DE2044075B2 - Elektronische Schaltungsanordnung zur Verschiebung des Einspritzzeitpunktes von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltungsanordnung zur Verschiebung des Einspritzzeitpunktes von Brennkraftmaschinen mit Hochspannungszündung um beliebig wählbare Kurbelwellenwinkel.

Elektronische Schaltungsanordnungen zur Verschiebung des Einspritzzeitpunktes um Kurbeiwellenwinkel, die von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängen, sind bekannt (DE-AS 15 26 498, DE-OS 61 187). Mit diesen bekannten Anordnungen läßt sich jedoch dei Einspritzzeitpunkt nur in engen Grenzen variieren. Wenn aber zum Beispiel auf dem Prüfstand die Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Einspritzzeitpunkt untersucht werden soll, genügen die bekannten Anordnungen nicht mehr. In diesen Fällen hat man bisher auf die mechanische Einspritzzeitpunktverstellung zurückgegriffen. Das mechanische Verfahren ist iedoch insbesondere bei Serienversuchen sehr umständlich und zeitraubend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der es möglich ist der Brennkraftmaschine bei beliebigen Stellungen der Kurbelwelle Kraftstoff zuzuführen, also vor und nach dem oberen Totpunkt Auch große Winkelabweichungen vom oberen Totpunkt sollen möglich sein.
Eine besonders einfache Lösung ergibt sich dadurch,

ίο daß gemäß der Erfindung an zwei Ausgänge einer synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen auslösbaren, bistabilen Kippstufe zwei wechselweise betätigbare Sägezahngeneratoren angeschlossen sind, daß die Ausgänge der Sägezahngeneratoren an zwei Eingänge eines Differenzverstärkers angeschlossen sind und daß ein Ausgang des Differenzverstärkers über ein Differenzierglied an eine monostabile Kippstufe angeschlossen ist
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildüngen sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung im Blockschaltbild, Fig.2 einen Schaltplan der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 und

Fig.3 eine Darstellung der Ausgangsimpulse verschiedener Stufen der Schaltungsanordnung.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 enthält einen Schalter 11, der Impulse an eine bistabile Kippstufe 12

ι» abgibt. An zwei Ausgänge der bistabilen Kippstufe 12 ist je ein Sägezahngenerator 13 und 14 angeschlossen. Die Ausgänge der Sägezahngeneratoren 13 und 14 sind mit zwei Eingängen eines Differenzverstärkers 15 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 15 ist über

i^r> ein Differenzierglied 16 an eine monostabile Kippstufe 17 angeschlossen. An der Ausgangsklemme 18 der monostabilen Kippstufe 17 können um definierte Kurbelwellenwinkel verzögerte Impulse abgenommen werden.

4() Im Schaltplan nach F i g. 2 wird der Schalter 11 von einem Nocken 21 bestätigt, der sich synchron zur Kubelweliendrehzahl der Brennkraftmaschine dreht. Der bewegliche Kontakt des Schalters 11 ist mit einer Minusleitung 20 und der feststehende Kontakt des

■r> Schalters 11 über einen Widersland 22 mit einer Plusleitung 19 verbunden. Vom feststehenden Kontakt des Schalters Il führen zwei aus je einem Kondensator 23 bzw. 24 und einer Diode 25 bzw. 26 bestehende Reihenschaltungen zu zwei Eingängen der bistabilen

w Kippstufe 12. Die bistabile Kippstufe 12 besteht in bekannter Weise aus zwei Transistoren 120, 121. Diese besitzen je einen Emitterwiderstand 123 bzw. 127, einen Kollektorwiderstand 122 bzw. 126 und einen Basisableitwiderstand 124 bzw. 128. Der Kollektor des einen

ν-, Transistors ist jeweils über einen Widerstand 125 bzw. 129 an die Basis des anderen Transistors angekoppelt. Mit den Basiselektroden der beiden Transistoren 120 und 121 sind die Eingänge der beiden Sägezahngeneratoren 13 und 14 verbunden.

W) Der erste Sägezahngenerator 13 enthält einen Kondensator 132, der über eine Konstantstromquelle 130, 131 langsam aufgeladen und über einen elektronischen Entladeschalter 133 schnell entladen werden kann.

(i^ri Die Konstantstromquelle besteht aus einem Transistor 130 mit einem Emitterwiderstand 131, der an die Minusleitung 20 angeschlossen ist. Als elektronischer Entladeschalter wird ein PNP-Transistor 133 verwen-

det, dessen Emitter an die Plusleitung 19 angeschlossen ist

Der zweite Sägezahngenerator 14 ist gleich aufgebaut wie der erste Sägezahngenerator 13, enthält also eine Konstantstromquelle und einen elektronischen Entladeschalter, besitzt aber im Unterschied zum ersten Sägezahngenerator 13 mehrere Kondensatoren 142, von denen je nach dem gewünschten Verzögerungswinkel einer über einen Wahlschalter 144 an die Plusleitung 19 anschlieübar ist

Die Spannungen an den Kondensatoren der beiden Sägezahngeneratoren werden je einem Eingang des Differenzverstärkers 15 zugeführt. Der Differenzverstärker 15 besteht in bekannter Weise aus zwei Transistoren 156, 157, deren Emitter verbunden sind i> und deren Kollektoren über je einen Widerstand 158 bzw. 159 an die Plusleitung 19 angeschlossen sind. Zur Entkopplung der beiden Transistoren voneinander und zur Temperaturkompensation können in den Emitterzuleitungen Dioden 154 und 155 angeordnet sein. Die beiden Emitter sind an eine Konstantstromquelle angeschlossen. Diese besteht aus einem Transistor 150 mit einem Emitterwiderstand 151 und einem Basisspannungsteiler 152,153. Das Differenzierglied 16 enthält in bekannter Weise einen Kondensator 162, dem eine 2") Verstärkerstufe aus einem Transistor 160 und einem Kollektorwiderstand 161 vorgeschaltet ist. Die basis des Transistors 160 ist an den Kollektor des Transistors 156 im Differenzverstärker 15 angeschlossen.

Die negativen Ausgangsimpulse des Differenziergiie- J<> des 16 gelangen über eine Diode 178 zum Eingang einer monostabilen Kippstufe 17, die aus den Ausgangsimpulsen des Differenzierglieds 16 definierte Rechteckimpulse formt.

Die monostabile Kippstufe 17 enthält in bekannter r> Weise zwei Transistoren 170, 171 mit Kollektorwiderständen 172, 173. Jeweils der Kollektor des einen Transistors ist .nit der Basis des anderen Transistors gekoppelt und zwar einmal galvanisch über einen Widerstand 174 und das andere Mal kapazitiv über ■«> einen Kondensator 175. Zwischen der Basis des Transistors 171 und dem Kondensator 175 ist zur Unterdrückung von Impulsen unerwünschter Polarität eine Diode 177 angeordnet. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 175 und der Diode 177 führt « ein Widerstand 176 zur Plusleitung 19.

Fi g. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung an verschiedenen Punkten der Schaltung: 3a ist der Verlauf der Spannung am feststehenden Kontakt des Schalters 11, 3b ist die Ausgangsspannung der bistabilen w Kippstufe 12, 3c die Spannung am Kondensator 132 im ersten Sägezahngenerator 13, 3d die Spannung an einem ersten Kondensator 142 im zweiten Sägezahngenerator 14, 3e die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 15, 3/"die Ausgangsspannung des Differen- >i ziergliedes 16, 3g die Ausgangsspannung der monostabilen Kippstufe 17, 3h die Spannung an einem zweiten Kondensator im zweiten Sägezahngenerator 14, dessen Kapazität kleiner ist als die des ersten, und 3/ die Ausgangsspannung der monostabilen Kippstufe 17, hi wenn der zweite Kondensator im zweiten Sägezahngenerator 14 eingeschaltet ist. Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung anhand der F i g. 2 und 3 erläutert. Im Ausgangszustand leitet in der bistabilen Kippstufe 12 der Transistor 120, während der >■·> Transistor 121 gesperrt ist. Zur Zeit i, gibt der Schalter 11 einen negativen Impuls ab (s. Fig. 3a), der die bistabile Kippstufe 12 über den Kondensator 23 und die Diode 25 zum Kippen bringt Jetzt leitet der Transistor 121, und der Transistor 120 sperrt An den Widerständen 126 und 127 fallen jetzt Spannungen ab, so daß den Transistoren 143 und 130 Basisstrom zugeführt wird. Der Transistor 143 entlädt dabei den Kondensator 142, wie es in F i g. 3d und 3h zum Zeitpunkt t\ dargestellt ist Gleichzeitig beginnt die Konstantstromquelle, die aus dem Transistor 130 und dem Emitterwiderstand 131 besteht den Kondensator 132 im ersten Sägezahngenerator 13 aufzuladen. F i g. 3c zeigt den linearen Anstieg der Spannung am Kondensator 132. Im Differenzverstärker 15 übernimmt jetzt der Transistor 156 den ganzen von der Konstantstromquelle 150, 151 gelieferten Strom, weil seine Basis auf positivem Potential gehalten wird.

Zum Zeitpunkt ti gibt der Schalter 11 wieder einen negativen Impuls ab, der über den Kondensator 24 und die Diode 26 die bistabile Kippstufe 12 wieder zurückkippt. Damit werden die Transistoren 143 und 130 wieder gesperrt Die Spannung am Kondensator 132 im ersten Sägezahngenerator 13 steigt nicht weiter (s. Fig.3c). Gleichzeitig leitet jetzt der Transistor 140 im zweiten Sägezahngenerator 14 und lädt den Kondensator 142 auf. Im Zeitraum zwischen h und u wird die Spannung am Kondensator 132 im ers'en Sägezahngenerator 13 auf dem konstanten Wert U₁ gehalten, während die Spannung am Kondensator 142 linear ansteigt, wie es in Fig.3d dargestellt ist. Sobald die Spannung am Kondensator 142 stärker negativ ist als die am Kondensator 132, übernimmt im Differenzverstärker 15 der Transistor 157 nahezu den ganzen Strom von der Konstantstromquelle 150,151. Das ist am Zeitpunkt it der Fall. Infolge der hohen Verstärkung der beiden Transistoren 156 und 157 im Differenzverstärker 15 verschiebt sich die Spannung am Kollektor des Transistors 156 zum Zeitpunkt U rasch in positiver Richtung, wie es in F i g. 3e dargestellt ist.

Der Transistor 160 im Differenzierglied 16 macht den Flankenanstieg noch steiler. Der Kondensator 162 des Differenzierglieds 16 gibt über die Diode 178 einen negativen Nadelimpuls (s. Fig. 3F) an die monostabile Kippstufe 17 ab. Diese kippt dadurch in ihren nichtstabilen Zustand und gibt einen negativen Ausgangsimpuls definierter Länge an die Ausgangsklemme 18 ab. Dieser Ausgangsimpuls wird ebenfalls dem Transistor 133 im ersten Sägezahngenerator 13 zugeführt. Dadurch wird jetzt der Kondensator 132 wieder entladen (s. F i g. 3c Zeitpunkt u).

Der Ablauf dieser Vorgänge wiederholt sich in der Folgezeit periodisch. Der zeitlich verschobene Impuls wird immer dann ausgelöst, wenn die Spannung am Kondensator 142 gleich der Spannung am Kondensator 132 ist. Die Verzögerungszeit hängt also von der Steigung der Sägezahnspannung nach Fig. 3d ab. Durch Auswählen eines kleineren Kondensators mit Hilfe des Wahlschalters 144 kann ein steilerer Anstieg erzielt werden, wie es F i g. 3h zeigt.

F i g. 3i zeigt einen Ausgangsimpuls, der weniger gegen den Eingangsimpuls verschoben ist als der Ausgangsimpuls nach 3g, weil eine kleinere Kapazität im zweiten Sägezahngenerator 14 verwendet wurde. Wenn der Kondensator 132 im ersten Sägezahngenerator 13 unabhängig von der Drehzahl immer auf die gleiche Spannung U\ aufgeladen würde, dann wäre der Ausgangsimpuls nach Fig.3g oder 3i immer um eine konstante Zeit gegen den Eingangsimpuls verschoben. Der Ausgangsimpuls soll jedoch nicht um eine konstante Zeit, sondern um einen konstanten Bruchteil

der Periodendauer verschoben werden. Das wird leicht dadurch erreicht, daß die Aufladespannung U\ umgekehrt proportional zur Drehzahl ist. Da der Kondensator 132 über eine Konstantstromquelle aufgeladen wird, ist nämlich seine Aufladespannung proportional zur Aufladezeit. Die Aufladezeit ist aber umgekehrt proportional zur Periodendauer, da die Konstantstromquelle 130,131 von der bistabilen Kippstufe 12 aus- und eingeschaltet wird.

Die an die Schaltungsanordnung gestellten Forderungen sind damit erfüllt. Der an der Ausgangsklemme 18 abgegebene Ausgangsimpuls ist um einen mit dem Wahlschalter 144 vorwählbaren Bruchteil der Periodendauer gegen den Eingangsimpuls verschoben. Für Motoruntersuchungen auf dem Prüfstand genügt die dargestellte stufenweise Verstellbarkeit des Zündzeitpunktes. Es können z. B. zehn fein abgestufte Kondensatoren 142 verwendet werden. Auch eine stufenlose Verschiebung des Zündzeitpunktes ist möglich, wenn man den Widerstand 141 in der Konstantstromquelle des zweiten Sägezahngenerators 14 regelbar ausführt.

Man kann dann mit dem Wahlschalter 144 grob die Stufen einstellen und mit dem Widerstand 141 die Feinregelung vornehmen.
Zur Abgabe der Steuerimpulse für die beschriebene

·■> Schaltungsanordnung müssen als Schalter 11 im Zündverteiler der Brennkraftmaschine zusätzlich Kontakte angebracht sein, wie es bei elektronisch gesteuerten Einspritzanlagen üblich ist. Die bistabile Kippstufe 12 halbiert jedoch die Frequenz der vom Schalter 11

κι abgegebenen Impulse, so daß es erforderlich ist, entweder die doppelte Zahl von Kontakten vorzusehen oder zwei der beschriebenen Schaltungsanordnungen einzusetzen. Die zweite Möglichkeit ist im Allgemeinen nicht besonders aufwendig, da zum Aufbau der Schaltung nach F i g. 1 weitgehend integrierte Bausteine verwendet werden können.

Die beschriebene Schaltungsanordnung kann außerdem auch zur Verschiebung des Zündzeitpunktes der Brennkraftmaschine bei Versuchen auf dem Prüfstand verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronische Schaltungsanordnung zur Verschiebung des Einspritzzeitpunktes von Brennkraftmaschinen mit Hochspannungszündung um beliebig wählbare Kurbelwellenwinkel, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei Ausgänge einer synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen auslösbaren bistabilen Kippstufe (12) zwei wechselweise betätigbare Sägezahngeneratoren (13, 14) angeschlossen sind, daß die Ausgänge der Sägezahngeneratoren (13, 14) an zwei Eingänge eines Differenzverstärkers angeschlossen sind und daß ein Ausgang des Differenzverstärkers (15) über ein Differenzierglied (16) an eine monostabile Kippstufe (17) angeschlossen ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der bistabilen Kippstufe (12) wenigstens ein Schalter (11) vorgesehen ist, der von einem mit der Kurbelwelle mechanisch verbundenen Nocken (21) betätigbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied (16) eingangsseitig wenigstens eine Verstärkerstufe (160, 161) enthält.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sägezahngenerator (13) eine Konstantstromquelle (130, 131), einen Kondensator (132) und einen elektronischen Eniladeschalter (133), dessen Steuerelektrode an den Ausgang der monostabilen Kippstufe (17) angeschlossen ist, enthält.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sägezahngenerator (14) eine Konstantstromquelle (140, 141) und mehrere durch einen Wahlschalter (144) an die Konstantstromquelle ausschließbare Kondensatoren sowie einen elektronischen Entladeschalter (143) enthält.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des elektronischen Entladeschalters (143) von einem Transistor (121) in der bistabilen Kippstufe (12) betätigbar ist und daß der Transistor (121) auch die Konstantstromquelle (130, 131) im ersten Sägezahngenerator (13) ansteuert.