DE2526128A1

DE2526128A1 - Analogrechner

Info

Publication number: DE2526128A1
Application number: DE19752526128
Authority: DE
Inventors: Jean M Cholet
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1975-06-11
Publication date: 1976-01-15
Also published as: FR2274972B1; GB1516192A; IT1036957B; US4035619A; JPS5133538A; FR2274972A1

Description

Analogrechner

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analogrechner, der insbesondere für die Verwendung in der Zündanlage einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

Die Vorzündung einer Brennkraftmaschine muß sich während des Betriebs der Maschine mit der Maschinendrehzahl und mit dem Brennstoffansaugdruck ändern, und die Zeitdauer, während der die Zündspule des Zündstromkreises erregt ist, sollte vorzugsweise konstant sein, damit gewährleistet wird, daß die Zündspule den Zündkerzen der Maschine genügend Energie zur Bildung des erforderlichen Zündfunkens liefern kann.

Nach der Erfindung wird ein insbesondere für die Zündanlage einer Brennkraftmaschine vorgesehener Analogrechner geschaffen, der gekennzeichnet ist, durch eine Signalerzeugungsschaltung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Signals entsprechend dem VorZündungswinkel α , das entsprechend einer vorbestimmten Ansprechcharakteristik von der Maschinendrehzahl und vom Brennstoffansaugdruck

Schw/3a

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abhängt und eine Schaltungsanordnung, die bezüglich eines Bezugszeitpunkts abhängig von der Momentandrehzahl der Maschine und vom Momentanwert des Ausgangssignals des Signalgenerators den Zeitpunkt bestimmt, an dem der Zündspule Strom zugeführt wird.

Mit Hilfe der Erfindung kann ein Analogrechner relativ einfach und mit kleinen Abmessungen aufgebaut werden, der bei der Zündanlage, der er zugeordnet ist, einen Betrieb gewährleistet, der eng an die theoretischen Charakteristiken eines Motors angepaßt ist, wie sie vom Hersteller geliefert werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung enthält der Signalgenerator, der kontinuierlich Vorzündungswinkelsignale erzeugt, eine Reihe von Stufen zur Erzeugung von Signalen, die diskrete Abschnitte einer vorbestimmten Ansprechcharakterstik beschreiben, von denen jeder Änderungen des Vorzündungswinkels abhängig von der Maschinendrehzahl innerhalb vorbestimmter Intervalle des Drehzahlbereichs repräsentiert, eine Stufe zur Erzeugung eines Signals, das eine Kurve beschreibt, die die Änderung des Vorzündungswinkels abhängig vom Brennstoffansaugdruck im Ansaugkrümmer repräsentiert, sowie eine Vorrichtung zum Summieren der Signale, die die Änderungen des Vorzündungswinkels abhängig von 4r Drehzahl der Maschine und abhängig vom Druck im Ansaugkrümmer repräsentieren.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein schematisches Schaltbild eines Analogrechners nach der Erfindung,

Fig.2 ein elektrisches Schaltbild einer Stufe des Ansprechcharakteristikgenerators für den Rechner von Fig.1,

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Fig.3 ein elektrisches Schaltbild des vollständigen Ansprechcharakteristikgenerators für einen Analogrechner nach der Erfindung,

Fig.4 ein Diagramm, in dem der Vorzündungswinkel abhängig von der Maschinendrehzahl für verschiedene Werte des Maschinenansaugdrucks angegeben ist, wie er mit Hilfe des Generators von Fig.3 erhalten wird,

Fig.5 ein elektrisches Schaltbild einer Impulsformerschaltung für den Rechner von Fig.1 und

Fig.6 ein genaueres elektrisches Schaltbild der Impulsformerschaltung von Fig.5.

Unter Bezugnahme auf Fig.1 sei angenommen, daß die Erfindung beispielsweise bei der Zündanlage einer Brennkraftmaschine angewendet wird.

Der in Fig.1 dargestellte Analogrechner enthält im wesentlichen einen Signalgenerator 1 zur Erzeugung eines Vorzündungssignals als eine kontinuierliche Funktion der Maschinendrehzahl und des Brennstoffgeraischdrucks im Aisaugkrümmer der.Maschine.

Der Ausgang des Signalgenerators 1 ist mit dem Eingang einer Impulsfcrmerschaltung 2 verbunden, deren Ausgang an eine Ausgangsschaltung 3 angeschlossen ist, die einen NPN-Leistungstransistor 4 steuert. Die Kollektor -Emitter-Strecke des Transistors 4 liegt zwischen Masse und der Primärwicklung 5 einer Zündspule 6, die mit Hilfe des hier zu beschreibenden Rechners intermittierend gespeist werden soll.

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Die Sekundärwicklung 7 der Zündspule ist über einen (nicht dargestellten) Verteiler in der üblichen Weise mit den An schlußklemmen der Zündspulen 8 der Maschine verbunden.

Der Vorzündungssignalgenerator 1 weist zwei Eingänge 9 und 10 auf, an denen er während des Betriebs der Maschine ein der Drehzahl ( ω ) der Ausgangswelle der Maschine proportionales elektrisches Signal V ω (Eingang 9) sowie ein dem Druck im Ansaugkrümmer proportionales elektrisches Signal (PA) empfängt. Diese Signale können in bekannterWeise hergeleitet werden.

Die den Eingängen 9 und 10 zugeführten Signale werden mit Hilfe von Verstärkern 11 und 12 verstärkt, deren Ausgangssignale einem Addierer 13 zugeführt werden. Der Ausgang des Addierers 13 ist mit einem ersten Eingang 14 der Impulsformerschaltung 2 verbunden, die einen zweiten Eingang 15 aufweist, dem das der Maschinendrehzahl proportionale elektrische Signal (V ω) zugeführt wird. Die Impulsformerschaltung 2 wird im Zusammenhang mit Fig.5 noch genauer erläutert.

Der Verstärker 12 des Generators 1 enthält mehrere Stufen, die jeweils in der in Fig.2 dargestellten Weise aufgebaut sind; jede Stufe ist dabei so ausgelegt, daß sie ein diskretes Signal erzeugt, das so eng wie möglich an ein entsprechendes Segment der Kurve (a) von Fig.4 angenähert ist. Fig.4 zeigt die erforderliche Beziehung zwischen dem Vorzündungswinkel und der Maschinendrehzahl (U/min) entsprechend Bezugs- oder "Modelle-Daten, die vom Hersteller einerMaschine geliefert werden, die mit dem hier zu beschreibenden Rechner ausgestattet werden soll.

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Die in Fig.2 dargestellte Verstärkerstufe ist ein Transkonduktanz-Differenzverstärker mit zwei NPN-Transistoren 16 und 17. Die Basis des Transistors 16 empfängt ein der Maschinendrehzahl proportionales elektrisches Signal (Vu), während die Basis des Transistors 17 mit dem Verbindungspunkt zweier Widerstände 18, 19 verbunden ist, die einen Teil einer Widerstandskette (Potentiometer) zwischen einer Gleichspannungsquelle und Masse bilden und eine einen Zvischenwert aufweisende Bezugsspannung (Vbr) entsprechend dem mit Hilfe der betreffenden Verstärkerstufe zu erzeugenden Kurvenabschnitt einstellen.

Der Emitter des Transistors 16 ist über zwei in Serie geschaltete Widerstände 20, 21 mit dem Emixter des Transistors 17 verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 ist am Kollektor eines Transistors 22 angeschloscen, dessen Emitter über einen Widerstand 23 an Masse liegt und dessen Basis am Ausgang eines Differenzverstärkers 24 angeschlossen ist. Der invertierende Eingang dieses Differenzverstärkers ist mit dem Emitter des Transistors 22 verbunden, und an seinen nicht invertierenden Eingang ist ein Gleichspannungswert Ver gelegt.

Der Kollektor des Transistors 16 ist mit dem Kollektor eines Transistors 25 verbunden, dessen Emitter an eine Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen ist, ■ und dessen Basis mit der Basis eines Transistors 26 verbunden ist. Die Basis und der Kollektor des Transistors 25 sind miteinander verbunden. Der Emitter des Transistors 26 ist an die Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen, und sein Kollektor liegt über einen Widerstand 27 an Masse, an dem die Ausgangsspannung Vs der Stufe abgenommen wird. Die Transistoren 25»

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26 erzeugen eine Stromnachbildungssummierungsfunktion. Der Kollektor des Transistors 17 ist direkt an die Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen.

Die eben beschriebene Verstärkerstufe arbeitet folgendermaßen: Der Mittelpunkt des Kurvenabschnitts, der mit Hilfe der Stufe erzeugt werden soll, wird mit Hilfe der Spannung Vbr am Verbindungspunkt der Widerstände 18 und 19 festgelegt. Diese Spannung ist auch die Spannung an der Basis des Transistor 17. Die Basis des Transistors empfängt eine Eingangsspannung V ω, also beispielsweise eine der Maschinendrehzahl proportionale Spannung. Die SteigungMes zu erzeugenden Kurvenabschnitts ist durch das Verhältnis AV ω/Re zwischen der Änderung der Eingangsspannung V ω und der Summe (Re) der zwei Emitterwiderstände und 21 gegeben, die die Emitter der Transistoren 16 und 17 verbinden.

Die Extrempunkte des zu erzeugenden Kurvenabschnitts werden von den Strömen I „_r und I . der Emitter der Transistoren

max min

16 und 17 festgelegt; diese Ströme werden dabei vom Verhältnis Ver/Rp* zwischen der dem Verstärker 24 zugeführten Spannung und dem Widerstand 23 definiert.

Wenn die an di^ Basis des Transistors 16 angelegte Eingangsspannung Vω ausreicht, den Transistor leitend zu machen, dann sinkt seine Kollektorspannung, und dieses Absinken gelangt an die Basis des Transistors 26, wo es am Widerstand 27 das Auftreten einer Ausgangsspannung Vs zur Folge hat, deren Wert entsprechend dem Kurvenabschnitt festgelegt ist, der durch die Charakteristik der oben ausgeführten Schaltung definiert ist.

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- if '

Die in Fig.3 dargestellte Schaltung ist die vollständige Schaltung des Generators für die Zündwinkel-Ansprechcharakteristik. Diese Schaltung, die so ausgelegt ist, daß sie die in Fig.4 dargestellte Ansprechcharakteristik erzeugt, besteht aus drei solchen Stufen, wie sie in Fig.2 dargestellt sind. Aus Fig.4 ist zu erkennen, daß die vom Hersteller gelieferte Ansprechcharakterstik zwei schräg verlaufende Abschnitte a,. und a^ aufweist. Die Schaltung von Fig.3 enthält daher zwei Stufen, die so ausgelegt sind, daß sie die Abschnitte a^ und a~ abhängig von der Maschinendrehzahl verarbeiten, und sie enthält eine Stufe, die so ausgelegt ist, daß sie die Ansprechcharakteristik abhängig vom Druck im An saugkrümmer modifiziert.

Beim Vergleich der in Fig.2 dargestellten Stufe mit den Stufen von Fig.3 ist zu erkennen, daß die für die DifferenzverStärkung der Schaltung in Fig.3 verwendeten Transistoren PNP-Transistoren sind, während die Transistoren 16 und 17 in der Stufe von Fig.2 NPN-Transistoren sind. Dies führt zu einer Polaritätsumkehr der an gewisse Bauelemente der Schaltung angelegten Spannungen, doch ist der Schaltungsaufbau unmittelbar aus dem Aufbau der Stufe von Fig.2 abgeleitet . Die Schaltung von Fig.3 enthält einen von der Basis eines Transistors 30 ge bildeten ersten Eingang für den Empfang eines beispielsweise mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Tachometergenerators erzeugten elektrischen Signals ( V ω ), das der Maschinendrehzahliω entspricht.

Der Kollektor des Transistors 30 liegt an Masse, und sein Emitter steht über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 31 und einen mit dem Emitter in Serie geschalteten Widerstand 32 mit einer Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc in Verbindung. Der Transistor

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bildet die Eingangsstufe für den Teil der Schaltung von Fig.3, der für die Erzeugung der von der Maschinendrehzahl abhängigen elektrischen Signale ausgelegt ist.

Die Schaltung enthält auch einen von der Basis eines Transistors 33 gebildeten zweiten Eingang zur Aufnahme eines dem Druck PA im Ansaugkrümmer der Maschine entsprechenden elektrischen Signals,das beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Druckwandler erzeugt wird. Der Kollektor des Transistors 33 liegt an Masse, und sein Emitter ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 34 und einen damit in Serie geschalteten Widerstand 35 mit der Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc verbunden. Der Transistor 33 bildet die Eingangsstufe des Teils der Schaltung, die für die Erzeugung des dem Druck PA im Ansaugkrümmer entsprelchenden Signals ausgelegt ist.

Der Emitter des Transistors 30 ist auch mit den Basiselektroden von zwei Transistoren 36, 37 verbunden, die jeweils einen Teil einer Stufe zur Erzeugung eines Abschnitts der Kurve von Fig.4 abhängig von der Maschinendrehzahl bilden. Die den Transistor 36 enthaltende Stufe enthält auch einen Transistor 38, dessen Emitter über zwei gleiche Werte aufweisende Widerstände 39, 40 mit dem Emitter des Transistors 36 verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände 39 und 40 ist am Kollektor eines Doppelemitter-Transistors 41 angeschlossen. Die zwei Emitter des Transistors 41 stehen jeweils über Widerstände 42, 43 mit der Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc in Verbindung.Der Transistor 41 erfüllt die Funktion des Transistors 22 und des Verstärkers 24 von Fig.2.

Der Kollektor des Transistors 38 ist auf einer Seite über die Kollektor-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors 44 mit Masse verbunden, und er ist auf der anderen Seite über die

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Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 45 und eines damit in Serie geschalteten Widerstandes 46 an die Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen. Die Basis des Transistors 38 steht über den Emitter-Basis-Übergang eines Transistors 52, dessen Kollektor an Masse liegt, mit einem Verbindungspunkt 47 zwischen zwei Widerständen und 49 in Verbindung, die einen Teil einer Kette aus Widerständen 48 bis 51 bilden, die in Serie zwischen Masse und der Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc liegen. Der Emitter des Transistors 52 steht über die Kollektor-Emitter-Strecke a. nes Transistors 53 und einen damit in Serie geschalteten Widerstand 53 ebenfalls mit der Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc in Verbindung. Die Spannung am Verbindungspunkt 47 bildet die dem Transistor 38 zugeführte Bezugsspannung Vbr.

Die den Transkonduktanz-Differenzverstärker enthaltende Stufe, die in erster Linie to den Transistoren 36 und 38 gebildet wird, ist so ausgelegt, daß sie den Abschnitt a^ der Kurve a von Fig.4 verarbeitet, wobei die Mitte dieses Abschnitts von der Bezugsspannung am Verbindungspunkt 47 bestimmt wird.

Die zur Erzeugung des Abschnitts a der Kurve a ausgelegte

2 Stufe gleicht hinsichtlich des Schaltungsaufbaus der für die Erzeugung des Abschnitts a^ vorgesehenen Stufe. Sie enthält zusätzlich zum Transistor 37 einen Transistor 55, dessen Emitter über zwei gleiche Werte aufweisende, in Serie geschaltete Widerstände 56, 57 mit dem Emitter des Transistor 37 verbunden ist. Die Werte der Widerstände 56 , 57 sind von den Vierten der mit den Transistoren 36, 38 verbundenen Widerstände 39, 40 derart verschieden, daß für die den Kurvenabschnitt a.^ erzeugende Stufe ein Arbeitsschwellenwert festgelegt wird, der höher als der den Abschnitt a^ erzeugenden Stufe ist, wobei die

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Differenz der Schwellenwerte mit den Betriebsbereichen der zwei Stufen verträglich ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände 56 und 57 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistor 58 und einen damit in Serie liegenden Widerstand 59 an die Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 37 liegt an Kasse, und der Kollektor des Transistors 55 ist an den Kollektor des NPN-Transistors 44 angeschlossen. Die Basis des Transistors 55 steht über den Emitterübergang eines Transistors 60, dessen Kollektor an Masse liegt, mit dem Verbindungspunkt 61 zwischen den Widerständen 49 und 50 in der Kette der Widerstände 48 bis 51 in Verbindung; die Spannung am Verbindungspunkt 61 ist dabei die Bezugsspannung, die an die Stufe angelegt wird, die den von den Transistoren 37 und 55 gebildeten Differenzverstärker enthält. Über die Kollektor-Eraitter-Strecke eines Transistors und einen damit in Serie geschalteten Widerstand 63 ist der Emitter des Transistors 60 ebenfalls an die Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen.

Die Stufe, die für die Erzeugung des dem Druck PA im Ansaugkrümmer entsprechenden, an den Transistor 33 engelegten Signals ausgelegt ist, enthält ebenso wie die vorhergehenden Stufen zwei PNP-Transistoren 64, 65, deren Emitter über gleiche V/erte aufweisende Widerstände 66, 67 miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt dieser Widerstände ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 68 und einen Serienwiderstand 69 an die Gleichspannungsvarsorgungsleitung Vcc angeschlossen. Die Basis des Transistors ist mit dem Emitter des Transistors 33 verbunden, und sein Kollektor liegt an Masse. Der Kollektor des Transistors 65 ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors

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verbunden, und seine Basis steht über den Emitter-Basis-Übergang eines Transistors 70, dessen Kollektor an Masse liegt, mit dem Verbindungspunkt 71 der Widerstände 50 und 51 der Widerstandskette aus den Widerständen 48 bis 51 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 70 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 72 und einen in Serie liegenden Widerstand 73 an die Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen, und er ist auch mit der Basis eines NPN-Transistors 74 verbunden. Der Emitter des Transistors 74 ist über einen Widerstand 75 an Masse gelegt, und sein Kollektor ist mit dem Kollektor des Transistors 76 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 77 mit der Gleichspannungsversorgungsleitung verbunden ist.

Die Basisanschlüsse der Transistoren 31,34, 41, 45, 53, 58, 62, 68, 72 und 76 sind miteinander verbunden. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 74 und 76 sind an die Basis eines Transistors 78 angeschlossen, dessen Kollektor an Masse liegt und dessen Emitter mit der Basis des Transistors 76 verbunden ist.

Die Kollektorströme der Transistoren 38, 55 und 65 werden mit Hilfe einer von den NPN-Transistoren 44, 79 und 80 gebildeten Stromnachbildungsschalturg summiert, damit am Lastwiderstand 81, der ajn Kollektor des Transistors 79 angeschlossen ist, eine dem Vorzündungswinkel (α ) entsprechende Ausgangsspannung Va erzeugt wird, die die erforderliche Funktionsbeziehung mit der Maschinendrehzahl und dem Brennstoffansaugdruck im Ansaugkrümmer aufweist, wie sie in Fig.4 dargestellt ist.

Die Impulsformerschaltung 2 des Rechners von Fig.1 ist in Fig.5 dargestellt. Sie enthält im wesentlichen einen Kondensator 82, zu dem ein Schalter 83 parallel ange-

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schlossen ist, der betriebsraässig so gekoppelt ist,daß er auf die Drehung der Maschinenkurbelwelle so anspricht, daß er immer dann schließt und den Kondensator entlädt, wenn ein Kolben an der Kurbelwelle einen ausgewählten Bezugspunkt, beispielsweise den oberen Totpunkt seines Hubs erreicht. Der Kondensator 82 ist in Serie mit einem Widerstand 84 an eine Anschlußklemme eines Stromgenerators angeschlossen, der an seinem Eingang ein der Maschinendrehzahl ω proportionales Signal empfängt, das von einem (nicht dargestellten) Tachometergenerator erzeugt wird. Die andere Anschlußklemme des Generators 85 ist über einen Widerstand 86 mit der Gleichspannungsversorgungsleitung Vcc verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und dem Generator 85 ist am invertierenden Elingang eines Komparators 87 angeschlossen, dessen niclrc invertierender Eingang an den die Spannung Va abgebenden Ausgang des in Fig.3 dargestellten und in Fig.5 in Form des Stromgenerators I α angegebenen Kurvengenerators und an einen Serienwiderstand R angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 82 und dem Widerstand 84 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 88 verbunden, dessen invertierender Eingang ebenfalls mit dem das Signal Va abgebenden Ausgang des Kurvengenerators von Fig.3 verbunden ist.

Die in Fig.5 schematisch dargestellte Impulsformerschaltung wird im Zusammenhang mit Fig.6 näher erläutert. Es sind zwei Transistoren 89, 90 vorgesehen, die einen Teil des Stromgenerators 85 von Fig.5 bilden. Die Basis des NPN-Transistors 89 empfängt ein der Maschinendrehzahl ω proportionales Signal V ω , während seine Kollektor-Emitter-Strecke parallel zur Basis-Kollektor-Strecke des PNP-Transistors 90 liegt. Die Basis des Transistors 90 ist über einen Widerstand 92 mit seinem Emitter verbunden, und sein Kollektor liegt über einen Widerstand 93 an Masse. Der Emitter des Transistors 90 ist an eine

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Stromnachbildungsschalturg aus den Transistoren 91, 94 und 97 angeschlossen, so daß der Kollektorstrom des Transistors 91, der von der Größe des der Basis des Transistors 89 zugeführten Eingangssignals Vco abhängt, auch durch den Widerstand 95 fließt, der am Kollektor des Transistors 94 und über einen Kondensator 96 auch an Masse angeschlossen ist. Der Widerstand 95 und der Kondensator 97 entsprechen dem Yiiderstand 84 und dem Kondensator 82 in der Schaltung von Fig.5. Die Schaltung enthält auch einen elektronischen Schalter, der den Anschluß des Schalters 83 in der Schaltung von Fig.5 bildet. Dieser elektronische Schalter ist von einer Doppeldiode gebildet, bei der eine Katode mit dem Ausgang eines Wandlers verbunden ist, der Signale liefert, die Bezugszeiten, beispielsweise den oberen Totpunktzeiten der Kolben der Maschine, entsprechen. Die andere Katode der Diode 98 ist über eine Diode 100 mit der Basis eines NPN-Transistors 99 verbunden, der im leitenden Zustand den Kondensator 96 kurzschließt und entlädt.

Der Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors 94 und des Widerstandes 95 ist an die Basis eines Transistors 1 01 angeschlossen, dessen Kollektor an Masse liegt, und dessen Emitter an die Basis eines Transistors 102 angeschlossen ist, der einen Teil eines ersten Komparators bildet. Dieser Komparator, der dem Komparator 87 der Schaltung -von Fig.5 entspricht, enthält auch einen Transistor 104, dessen Basis mit den das Signal Va abgebenden Ausgang des Kurvengenerators von Fig.4 verbunden ist und dessen Emitter am Emitter-des Transistors 102 angeschlossen ist. Die Kollektoren der Transistoren 102 und 104 sind an die Kollektoren der Transistoren 105 bzw. 106 angeschlossen , deren Basisanschlüsse miteinander verbunden sind und deren Emitter

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an Masse liegen. Die Basis und der Kollektor des Transistors 105 sind miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 95 und des Kondensators 96 ist an die Basis eines Transistors 107 angeschlossen, dessen Kollektor an Masse liegt, und dessen Emitter an die Basis eines Transistors 108 angeschlossen ist, der einen Teil eines zweiten Komparators 109 bildet.

Der Komparator 109, der dem Komparator 88 der Schaltung von Fig.5 entspricht, enthält auch einen Transistor 110, dessen Basis das Ausgangssignal Va des Kurvengenerators von Fig.4 zugeführt wird; überdies enthält der Komparator zwei Transistoren 111 und 112. Die Schaltung des Komparators 109 gleicht der des Komparators 103, wobei zu erkennen ist, daß jeder Komparator einen Transistor-Differenzverstärker mit einer Stromnachbildungsschaltung aus den Transistoren 105 und 106 im Komparator 103 und aus den Transistoren 111 und 112 im Komparator 109 bildet,

Das Ausgangssignal des Komparators 103 wird vom Kollektor des Transistors 106 abgenommen und als Basis-¹ Eingangssignal an einen NPN-Transistor 115 angelegt, während das Ausgangssignal des Komparators 109 vom Kollektor des NPN-Transistors 112, dessen Emitter an Masse liegt, abgenommen und als Basis-Eingangssignal dem NPN-Transistor 114 zugeführt wird. Der Ausgang einer die Transistoren 114 und 115 enthaltenden UND-Schaltung ist an eine Stromverstärkerstufe 116 angeschlossen. Wenn das (von der Maschinendrehzahl abhängige) Eingangssignal der Transistoren 102 und 108 gleich den Eingangssignalen (Va) der Transistoren 104 und 110 ist, wird die UND-Schaltung freigegeben, und die Stromverstärkerstufe 116 beginnt, einen Ausgangssteuerimpuls für die Zündspule zu erzeugen. Wenn der

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Transistor 99 als Antwort auf das der Diode 98 zugeführte Bezugszeitsignal t¹ eingeschaltet wird, wird die UND-Schaltung gesperrt, und der Ausgangssteuerimpuls aus der Stromverstärkerstufe 116 wird "beendet.

Es sei nun wieder auf Fig.5 Bezug genommen. Bei jedem Schließen des Schalters 83, das mit dem Erreichen eines oberen Totpunkts durch die entsprechenden Maschinenkolben synchronisiert ist, wird der Kondensator 82 kurzgeschlossen und entladen. Wenn der Schalter 83 geöffnet wird, wird der Kondensator 82 von einem vom Generator 85 gelieferten Strom aufgeladen, der der Drehzahl ω der Maschine proportional ist und durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

Iu)= K ω/R

K ist dabei eine Konstante und R ist der in Serie zum Stromgenerator 85 liegende Ersatzwiderstand.

Die Spannung am Kondensator 82 wird im Komparator 88 mit der negativen .Ausgangsspannung V α des im Zusammenhang mit Fig.3 genauer beschriebenen Kurvengenerators 1 von Fig.1 verglichen.

Diese . Ausgangsspannung ergibt sich aus

V = Vcc - Va

α ist dabei der vom Kurvengenerator berechnete Vorzündungswinkel .

Die Spannung am Kondensator 83 erreicht einen mit dem vom Kurvengenerator gegebenen Wert übereinstimmenden Wert zur Zeit

T = RC(Vcc - Va ) Κω

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wobei C die Kapazität des Kondensators 82 ist.

Bei einem Viertaktmotor ergibt sich die Zeit T auch aus dem Ausdruck

π—α

so daß gilt:

T =

ττ-α _ RC(VcC - Va ) ^ω Κω

π-α= ψ. (Vcc - Va )

Aus dem letzten Ausdruck ist zu erkennen, daß der berechnete Vorzündungswinkel ader Spannung Va proportional ist und mit Hilfe der Zeitkonstante RC eingestellt werden kann.

Zur besseren Ausnutzung der Energie enthält eine die erfindungsgemäße Anordnung enthaltende Anlage vorzugsweise eine Schaltung zum Aufladen der Zündspule mit konstanter Energie. Damit dies erreicht wird, sollte die Primärwicklung der Zündspule für eine konstante Zeitdauer, ( die durch die Eigenschaften der Spule festgelegt ist ) vor Beginn der Entladung in den Wicklungen gespeist werden. Dies wird dadurch erreicht, daß in Serie zum Kondensator 82 und zum Komparator 88 ein Widerstand geschaltet wird. Die Spannung an den Anschlüssen des Widerstandes 84, dessen Wert mit r angegeben ist, ergibt sich aus dem Ausdruck

l ^ · Κω

Die Zündspule wird für eine Zeitdauer gespeist, die gleich δ - T ist , wobei gilt:

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Diese Zeitdauer hängt nur vom Wert r des Widerstandes und vom Wert C des Kondensators 82 ab.

Die Wirkungsweise der in Fig.6 dargestellten Schaltung entspricht der Wirkungsweise der Schaltung von Fig.5.

Wie oben bereits erwähnt wurde, entsprechen die Komparatoren 103 und 109 den Komparatoren 87 bzw. 88 der Schaltung von Fig.5. Ebenso entsprechen der Kondensator 96 und die Widerstände 95 und 93 dem Kondensator 82 und den Widerständen und 86.

Als Ergebnis dieser Schaltungsanordnung wird die Zündspule nur während der Zeit gespeist, die dafür erforderlich ist, daß sie mit soviel Energie versorgt wird, daß sie zur Erzeugung einer zweckmässigen hohen Spannung an den Anschlüssen der Zündkerzen der Maschine befähigt ist, wobei diese Speisung für eine konstante Zeitdauer gewährleistet ist, jedoch bei Zeitpunkten T endet, die sich abhängig von der Maschinendrehzahl und vom Druck in ihrem Ansaugkrümmer ändert.

Der beschriebene Rechner ist für die Steuerung der Zündanlage einer Brennkraftmaschine ausgelegt, doch ist "zu erkennen, daß er auch zur Steuerung einer Brennstoffeinspritzanlage eines Einspritzmotors verwendet werden kann.

Der in Fig.3 dargestellte Kurvengenerator erzeugt Kurvenabschnitte mit positiver Steigung, wie sie in Fig.4 dargestellt sind, doch kann er offensichtlich in einfacher Weise auch so ausgelegt werden, daß er Segmente mit negativer Steigung erzeugt, wenn die vom Maschinenhersteller gelieferte Modellkurve dies erfordert.

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Ein Rechner nach der Erfindung hat den Vorteil, daß er in Form einer monolithischen integrierten Sghaltung aufgebaut werden kann, die ihn mit großer Zuverlässigkeit und mit kleinen Abmessungen austattet. Die Steigung jedes von der Schaltung von Fig.2 zu erzeugenden Kurvenabschnitts hängt vom Verhältnis Rpy/CRpn+ ^R?1 ^ ^a^» während die Extremwerte eines Abschnitts von Ver, d.h. von ^R21^^R23' ^a^^hänS^en· ^Da solche Widerstandsverhältnisse in einer integrierten Schaltung genau festgelegt werden können, kann somit eine genaue Steuerung der Wirkungsweise des gesamten Generators von Fig.3 leicht erhalten werden.

Der oben beschriebene Rechner ist für die Verwendung bei einem symmetrischen Motor ausgelegt. In diesem Fall kann der Bezugspunkt vorteilhafterweise der vorangehende obere Totpunkt sein. Bei einem asymmetrischen Motor sind die verschiedenen oberen Totpunkte jedoch nicht um den gleichen Winkel voneinander verschieden, so daß dann ein Bezugspunkt verwendet werden kann, der um einen konstanten Winkel vor jedem oberen Totpunkt liegt.

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Claims

Patentansprüche

Analogrechner zur Erzeugung von Steuersignalen In einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

a) eine Signalgeneratorschaltung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Vorzündungswinkelsignals, das entsprechend einer vorbestimmten Ansprechcharakteristik von der Maschinendrehzahl und vom Brennstoffansaugdruck abhängt, und

b) eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen des Anfangszeitpunkts eines vom Rechner abgegebenen Steuersignals bezüglich eines Bezugszeitpunkts in Abhängigkeit von der Momentandrehzahl der Maschine und vom Momentanwert des Vorzündungswinkelsignals.

2, Analogrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeneratorschaltung folgende Baugruppen enthält: Eine Reihe erster Stufen zur Erzeugung von Signalen entsprechend Abschnitten der Ansprechcharakteristik, von denen jeder Änderungen des Vorzündungswinkels abhängig von der Maschinendrehzahl innerhalb vorbestimmter Intervalle des Maschinendrehzahlbereichs repräsentiert, eine zweite Stufe zur Erzeugung eines Signals entsprechend einer Kurve, die Änderungen des Vorzündungswinkels abhängig von dem Brennstoffansaugdruck repräsentiert,und eine Vorrichtung zum Summieren der Ausgangssignale der ersten und zweiten Stufen zur Erzeugung des kontinuierlichen Vorzündungswinkelsignals.

3· Analogrechner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Stufen jeweils Transkonduktanz-Differenzverstärker bilden₀

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4. Analogrechner nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Schaltungsanordnungen für die ersten und zweiten Stufen zur Erzeugung einer Bezugsspannung, die dem Mittelpunkt des Kurvenabschnitts entspricht, der vom Ausgangssignal der Stufe erzeugt werden soll.

5. Analogrechner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierungsvorrichtung eine Stromnachbildungsschaltung enthält.

6. Analogrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung, die den Beginn des Ausgangssteuersignals bestimmt, einen Stromgenerator zur Erzeugung eines der Maschinendrehzahl proportionalen Stroms enthält, der an eine Widerstands-Kondensator-Schaltung zum Speichern der Energie angeschlossen ist, die notwendig ist, den Beginn des Ausgangssteuersignals auszulösen, wenn die in dem Kondensator gespeicherte Spannung gleich dem Vorzündungswinkel-Signal ist.

7. Analogrechner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Bestimmen des Anfangszeitpunkts des Ausgangssteuersignals eine Schaltvorrichtung enthält, die so angeschlossen ist, daß sie den Kondensator an vorbestimmten Zeitpunkten im Arbeitszyklus der Maschine kurzschließt.

8. Analogrechner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sperrschaltung zum Sperren des Ausgangssteuersignals nach einem vorbestimmten Zeitintervall.

9. Analogrechner zur Erzeugung von Steuerimpulsen in einer Brennkraftmaschine mit einer von den Steuerimpulsen gesteuerten Zündanlage, bei der der Zündwinkel von der Momentandrehzahl der Maschine und

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vom Momentanwert des Brennstoffansaugdrucks der Maschine abhängt, gekennzeichnet durch

a) eine Signalgeneratorschaltung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Vorzündungswinkelsignals in vorbestimmter Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und vom Brenn« stoffansaugdruck mit mehreren ersten Transistorstufen zur Erzeugung von Signalen, die Änderungen des Vorzündungswinkels abhängig von der Maschinendrehzahl über vorbestimmte diskrete Intervalle des Maschinendrehzahlbereichs repräsentieren, eine zweite Transistorstufe zur Erzeugung eines der Änderung des VorZündungswinkels in Abhängigkeit vom Brennstoffansaugdruck entsprechenden Signals und eine Transistorsummierschaltung zum Summieren von Ausgangssignalen der ersten und zweiten Stufen zur Erzeugung des kontinuierlichen Vorzündungswinkelsignals und

b) eine Transistorschaltungsanordnung zum Bestimmen des Anfangszeitpunkts eines von dem Rechner abgegebenen Steuersignals bezüglich eines BezugsZeitpunkts in Abhängigkeit von der Momentandrehzahl der Maschine und vom Momentanwert des Vorzündungswinkelsignals mit einem Stromgenerator zur Erzeugung eines der Maschinendrehzahl proportionalen Stroms, wobei der Stromgenerator an eine Widerstands-Kondensatorschaltung zum Speichern der Energie angeschlossen ist, die dazu notwendig ist, das abgegebene Steuersignal auszulösen, wenn die Kondensatorspannung gleich dem Momentanwert des Vorzündungswinkelsignals ist.

10. Analogrechner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß daß die ersten und zweiten Stuf en jeweils Transkonduktanz-Differenzverstärker bilden.

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11, Analogrechner nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung, die für jede der ersten und zweiten Stufen jeweils Bezugsspannungen erzeugt, die dem Mittelpunkt des vom Ausgangssignal der Stufe zu bildenden Abschnitts des Maschinendrehzahlbereichs entsprechen.

12. Analogrechner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorsummierungsschaltung der ersten und zweiten Stufen eine Transistor-Stromnachbildungsschaltung enthalten.

13.Analogrechner in einer Brennkraftmaschine mit einer von Steuerimpulsen betätigten Zündanlage, bei der der Zündwinkel von der Drehzahl der Maschine und von ihrem Brennstoffansaugdruck abhängt, gekennzeichnet durch

a) eine Signalgeneratorschaltung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Vorzündungswinkelsignals in vorbestimmter Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und vom Brennstoffansaugdruck und

b) eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen des Anfangszeitpunkts eines vom Rechner abgegebe nen Steuersignals abhängig vom Momentanwert der Maschinen-

. drehzahl und vom Momentanwert des Vorzündungswinkelsignals mit einem Stromgenerator, der einen der Maschinendrehzahl proportionalen Strom erzeugt und an eine Widerstands-Kondensator-Schaltung angeschlossen ist, die Energie zur Erzeugung einer Spannung speichert, die den Beginn des abgegebenen Steuersignals auslöst, wenn die Kondensatorspannung gleich dem VorZündungswinkelsignal ist, und mit einer elektrischen Schaltvorrichtung zum Kurzschließen des Kondensators an vorbestimmten Zeitpunkten im Arbeits-

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zyklus der Maschine, damit die abgegebenen Steuersignale so gesperrt werden, daß der Rechner Steuerimpulse mit konstanter Dauer empfängt.

14. Analogrechner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Beginns und des Endes des abgegebenen Steuersignals erste und zweite Komparatorschaltungen enthält, die als erstes Eingangssignal das Vorzündungswinkelsignal und als zweites Eingangssignal ein von dem der Maschinendrehzahl proportionalen Strom abhängiges Signal empfangen, daß eine UND-Schaltung vorgesehen ist, deren Eingänge so an die Ausgänge der ersten und zweiten Komparatorschaltungen angeschlossen sind, daß sie freigegeben ist, wenn die Kondensatorspannung gleich dem Vorzündungswinkelsignal ist, damit der Beginn des abgegebenen Steuersignals ausgelöst wird, und daß eine elektrische Schaltvorrichtung zum Kurzschließen des Kondensators vorgesehen ist, damit die UND-Schaltung gesperrt und das abgegebene Steuersignal an einem vorbestimmten Zeitpunkt im Arbeitszyklus der Maschine beendet wird.

15· Analogreeimer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kondensator ein Widerstand in Serie geschaltet ist, und daß die Dauer des Steuerimpulses von der Zeitkonstante der Serienschaltung aus dem Widerstand und dem Kondensator bestimmt ist.

16. Analogrechner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Komparatorschaltungen einaiTransistor-Differenzverstärker mit einer Stromnachbildungsschaltung enthält.

17· Analogrechner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der UND-Schaltung so angeschlossen ist,

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daß er den Betrieb eines AusgangsStromverstärkers steuert.

18. Analogrechner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeneratorschaltung folgende Baugruppen enthält: Mehrere erste Transistorstufen zur Erzeugung von Signalen, die Änderungen des VorZündungswinkels abhängig von der Maschinendrehzahl innerhalb jeweiliger diskreter Intervalle des Maschinendrehzahlbereichs repräsentieren, eine zweite Transistorstufe zur Erzeugung eines die Änderung des Vorzündungswinkels abhängig vom Brennstoffansaugdruck repräsentierenden Signals und eine Transistorschaltung zum Summieren von Ausgangssignalen der ersten und zweiten Stufen zur Erzeugung des kontinuierlichen Vorzündungswinkelsignals^

19· Analogrechner nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Stufen jeweils Transkonduktanz-Transistor-Differenzverstärker sind und daß die Transistorschaltung zum Summieren von AusgangsSignalen der ersten und zweiten Stufen eine Transistor-Stromnachbildungsschaltung enthalten.

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