Faktor 10 verstärkt. Zu diesem Zweck werden steuerung der Schmitt-Trigger-Schaltung, und sie 40 ein Gegenkopplungswiderstand 30 von 10 kOhm und wird daher in der Verstärkerstufe 6 noch einmal um ein Eingangswiderstand 31 von 1 kOhm gewählt.This tension is still too small for the and factor 10 amplified. Be for this purpose control of the Schmitt trigger circuit, and they 40 a negative feedback resistor 30 of 10 kOhm and is therefore selected again in the amplifier stage 6 by an input resistance 31 of 1 kOhm.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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