Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind mit unterschiedlichen Zündanlagen ausgestattet. Während bei konventionellen Zündanlagen der Primärstrom der Zündspule über einen Unterbrecherkontakt unmittelbar geschaltet wird, dient bei Transistorzündungen der Unterbrecherschalter nur als Steuerungsorgan, über den lediglich ein kleiner Steuerstrom fließt. Auch kann das die Transistorzündanlage oder auch eine Kondensatorzündanlage enthaltene Schaltgerät unmittelbar von einem Hallaufnehmer oder einem induktiven Aufnehmer gesteuert sein. Der Schließwinkel ist diejenige Zeitspanne, bezogen auf eine Verteilerwellenumdrehung der Brennkraftmaschine, während der ein Strom von der Batterie durch die Primärwicklung der Zündspule fließt.
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Aus der DE-AS 24 36 162 ist eine Einrichtung zur Aufbereitung von Signalen aus dem Primärkreis eines Zündsystems eines Ottomotors bekannt, bei der der Amplitudenwert des Spannungsverlaufes im primären Zündkreis keinen Einfluß auf die Genauigkeit der rechteckförmigen Ausgangsspannung einer Aufbereitungschaltung haben soll. Ebenso soll die Bauart der Zündanlage keinen Einfluß auf die Genauigkeit des im Tastverhältnis der Ausgangsspannung wiedergespiegelten Öffnungs- und Schließwinkelverhältnisses des Unterbrecherkontaktes haben. Diese Forderungen sollen dadurch erfüllt werden, daß aus dem genannten Spannungsverlauf ein Mittelwert gebildet wird, der mit dessen Hüllkurve mittels eines Operationsverstärkers verglichen wird. Diese bekannte Einrichtung ist jedoch aufgrund ihrer Meßmethode nicht universell einsetzbar, da eine Umschaltung auf unterschiedliche Spannungsschwellwerte nicht möglich ist.
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Aus der DE-OS 24 31 799 ist eine Schaltung zur Aufbereitung von Gebersignalen, welche aus der Zündanlage eines Ottomotors gewonnen werden, bekannt, bei der über einen Spannungsteiler der Schwellwert aus dem eingangseitigen Spannungsverlauf abgeleitet wird. Eine Signalerkennung und eine entsprechende Umschaltug von Schwellwerten ist mit dieser Schaltung nicht möglich.
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Weiterhin ist aus der DE-OS 24 43 402 eine Einrichtung zur Schließwinkelmessung bekannt, die im Eingangskreis eine Schutzschaltung und einen anschließenden Operationsverstärker umfaßt, der über Filter einen zweiten Operationsverstärker ansteuert, der seinerseits das gewünschte dem Schließwinkel entsprechende Signal abgibt. Ein Eingang des ersten Operationsverstärkers ist über einen Spannungsteiler auf einem konstanten Pegel gehalten. Außerdem sind beide Eingänge über Schutzdioden gegen zu hohe Spannungen geschützt. Diese bekannte Einrichtung gestattet zwar eine exakte Schließwinkelmessung, doch erfordern Messungen an verschiedenen Zündanlagen, wie beispielsweise konventionellen Zündanlagen mit unmittelbarer Unterbrecherkontaktsteuerung, Germanium- oder Silicium-Transistorzündanlagen, Transistorzündanlagen mit Stromregelung oder Kondensatorzündanlagen mit Thyristor das Einhalten unterschiedlicher Spannungspegel, um den Schließwinkel richtig zu messen. Die erforderlichen Umschaltungen müssen vom Benutzer manuell vorgenommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Schließwinkelmessung zu schaffen, die für unterschiedliche Arten von Zündanlagen geeignet ist.
Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich die jeweiligen Schwellwerte selbsttätig einstellen. Es ist also keine manuelle Umschaltung mehr erforderlich, die zu Fehlmessungen bei falscher Schaltung führen können. Solche Fehler sind bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgeschlossen. Sie erkennt selbsttätig anhand der auftretenden Spannungen die Art der Zündanlage, an der gemessen wird und stellt danach die Spannungspegel für den Eingangsoperationsverstärker der Auswerteschaltung auf die jeweils richtigen Werte ein.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Verwirklichungen des erfindungsgemäßen Prinzips definiert. Durch die Verwendung von logischen Schaltelementen wie NAND- und NOR-Gattern lassen sich die erforderlichen Umschaltungen exakt und zuverlässig vornehmen.
Zeichnung
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Spannungsdiagramme, wie sie an verschiedenen Zündanlagen auftreten, sowie ein Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1a bis 1d den Verlauf der zu messenden Spannung an der Zündanlage mit eingezeichneten Schaltschwellen, die selbsttätig eingestellt werden, und
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Fig. 2 die Schaltung, die diese Schaltschwellenumschaltung selbsttätig vornimmt.
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Die Eingangsschaltung wird über eine erste und eine zweite Anschlußleitung mit der Zündanlage verbunden. Dabei wird die erste Leitung entweder an der Klemme 15 oder am Pluspol der Batterie (deren Minuspol an Masse liegt, sonst umgekehrt) angeschlossen, wogegen die zweite Leitung mit der Klemme 1 oder dem Unterbrecherkontakt oder dem Drehzahlgeberausgang eines Schaltgerätes angeschlossen wird. Klemme 1 und Klemme 15 sind die in der Kraftfahrzeugtechnik üblichen Bezeichnungen. Der Spannungsverlauf an der Klemme 1 der Zündspule ist für eine konventionelle Zündanlage mit unmittelbarer Unterbrecherkontaktsteuerung in Fig. 1a dargestellt. Die Spannung beträgt zunächst, nämlich bei geschlossenem Unterbrecherkontakt, bezogen auf Masse, 0 Volt, weil der Unterbrecherkontakt einen unmittelbaren Massekurzschluß bildet. Zum Zeitpunkt t 1 öffnet der Unterbrecherkontakt und es bildet sich wegen der raschen Stromänderung an der Primärwicklung der Zündspule ein Spannungszug 1 aus, der einen Spitzenwert von 100 bis 400 Volt bei einer 12-Volt-Zündanlage erreichen kann und in Form einer gedämpften Schwingung übergeht in eine konstante Spannung im Bereich 2, die etwa 12 Volt beträgt und die zum Zeitpunkt t 2 erreicht wird. Zum Zeitpunkt t 3 schließt der Unterbrecherkontakt wieder, weshalb die Spannung von der Batteriespannung wieder auf etwa 0 abfällt. Zum Zeitpunkt t 5 erfolgt der nächste Zündvorgang analog dem Zeitpunkt t 1. Die seither übliche Schaltung hatte eine Ansprechschwelle von etwa 1,2 Volt Spannungsdifferenz zur Batteriespannung bzw. zur Spannung an der Klemme 15, an der die Batteriespannung zugeführt wird. Die Schaltung gab also das Signal "Schließwinkelbeginn" ab, wenn im Zeitpunkt t 3 die Spannung von der Batteriespannung um mehr als 1,2 Volt abfiel. Umgekehrt gab sie das Signal "Schließwinkelende" ab, wenn zum Zeitpunkt t 5 bzw. t 1 der Unterbrecherkontakt öffnet und die Spannung ansteigt.
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Dieser Spannungsverlauf gilt für konventionelle Zündanlagen und für Germanium-Transistorzündanlagen. Handelt es sich jedoch um eine stromgeregelte Silizium-Transistorzündanlage, so steigt bereits zum Zeitpunkt t 4 die Spannung an der Klemme 1 wieder an und verbleibt dann gemäß der gestrichelten Darstellung von Fig. 1a etwa 2,4 Volt unterhalb des Pegels des Bereiches 2. Damit könnte mit unveränderter Eingangsschaltung auch an dieser Zündanlage gemessen werden, wenn nicht unmittelbar in der Anstiegsflanke anschließend an den Zeitpunkt t 4 ein Überschwingen auftreten würde, das bis in die Schaltschwelle, die in Fig. 1a mit 3 bezeichnet ist, reicht und eine Fehlauslösung bewirken würde. Es wird daher gemäß Fig. 1b zwar die Schaltschwelle im Anschluß an den Bereich 2 unverändert so belassen, da nach einem Absinken der Spannung um etwa 1,2 Volt unter den Pegel des Bereiches 2 ein Ansprechen erfolgt, es wird jedoch etwa 0,6 Millisekunden später die Schaltschwelle auf etwa Betriebsspannung + 3 Volt erhöht. Damit ist sichergestellt, daß bei einer stromgeregelten Silicium-Transistorzündanlage der im Anschluß an den Zeitpunkt t 4 auftretende Spannungsimpuls nicht zu einer Fehlauslösung und damit Fehlmessung führt. Dies ist in Fig. 1b dargestellt, wo zum Zeitpunkt t 3&min; die Schaltschwelle 3 angehoben wird auf die Schaltschwelle 4. Der zeitliche Abstand zwischen t 3&min; und t 3 beträgt etwa 0,6 Millisekunden.
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Handelt es sich um eine Silicium-Transistor- oder Kondensatorzündanlage mit einem Schaltgerät, bei der der Unterbrecherkontakt lediglich Steuerfunktionen erfüllt, so wird bei Anschluß der ersten Leitung an dem Pluspol der Batterie oder dem Plusanschluß des Schaltgerätes und bei Anschluß der zweiten Leitung an dem das Schaltgerät steuernden Unterbrecherkontakt oder dem Drehzahlmesserausgang des Schaltgerätes ein anderer Spannungszug erfaßt und es werden andere Schaltschwellen benutzt, wie sie in Fig. 1c dargestellt sind. Der Spannungsverlauf an der zweiten Leitung gegenüber Masse ist durch den Rechteckkurvenzug 5 in Fig. 1c wiedergegeben, die Spannung an der ersten Leitung ist konstant gleich der Betriebsspannung oder Batteriespannung, die durch die Gerade 6 angegeben ist, wogegen die jeweils wirksamen Schaltschwellen durch den gestrichelten Kurvenzug 7 wiedergegeben sind. Die geringste Spannung des Kurvenzuges 5 gegenüber Masse liegt bei etwa 0 bis 3 Volt, die geringste Spannung der Schaltschwelle 7 gegenüber Masse beträgt 4 bis 6 Volt, wogegen die obere Schaltschwelle gemäß dem Kurvenzug 7 etwa 1,2 Volt unter der Betriebsspannung liegt.
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Wird bei einer gleichen Anlage, deren Verhältnisse in Fig. 1c dargestellt sind, bei unveränderten Anschluß der zweiten Leitung die erste Leitung an die Klemme 15 der Zündspule gelegt und ist die Klemme 15 über einen Vorwiderstand mit dem Zündschloß bzw. der Batterie verbunden, ergeben sich nochmals geänderte Verhältnisse, die in Fig. 1d dargestellt sind. Der Kurvenzug 5, nämlich die Spannung an der zweiten Leitung, ist unverändert, dagegen fällt die Spannung an der ersten Leitung ab dem Zeitpunkt t 3 nach einer e-Funktion ab, entspricht also nicht mehr der Geraden 6, sondern einem Kurvenzug 6&min;. Die Schaltschwelle folgt entsprechend einem Kurvenzug 7&min;, der im Bereich zwischen t 3 und t 5 ebenfalls entlang einer e-Kurve abfällt und dabei einen Pegelunterschied von etwa 1,2 Volt zur Spannung auf der ersten Leitung einhält. Dabei kann kurz vor Erreichen des Zeitpunktes t 5 der Abstand zwischen dem Kurvenzug 6&min; und dem unteren Pegel des Kurvenzuges 5 bis auf etwa 1,5 Volt abfallen.
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Die Eingangsschaltung, die diese Umschaltungen und Schaltschwellenänderungen selbsttätig vornimmt, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung ist mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen sowie einem gemeinsamen Masseanschluß versehen. Der Verbindung mit der Masse der Brennkraftmaschine oder der Bordmasse dient eine Leitung 8 mit einem Anschlußclip 9. Die erste Leitung 10 ist ebenso wie die zweite Leitung 11 mit je einem Anschlußclip 12 bzw. 13 versehen, die zum Anklemmen an die entsprechenden Meßstellen der Zündanlage dienen. An die Eingangsschaltung schließt eine als Block dargestellte Auswerteschaltung 14 an, die etwa so aufgebaut ist wie die in der DE-OS 24 43 402 beschriebene Schaltung. Die Auswerteschaltung 14 hat in ihrem Eingang einen Operationsverstärker 15 mit einem nichtinvertierenden Eingang 16 und einem invertierenden Eingang 17. An einem Triggerausgang 18 erscheint eine positive Impulsflanke, wenn der Unterbrecher öffnet (Schließwinkelende). An einem weiteren Ausgang 19 ist ein NAND-Gatter 20 angeschlossen, an dessen Ausgang ein in seiner Länge dem Schließwinkel proportionaler Impuls erscheint (der allerdings gegenüber dem Schließ- und Öffnungszeitpunkt mit seinen beiden Flanken um den gleichen Betrag verschoben ist). Vom Ausgang des NAND-Gatters 20 ist eine Rückführleitung 21 zur Eingangsschaltung geführt.
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Zwischen die erste Leitung 10 und den nichtinvertierenden Eingang 16 ist ein Widerstand R 93 geschaltet, der etwa 9 mal so groß ist wie ein von demselben Eingang 16 an Masse gelegter Widerstand R 96. Von der zweiten Leitung 11 führt ein dem Widerstand R 93 entsprechender Widerstand R 91 zu einem etwa 15-fach kleineren Widerstand R 92, der seinerseits an den invertierenden Eingang 17 angeschlossen ist, der außerdem an den Abgriff eines Spannungsteilers angeschlossen ist, der durch einen Widerstand R 95 und einen Widerstand R 97 gebildet ist, wobei der Widerstand R 95 an einer Speiseleitung 22 und der etwa 100-fach kleinere Widerstand R 97 an Masse angeschlossen ist. An die Verbindung zwischen die Widerstände R 91 und R 92 ist ein als Inverter dienendes NAND-Gatter 23 angeschlossen, mit dessen Ausgang eine Diode D 1 mit ihrem Kathodenanschluß verbunden ist, deren Anode mit dem Verbindungspunkt einer Serienschaltung aus einem Widerstand R 94 und einem Kondensator C 67 verbunden ist, wobei der relativ hochohmige Widerstand R 94 mit der Speiseleitung 22 und der Kondensator C 67 mit Masse verbunden ist. An die Anode der Diode D 1 ist ferner ein Anschluß eines NOR-Gatters 24 gelegt, an dessen anderen Eingang die Rückführleitung 21 geführt ist und dessen Ausgang über einen Widerstand R 100 mit dem nichtinvertierenden Eingang 16 verbunden ist. Mit der Anode der Diode D 1 ist ferner ein als Inverter dienendes NAND-Gatter 25 verbunden, dessen Ausgang zum Eingang eines NOR-Gatters 26 geführt ist, dessen Ausgang über die Serienschaltung einer Diode D 2 und eines Widerstandes R 102 mit dem invertierenden Eingang 17 verbunden ist. Dabei ist die Diode mit der Anode mit dem Ausgang des NOR-Gatters 26 verbunden. Der zweite Eingang des NOR-Gatters 26 liegt am Ausgang eines als Inverter dienenden NAND-Gatters 27, dessen Eingang über einen Widerstand R 101 mit der zweiten Leitung 11 verbunden ist.
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Ist der Anschlußclip 13 bei einer konventionellen Zündanlage oder einer Transistorzündanlage an die Klemme 1 angeschlossen und ist der Anschlußclip 12 mit der Klemme 15 oder der Klemme B + verbunden, so erreicht zum Zeitpunkt t 1 bzw. t 5 die Spannung bei einem Eingangswert von mindestens 30 Volt die Schaltschwelle des NAND-Gatters 23, wodurch sich der Kondensator C 67, der sich zuvor über den Widerstand R 94 auf die üblicherweise 12 Volt betragende Spannung der Speiseleitung 22 aufgeladen hatte, über D 1 und 23 rasch entlädt, wogegen die Aufladung über R 94 wegen des sehr viel höheren Widerstandswertes von R 94 langsam erfolgt. Die untere Drehzahlgrenze, bei der die Anordnung noch einwandfrei arbeitet, liegt bei etwa 200 U/min. Die Spannung am Kondensator C 67 erreicht daher nicht die Schaltschwelle der Gatter 24 und 25, an deren Eingang also eine logische 0 liegt. Die logische 0 am Eingang der Gatter 24 und 25 gibt also an, daß die zweite Leitung 11 an der Klemme 1 liegt und daher eine Schwellenanhebung nach dem Zeitpunkt t 3 erforderlich ist, um bei der konventionellen ebenso wie bei einer Transistorzündung mit Stromregelung ein zuverlässiges Arbeiten zu erzielen. Die zeitlich verschobene Schaltschwellenanhebung gemäß der Linie 4 von Fig. 1b wird erzielt durch Rückführen des Ausgangssignales über die Rückführleitung 21. Dabei wird ausgenutzt, daß das Ausgangssignal gegenüber dem Zeitpunkt t 3 etwas verschoben ist. Sobald also nach dem Ansprechen des NAND-Gatters 23 am einen Eingang des NOR-Gatters 24 die logische 0 liegt und über die Rückführleitung 21 nochmals eine logische 0 zugeführt wird, wird die Schwelle über das NOR-Gatter 24 und den Widerstand R 100 auf den Pegel gemäß der Schaltschwelle 4 nach Fig. 1b angehoben. Diese Maßnahme hat ferner den Vorteil, daß gleichzeitig Störungen vom Regler der Lichtmaschine bei Fahrzeugen mit Vorwiderstand in der Leitung zur Klemme 15 eliminiert werden. Das NAND-Gatter 25 verhindert eine Beeinflussung des Einganges 17 über das NOR-Gatter 26, die Diode D 2 und den Widerstand R 102, weil D 2 in Sperrichtung vorgespannt ist und der Ausgang des Gatters 26 auf 0 liegt.
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Erreicht dagegen die Spannung an der zweiten Leitung 11 nicht den Schwellwert von 30 Volt, so ergibt sich daraus, daß die Zündanlage ein Schaltgerät umfaßt und der Anschlußclip 13 am Steuereingang des Schaltgerätes oder an dessen Drehzahlmesserausgang angeschlossen ist. Da nunmehr das NAND-Gatter 23 nicht anspricht, bleibt der Ausgang des NOR-Gatters 24 ständig auf 0, weil nämlich wegen der fehlenden Entladung des Kondensators C 67 dessen Spannung auf der Betriebsspannung und damit auf logisch 1 liegt. Der Widerstand R 100 liegt dabei praktisch parallel dem Widerstand R 96, was jedoch keine Rolle spielt, da R 100 ungefähr 30 mal so groß ist wie R 96. Die Schaltschwellenänderung muß daher entweder entsprechend Fig. 1c oder Fig. 1d erfolgen. Erreicht die Spannung auf der zweiten Leitung 11 die Schaltschwelle des NAND-Gatters 27, die zwischen 4 und 6 Volt liegt (unterer Bereich der Schaltschwelle 7 nach Fig. 1c bzw. 1d), so wird der Ausgang des NAND-Gatters 27 logisch 0. Der Ausgang des NAND-Gatters 25 ist ebenfalls logisch 0, weil sein Eingang, nämlich die Spannung des Kondensators C 67, wie zuvor erwähnt, logisch 1 ist. Damit wird der Ausgang des NOR-Gatters 26 logisch 1 und es wird die Vorspannung am invertierenden Eingang 17 über die Diode D 2 und den Widerstand R 102 so stark angehoben, daß der Operationsverstärker 15 anspricht. Unterschreitet die Spannung an der zweiten Leitung 11 die Schaltschwelle des NAND-Gatters 27, so geht der Ausgang des NOR-Gatters 26 auf logisch 0 und die Diode D 2 sperrt. Damit ist die Schaltschwellenverschiebung aufgehoben und es liegt die Schaltschwelle wieder im oberen Bereich des Kurvenzuges 7 von Fig. 1c mit einem Abstand von etwa 1,2 Volt gegenüber der Geraden 6. Dies wird durch die Vorspannung über die Widerstände R 95, R 97 erreicht.
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Der einer e-Funktion folgende Verlauf der Schaltschwelle gemäß 7&min; in Fig. 1d ergibt sich selbsttätig deshalb, weil die Spannung am Eingang 16 der Spannung an der ersten Leitung 10 mit einem Abstand von 1,2 Volt folgt.