DE2526852B1

DE2526852B1 - Schaltung zur erfassung der steigung einer brennspannungskurve

Info

Publication number: DE2526852B1
Application number: DE19752526852
Authority: DE
Inventors: Michael Ing Labinsky; Michael Dipl-Ing Vetter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1975-06-16
Publication date: 1976-11-18
Also published as: DE2526852A1; US4068165A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erfassung der Steigung einer Brennspannungskurve vorgegebener Mindestdauer und begrenzter Steilheit mit einem periodisch betätigten Schalter und einer in zwei Richtungen wirkenden Schwellwerteinrichtung. Die Funktionstüchtigkeit von in einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine an verschiedenen Stellen eingeschalteten Funkentstörwiderständen hängt von einem innerhalb einer oberen und einer unteren Grenze liegenden Wertbereich der Widerstände ab. Bei zu kleinem Widerstandswert ist die Entstörung mangelhaft, bei zu großem Widerstandswert arbeitet die Zündung der Maschine nicht optimal. Die Funkentstörwiderstände können aus verschiedenen Ursachen im Laufe des Betriebs einer Maschine ihren Widerstandswert so stark ändern, daß er außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt. Deshalb muß bei einer Diagnose der Brennkraftmaschine auch der Wert der Funkentstörwiderstände überprüft werden. Eine Widerstandsmessung der einzelnen Widerstände wäre sehr arbeitsaufwendig. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß auch der Anstieg der sogenannten Brennspannungskurve ein Maß für den Widerstandswert der Funkentstörwiderstände sein kann. Unter Brennspannungskurve wird der zeitliche Verlauf der an einer Zündkerze liegenden Hochspannung nach dem ersten Überschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze bei brennendem Zündfunken verstanden. Zur Beurteilung des Anstiegs der Brennspannungskurve genügt ein Anschluß eines entsprechenden Meßgerätes an einen die Zündspannung führenden Teil der Zündanlage.

Die Brennspannungskurve ist jedoch keineswegs eine stetig verlaufende Kurve; sie ist vielmehr über den größten Teil ihres zeitlichen Verlaufs von spontan auftretenden Störungen durchsetzt, die zum Teil aus den Vorgängen in den Brennräumen der Zylinder der Maschine resultieren. Zwischen diesen Störungen sind jedoch auch ungestörte Abschnitte der Brennspannungskurve zu finden, deren zeitliche Dauer genügt, um einen Anhalt für den Widerstandswert der Funkentstörwiderstände zu geben. Störungen und ungestörte Abschnitte sind auf der Brennspannungskurve, wie schon bemerkt, in nicht vorhersehbarer Weise verteilt.

Aus der DT-AS 21 50 180 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen der Steigung eines Signals bekannt. Diese Vorrichtung arbeitet so, daß eine Signalkurve an zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Punkten abgetastet wird und anschließend die beiden Signalwerte miteinander verglichen werden. Die bekannte Vorrichtung enthält einen periodisch betätigten Schalter sowie eine nach zwei Richtungen wirkende Schwellwerteinrichtung. Die Schwellwerteinrichtung soll beim Bekannten Meßwerte ausschalten, die unterhalb einer einstellbaren Ansprechschwelle liegen. Demgegenüber dienen zwei bei der Erfindung benutzte Grenzwertmelder dem umgekehrten Zweck. Sie sollen Störspannungssignale, die eine größere Steilheit als die Brennspannungskurve aufweisen, erkennen und ihre Messung verhindern.

Die DL-PS 47 057 beschreibt ein Verfahren zur Messung von Impulsdachschrägen. Bei diesem Verfahren werden aus den Impulsen die Dachanteile herausgetastet und weiterverarbeitet. Die Impulsamplituden werden unterdrückt. Demgegenüber sollen bei der Erfindung impulsartige Störspannungsanteile mit Hilfe einer Störgrößenverarbeitungsschaltung erfaßt und die Meßschaltung für die Dauer des Auftretens dieser Störspannung unwirksam gemacht werden. Die Dachschrägen werden über eine Zweiweggleichrichtung als Gleichspannung abgebildet, die von der Größe der Abweichung der Dächer von der Horizontalen abhängig ist. Die in beiden Literaturstellen beschriebenen Methoden zur Bestimmung der Steilheit einer Signalkurve werden bei der Erfindung nicht angewendet.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei der Messung der Steigung der Brennspannungskurve alle der Kurve überlagerten Störspannungen auszuschalten, d.h. ein ungestörtes, genügend langes Stück der Brennspannungskurve für die Messung auszusuchen.

Diese Aufgabe wird bei einer eingangs erwähnten Schaltung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Meßsignal über einen abtastimpulsgesteuerten Umschalter parallelgeschalteten Eingängen bzw. miteinander gekoppelten Referenzeingängen zweier die Schwellwerteinrichtung darstellender Grenzwertmelder zugeführt ist und die Ausgänge der Grenzwertmel-

der an Eingänge einer Logikschaltung zur Steuerung eines Zweirampen-Integrators für das Meßsignal und eines Polaritätsumschalters vor dem Eingang des Integrators angeschlossen sind und daß am Ausgang des Integrators eine als Maß für die Steigung der Brennspannungskurve dienende Gleichspannung abnehmbar ist.

Wie anhand der weiter unten folgenden eingehenden Beschreibung der Schaltung deutlicher erkennbar ist, bewirkt die Erfindung die automatische Ausblendung von Meßwerten, wenn innerhalb der Meßwertaufnahme Störsignale, wie kurzzeitiges Abreißen der Brennlinie oder eine negative Steigung der Brennlinie auftreten. Die Schaltung sucht sich sozusagen selbständig einen fehlerfreien Abschnitt auf der Brennlinie aus und ermittelt für diesen Abschnitt den Anstieg.

Zweckmäßig geht dem Umschalter eine Additionsschaltung voraus, an deren Eingängen außer dem Signal das umgepolte Signal und eine Gleichspannung anlegbar sind.

Als Integrator wird mit Vorteil ein Zweirampen-Integrator benutzt, der an seinem Eingang einen zeitgesteuerten Polaritätsumschalter aufweist.

Die Logikschaltung besteht zweckmäßig aus einem NOR-Gatter, an dessen Eingängen die Ausgänge der Grenzwertmelder liegen und dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines NAN D-Gatters direkt und mit einem zweiten Eingang des NAND-Gatters über ein Monoflop verbunden ist. Zum automatischen Erkennen einer negativen Steigung der Brennspannung ist der Ausgang des Integrators über einen Differenzverstärker mit einem dritten Eingang des NOR-Gatters verbunden.

Die Erfindung wird anhand von zwei Figuren näher erläutert. In

F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als schematisches Blockschaltbild dargestellt; in

F i g. 2 ist ein Diagramm der Brennspannung und einzelnen Abschnitten der Brennspannung zugeordnete Signale, die an einigen ausgewählten Punkten der Schaltung anfallen, gezeigt.

Das Meßsignal wird über einen aus zwei Widerständen R1 und R 2 bestehenden Spannungsteiler als Adapter an einer Hochspannung führenden Stelle der Zündanlage einer Brennkraftmaschine abgenommen. Über einen Verstärker Vi und einen Widerstand R 3 wird das Meßsignal einer Additionsschaltung zugeführt, der über einen Widerstand R 4 gleichzeitig eine Gleichspannung Uci zugeführt ist. Diese Gleichspannung dient dazu, den der Messung unterzogenen Abschnitt der Brennspannungslinie immer auf einer einzigen Polarität zu halten. Der Ausgang des Verstärkers Vi ist über einen Negator Ni und über einen Schalter 51 an den Eingang eines Impedanzwandlers /1 gelegt Der Eingang des Impedanzwandlers /1 ist über einen Kondensator Ci mit Masse verbunden. Der Ausgang des Impedanzwandlers /1 ist über einen Widerstand R 5 mit der Additionsschaltung verknüpft. Der Ausgang der Additionsschaltung liegt am Eingang eines gegengekoppelten Differenzverstärkers Vl. Die aus den Schaltungselementen Vl bis V2 bestehenden Schaltungseinheiten dienen der Signalaufbereitung. Sie sind durch eine Umrahmung mit gestrichelten Linien auf der F i g. 1 hervorgehoben. Der Ausgang des Verstärkers V2 ist an einen taktimpulsgesteuerten Umschalter 53 und 54 gelegt. Der Umschalter steuert die Eingänge zweier Impedanzwandler /2 bzw. /3, deren Eingänge mit Kondensatoren C2 und C3 mit Masse verbunden sind. Der Ausgang des Impedanzwandlers /2 liegt am Verbindungspunkt zweier in Serie geschalteter Potentiometer R 6 bzw. R 7. Die Potentiometer sind an eine positive bzw. negative Referenzstromquelle Ei bzw. E2 angeschlossen. Ein Abgriff des Potentiometers R 6 liegt an einem Eingang eines Grenzwertmelders Gi, ein Abgriff des Potentiometers Rl liegt an einem Eingang eines zweiten Grenzwertmelders G 2. Der Ausgang des Impedanzwandlers /3 ist mit zwei anderen paralielgeschalteten Eingängen der Grenzwertmelder G i und G 2 verbunden. Die Grenzwertmelder markieren zusammen mit den Potentiometern einen Spannungsbereich bestimmter Breite, der dem schwankenden Ausgangspotential des Impedanzwandlers /2 überlagert ist. Die Ausgänge der Grenzwertmelder Gi und G 2 sind jeweils zwei Eingängen eines NOR-Gatters NOR zugeführt. Der Ausgang des NOR-Gatters ist mit einem Eingang eines NAND-Gatters NAND direkt verbunden. Mit einem zweiten Eingang des gleichen NAND-Gatters ist der Ausgang des NOR-Gatters über ein Monoflop MF verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters liegt an einem Steuereingang eines Taktgenerators TG, über den verschiedene Zeitmaße zur Verfugung gestellt werden. Die Schaltungselemente 53 und 54 bilden mit den ihnen folgenden bis einschließlich Taktgenerator TG eine Störgrößenverarbeitungsschaltung. Auch diese Untereinheit ist durch einen Rahmen aus gestrichelten Linien besonders hervorgehoben. Der Ausgang des Verstärkers V2 ist mit einem Polaritätsumschalter 55 und 56 verbunden, wobei vor 56 ein polaritätsumwandelnder Verstärker N 2 liegt. Der gemeinsame Ausgang des Umschalters 55 und 56 ist über einen Widerstand R 8 dem einen Eingang eines Integrators IN zugeführt. Ein anderer Eingang des Integrators ist mit Masse verbunden. Der das Meßsignal führende Eingang des Integrators IN ist über einen Integrationskondensator C4 mit dem Ausgang des Integrators IN verbunden. Der Kondensator kann durch einen Schalter 57 überbrückt werden. Der Ausgang des Integrators IN ist über einen weiteren Schalter 58 an einem Impedanzwandler /4 angeschlossen. Der Eingang des Impedanzwandlers /4 ist über einen Kondensator C5 mit Masse verbunden. Am Ausgang des Impedanzwandlers /4 liegt das integrierte Meßsignal an. Der eine Eingang eines Differenzverstärkers V3, dessen anderer Eingang mit Masse in Verbindung steht, ist ebenfalls an den Ausgang des Integrators IN angeschlossen. Sein Ausgang ist mit einem dritten Eingang des NOR-Gatters NOR verbunden. Ausgänge des Taktgenerators TG steuern die Schalter 55, 56, 57 und 58. Die Schaltungsteile N2 bis /4 bilden zusammen die eigentliche Meßschaltung und sind ebenfalls durch eine gestrichelte Umrandung zusammengefaßt. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 wird im folgenden dargestellt. Die über den Spannungsteiler R 1, R 2 verminderte Brennspannung wird über den Verstärker Vi dem Summen verstärker V 2 zugeführt. Dieser Verstärker liefert die aufbereitete Brennspannung für die angeschlossene Störgrößenverarbeitungsschaltung und die Meßschaltung. Die Brennspannung hat die Form

wobei Ußr die Brennspannung, U_t\ die Brennspannung bis zu einem Zeitpunkt tu Uci die Gleichspannung und k

der Verstärkungsfaktor des Verstärkers Vi ist. Durch Summenbildung mit der Brennspannung UBr und dem ausgewählten Brennspannungsabschnitt U,\ wird der schwankende Gleichspannungsanteil der Brennspannungslinie kompensiert. Um zu verhindern, daß während des Meßvorgangs die kompensierte Brennspannung die Nullinie schneidet, wird das Meßsignal um den gleichbleibenden Betrag Ua · k angehoben. Die Auswertung der Steigung der Brennlinie wird auf denjenigen Abschnitt der Brennlinie beschränkt, die charakteristisch für den Widerstandswert der Funkentstörwiderstände ist. Es braucht jedoch nicht für die Auswertung die gesamte Dauer dieses Abschnitts herangezogen werden. Es genügt dafür nur ein Bruchteil der Gesamtdauer des Abschnittes. Dafür besteht jedoch die Möglichkeit, innerhalb des Gesamtabschnittes mehrfach die Steigung der Brennlinie zu bestimmen. Ist der Meßwert einmal erfaßt, so wird der Meßzyklus abgeschlossen.

Den richtigen Zeitpunkt für eine Messung innerhalb des zeitlichen Verlaufs der Brennlinie bestimmt die Störgrößenverarbeitungsschaltung. Sie tastet die Brennspannungskennlinie nach plötzlichen Spannungsveränderungen ab. Die Abtastung erfolgt mit Hilfe der Schalter S3 und 54 nach einem Zeitraster, das wiederum nur einen Bruchteil der Meßzeit beträgt. Liegt eine durch die Störgrößenverarbeitungsschaltung erfaßte Spannungsänderung nach Dauer und Größe außerhalb vorgegebener Grenzwerte, so wird keine Meßwertbestimmung zugelassen. Kommt es während einer angelaufenen Messung (Integration des Meßsignals) zu einer Überschreitung der Grenzwerte, so wird die Integration abgebrochen und der Meßwert verworfen. Das gleiche gilt für eine Integration einer Brennspannungskennlinie mit negativer Steigung. Die negative Steigung wird mit Hilfe des Differenzverstärkers V 3 und des NOR-Gatters NOR ausgeblendet. Das Meßergebnis stellt die Differenz zweier Integrationen dar, die mit Hilfe des Doppelrampen-Integrators IN vorgenommen werden:

Ό + ^[«2 Ό + 'μ

U_E = J U₀ dt-j U₀ dt.

Ό + '«2

Dabei ist t₀ der Beginn der Messung und t,„ die Meßzeit. Der gemessene Wert steht am Ausgang des Impedanzwandlers /4 bis zu einer nächsten Messung zur Verfügung.

Die Aussage eines einzigen Meßwertes ist nur innerhalb eines Toleranzbandes gültig. Um die Toleranzen einzuengen, wird ein endgültiges Ergebnis durch eine M ittelwertbildung gewonnen.

Auf dem Diagramm der F i g. 2 ist die Brennspannungskennlinie als Funktion der Brenndauer aufgetragen. In der gleichen zeitlichen Zuordnung sind in Zeilen a bis h des Diagramms Zeitabschnitte bzw. Signale eingetragen, die eine bestimmte Zuordnung zu verschiedenen Abschnitten der Brennspannungskennlinie haben und die an verschiedenen Punkten der Schaltung nach F i g. 1 abgenommen werden können. In den Zeilen a und b sind die Schließ- bzw. Öffnungszeiten des Schalters 51 als impulsförmige Signale eingetragen. In der Zeile c sind die Öffnungs- bzw. Schließzeiten der beiden Schalter S7 und 58 eingetragen. Die Zeilen d und e zeigen eine Folge von Abtastimpulsen, die für die Steuerung der Schalter 53 und 54 maßgeblich sind.

Diese Abtastimpulse können auch ebenso wie Steuerimpulse für den Schalter 51 vom Taktimpulsgeber TG unbeeinflußt vom NAND-Gatter geliefert werden. In der Zeile f ist das Ausgangssignal des NAND-Gatters NAND dargestellt. Die Zeile g zeigt das Ausgangssignal des Integrators IN, verschiedenen gestörten Abschnitten des gesamten Meßabschnitts der Brennspannungskennlinie zugeordnet. Schließlich ist in der Zeile h das Ausgangssignaides Impedanzwandlers /4dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Erfassung der Steigung einer Brennspannungskurve vorgegebener Mindestdauer und begrenzter Steilheit mit einem periodisch betätigten Schalter und einer in zwei Richtungen wirkenden Schwellwerteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal über einen abtastimpulsgesteuerten Umschalter (S3,54) parallelgeschalteten Eingängen bzw. miteinander gekoppelten Referenzeingängen zweier die Schwellwerteinrichtung darstellender Grenzwertmelder (Gl, G 2) zugeführt ist und die Ausgänge der Grenzwertmelder (G 1, G 2) an Eingänge einer Logikschaltung (NOR, MF, NAND) zur Steuerung eines Zweirampen-Integrators (IN) für das Meßsignal und eines Polaritätsumschalters (55,56) vor dem Eingang des Integrators (IN) angeschlossen sind und daß am Ausgang des Integrators (IN) eine als Maß für die Steigung der Brennspannungskurve dienende Gleichspannung abnehmbar ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dem Umschalter (53, 54) vorgeschaltete Additionsschaltung (R 3, R 4, R 5) mit Eingängen für das Meßsignal, für das umgepolte Signal und für ein Gleichspannungssignal.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung aus einem NOR-Gatter (NOR) besteht, dessen Ausgang mit einem von zwei Eingängen eines NAND-Gatters (NAND) direkt und mit einem anderen Eingang des NAND-Gatters (NAND) über ein Monoflop (MF) verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Integrators (7NJ über einen Differenzverstärker (V3) mit einem dritten Eingang des NOR-Gatters (NOR) verbunden ist.