DE2803556A1

DE2803556A1 - Vorrichtung zur steuerung des tastverhaeltnisses einer in ihrer frequenz veraenderbaren signalfolge

Info

Publication number: DE2803556A1
Application number: DE19782803556
Authority: DE
Inventors: Ingo Dr Gorille
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1979-08-02
Also published as: SE434788B; JPS54111024A; US4248195A; SE7900683L

Description

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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Vorrichtung aus der DT-OS 2 523 388 bekannt, bei der zwar ebenfalls einem Zähler, dem eine Dekodierstufe nachgeschaltet ist, die Zählfrequenz einer Inkrement-Gebervorrichtung zugeführt wird. bei der jedoch das Tastverhältnis der Ausgangssignalfolge nicht durch eine Stromanstiegs zeit in einem Impedanzglied, sondern durch die Standzeit eines Zeitglieds vorgegeben ist. Dies hat insbesondere bei Zündanlagen für Brennkraftmaschinen den Nachteil, daß bei schwankender Versorgungsspannung die jeweils in der Zündspule gespeicherten Energieinhalte ungleichmäßig werden und zu Zündimpulsen mit schwankender Energie führen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Auslegung der Schließzeit bei der bekannten Vorrichtung so erfolgen muß, daß auch bei einer geringen, möglicherweise vorkommenden Versorgungsspannung eine ausreichende Zündung gewährleistet ist. Dies führt jedoch bei einer erhöhten Versorgungsspannung zu einer unnötig hohen Strorabelastung des Primärstromkreises in der Zündspule, was eine hohe Verlustleistung und u.U. auch eine Zerstörung von Bauelementen des Primärkreises zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei der bekannten Vorrichtung die Bauteile im Primärstromkreis der Zündspule sehr exakt dimensioniert sein müssen, damit die durch das Zeitglied vorgegebene Stromladezeit zu der erwünschten Spulenenergie führt. TemperaturSchwankungen sind bei der bekannten Vorrichtung schwer auszugleichen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Tastverhältnis der erzeugten Signalfolge, insbesondere

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in der Anwendung zur Steuerung eines elektrischen Schalters im PrimärStromkreis einer Zündspule, den primärseitigen Strom so regelt, daß unabhängig von der Versorgungsspannung und anderen zeitbestimmenden Größen, wie z.B. der Temperatur, Zündfunken konstanter Energie erzeugt werden. Die Verlustleistung und die thermische Belastung des Primärstromkreises wird mininiert, und eine stromgeregelte Endstufe erübrigt sieht.

Duch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtungen möglich. Besonders vorteilhaft sind die angegebenen Weiterbildungen der Erfindung zur Steuerung der Zündanlage einer Brennkraftmaschine.

Zeichnung

Zwei Ausführungobeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.- 1 die schaltungsmäßige Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels und Fig. 3 ein Schaltungsteil, der im Zusammenhang mit Fig. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel bildet.

Beschreibung der Erfindung

Eine Geberanordnung 10 besteht aus einer vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Zahnscheibe 100, auf der umfangseitig in gleichen Abständen angeordnete Zähne 101 angebracht sind. Diese Zähne werden durch einen ersten Aufnehmer 102 abgetastet, indem z.B. jeder ferromagnetische Zahn in diesem induktiven Aufnehmer 102 eine Induktivitätsänderung hervorruft, die ein Signal zur Folge hat. Statt ferromagnetischer Zähne können auch andere Marken vorgesehen sein, die durch andere Geber abtastbar sind. So kann z.B. die Scheibe in Umfangsrichtung streifenförmig magnetisiert sein oder eine Lochanordnung aufweisen,

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die durch optische Geber abtastbar ist. Eine Bezugsmarke IO3 ist ebenfalls auf der Scheibe 100 angeordnet. Entsprechend der Anzahl der gewünschten Zündvorgänge pro Umdrehung der Zahnscheibe 10O₅ also z.B. proportional der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine j können mehrere solcher Bezugsmarken 103 vorgesehen sein oder können,ausgehend von einer Bezugsmarke^ weitere Bezugsmarken elektronisch erzeugt werden. Bei einer Sechs-Zylinder-Brennkraftmaschine werden z.B. drei Bezugsmarken um jeweils 120° versetzt benötigt. Die Bezugsmarke 103 kann natürlich auch auf einer anderen Scheibe angeordnet sein. Die Bezugsmarke 103 wird von einem zweiten Aufnehmer 10*1 abgetastet. Zur Umwandlung der Gebersignale der beiden Aufnehmer 103, 10*! in Rechtecksignale können vorzugsweise in der Zeichnung nicht näher dargestellte Impulsformerstufei vorgesehen sein.

Beide Aufnehmer 102, 10*t sind mit einer Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe 11 verbunden, in der in Abhängigkeit der Gebersignale und vorzugsweise in Abhängigkeit weiterer Parameter (z.B. der Saugrohrunterdruck p, die Temperatur T und die Drosselklappenstellung oc) die Zündzeitpunkt^ festgelegt werden. Dies kann z.B. anhand vorgegebener Zündwinkel-Kennlinien erfolgen. Eine solche Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe ist z.B. aus der DT-OS 2 504 8*13 bekannt.

Der erste Aufnehmer 102 ist an den Takteingang C eines digitalen Zählers 12 angeschlossen, dessen Zahlenausgänge über eine Dekodierstufe 13 zur Erkennung eines festgelegten Zählerstands sowohl mit dem Sperreingang E des Zählers 12, wie auch mit dem J-Eingang eines JK-Flipflops 1*1 verbunden sind. Solche Dekodierstufen 13 können z.B. aus Gatter-Anordnungen bestehen, wobei einem UND- bzw. einem NAND-Gatter entsprechend dem festgelegten Dekodierwert negierte und nichtnegierte Signale von Zahlenausgängen des Zählers 12 zugeführt sind. Ist der Dekodierwert erreicht, so gibt das Gatter ein Ausgangssignal ab. Der Ausgang der Dekodierstufe 13 und der damit verbundene Eingang des Flipflops 1*1 sind mit einer Klemme 15 verbunden.

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Der Ausgang des Flipflops Ik ist über eine Klemme 16 mit dem Steuereingang eines elektrischen Schalters 17 verbunden, der vorzugsweise als steuerbarer Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor oder Thyristor, ausgebildet ist. Eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbundene Klemme 18 ist über die Reihenschaltung der Primärwicklung einer Zündspule 19 mit der Schaltstrecke des Transistors 17 und mit einer als Widerstand ausgebildeten Strommeßvorrichtung 20 an Masse angeschlossen. Die mit einem Anschluß an der Primärwicklung anliegende Sekundärwicklung der Zündspule 19 ist mit ihrem zweiten Anschluß über eine Zündstrecke 21 an Masse angeschlossen. Diese Zündstrecke 21 ist bei einer Brennkraftmaschine üblicherweise als Zündkerze ausgebildet. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise ein Kochspannungsverteiler vorgesehen sein.

Der Verknüpf'ungspunkt zwischen der Strommeßvorrichtung 20 und dem Transistor 17 ist mit einem Eingang einer als Komparator' ausgebildeten Schwellwertstufe 22 verbunden, während der Vergleichseingang zur Vorgabe des Stromschwellwerts Is an eine mit einer Referenzspannungsquelle verbundenen Klemme 23 angeschlossen ist. Der Ausgang der Schwellwertstufe 22 ist über ein NOR-Gatter 24 an den K-Eingang des Flipflops Ik angeschlossen. Der zweite Eingang des NOR-Gatters 2k ist mit der Klemme 15 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang der Schwellwertstufe 22 über ein UND-Gatter 25 mit einem Eingang eines ODER-Gatters 26 verbunden, dessen Ausgang an den D-Eingang eines D-Flipflops 27 angeschlossen ist. Der mit einer Klemme 28 verbundene Ausgang der Zündzeitpunkt-Berechnungsstufe 11 ist sowohl mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters wie auch über einen Inverter 29 mit einem Eingang eines UND-Gatters 30 verbunden, dessen Ausgang an den zweiten Eingang des ODER-Gatters 26 angeschlossen ist. Der Ausgang des Flipflops 27 ist einmal mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 30 und zum anderen mit dem Zählrichtungseingang U/D eines als Zwischenspeicher eingesetzten Zählers 31 verbunden. Die Zahlenausgänge des Zählers 31 sind mit Zahleneingängen des Zählers 12 verbunden. Die Klemme 28 ist über eine erste Ver-

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zögerungseinriehtung 32 mit dem Takteingang C des Zählers 31 und über eine zweite Verzögerungseinrichtung 33 mit dem Setzeingang S des Zählers 12 verbunden. Digitale Verzögerungseinrichtungen können z.B. durch ein oder mehrere hintereinandergeschaltete Flipflops realisiert werden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden das in Fig. 2 dargestellte Signaldiagramm dienen. Dazu seien zunächst die in der Digitaltechnik gebräuchlichen Begriffe 1-Signal und O-Signal definiert. Ein 1-Signal bezeichnet ein Potential, das in der Größenordnung des Potentials des positiven Pols der Versorgungsspannung liegt und ein O-Signal ein Potential, das ungefähr dem Massepotential entspricht.

Das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch Zählvorgänge im Zähler 12 rechnerisch die Schließzeit für den Schalter 17 ermittelt wird. Zu jedem errechneten Zündzeitpunkt durch die Zündzeitpunktberechnungsstufe 11 erscheint ein Signal Λ an deren Ausgang und beendet durch Setzen des Zählers 12 die errechnete Schließzeit. In der Schaltlogik 25 bis 27, 29, 30, die in Fachkreisen auch als 'Sample and hold Flipflop" bezeichnet wird, findet zu jedem errechneten Zündzeitpunkt ein Vergleich des errechneten Zündzeitpunkts A mit dem gemessenen Zündzeitpunkt G statt. Das Signal M am Ausgang dieser Schaltlogik trägt die Information, ob die errechnete Schließzeit zu lang oder zu kurz war. In Abhängigkeit davon wird der Zählerstand des Zählers 31 um die Zahl 1 aufwärts oder abwärts gezählt, was durch Übernahme dieses Zählerstands auf den Zähler 12 zu einer verlängerten oder verkürzten, errechneten Schließzeit führt. Bei konstanter Drehzahl wird dadurch der Zählerstand des Zählers 31 zu jedem Zündzeitpunkt abwechselnd um die Zahl 1 erhöht und erniedrigt, was ein entsprechendes Schwanken um einen winzigen Betrag um die gemessene Schließzeit bewirkt. Ändert sich die Drehzahl oder die gemessene Schließzeit ζ-, B. durch Temperatur- oder Spannungsänderung ₃ so paßt sich die errechnete Schließzeit automatisch an, d.h. ihr

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Beginn wird vorverlegt oder nachverlegt.

Im ersten, dargestellten Zyklus in Fig. 2 erreicht der Strom I seinen Sollwert Is vor dem Ende der errechneten Schließzeit C. Der Ausgang des Komparators 22 wechseltvon einem 1-Signal zu einem O-Signal. Erscheint nun ein errechnetes Zündsignal A an der Klemme 28, so werden drei Vorgänge ausgelöst: Zum einen erscheint kein Signal K am Ausgang des UND-Gatters 25j da das Signal G bei Erscheinen des Signals A bereits als O-Signal vorliegt. Das Flipflop 27 behält seinen Schaltzustand bei, d.h. das Signal M bleibt als O-Signal bestehen, wodurch die Zählrichtung im Zähler 31 auf Abwärts zähler^ eingestellt ist. Das am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 32 z.B. um einen Takt verzögerte Signal A bewirkt ein Abwärtszählen des Zählerstands dieses Zählers 31 um die Zahl 1. Weiterhin bewirkt das in der Verzögerungseinrichtung 33 nochmal z.B. um einen Takt verzögerte Signal A ein Setzen des Zählers 12 auf den Zählerstand des Zählers 31. Bei einer üblichen Taktfrequenz für die Flipflops von z.B. 50 kHz ist die zweimalige Verzögerung um jeweils einen Takt so gering, daß sie ohne praktischen Einfluß auf den Zündzeitpunkt bleibt. Dieses Setzen des Zählers 12, das im dargestellten Fall ein Rücksetzen ist, bewirkt ein Wechsel des Signals C von einem 1-Signal zu einem O-Signal. Dieses wiederum bewirkt über das NOR-Gatter 24 ein Rücksetzen des Flipflops 14 und damit durch Sperren des elektrischen Schalters 17 das Ende der Schließzeit und die Auslösung der Zündung. Von dem erniedrigten Zählerstand Bl aus zählt der Zähler 12 nun mit der Frequenz des Aufnehmers 102 aufwärts. Er erreicht den Dekodierwert der Dekodierstufe 13 daher zu einem späteren Zeitpunkt im Vergleich zum vorhergehenden Zyklus. Das Erreichen des Dekodierwerts Bo bewirkt ein/Wechsel an der Klemme 15 von einem O-Signal zu einem 1-Signal, durch das einmal über den Sperreingang E der Zähler 12 für weitere Zählvorgänge gesperrt und zum anderen das Flipflop 14 gesetzt wird. Dadurch beginnt der Strom I wieder durch die Primärwicklung der Zündspule 19 zu fließen. Da im zweiten, dargestellten Zyklus der Stromsollwert Is

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immer noch überschritten wird, erniedrigt sich der Zählerstand im Zähler 31 nochmals um die Zahl 1 auf den Zählerstand B2.

Im dritten dargestellten Zyklus ist bei Auftreten eines Signals A der Stromsollwert Is noch nicht erreicht. Da deshalb zu diesem Zeitpunkt das Signal G noch als 1-Signal vorliegt, wird ein Signal K am Ausgang des UND-Gatters 25 erzeugt, wodurch der Ausgang des Flipflops 27 von einem O-Signal zu einem 1-Signal wechselt. Die Zählrichtung im Zähler 31 ändert sich, und der Zählerstand B2 wird um die Zahl 1 auf den Zählerstand B3 aufwärts gezählt, der den Zählerstand Bl entspricht. Erreicht der Strom I nun seinen Sollwert Is, so wird über das NOR-Gatter 2*1 erst zu diesem Zeitpunkt die Zündung ausgelöst, also nach dem errechneten Zündzeitpunkt. Im vierten Zyklus liegen wieder die Verhältnisse des zweiten Zyklus vor, d.h. es erscheint kein Signal K, wodurch das Signal M von einem 1-Signal wieder zu eine:n O-Signal wechselt. Bleibt im folgenden der errechnete Zündzeitpunkts-Abstand konstant und ändern sich im Primärstromkreis weder Spannung, noch Temperatur oder Bauteile, so wechselt der Zählerstand im Zähler 31 zu jedem Zündzeitpunkt zwischen dem Zählerstand B2 bzw. BiJ und Bl bzw. B3.

Anstelle einer Korrektur des Zählerstands des Zählers 31 zu jedem Zündzeitpunkt um den Wert 1 kann auch eine Änderung um jeweils einen höheren Zahlenwert vorgesehen sein. Dies führt zwar im statischen Betrieb zu einer größeren Schwankung, bewirkt jedoch im dynamischen Betrieb, z.B. bei starker Beschleunigung eine schnellere Anpassung. Eine Realisierung ist z.B. durch eine Frequenzvervielfacherstufe am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 32 gegeben.

Das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht schaltungsmäßig bis auf die Beschaltung des Flipflops Ik dem ersten Ausführungsbeispiel. Unterschiede ergeben sich lediglich dadurch, daß der J-Eingang nur noch mit der Klemme

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15 und der K-Eingang mit der Klemme 28 verbunden ist. Der Ausgang ist weiterhin an die Klemme 16 angeschlossen.

Während beim ersten Ausführungsbeispiel die Zündenergie nahezu konstant bleibt, dagegen der tatsächliche Zündzeitpunkt relativ zum errechneten Zündzeitpunkt etwas variiert, in-'-ie κι nämlich zur Auslösung der Zündung auf jeden Fall das Erreichen des Stromsollwerts Is abgewartet wird, wird beim zweiten Ausführungsbeispiel die Zündung immer zum errechneten Zündzeitpunkt ausgelöst, dagegen werden größere Schwankungen der Zündenergie in Kauf genommen. Je nach Wahl und Einsatzart einer Brennkraftmaschine kann die eine oder andere Alternative vorteilhafter sein.

Der Deginn der Schließzeit wird wie beim ersten Ausführungsbedopiel durch das Signal C am J-Eingang des Flipflops 14 auög-'löst. Das Rücksetzen dieses Flipflops 14 und damit das Ende der Schließzeit viird dagegen durch das Signal A bewirkt, das nunmehr direkt den J-Eingang des Flipflops 14 zugeführt ist. Das Signal G bewirkt wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Korrektur des Zählerstands des Zählers 31 und damit eine Vorverlegung, bzw. Nachverlegung des Signalbeginns dos Signals C. Die Erzeugung dieses Signals C und damit die Bestimmung des Beginns der Schließzeit aufgrund '.eines Vergleichs zwischen errechnetem und gemessenem Zündzeitpunkt erfolgt daher wie im ersten Ausführungsbeispiel.

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Claims

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13.1Γ1978 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBK, 7QOO STUTTGART 1

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Steuerung des Tastverhältnisses einer in ihrer Frequenz veränderbaren Signalfolge, insbesondere der Spannung zur Zündsteuerung einer Brennkraftmaschine, mit einem mit einer Zählfrequenz beaufschlagten Zähler,
dem eine Dekodierstufe nachgeschaltet ist, wobei das
Tastverhältnis in Abhängigkeit der Signalflanke der veränderbaren Signalfolge sowie eines Signals der Dekodierstufe steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (12) mit einer Signalflanke der veränderbaren Signalfolge (A) auf einen festlegbaren Zählerstand (31 bis B4)setzbar ist, daß das Zählintervall zwischen diesem Zählerstand (Bl bis Bk) und dem Dekodierwert (Bo) der Dekodierstufe (13)
durch eine Korrekturvorrichtung (25 bis 33) in Abhängigkeit •von der Stromflußzeit durch ein Impedanzglied (19) bis
zu einem vorgegebenen Stromwert (Is) veränderbar ist
und daß der Stromflußbeginn durch den Zählerstand des
Zählers (12) steuerbar ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromineßvorrichtung (20, 22) für den Strom durch das Impedanzglied (19) vorgesehen ist, die bei Erreichen eines vorgegebnen Stromwerts (Is) ein Signal(A) abgibt, daß dieses Signal (G) sowie eine Signalflanke der in ihrer Frequenz veränderbaren Signalfolge(Ä) einer Schaltlogik (25 bis 27, 29, 30) zur Erkennung der zeitlichen Reihenfolge der beiden Signale (G₃A) zuführbar ist und daß in Abhängigkeit des Ausgangssignals (I-I)der Schaltlogik der festlegbare Zählerstand im Zähler (12) veränderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß dem Zähler (12) ein Zwischenspeicher (31) zur Speicherung des festlegbaren Zählerstands zugeordnet ist und daß der Sp ei eher vie rt durch die Schaltlogik (25 bis 27, 29, 30) veränderbar ist.

H. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3j dadurch gekennzeichnet, daß der festlegbare Zählerstand in jeder Periode um einen festen Zahlenwert verändert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Zahlenwert die Zahl 1 ist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5_S dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündsteuerung einer Brennkraftmaschine das Ausgangssignal einer logischen Schaltungsanordnung (l4, 2*1) verwendet wird, dessen Beginn durch das Erreichen des Dekodierwerts der Dekodierstufe (13) und dessen Ende durch das gleichzeitige Auftreten des das Setzen des Zählers (12) auslösenden Signals (A )sowie des durch das Erreichen des vorgegebenen Stromwerts (Is) ausgelösten Signals (G)vorgegeben ist und daß das Impedanzglied (19) die Primärwicklung einer Zündspule ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet j daß zur Zündsteuerung einer Brennkraftmaschine das Ausgangssignal einer logischen Schaltungsanordnung (I¹O verwendet wird, dessen Beginn durch das Erreichen des Dekodierwerts der Dekodierstufe (13) und dessen Ende durch das das Setzen des Zählers (12) auslösenden Signals ( α hergegeben ist und daß das Impedanzglied (19) die Primärwicklung einer Zündspule ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der in ihrer Frequenz veränderbaren Signalfolge eine rotierende Geberanordnung (10) vorgesehen ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die rotierende Geberanordnung (10) zusätzlich eine Vielzahl von Einzelimpulsen pro Umdrehung erzeugbar ist, die als Zählfrequenz dem Zähler (12) zugeführt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9_a dadurch gekennzeichnet, daß der rotierenden Geberanordnung (10) eine
an sich bekannte Zündzeitpunkts-Berechnungsstufe (11)
nachgeschaltet ist.

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