DE3124211C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Auslösung von elektrischen Schaltvorgängen in Abhängigkeit von der Drehzahl einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art gemäß der DE-OS 26 13 227 sind die beiden, mit je einem Zeitglied gekoppelten Schwellwertschalter durch mehrere, temperaturempfindliche Gatter gebildet, die vorzugsweise in einem COS-MOS-Baustein zusammengefaßt sind. Derartige Gatter haben zwar einen temperaturunabhängigen An­ sprechwert, der jedoch Fertigungstoleranzen unterliegt. Will man bei dieser Schaltungsanordnung bei einer bestimmten Drehzahl einen Schalt­ vorgang auslösen, so müssen die Zeitglieder durch Stellwiderstände auf den Ansprechwert der jeweils nachgeschalteten Gatterstufen genau abge­ stimmt werden. Für eine Serienherstellung der Schaltungsanordnung ist aber ein Abgleich von Hand sehr kostenintensiv.

Eine kostengünstige Lösung ist auch aus der DE-OS 28 47 290 nicht ent­ nehmbar, nach der eine Schaltungsanordnung zum Gewinnen eines stö­ rungsfreien Triggersignals für Kraftstoffzumeßeinrichtungen und dgl. Schwellwertschalter mit Differenzverstärkern enthält (Fig. 3). Auch dort ist der Schwellwertschalter einer Verzögerungszeit-Steuerstufe am Eingang mit einem Stellwiderstand zur Einstellung der Verzögerungszeit an einen Kondensatoranschluß des Zeitgliedes angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Auslösung drehzahlabhängiger Schaltvorgänge in der Weise weiterzubil­ den, daß ein arbeitsintensiver Abgleich der Schaltung auf einen be­ stimmten Ansprechwert nicht mehr erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Schaltschwelle bei einem Komparator von außen fest vorgegeben werden kann, so daß eine Gruppierung und Festbestückung der am Komparator eingangsseitig angeschlossenen Bauelemente möglich ist. Zu diesem Zweck wird der Kon­ densator für das erste Zeitglied ausgemessen und die übrigen am ersten Komparator eingangsseitig angeschlossenen Bauelemente werden bei­ spielsweise durch ein Rechnerprogramm ermittelt und als Gruppe auf einer Leiterplatte angeordnet. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die beiden Komparatoren als IC-Baustein erhältlich sind und gegenüber COS-MOS-Gatter-Bausteinen ein kleineres Gehäusevolumen haben. Um bei der eingestellten Ansprechdrehzahl einen instabilen Schaltzustand zu verhindern, ist am Ausgang des zweiten Komparators eine Rückführung angeschlossen, die in vorteilhafter Weise mit den am Spannungsteiler angeschlossenen Eingang des ersten Komparators verbunden ist und daher nicht auf das an dem anderen Eingang angeschlossene Zeitglied zurück­ wirkt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angege­ benen Merkmale möglich. So erfolgt die Rückkopplung vorzugsweise über ein Schaltglied, beispielsweise über einen Transistor. Bei der Berech­ nung der vorerwähnten Bauelemente wird die Restspannung dieses Transistors mit berücksichtigt, so daß sowohl die Ansprech­ drehzahl als auch die Schalthysterese der Schaltungs­ anordnung beispielsweise in ein Rechnerprogramm mit eingegeben wird, welches die Werte der zur Gruppe gehörenden Bauelemente für die Festbestückung errech­ net.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit zwei in gleicher Phasenlage umschaltenden Komparatoren,

Fig. 2a und 2b den Verlauf der Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltungs­ anordnung nach Fig. 1 unterhalb der Ansprechdrehzahl und oberhalb der Ansprechdrehzahl,

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit zwei in entgegengesetzter Phasen­ lage schaltenden Komparatoren.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zur Auslösung eines drehzahlabhängigen Schaltvorganges dient beispielsweise zur Abschaltung der Kraftstoff­ versorgung einer Brennkraftmaschine beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl und geschlossener Drossel­ klappe (Schuhabschaltung). Als Eingangssignal der Schaltungsanordnung werden beispielsweise die Span­ nungsimpulse verwendet, die in der Zündanlage der Brennkraftmaschine auf der Primärseite der nicht dargestellten Zündspule auftreten. Diese Impulse werden auf die Eingangsklemme 10 der Schaltungsan­ ordnung gegeben. Die Eingangsklemme 10 ist über eine Diode 11 an eine Impulsformerstufe 12 angeschlossen, die aus einem RC-Glied 13, einem dazu in Reihe liegenden Wider­ stand 14 und einem weiteren dazu in Reihe liegenden RC- Glied 16 besteht. Das RC-Glied 16 ist mit der Basis eines Schalttransistors 17 verbunden, dessen Schaltstrecke zu einem Kondensator 18 eines ersten Zeitgliedes 19 parallel geschaltet ist. Der Kondensator 18 ist über einen Wider­ stand 20 des Zeitglieds 19 an eine Versorgungsleitung 21 angeschlossen. Zur Stabilisierung der Gleichspannung auf der Versorgungsleitung 21 ist diese einerseits über einen Widerstand 22 und eine dazu in Reihe liegende Diode 23 als Verpolungsschutz mit der Plusklemme 15 der Schaltung verbunden und andererseits über eine Z-Diode 24 und einen dazu parallel geschalteten Glättungskondensator 25 auf Masse gelegt. Das freie Ende des Kondensators 18, der Emit­ teranschluß des npn-leitenden Schalttransistors 17 sowie des RC-Glied 16 der Impulsformerstufe 12 ist an eine zweite Versorgungsleitung 26 angeschlossen, die auf Masse gelegt ist und über eine Minusklemme 31 ebenso wie die Plusklemme 15 an eine Gleichspannung des Kraftfahrzeugbordnetzes anzu­ schließen ist.

Am Verbindungspunkt ª zwischen dem Widerstand 20 und dem Kondensator 18 des ersten Zeitgliedes 19 ist der Minus­ eingang eines ersten Komparators 27 angeschlossen. Der Pluseingang des Komparators 27 liegt am Abgriff 28 eines Spannungsteilers mit den Widerständen 29, 30, der an die Versorgungsleitungen 21 und 26 angeschlossen ist. Der Aus­ gang des Komparators 27 ist im Schaltpunkt b an einen Kondensator 32 eines zweiten Zeitgliedes 33 angeschlossen, dessen Widerstand 34 mit der Versorgungsleitung 21 verbunden ist. Der Kondensator 32 des zweiten Zeitgliedes 33 ist außerdem im Schaltpunkt b mit dem Minuseingang eines zweiten Komparators 35 verbunden, während der freie Anschluß des Kondensators 32 über die Versorgungsleitung 26 auf Masse liegt. Der Pluseingang des zweiten Kompara­ tors 35 ist über die Leitung 36 ebenfalls am Abgriff 28 des Spannungsteilers 29, 30 angeschlossen. Am Ausgang des zweiten Komparators 35 liegt der Schaltpunkt c der über einen Widerstand 37 mit der Basis eines weiteren Schalt­ transistors 38 verbunden ist. Die Schaltstrecke dieses npn-leitenden Schalttransistors 38, der einen drehzahl­ abhängigen Schaltvorgang auslöst, ist kollektorseitig mit der Erregerwicklung 39 eines Magnetventils in Reihe ge­ schaltet und an die Plusklemme 15 angeschlossen. Emitter­ seitig ist er mit der Versorgungsleitung 26 auf Masse gelegt. Zum Schutz des Schalttransistors 38 ist zu seiner Schaltstrecke eine Z-Diode 40 parallel geschaltet.

Der am Schaltpunkt c liegende Ausgang des zweiten Kom­ parators 35 ist auf den am Abgriff 28 des Spannungs­ teilers 29, 30 angeschlossenen Pluseingang des ersten Komparators 27 zurückgekoppelt. Die Rückkopplung be­ steht aus einem am Abgriff 28 des Spannungsteilers 29, 30 angeschlossenen Rückkopplungswiderstand 41, der über die Schaltstrecke eines npn-leitenden Transistors 42 mit der Versorgungsleitung 26 gegen Masse geschaltet ist. Die Basis des Transistors 42 liegt über einen Widerstand 43 im Schaltpunkt c am Ausgang des zweiten Komparators 35. Ein weiterer Widerstand 44 ist zwischen der Versorgungsleitung 21 und dem Ausgang des zweiten Komparators 35 angeordnet.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung wird nun mit Hilfe der in Fig. 2a und 2b dargestellten Spannungs­ verläufe an den Schaltpunkten ª, b und c näher erläutert.

Im Ruhezustand werden keine Impulse von der Zündanlage auf die Eingangsklemme 10 gegeben. Folglich ist der Schalt­ transistor 17 gesperrt und der Kondensator 18 des ersten Zeitgliedes 19 ist über den Widerstand 20 aufgeladen. Die Spannung Ua des Kondensators 18 im Schaltpunkt ª liegt folglich über der Schaltspannung Us des ersten Komparators 27. Dadurch steht am Ausgang des ersten Komparators 27 ein 0-Signal und der Kondensator 32 des zweiten Zeitgliedes 33 ist folglich entladen. Die auf den Minuseingang des zweiten Komparators 35 gelangte Spannung Ub im Schaltpunkt b ist Null. Demzufolge führt der Ausgang des zweiten Komparators 35 ein L-Signal. Die Spannung Uc im Schaltpunkt c steuert folglich über den Widerstand 37 den Schalttransistor 38 in den stromleitenden Zustand, wodurch die Erregerwick­ lung 39 des Magnetventiles eingeschaltet wird. Außerdem wird auch der Transistor 42 über den Widerstand 43 vom Ausgang des zweiten Komparators 35 in den stromleitenden Zustand gesteuert, so daß der Rückkopplungswiderstand 41 zum Widerstand 30 des Spannungsteilers parallel geschal­ tet ist. Dadurch liegt für beide Komparatoren 27 und 35 die Schaltspannung Us für die Umschaltung der Kompara­ toren fest.

Wird nun die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben, so ergibt sich an der Eingangsklemme 10 der Schaltungs­ anordnung eine Impulsfolge. In Fig. 2a ist der zeitliche Abstand der Impulse mit t 1 bezeichnet. Durch diese Im­ pulse wird der Schalttransistor 17 über die Impulsfor­ merstufe 12 kurzzeitig in den stromleitenden Zustand geschaltet und dadurch wird der Kondensator 18 des ersten Zeitgliedes 19 mit jedem Impuls schlagartig entladen. Er lädt sich anschließend wieder über den Widerstand 20 auf. Dabei tritt im Schaltpunkt ª der dargestellte Ver­ lauf der Spannung Ua auf, der auf den Minuseingang des ersten Komparators 27 gelangt. Sobald die Spannung Ua die Spannung Us des Komparators 27 erreicht, wird dieser umgesteuert und es tritt an seinem Ausgang ein 0-Signal auf, durch das der Kondensator 32 des zweiten Zeitgliedes 33 schlagartig entladen wird. Mit dem Entladen des Konden­ sators 18 des ersten Zeitgliedes 19 wird auch der Kompa­ rator 27 wieder zurückgesetzt, so daß sich nun der Konden­ sator 32 des zweiten Zeitgliedes 33 über den Widerstand 34 aufladen kann. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß die Zeit­ konstante des ersten Zeitgliedes 19 wesentlich kleiner ist als die Zeitkonstante des zweiten Zeitgliedes 33. Dadurch ist sichergestellt, daß die Spannung Ub im Schalt­ punkt b mit Sicherheit unterhalb der Schaltspannung Us des zweiten Komparators bleibt, solange er durch den ersten Komparator 27 zyklisch entladen wird. Der Ausgang des zweiten Komparators 35 führt daher unverändert ein L-Signal und durch die Spannung Uc im Schaltpunkt c werden folglich die Transistoren 38 und 42 weiterhin im stromleitenden Zustand gehalten.

Erreicht nun die Drehzahl der Brennkraftmaschine die durch die Dimensionierung der Schaltungsanordnung vorgegebene Ansprechdrehzahl, so reicht die Zeit t 1 zwischen zwei Ein­ gangsimpulsen nicht mehr aus, um den Kondensator 18 des ersten Zeitgliedes 19 bis auf die Schaltspannung Us des ersten Komparators 27 aufzuladen. Den Verlauf der Span­ nung Ua im Punkt ª der Schaltung zeigt Fig. 2b. Der Komparator 27 wird nun nicht mehr umgeschaltet und der Kondensator 32 des zweiten Zeitgliedes 33 lädt sich all­ mählich über den Widerstand 34 weiter auf. Nach einer Zeit t 2 erreicht daher die Spannung Ub im Punkt b der Schaltung die Schaltspannung Us des zweiten Komparators 35. Die Spannung Uc im Punkt c am Ausgang dieses Kompa­ rators 35 wird nun auf 0 V geschaltet. Dadurch werden die Transistoren 38 und 42 gesperrt. Das nicht darge­ stellte Magnetventil, das in einem Leerlaufkanal am Ver­ gaser der Brennkraftmaschine angeordnet ist, sperrt dadurch die Kraftstoffzufuhr. Nahezu gleichzeitig wird der Rückkopplungswiderstand 41 durch den Transistor 42 abgeschaltet und die Schaltspannung Us beider Komparatoren 27 und 35 wird dadurch etwas angehoben. Auf diese Weise wird verhindert, daß beim Erreichen der Schalterdrehzahl die Komparatoren 27 und 35 in einen instabilen Zustand gelangen. Um sicherzustellen, daß durch eine zu schnelle Abschaltung des Rückkopplungswiderstandes 41 eine Mehr­ fach-Umschaltung mit dem Anheben der Schaltschwellen an den Komparatoren 27 und 35 auftritt, ist am Ausgang des zweiten Komparators 35 gegebenenfalls ein Kondensator 45 gegen Masse zu schalten, der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist.

Die Rückkopplung des Ausganges vom zweiten Komparator 35 auf den Pluseingang des ersten Komparators 27 kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann der Transistor 42, der den Rückkopplungswiderstand 41 zum Widerstand 30 des Spannungsteilers 29, 30 parallel schaltet, entfallen, wenn anstelle des Rückkopplungswiderstandes 41 ein gestrichelt in Fig. 1 dargestellter Leitungszug mit einem Rück­ kopplungswiderstand 46 und einer dazu in Reihe liegenden Diode 47 am Kollektoranschluß des Schalttransistors 38 angeschlossen ist. Bei leitendem Schalttransistor 38 wird hier der Rückkopplungswiderstand 46 zum Widerstand 30 des Spannungsteilers 29, 30 parallel geschaltet.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei der zur Verein­ fachung die Impulsformerstufe 12 sowie das erste Zeit­ glied 19 aus Fig. 1 weggelassen wurde. Die übrigen Bau­ elemente sind in Übereinstimmung mit Fig. 1 mit gleichen Bezugszahlen versehen. Der schaltungstechnische Unter­ schied besteht jedoch darin, daß der zweite Komparator 35 nach Fig. 3 mit seinem Minuseingang über die Leitung 36 am Abgriff 28 des Spannungsteilers 29, 30 angeschlos­ sen ist, während der Pluseingang am Kondensator 32 des zweiten Zeitgliedes 33 liegt. Dadurch tritt gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 am Ausgang des zweiten Komparators 35 eine Signalumkehrung ein. Demzufolge ist unterhalb der Ansprechdrehzahl der Schalttransistor 38 ge­ sperrt und die Erregerwicklung 39 des Magnetventils ist abgeschaltet. Erst beim Erreichen der Ansprechdrehzahl wird der Schalttransistor 38 über den Ausgang des zwei­ ten Komparators 35 in den stromleitenden Zustand geschal­ tet.

Zur Erzeugung einer Schalthysterese muß bei dieser Schaltungsausführung die Rückkopplung vom Ausgang des zweiten Komparators 35 auf den Pluseingang des ersten Komparators 27 so gelegt werden, daß auch durch die Signalumkehrung am Ausgang des zweiten Komparators 35 die Schaltschwelle des ersten Komparators beim Über­ schreiten der Ansprechdrehzahl angehoben wird. Zu diesem Zweck ist der Transistor 42 für den Rückkopplungswider­ stand 41 nunmehr über den Widerstand 43 am Kollektor­ anschluß des Schalttransistors 38 angeschlossen. Beim Erreichen der Ansprechdrehzahl wird dadurch der Tran­ sistor 42 gesperrt und der Rückkopplungswiderstand 41 unwirksam. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird dadurch die Ansprechschwelle der Kompara­ toren 27 und 35 angehoben, so daß die Schaltungsanord­ nung bei abnehmender Drehzahl erst dann wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkippt, wenn die Ansprech­ drehzahl um einen bestimmten Betrag unterschritten ist. Je nach Größe der Schalthysterese kann dabei eine obere und eine untere Ansprechdrehzahl durch die Dimensionie­ rung der Schaltungsanordnung festgelegt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt, da beispielsweise die Rück­ kopplung über einen zum oberen Widerstand 29 des Span­ nungsteilers parallel liegenden Rückkopplungswiderstand erfolgen kann. Dieser muß durch eine entsprechende An­ kopplung am Ausgang des zweiten Komparators erst beim Er­ reichen der oberen Ansprechdrehzahl zum Widerstand 29 parallel geschaltet werden. Ein solches elektronisches Drehzahlrelais kann außerdem auch zur Sprungverstellung des Zündzeitpunktes, zur Abschaltung der Zündung als Drehzahlbegrenzung sowie für eine drehzahlabhängige, elektronische Getriebesteuerung verwendet werden.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Auslösung von elektrischen Schaltvor­ gängen in Abhängigkeit von der Drehzahl einer Brennkraftmaschine, von deren Zündanlage Drehzahlimpulse über eine Impulsformerstufe den Kondensator eines ersten Zeitgliedes mit kleinerer Zeitkonstante entladen, der an einem Eingang eines ersten Schwellwertschalters angeschlossen ist, dessen Ausgang den Kondensator eines zweiten Zeitgliedes mit größerer Zeitkonstante überbrückt, welcher an einen Eingang eines zweiten Schwellwertschalters angeschlossen ist, dessen Ausgang ein elektronisches Schaltelement zur Auslösung des Schaltvorgangs ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwellwertschalter (27, 35) zwei Komparatoren sind, die jeweils mit einem ersten Eingang (a, b) am Kondensator (18, 32) des ihnen ein­ gangsseitig zugeordneten Zeitgliedes (19, 33) angeschlossen sind sowie mit ihrem zweiten Eingang zur genauen Einstellung der Schalt­ schwelle am Abgriff (28) eines gemeinsamen mit der Versorgungs­ spannung verbundenen Spannungsteilers (29, 30) angeschlossen sind und daß das Ausgangssignal des zweiten Komparators (35) auf den am Abgriff (28) des Spannungsteilers (29, 30) angeschlossenen zweiten Eingang des ersten Komparators (27) zurückgekoppelt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff (28) über einen Rückkopplungswiderstand (41) und über die Schaltstrecke eines Transistors (42) an einer der Versorgungs­ leitungen (21, 26) angeschlossen und die Basis des Transistors (42) mit dem Ausgang des zweiten Komparators (35) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abgriff (28) des gemeinsamen Spannungsteilers (29, 30) über einen Rückkopplungswiderstand (46) und eine Diode (47) am Kollektoranschluß des zur Auslösung des drehzahlabhängigen Schalt­ vorganges dienenden Transistors (38) angeschlossen ist.