DE2708114C2 - Drehzahlbegrenzungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

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Die Erfindung geht aus von einer Drehzahlbegrenzungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Vorrichtungen, die ab einer bestimmten oberen Drehzahlgrenze die Zündung entweder ganz abschalten oder einzelne Zündfunken unterdrücken, sind beispielsweise aus der DE-OS 19 06 883, der DE-OS 19 01001, der DE-OS 00 416, der DE-AS 12 28 850 sowie der US-PS 72 302 bekannt. Wird ab einer bestimmten Drehzahlgrenze die Zündung ganz abgeschaltet, bzw. mehrere Zündfunken nacheinander unterdrückt, so erfährt das Fahrzeug, in der diese drehzahlbegrenzte Brennkraftmaschine eingebaut ist, einen Ruck. Dieser ist zum einen für den Fahrer unbequem und kann zum anderen, z. B. bei nasser Straße, zu gefährlichen Situationen führen. Sinkt die Drehzahl wieder ab, so erfolgt ein plötzliches Wiedereinsetzen der Zündung, und es entsteht dadurch eine Hysterese, die einen unruhigen Betrieb der Brennkraftmaschine zur Folge hat. Werden dagegen bei Erreichen der vorgegebenen Drehzahlgrenze nur einzelne Zündfunken ausgeblendet, so besteht die Gefahr, insbesondere bei starken Beschleunigungen und abfallender Fahrbahn, daß die vorgegebene Drehzahlgrenze überschritten wird, was zu einer Gefährdung der Brennkraftmaschine führen kann. Weiterhin ist es insbesondere bei der DE-OS 19 01 001 und der DE-OS 19 06 883 nachteilig, daß ein spezieller Geber für die Drehzahlbegrenzung erforderlich ist.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, daß unter Vermeidung einer Einschalt/Ausschalt-Hysterese eine möglichst ruckfreie, komfortable sowie vielfältig verwendbare und ausbaufähige Drehzahlbegrenzung geschaffen werden solL

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst wobei die aufgeführten Nachteile vermieden werden und insbesondere eine ruckfreie und komfortable Drehzahlbegrenzung erreicht wird Durch das vollständige Abschalten der Zündung bei einer zweiten Drehzahlgrenze ist ein Betrieb in gefährlichen Drehzahlbereichen ausgeschlossen. Die stufenweise Rückführung zur Normalzündung bei Verringerung der Drehzahl erfolgt weich und vermeidet eine Einschalt/Ausschalt-Hysterese. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Drehzahlbegrenzungsvorrichtung möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig.2 eine Ausgestaltung einer Integrierstufe mit einem nachgeschalteten Flankendiskriminator,

Fig.3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels mit zwei Drehzahl-Erkennungsstufen und

F i g. 5 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Erfindung

In dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Klemme 10 sowohl mit dem Eingang einer Frequenzuntersetzerstufe 11 wie auch mit einem Eingang eines UND-Gatters 12 verbunden. Diese Klemme 10 ist weiterhin in nicht dargestellter Form mit einer beliebigen elektronischen Zündanlage verbunden, und zwar in der Form, daß drehzahlproportionale Signale, vorzugsweise Signale zur Steuerung des elektrischen Schalters im Primärstromkreis der Zündspule, der Klemme 10 zugeführt werden. Wird ein Frequenzuntersetzungsverhältnis von 2 :1 gewünscht so kann die Frequenzuntersetzungsstufe U als bistabile Kippstufe ausgebildet sein. Der Ausgang der Frequenzuntersetzungsstufe 11 ist über eine Klemme 23 und einen Flankendiskriminator 13 zur Erzeugung eines Signals bei anliegenden positiven Signalflanken und eine Klemme 24 mit dem Setzeingang einer bistabilen Kippstufe 14 verbunden. Diese Kippstufe 14 kann z. B. als 5/?-Flip-Flop oder als //^-Flip-Flop ausgebildet sein. Weiterhin ist die Klemme 23 über die Reihenschaltung einer Integrierstufe 15 mit einem weiteren Flankendiskriminator 16 zur Erzeugung eines Signals bei anliegenden positiven Signalflanken mit einer Klemme 17 verbunden, die an den Rücksetzeingang der

Kippstufe 14 angeschlossen ist Der Ausgang der Kippstufe 14 ist an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 12 angeschlossen. Der Ausgang des UND-Gatters 12 ist mit dem Steu^reingang eines elektrischen Schalters 18 einer elektronischen Zündanlage 19 verbunden. Die in Reihe zur Primärwicklung einer Zündspule 20 geschaltete Schaltstrecke des Transistors 18 ist zwischen Masse und eine Klemme 21 geschaltet, die mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist Der Verknüpfungspunkt zwischen der Primärwicklung der Zündspule 20 und dem Transistor 18 ist über die Sekundärwicklung dieser Zündspule und eine Funkenstrecke 22 ebenfalls an Masse angeschlossen. Die Funkenstrecke 22 ist bei Brennkraftmaschinen üblicherweise als Zündkerze ausgebildet Sind für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mehrere Zündkerzen vorzusehen, so kann in bekannter Weise ein Hochspannungsverteiler eingesetzt werden. Der Transistor 18 kan" in bekannter Weise als Darlington-Transistor ausgebildet und mit Treibervorstufen versehen sein.

F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Integrierstufe 15 und des nachgeschalteten Flankendiskriminators 16 zwischen den Klemmen 23 und 17. Dabei besteht die Integrierstufe aus der Reihenschaltung zweier Widerstände 30, 31, von denen der letzte zur Grenzdrehzahleinstellung verstellbar ausgebildet ist, mit einem Kondensator 32, dessen zweiter Anschluß an Masse liegt. Der Flankendiskriminator 16, der als Differenzierstufe ausgebildet ist, besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators 33 mit einer Diode 34 und einem Widerstand 35, die zwischen die Klemme

17 und den Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 30,31 geschaltet ist Weiterhin ist parallel zum Widerstand 31 eine Diode 36 geschaltet. Der Verknüpfungspunkt des Widerstands 31 mit dem Kondensator 32 ist über einen Widerstand 37 an dem Verknüpfungspunkt zwischen dem Kondensator 33 und der Diode 34 angeschlossen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in den F i g. I und 2 dargestellten Schaltung sollen im folgenden die in F i g. 3 dargestellten Signaldiagramme dienen. Die an der Klemme 10 anliegende Signalfolge A kann z. B. die Ausgangssignalfolge eines Zündungsgebers, z. B. eines Hall-Gebers, sein. Dabei soll während eines solchen Signals A der elektrische Schalter 18 im Primärstromkreis der Zündspule 20 zur Speicherung magnetischer Energie geschlossen sein, so daß am Signalende eines solchen Signals A ein Zündfunke erzeugt wird. Einem solchen Zündungsgeber kann in bekannter Weise eine Zündzeitpunkt-Verstellvorrichtung in mechanischer oder elektronischer Ausführung und/oder eine Schließwinkel-Steuervorrichtung für den elektrischen Schalter

18 nachgeschaltet sein. Die Klemme 10 ist in diesen Fällen sinngemäß mit diesen Einrichtungen zu verbinden, und zwar so, daß das entsprechende Steuersignal A für den elektrischen Schalter 18 an der Klemme 10 anliegt.

Durch die Frequenzuntersetzungsstufe 11 kann zur Erzeugung des dargestellten Signals B mit halber Frequenz eine bistabile Schaltstufe eingesetzt sein, so daß an der Klemme 12 dieses Signal B anliegt. Weitere Frequenzuntersetzungsverhältnisse einer solchen Frequenzuntersetzungsstufe sind im Rahmen der Erfindung wahlweise auswählbar. Während eines Signals B erfolgt ein Integrationsvorgang in der Integrierstufe 15, d. h. der Kondensator 32 wird über die Widerstände 30, 31 aufgeladen. Es ergibt sich ein Spannungsverlauf C, der an dem in F i g. 2 dargestellten Punkt auftritt Die Höhe der Aufladespannung ist von der Drehzahl abhängig. Die Kapazität des Kondensators 33 ist klein gegenüber der Kapazität des Kondensators 32 und beeinflußt dessen Aufladung nicht merklich. Daher folgt die Spannung C im wesentlichen der Spannung am Kondensator 32. Mit dem Signalende eines Signais B springt das Potential an der Klemme 12 um — Uc in negativer Richtung. Bis zu diesem Zeitpunkt hat sich der Kondensator 32 auf die positive Spannung Uk aufgeladen und auch der Kondensator 33 weist näherungsweise dieses Potential auf. Der Punkt, an dem die Signalfolge C auftritt, macht nicht den vollen Potentialsprung um Uc mit, sondern nur einen Sprung um Uc- Uk in negativer Richtung, da bei einem weiteren Absinken des Potentials unter diesen Wert die Diode 36 leitend wird und der Kondensator 32 sich über den Widerstand 30 entlädt Der Potentialsprung um Uc- Uk wird vom Kondensator 33 auf den Punkt übertragen, an dem die SignalfoJge C anliegt An diesem Punkt lag vor dem Potentialsprung die Spannung Uk an. Unmittelbar danach hat dann das Potential Uk — (Uc — Uk) = 2 Uk- Uc Dieses Potential muß negativ werden, damit über die Diode 34 und den Widerstand 35 ein Rücksetzsignal für das Flipflop 14 an der Klemme 17 erzeugt werden kann. Es wird dann negativ, wenn Uk < V2 i/cwird, also bei höheren Impulsfolgefrequenzen, wenn nur noch eine kleine Zeitspanne zum Aufladen des Kondensators 32 zur Verfügung steht. Somit entsteht ab einer ganz bestimmten Drehzahl an der Klemme 17 ein Signal mit ausreichender Amplitude, um das Flipflop 14 in den anderen stabilen Zustand zu setzen. Dieses Signal ist im Diagramm mit £ bezeichnet und tritt erst im zweiten und dritten dargestellten Zyklus auf, da während des ersten dargestellten Zyklus die Drehzahl noch zu gering ist.

Durch den Flankendiskriminator 13, der ebenfalls als Differenzierstufe ausgebildet sein kann, entsteht bei jeder Anstiegsflanke eines Signals Bein Signal ü. Durch dieses Signal D ist das Flipflop 14 unterhalb der Grenzdrehzahl ständig gesetzt, d. h. an seinem Ausgang liegt ständig ein Signal F an. Erst wenn bei überschreitender Grenzdrehzahl ein Signal E auftritt, wird durch dieses Signal £das Flipflop 14 zurückgesetzt, um beim nächsten Signal D wieder gesetzt zu werden. Diese Verhältnisse sind ebenfalls im zweiten und dritten Zyklus dargestellt. Unterhalb der Grenzdrehzahl, also bei ständig gesetzten Flipflop 14, gelangen die Signale A unverändert über das UND-Gatter 12 zum Transistor 18 und steuern entsprechend die Zündanlage 19. Ist die Grenzdrehzahl erreicht und wird dadurch das Flipflop 14 zurückgesetzt, so bleibt jedes zweite Signal A durch das UND-Gatter 12 gesperrt. Dies bedeutet, daß jeder zweite Zündimpuls ausfällt. Bei einem anderen Frequenzuntersetzungsverhältnis verändert sich die Reihenfolge der durchgelassenen, bzw. gesperrten Zündsignale A entsprechend dem Untersetzungsverhältnis.

Fig.4 zeigt ein Detailschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels, das im grundsätzlichen Aufbau dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Zwischen die Klemmen 23 und 24 ist nunmehr die Reihenschaltung eines Inverters 40 mit einer weiteren Drehzahl-Erkennungsstufe 41 bis 48 geschaltet, die im wesentlichen dei ersten Drehzahl-Erkennungsstufe 15, 16 entspricht, d. h. ebenfalls eine Integrierstufe mit einem nachgeschalteten Flankendiskriminator enthält. Dabei ist der Ausgang des Inverters 40 über die Reihenschaltung eines Kondensators 41 mit einer Diode 42 und einem zur

Grenzdrehzahleinstellung verstellbar ausgebildeten Widerstand 43 an Masse angeschlossen. Parallel zur Diode 42 und zum Widerstand 43 ist die weitere Reihenschaltung einer Diode 44 mit einem Widerstand 45 geschaltet. Die Dioden 42, 44 sind umgekehrt zueinander gepolt. Der Verknüpfungspunkt zwischen der Diode 42 und dem Widerstand 43 ist über einen Kondensator 46 an den Verknüpfungspunkt zwischen der Diode 44 und dem Widerstand 45 angeschlossen. Weiterhin ist der Verknüpfungspunkt zwischen der \o Diode 42 und dem Widerstand 43 über eine weitere Diode 47 und einem Widerstand 48 an die Klemme 24 angeschlossen. Dabei sind die Kathoden der beiden Dioden 42,47 miteinander verbunden.

Die Wirkungsweise des in Fig.4 dargestellten Detailschallbilds eines zweiten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig.5 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Die Signalfolgen A, B, Q E entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel für den Fall, daß die dort wirksame erste Drehzahlschwelle erreicht bzw. überschritten ist. Das Überschreiten der Drehzahlschwelle ist in der Signalfolge C dadurch dargestellt, daß der Schwellenwert Sl unterschritten wird. Bei jeder Unterschreitung wird, wie bereits beschrieben, im Flankendiskriminator ein Signal E erzeugt Durch den Inverter 40 arbeitet die Anordnung 41 bis 48 während einer Signalpause der Signalfolge B. Die Wirkungsweise der Integrierstufe ist umgekehrt, d. h. es wird nicht aufwärts, sondern abwärts integriert. Dies geschieht dadurch, daß am Signalende eines Signals B durch eine positive Flanke am Ausgang des Inverters 40 über den Kondensator 41, die Diode 42 und den Widerstand 45 der Kondensator 46 aufgeladen wird, so daß das Signal H einen positiven Spannungssprung macht Im folgenden wird der Kondensator 46 über den einstellbaren Widerstand 43 entladen. Am Signalbeginn eines neuen Signals B erscheint ein negativer Potentialsprung am Ausgang des Inverters 40. Über die Diode 44 wird dieser negative Potentialsprung auf den Kondensator 46 übertragen. Bei niedrigeren Drehzahlen ist die Entladung des Kondensators 46 zu diesem Zeitpunkt schon weit fortgeschritten, so daß durch diesen Potentialsprung eine Unterschreitung der Schwelle 52 erfolgt Dies ist in der dargestellten Signalfolge W für die ersten beiden Flanken dargestellt Bei höherer Drehzahl ist der Kondensator 46 zum Zeitpunkt des Potentialsprungs weniger entladen, so daß durch den Potentialsprung die Schwelle 52 nicht mehr unterschritten werden kann. Die negative Spannungsspitze wird über die Diode 47 und den Widerstand 48 auf die Klemme 24 übertragen, und setzt das Flipflop 14, sofern die Amplitude dieser negativen Späimungsspiize ausreicht. Dies soll dann der Fall sein, wenn die Schwelle S 2 unterschritten wird. Bei einer höheren Drehzahl, wie sie beim dritten Potentialsprung der Signalfolge H dargestellt ist, wird die Schwelle 52 nicht mehr unterschritten und das Flipflop 14 nicht gesetzt. Das UND-Gatter 12 ist für sämtliche Signale H nunmehr gesperrt. Erst bei Unterschreiten dieser höheren Drehzahlschwelle setzt jeder zweite Zündimpuls wieder ein und bei Unterschreiten der ersten Drehzahlschwelle wirkt sich wieder jedes Zündsignal aus. Durch dieses stufenförmige Ausschalten der Zündung ist eine weiche Drehzahlbegrenzung auch bei Brennkraftmaschinen mit höherer Leistung gewährleistet.

Statt die Zündanlage 19 durch die Drehzahlbegrenzungsvorrichtung über eine logische Schaltvorrichtung 12, im dargestellten Fall ein UND-Gatter, zu steuern, kann diese Zündanlage auch durch eine andere logische Schaltungsanordnung direkt gesperrt werden, indem das Basispotential des Transistors 18 oder eines entsprechenden Transistors auf ein niedriges Potential herabgezogen wird. Die Drehzahlbegrenzungsvorrichtung müßte in diesem Fall komplementäre Signale liefern, also nicht Signale, um den Transistor 18 stromleitend zu machen, sondern ihn zu sperren. Statt der Steuersignale C müßten in diesem Fall die gestrichelt dargestellten Signale erzeugt werden, da während diesen das Basispotential des Transistors 18 gesenkt werden müßte.

Eine andere Anordnung der Frequenzuntersetzungsstufe 11 ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich, da das Prinzip, die Unterdrückung von Zündimpulsen in regelmäßigen Abständen durch eine Frequenzuntersetzerstufe, auch durch eine andere Anordnung dieser Frequenzuntersetzerstufe 11 erreicht werden kann.

Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung die Kippstufe 14 für das erste Ausführungsbeispiel statt bistabil auch monostabil ausgebildet sein. Der Flankendiskriminator 13 kann in diesem Fall entfallen. Die Standzeit muß in einem solchen Fall so ausgebildet sein, daß sie einen oder eventuell auch mehrere Signale A umfaßt

Die in den Drehzahlstufen 15, 16 bzw. 41 bis 48 enthaltenen Zeitglieder können z.B. auch durch monostabile Kippstufen, Sparmonos und andere Ausführungsformen von Zeitgliedern ersetzt werden, ohne daß das Prinzip der Erfindung verändert würde. Ein Vergleich der Ausgangssignale solcher Zeitglieder mit den Signalen A bzw. B führt zu einer entsprechenden Drehzahlaussage bzw. Grenzdrehzahlerkennung. Eine entsprechende Logikverknüpfung müßte jeweils vorgesehen werden.

Sollen z. B. bei Brennkraftmaschinen hoher Leistung bei Erreichen der Grenzdrehzahl sämtliche Zündimpulse unterdrückt werden, so kann die Frequenzuntersetzungssiufe Jl entfallen. Je nach Wahl der r.achgeschalteten Stufen muß die Eingangssignalfolge A gegebenenfalls negiert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprache:

1. Drehzahlbegrenzungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Drehzahl-Erkennungsstufe, durch die bei Erreichen einer Grenzdrehzahl Signale erzeugbar sind zur Unterdrückung von Steuerimpulsen für die Zündanlage einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang einer ersten Drehzahl-Erkennungsstufe (15, 16) mit einer Torschaltung (12) verbunden ist, durch die in Abhängigkeit vom Ausgangssigna! der Schaltstufe (14) Zündimpulse ausblendbar sind, bei der außerdem eine weitere Drehzahl-Erkennungsstufe für eine weitere höhere Grenzdrehzahl vorgesehen ist, durch die bei Überschreitung dieser weiteren Grenzdrehzahl alle Zündimpulse unterdrückt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl-Erkennungsstufe (15,16) eine Frequenzuntersetzungsstufe (11) vorgeschaltet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzuntersetzungsstufe (11) eine bistabile Kippstufe vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehzahl-Erkennungsstufen auf eine bistabile Schaltstufe (14) einwirken, die bei Überschreitung der ersten Grenzdrehzahl in ihren zweiten stabilen Schaltzustand versetzt wird und bei Nicht-Erreichen der zweiten höheren Grenzdrehzahl jeweils wieder in ihren ersten stabilen Zustand rückgesetzt wird und daß die Eingänge der Drehzahl-Erkennungsstufen mit dem Ausgang der Frequenzuntersetzungsstufe (11) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Drehzahl-Erkennungsstufen aus einer Integrierstufe (15) mit einem nachgeschalteten Flankendiskriminator (16) besteht