DE2807498A1 - Vorrichtung zur erzeugung von drehzahlabhaengig veraenderbaren ausgangssignalen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon solche Vorrichtungen zur Variation des Einschaltpegels in Abhängigkeit.von der Drehzahl aus der DE-OS 2 549 586 und der DE-PS 2 124 310 bekannt, bei denen jedpch neben den Einschaltpegeln auch der Ausschaltpegel zur Erzeugung der Ausgangssignale verändert wird. Dies bedeutet z.B. bei einer Zündanlage, daß zwar der Schließwinkel vergrößert, jedoch auch der Zündzeitpunkt verschoben wird. Weiterhin wii'd der Triggerpegel, der im Prinzip durch eine Art Frequenz-Spannungsumsetzer vorgegeben wird, nur mit einer bestimmten Regelzeitkonstante angepaßt. Im dynamischen Betrieb, d.h. beim Beschleunigen und Abbremsen des Motors ändert sich dadurch in unerwünschter Weise der Schließwinkelverlauf. Der zur Abspeicherung des Referenzpegels benötigte kapazitive Speicher ist nicht integrierbar und verursacht zusätzliche Kosten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Zündzeitpunkt bei Veränderung des Schließwinkels nicht verschoben wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Spannungspegels der Geberspannung zur drehzahlabhängigen Umschaltung der Schließzeit. Dadurch ergeben sich gute dynamische Eigenschaften.

Zur besonders exakten Schließwinkelvergrößerung können vorteilhaft sogenannte Rampengeber, also Geber mit winkelstellungsabhängigen AusgangsSignalen, eingesetzt werden.

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Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele 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 der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Fig. 3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels und Fig. 5 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise bei Verwendung eines winkelstellungsabhängigen Gebers (Rampengeber).

Beschreibung der Erfindung

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Geberanordnung 10 über zwei Widerstände 11, 12 mit den beiden Eingängen eines Operationsverstärkers 13 verbunden. Die Geberanordnung 10 besteht aus einem induktiven Aufnehmer 100, an der eine rotierende, ferromagnetisch wirksame Anordnung 101 vorbeigeführt wird, wodurch Geberspannungen induziert werden. Bei Brennkraftmaschinen ist die rotierende Anordnung 101 vorzugsweise mit der Kurbelwelle verbunden. Der Operationsverstärker 13 ist über einen Widerstand Ik mitgekoppelt und wirkt somit in an sich bekannter Weise als Schmitt-Trigger. Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 ist über eine Ausgangsklemme 15 mit einer z.B. aus dem eingangs angegebenen Stand der Technik bekannte Zündungsendstufe l6 verbunden, die gewöhnlich aus einem Schalttransistor im Primärstromkreis einer Zündspule besteht, in deren SekundärStromkreis wenigstens eine, als Zündkerze ausgebildete Zündstrecke geschaltet ist. Dem Transistor können bei Bedarf Treiberstufen vorgeschaltet sein.

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Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 13 ist über einen Widerstand 17 an den Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers 19 angeschlossen, der zwei Mitkopplungszweige aufweist, die beide aus der Reihenschaltung eines Widerstands 20 bzw. 21 mit einer Diode 22 bzw. 23 bestehen. Die beiden Dioden 22, 23 sind jeweils umgekehrt gepolt. Ein aus zwei Widerständen 24, 25 bestehender Spannungsteiler ist zwischen eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbundenen Klemme 26 und Masse geschaltet. Der Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 24, 25 ist einmal über den Widerstand 12 an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 133 weiterhin über einen Widerstand 27 an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 und schließlich über die Reihenschaltung zweier Widerstände 28, 29 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers I9 angeschlossen. Der Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 28, 29 ist über die Reihenschaltung zweier gegensinnig gepolter Z-Dioden mit dem Widerstand 11 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 13 angeschlossen. Die Klemme 26 ist weiterhin über einen Widerstand l8 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 verbunden.

Die Wirkungsweise des in Pig. I dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Die ersten beiden dargestellten Halbwellen der Geberspannung UlO zeigen die Verhältnisse bei kleinen Drehzahlen und die nächsten beiden Halbwellen die Verhältnisse bei hohen Drehzahlen, bei denen die Geberamplitude zunimmt. Der als Schmitt-Trigger geschaltete Operationsverstärker 13 dient zur Auswertung der Geberspannung UlO. Er erhält durch den zweiten Komparator 19 eine negative Vorspannung, so daß sein Triggerpegel bei positiven Eingangsspannungen liegt. Dabei wirkt der Verknüpfungspunkt zwischen dem Widerstand 11 und dem Widerstand 17 als Addier-

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stufe, in der diese negative Vorspannung mit dem Gebersignal addiert wird. Die Hysterese ist so festgelegt, daß der Komparator 13 bei der positiven Schwelle Sl einschaltet und bereits bei der positiven Schwelle S2 wieder ausschaltet, wodurch die Anlage ruhestromfrei ausgelegt ist. Der Differenzwinkel 1 zwischen ein- und ausschalten gibt den Schließwinkel für den elektrischen Schalter im Primärstromkreis der Zündspule. In bekannter Weise wird am Ende des Schließwinkels der Zündvorgang durch öffnen des als Schalter eingesetzten Transistors ausgelöst.

Die mit wachsender Drehzahl ansteigende Spannung der Geberanordnung 10 überschreitet bei einer bestimmten Drehzahl die den Komparator 19 vorgelagerte Z-Diodenschwelle, die durch die Z-Diodenanordnung 30, 31 gebildet wird. Bei Unterschreiten der negativen Schwelle S3 schaltet der Operationsverstärker 19 von negativem Ausgangspotential auf positives..Ausgangspotential. .Seine durch den Mitkopplungszweig 20 bis 23 vorgebbare Hystere wird dabei vergrößert, so daß er erst bei Überschreiten der positiven Z-Schwelle S4 zurückschaltet. Durch das Umschalten des Komparators 19 erhält der Komparator 13 eine positive Vorspannung, wodurch sein Einschaltpegel von der Schwelle Sl ins negative zur Schwelle S5 verschoben wird. Der Schließwinkel wird dadurch vergrößert und beginnt bereits bei einer früheren Winkelstellung. Da der Komparator 19 bei Erreichen der Triggerschwelle S*J wieder zurückschaltet bleibt die Ausschaltschwelle S2 erhalten. Der Zündzeitpunkt wird nicht verschoben.

Durch unterschiedliche Dimensionierung der Widerstände für positive und negative Triggerpegelveschiebung kann noch eine weitere Vergrößerung im Schließwinkel erreicht werden gegenüber einer symmetrischen Ankopplung. Hierzu wird zum Widerstand eine Diode in Reihe geschaltet.

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Parallel zu dieser Anordnung wird eine weitere Reihenschaltung eines Widerstandes mit einer Diode vorgesehen, wobei die Dioden zueinander umgekehrt gepolt sind.

Für diese Schaltung können prinzipiell auch andere Geberanordnungen verwendet werden, deren Ausgangssignal einmal eine drehzahlabängige Amplitude aufweist und zum anderen wenigstens in Teilbereichen stetig in Abhängigkeit vom Drehwinkel veränderlich ist.

Durch weitere, analog zum Komparator 19 geschaltete Komparatoren mit unterschiedlichen Schaltpegeln kann eine beliebige, stufenweise Veränderung des Schließwinkels erreicht werden.

In dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Geberanordnung 10 jeweils mit dem Eingang zweier Schwellwertstufen 40, 41 verbunden, die z.B. gemäß Fig. 1 durch Operationsverstärker realisiert und analog dem Operationsverstärker 13 beschaltet sein können. Der Ausgang der Schwellwertstufe 40, sowie der invertierende Ausgang der Schwellwertstufe 4l sind über eine NOR-Verknüpfung 42 mit der Klemme 15 verbunden, an die eine Zündungsendstufe 16 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise des in Fig.. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 4 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Die induktiv ausgebildete Geberanordnung 10 erzeugt wiederum eine Geberspannung UlO, die im Bereich kleiner und im Bereich großer Drehzahlen dargestellt ist. Die Schwellwertstufe 40 weist eine Eingangsschwelle S40 und eine Ausgangsschwelle S40 auf, während die Schwellwertstufe 40 eine Einschaltschwelle S4l und eine Aussehaltschwelle S4l besitzt. Bei kleinen Drehzahlen wird die Schwelle S4l nicht erreicht, so daß lediglich die Schwellwertstufe 40 in Tätigkeit tritt und die Sehließzeit o£3 vorgibt. Ab einer bestimmten Drehzahl wird die Schwelle S4l überschritten, so daß auch die zweite Schwellwertstufe 41 zu arbeiten beginnt und ein Ausgangssignal U4l abgibt.

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Die Ausgangssignale U4O und U4l der beiden Schwellwertstufen 40, 41 werden in der NOR-Verknüpfung 42 addiert und ergeben einen Gesamtschließwinkeloi4, der gegenüber oC 3 vergrößert ist.

Auch hier kann durch weitere, entsprechend geschaltete Schwellwertstufen eine stufenweise Vergrößerung des Schließwinkels mit wachsender Drehzahl erreicht werden.

Das in Pig. 5 dargestellte Signaldiagramm zeigt die Ausgangsspannung Ur einer als Rampengeber ausgebildeten Geberanordnung. Ein solcher Rampengeber erzeugt über einen bestimmten Drehwinkel des rotierenden Teils der Geberanordnung eine linear ansteigende Spannung. Bei höheren Drehzahlen erfolgt entsprechend ein zeitlich schnellerer Spannungsanstieg. Diese lineare Anstiegsflanke kann auch relativ steil sein, muß jedoch ein konstantes dU/dodhaben. Ein solcher Spannungsanstieg kann durch geometrische Ausgestaltung von Gebersegmenten am rotierenden Teil erfolgen, die z.B. an einem als Hall-Element ausgebildeten Aufnehmer vorbeigeführt werden. Solche Rampengeber wurden bereits in den deutschen Patentanmeldungen 2 726 132.1 und 2 730 309-9 vorgeschlagen. Durch geeignete Ausbildung dieser Segmente können nahezu beliebige Geberspannungsverlaufe in Abhängigkeit des Drehwinkels erzeugt werden. So kann die Geberspannung entweder nur im positiven oder negativen Spannungsbereich verlaufen, sie kann auch beide Bereiche umfassen. Sowohl die Einschaltflanke, wie auch die Abschaltflanke können in ihren Steigungen variieren oder Sprungcharakter aufweisen.

Ein solchers Gebersignal Ur wird entweder einem Schmitt-Trigger 12 bis 14 gemäß Fig. 1 zugeführt, wobei die Schaltschwelle über das Ausgangssignal eines beliebigen, an sich bekannten Drehzahlmessers verschoben werden kann. Ein solcher Drehzahlmesser besteht prinzipiell aus einer Speichereinrichtung,

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die während eines bestimmten Zeitintervalls, z.B. während eines Gebersignals, aufgeladen wird. Der erreichte Ladewert kann z.B. über Schwellwertstufen die Veränderung der Schaltschwelle eines Schmitt-Triggers 13 bewirken. Eine solche stufenweise Verschiebung des Einschaltpegels ist in Fig. 5 gezeigt und bewirkt eine stufenweise Vergrößerung des Schließwinkels.

Eine weitere Realisierung besteht darin, daß das Gebersignal Ur einer Anordnung von Schwellwertstufen gemäß Fig. zugeführt wird, wobei eine Umschaltung zwischen diesen Schwellwertstufen durch einen Drehzahlmesser gemäß obigen Ausführungen erfolgen kann.

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Claims (10)

1. R. 4 * 3 7

   27.1.1978 Ve/Hm

   ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

   Ansprüche

   O]X Vorrichtung zur Erzeugung von drehzahlabhängig veränderbaren Ausgangs Signalen, insbesondere zur Schließwinkelsteuerung bei Zündanlagen für Brennkraftmaschinen, mit einer rotierenden Geberanordnung zur Erzeugung einer wenigstens in Teilbereichen sich stetig verändernder Geberspannung, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Vorgabe von wenigstens zwei Schwellwerten für die Geberspannung als Einschalpegel sowie einem Schwellwert als Ausschaltpegel für die Ausgangssignale und daß eine durch die Drehzahl der Geberanordnung (10) gesteuerte Umschaltung zwischen den wenigstens zwei Einschaltpegeln auslösbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Drehzahlerkennungsstufe (19 j 30, 31) vorgesehen ist, durch deren ab einer vorgebbaren Grenzdrehzahl auslösbaren Signal der Schwellwert für den Einschaltpegel einer die Ausgangsspannung erzeugenden Schwellwertstufe (13, I¹O sprungartig veränderbar ist.

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3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertstufe ein als Schmitt-Trigger geschalteter Operationsverstärker (13) vorgesehen ist, von dem ein Eingang mit dem Ausgang der Drehzahlerkennungsstufen (Ii, 30, 3D verbunden ist.
4. k. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehzahlerkennungsstuf'e (19, 30. 3D eine zweite Schwellwertstufe für die Geberspannung vorgesehen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Schwellwertstufe ein Operationsverstärker (19) vorgesehen ist, der über eine Z-Diodenanordnung (30, 3D mit der Geberanordnung (10) verbunden ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet,

   daß der Operationsverstärker (19) zur Einstellung beliebiger Hysteresen über ein Widerstands-Dioden-Netzwerk (20 bis 23) mitgekoppelt ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe von wenigstens zwei Schwellwerten als Einschaltpegel eine entsprechende Anzahl von Schwellwertstufen (40, 4l) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der Drehzahl zur Erzeugung eines Ausgangssignals wirksam werden.

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8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (42) zur Überlagerung der Ausgangssignale der Schwellwertstufen (40, 4l) vorgesehen sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung zur drehzahlabhängigen Umschaltung zwischen den Schwellwertstufen (^0, 4l) vorgesehen ist.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geberanordnung mit einem wxnkelstellungsabhangxgen Ausgangssignal vorgesehen ist.

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