DE2842998A1

DE2842998A1 - Vorrichtung zur erzeugung von drehzahlabhaengigen steuersignalen, insbesondere fuer zuendanlagen mit einer schliesswinkelsteuerungseinrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2842998A1
Application number: DE19782842998
Authority: DE
Inventors: Bernd Bodig; Werner Dipl Ing Jundt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-10-03
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1980-04-24
Also published as: DE2842998C2; JPS5550104A; IT1123423B; US4268888A; IT7926202A0

Description

14.9-1978 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Vorrichtung zur Erzeugung von drehwinkelabhängigen Steuersignalen, insbesondere für Zündanlagen mit einer Schließwinkelsteuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinen ·

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erzeugung von drehwinkelabhängigen Steuersignalen, insbesondere für Zündanlagen mit einer Schließwinkelsteuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinen, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Vorrichtung aus der DE-AS 2 5^9 586 für Zündanlagen bekannt, bei der das Steuersignal, bzw. das Schließwinkelsignal, ab einer be-

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* ir η

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stimmten Drehzahl sprunghaft vergrößert wird. Da in der Zündspule einer Zündanlage für jeden Zündvorgang eine bestimmte Energie gespeichert werden muß, sollte die Stromflußzeit immer möglichst konstant bleiben. Da das diese Stromflußzeit steuernde Signal einer Geberanordnung jedoch in erster Näherung winkelkonstant ist ergibt sich mit wachsender Drehzahl eine Verkürzung der Stromflußzeit. Um diese Verkürzung infolge des Gebersignals auzugleiehen, wird gemäß dem angegebenen Stand der Technik das Gebersignal ab einer bestimmten Drehzahl sprunghaft vergrößert. Dies erfolgt durch Veränderung der Triggerpegel für die Geberspannung.

Auch aus der DE-OS 2 701 968 ist eine Schließwinkelst euerungs einrichtung bekannt, die von einem Grundschließwinkel ausgehend das Schließwinkelsignal mit wachsender Drehzahl kontinuierlich winkelmäßig vergrößert, um die zeitliehe Dauer konstant zu halten.

Manche dafür geeignete Geberanordnungen, wie z.B. induktive Geberanordnungen, erzeugen Gebersignale, die aus positiven und negativen Halbwellen bestehen. Aus technologischen Gründen werden die Triggerpegel der nachgeschalteten Schwellwert-Erkennungseinrichtung so gelegt, daß diese Schwellwert-Erkennungseinrichtung beim überschreiten eines positiven Schwellwerts in einen ersten Schaltzustand versetzt wird und bei Unterschreiten eines negativen. Schwellwerts in einen zweiten Schaltzustand. Andere Geberanordnungen wiederum, wie z.B. Hall-Geber, erzeugen unipolare Gebersignale. Eine Ansteuerung einer Schwellwert-Erkennungseinrichtung, die für eine Geberanordnung mit bipolaren Gebersignalen ausgelegt ist, durch eine Geberanordnung, die unipolare Gebersignale erzeugt,

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ist nicht möglich, da der negative, zweite Schwellwert durch das Gebersignal der unipolaren Geberanordnung nicht erreicht wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß - wie später zu Fig. 2 noch ausführlich erläutert wird - bei niedrigen Drehzahlen beim Einsatz in Zündanlagen ein zu langes Signal erzeugt wird, das eine unerwünscht hohe Verlustleistung in der Zündspule zur Folge hat.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Ansteuerung dieser Vorrichtung sowohl durch Geberanordnungen mit bipolaren Ausgangssignalen (z.B. induktive Geber), wie auch mit unipolaren Ausgangssignalen (z.B. Hall-Geber) erfolgen kann. Dabei braucht auf die technologisch günstige Verlegung eines Triggerpegels in dem negativen Bereich für Geberanordnungen mit bipolaren AusgangsSignalen nicht verzichtet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Nebenanspruchs hat den Vorteil, daß insbesondere beim Einsatz dieser Vorrichtung bei Zündanlagen eine Reduzierung der Verlustleistung bei niedrigen Drehzahlen erreicht wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch und im Nebenanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die gemeinsame Ansteuerung der ersten Schwellwert-Erkennungsein-

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richtung, deren Ausgangssignal das Ausgangssignal der gesamten Vorrichtung darstellt, durch die Schwellwert-Erkennungseinrichtung zur Verschiebung des negativen Schwellwerts in den positiven Bereich sowie durch die Schwellwert-Erkennungseinrichtung zur winkelmäßigen Verkleinerung des Ausgangsssignals, insbesondere durch Erhöhung des positiven Einschaltschwellwerts.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Pig. 1 ein Blockschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Anforderungen für ein Ausgangssignal, das zur Steuerung von Zündanlagen verwendbar ist, Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels bei Ansteuerung durch einen induktiven Geber, Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels bei Ansteuerung durch einen Hall'-Geber und Fig. 5 eine schaltungsmäßige Realisierungsmöglichkeit einer Schwell-, werturnsehaltung bei einem Schmitt-Trigger.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel weist eine Geberanordnung 10 auf, die aus einem rotierenden Teil 11 besteht, das z.B. beim Einsatz in einer Brennkraftmaschine durch die Kurbel- oder Nockenwelle angetrieben wird. Dieses rotierende Teil 11 weist Marken auf, die von einem Aufnehmer 13 abgetastet werden. Ist diese Abtastung z.B. induktiv, so entsteht ein bipolares

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Geberausgangssignal gemäß Fig. J>. Erfolgt die Abtastung unter Anwendung des Hall-Effekt, so entsteht ein unipolares Ausgangssignal gemäß Fig. 4.

Der Geberausgang ist mit den Eingängen zweier nicht-invertierender Schmitt-Trigger 14, 15, sowie mit einem Eingang eines invertierenden Schmitt-Triggers 16 verbunden. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 15 ist über ein z.B. als RC-Glied ausgebildetes Verzögerungsglied 17 mit einem Eingang eines ODER-Gatters 18 verbunden, dessen Ausgang an einem Steuereingang des ersten Schmitt-Triggers 14 zur Veränderung dessen TriggerschweIlen angeschlossen ist. Der Ausgang des invertierenden Schmitt-Triggers 16 ist an einen weiteren Eingang des ODER-Gatters 18 angeschlossen.

Der Ausgang des ersten Schmitt-Triggers 14 ist über eine Ausgangsklemme 19 an eine elektrische Anlage 20 angeschlossen, die durch das Ausgangssignal der Anordnung 10 bis gesteuert werden soll. Eine solche Anlage 20 ist z.-B. die Zündanlage für eine Brennkraftmaschine.

Durch das in Fig. 2 dargestellte Diagramm sollen die Probleme bei der Verwendung einer Anordnung 10 bis 19 zur Steuerung einer Zündanlage 20 deutlich gemacht werden. Auch bei anderen Anwendungsmöglichkeiten können ähnliche Probleme auftreten. Die Kurve A ist eine typische Kennlinie für einen induktiven Geber. Sie zeigt die Abhängigkeit des Winkels oC , während dem ein Ausgangssignal auftritt, in Abhängigkeit von der Drehzahl n. Für eine Zündanlage ist jedoch ein Signal erforderlich, das etwa der Kurve B entspricht, d.h., mit wachsender Drehzahl muß der Winkel des Ausgangssignals kontinuierlich größer werden, um eine zeitliche Konstanz zu erreichen. Beim eingangs angegebenen Stand der Technik wird das Ausgangssignal eines indukti-

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ρ η

ven Gebers gemäß der Kurve A zur Erzeugung eines Grundschließwinkels für eine Zündanlage verwendet, dem durch die.Schließwinkelsteuerungseinrichtung nach dem Prinzip der Schließwinkelvergrößerung mit wachsender Drehzahl immer größer werdende Teilsignale zugefügt werden, um, ausgehend von einem Kurvenverlauf A zu einem Kurvenverlauf B zu gelangen. Dies gelingt ab einer Grenzdrehzahl no aufwärts ohne Schwierigkeiten. Unterhalb dieser Grenzdrehzahl verläuft die Kurve A jedoch oberhalb der Kurve B, wodurch eine zu lange Schließzeit erzielt wird, was zu . einer unnötig hohen Verlustleistung führt. Durch den Schmitt-Trigger 16 in Zusammenwirkung mit dem Schmitt-Trigger 14 wird ein Kurvenverlauf C erreicht, durch den eine deutliche Verringerung der Verlustleistung (schraffierter Bereich) erzielt wird.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird in.folgenden anhand des Diagramms gemäß' Fig. 3 bei Verwendung eines induktiven Gebers als Geberanordnung 10 erläutert. Die Geberspannung UlO ist einmal für sehr kleine Drehzahlen und einmal für größere Drehzahlen dargestellt. Hierbei werden als größere Drehzahlen solche angesehen, die z.B. über no = 500 Umdrehungen pro Minute liegen. Im ersten Zyklus liegt die Drehzahl über no, d.h., die punktiert dargestellten Schwellwerte S16 des Schmitt-Triggers 16 werden nicht erreicht, und es entsteht kein Signal Ul6. Der Schmitt-Trigger 14 schaltet bei überschreiten seiner Einschaltschwelle Sl4e ein und bei Unterschriten seiner AusschaltschwelIe Sl4a (jeweils durch eine durchbrochene Linie dargestellt) aus. Der Schmitt-Trigger 15 schaltet bei überschreiten der Schwelle Sl5e ein und bei Unterschreiten der Schwelle S15a aus, wodurch an seinem Ausgang ein Signal U15 entsteht. Dieses Signal

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c λ η ρ

3 U £

U15 wird durch das Verzögerungsglied 17 um ν verzögert. Das Signal U17 liegt über das ODER-Gatter 18 am Steuereingang des Schmitt-Triggers 14 an und verändert während der Dauer seines Vorliegens die Triggerschwellen des Schmitt-Triggers 14 von den Werten Sl4e und Sl4a zu den Werten Sl4e^! und Sl4a'. Diese veränderten Schwellwerte sind durch strichpunktierte Linien dargestellt. Die Veränderung der Schwellen wirkt sich jedoch auf das Signal U14 nicht aus, da beim Entstehen der veränderten Einschaltschwelle Sl4e' der Einschaltvorgang für das Signal Ul4 bereits stattgefunden hat und bis zum Ende des Signals U17 ist weder die Schwelle Sl4a noch die Schwelle Sl4a' erreicht.

Beim zweiten, in Pig. 3 dargestellten Zyklus ist die Drehzahlschwelle no überschritten, d.h., die Geberspannung UlO überschreitet die Schwellen Sl6. Da es sich bei dem Schmitt-Trigger 16 um einen invertierenden Schmitt-Trigger handelt, erfolgt eine Einschaltung bei Unterschreiten der Einschaltschwelle Sl6e und ein Ausschalten bei überschreiten der Ausschaltschwelle Sl6a. Während dieser Zeit wird ein Signal Ul6 erzeugt, das über das ODER— Gatter 18 die Schwellwerte des Schmitt-Triggers 14 wiederum von Sl4 auf Sl4^! umschaltet. Dies wirkt sich nun für den Signalbeginn des Signals Ul4 aus, da zu diesem Zeitpunkt infolge des Signals U16 die Einschaltschwelle Sl4e' wirksam ist. Für das Signalende des Signals Ul4 wirkt sich dagegen weder das Signal Ul6 noch - wie bereits beschrieben das Signal U17 aus, da diese Signale bereits beendet sind, bevor eine der Schwellen Sl4a oder Sl4a' durch die Geberspannung UlO erreicht wird. Durch die höher gelegte Einschaltschwelle wird jedoch eine sprunghafte Verkürzung des Signals Ul4 erreicht, wenn die Geberspannung UlO die Schwellen SI6 überschreitet. Bei einem induktiven

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Geber ist somit die Anordnung 15, 17 ohne jede Einwirkung auf das Signal U14, dagegen verkürzt der Schmitt-Trigger 16 das-Signal Ul4 bei überschreiten der Grenzdrehzahl no.

In Pig. 4 sind die Verhältnisse dargestellt, wie sie sich bei Ausbildung der Geberanordnung 10 als Hall-Geber darstellen. Für andere Geberanordnungen mit entsprechenden, unipolaren AusgangsSignalen gilt das folgende entsprechend. Da das Signal U17 verzögert auftritt, ist für die Einschaltung des Signals U14 der Schwellwert Sl4e maßgeblich. Dies ist jedoch insofern ohne Bedeutung, als der Schwellwert Sl4e' praktisch zum gleichen Zeitpunkt überschritten wird. Eine Beendigung des Signals 14 durch Unterschreiten des Signalpegels Sl4a durch das Gebersignal UlO ist niemals möglich, da das Gebersignal keine negativen Werte annehmen kann. Hier wirkt sich jedoch die Zeitverzögerung ν aus, d.h., bei der Rückflanke eines Signals UlO liegt das Signal U17 noch an, durch das der Schwellwert Sl4a^f als Ausschaltschwellwert geschaltet ist. Es erfolgt somit gleichzeitig mit der Rückflanke eines Signals UlO eine Rückflanke eines Signals Ul4. Wird die Drehzahl no überschritten, so hat dies keinerlei Auswirkungen, da der Einschaltschwellwert Sl6e für den Schmitt-Trigger 16 durch das Signal UlO niemals erreicht werden kann, da auch er negativ ist. Darüber hinaus ist die Amplitude des Hallgeber-Ausgangssignals nicht drehzahlabhängig, so daß auch der Schwellwert Sl6a nicht erreicht werden kann.

Die in Fig. 5 als Beispiel dargestellte, schaltungsmäßige Ausführung des Schmitt-Triggers 14 besteht aus einem Operationsverstärker 21 dessen Ausgang an die Klemme 19 und dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 22 mit der Geberanordnung 10 in Verbindung steht. Dem nicht-

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invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 21 ist über einen Widerstand 23 eine Referenzspannung zugeführt. Ein Widerstand 24 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers 21 mit dessen nicht-invertierendem Eingang. Eine solche schaltungsmäßige Realisierung eines Schmitt-Triggers durch einen Operationsverstärkers ist aus der Fachliteratur allgemein bekannt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 21 ist über einen, aus zwei Widerständen 25» 26 bestehenden Spannungsteiler an eine, ein positives Potential führende Klemme 27 angeschlossen. Der Abgriff des Spannungsteilers 25, 26 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 28 an Masse angeschlossen. Die Basis des Transistors 28 ist an den Ausgang des ODER-Gatters 18 angeschlossen.

Die Ein- und Ausschaltschwellen des Triggers sind zunächst durch die Potentialverschiebung, die durch das Widerstandsverhältnis der Widerstände 23, 24 hervorgerufen wird, bestimmt. Ist der Transistor 28 infolge eines Signals U 17 oder Ul6 stromleitend, so fließt durch den Widerstand 25 ein Strom ab, der durch einen entsprechend höheren Strom durch den Widerstand 22 kompensiert werden muß, d.h., die Geberspannung muß positivere Werte haben. Ist der Halbleiterschalter 28 gesperrt,so wird über die Widerstände R26 und R25 ein Strom eingespeist, der den über den Widerspruch 22 und den Geber nach Masse fließenden Strom kompensiert. Die Schwellen verschieben sich dadurch ins Negative.

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Claims

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Ansprüche

Vorrichtung zur Erzeugung von drehwinkelabhängigen Steuersignalen, insbesondere für Zündanlagen mit einer Schließwinkelsteuerungseinrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einer rotierenden Geberanordnung, deren wenistens vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal einer Schwellwertf-Erkennungseinrichtung zugeführt ist, die bei überschreiten eines ersten, positiven Schwellwerts durch die Geberspannung in einen ersten Schaltzustand und bei Unterschreiten eines zweiten, negativen Schwellwerts in einen zweiten Schaltzustand versetzbar ist und daß Mittel zur Schwellwert verschiebung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schwellwert-Erkennungseinrichtung (15) vorgesehen ist, die einen positiven Einsehaltschwellwert und einen positiven Ausschaltschwellwert aufweist, daß durch das Ausgangssignal der zweiten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (15) der zweite, negative Schwellwert der ersten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (14) in

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den positiven Bereich verschoben wird, und daß ein Zeitverzögerungsglied (17) vorgesehen ist, durch das die Rückverschiebung des zweiten Schwellwerts in den negativen Bereich verzögert wird.

2. Vorrichtung zur Erzeugung von drehwinkelabhängigen Steuersignalen, insbesondere für Zündanlagen mit einer Schließwinkelsteuerungseinrichtung für Brennkraftmaschine, mit einer rotierenden Geberanordnung, deren wenigstens vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal einer Schwellwert-Erkennungseinrichtung mit einem Einschalt- und einem Ausschaltschwellwert zur Erzeugung der Steuersignale zugeführt ist, insbesondere nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (16) vorgesehen sind, durch die Steuersignale oberhalb einer festlegbaren Drehzahl winkelmäßig verkleinert werden.

k. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel (16) als weitere Schwellwert-Erkennungseinrichtung ausgebildet sind, deren Ein- und Ausschaltschwellwerte erst bei der höheren, festlegbaren Drehzahl durch die Geberspannung erreichbar sind und daß durch das Ausgangssignal dieser dritten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (l6) wenigstens der positive Schwellwert der

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ersten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (14) in die positive Richtung verschoben wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der zweiten (15) sowie das Ausgangssignal der dritten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (16) die gleichen Verschiebungen der Schwellwerte der ersten Schwellwert-Erkennungseinrichtung bewirken.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die erste Schwellwert-Erkennungseinrichtung (14) als'Schmitt-Trigger ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Schmitt-Trigger beschalteter Operationsverstärker. (21) vorgesehen ist und daß die Verschiebung der beiden Schwellwerte durch Stromsummation an einem Eingang des Operationsverstärkers (21) erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch·das Ausgangssignal der zweiten (15) und/oder dritten Schwellwert-Erkennungseinrichtung (16) ein Halbleiterschalter (2.8) steuerbar ist, durch den ein Eingriff in einen mit einem Eingang des Operationsverstärkers (28) verbundenen Spannungsteiler (25, 26) erfolgt.

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