DE1224068B

DE1224068B - Circuit arrangement for measuring the speed of an Otto engine from the frequency of a signal alternating voltage supplied by the ignition device of the Otto engine

Info

Publication number: DE1224068B
Application number: DEH54029A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Kolz; Dipl-Ing Dr Rudi Giersiepen
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1964-10-14
Filing date: 1964-10-14
Publication date: 1966-09-01

Description

Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Otto-Motors aus der Frequenz einer von deI Zündeinrichtung des Otto-Motors gelieferten Signalwechselspannung Die Erfindung erstrebt die Verbesserung einer an sich bekannten Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Otto-Motors aus der Frequenz einer von der Zündeinrichtung des Otto-Motors gelieferten Signalwechselspannung mit einem aus der Batterie der Zündeinrichtung gespeisten, durch die Signalwechselspannung gesteuerten Schalttransistor, der mittels einer parallel zu seinem Ausgang liegenden Zenerdiode eine in ihrer Amplitude stabilisierte Rechteckspannung gleicher Frequenz wie die Signalwechselspannung einem Kondensator zuführt, dessen Stromaufnahme ein Maß für die Motordrehzahl ist. A b b. 1 zeigt das Schema einer derartigen Schaltungsanordnung.Circuit arrangement for measuring the speed of an Otto engine the frequency of an alternating signal voltage supplied by the ignition device of the Otto engine The invention seeks to improve a circuit arrangement known per se for measuring the speed of an Otto engine from the frequency of one of the ignition devices The alternating signal voltage supplied by the Otto engine with one from the battery of the Ignition device fed, switching transistor controlled by the alternating signal voltage, which by means of a Zener diode lying parallel to its output one in its Amplitude stabilized square wave voltage of the same frequency as the signal alternating voltage feeds a capacitor, the current consumption of which is a measure of the engine speed. A b b. 1 shows the scheme of such a circuit arrangement.

Die den Eingangsklemmen 1 der Meßschaltung zugeführte, von der Zündeinrichtung des Otto-Motors gelieferte Signalwechselspannung liegt über ein Filter 2 am Eingang eines Schalttransistors 3, der in dem dargestellten Fall ein pnp-Transistor in Emitterschaltung ist. Parallel zum Ausgang des Schalttransistors liegt die Zenerdiode 4. Gespeist werden der Schalttransistor 3 und die Zenerdiode 4 aus der Batterie 5 der Zündeinrichtung über einen Vorwiderstand 6, welcher den die Größe der -konstanten Zenerspannung übersteigenden Teil der Batteriespannung und deren Schwankungen übernimmt. Unter der Einwirkung einer Signalwechselspannung ausreichender Größe liefert der Schalttransistor an seinem Ausgang eine Reckteckspannung gleicher Frequenz wie die Signalwechselspannung. Die über die Zenerdiode in ihrer Amplitude stabilisierte Rechteckspannung speist den Kondensator 7 und über einen Gleichrichter 8 ein Drehspulgerät 9. Der arithmetische Mittelwert des gleichgerichteten Kondensatorstromes ist proportional der Amplitude und der Frequenz der Rechteckspannung und der Kapazität des Kondensators. Bei gegebener Kapazität und gegebener Amplitude der Rechteckspannung zeigt also das Drehspulgerät 9 mit Gleichrichter 8 die Frequenz der Schwingung und somit die Drehzahl des Otto-Motors an. The input terminals 1 of the measuring circuit supplied by the ignition device The alternating signal voltage supplied by the Otto engine is applied to the input via a filter 2 a switching transistor 3, which in the illustrated case is a pnp transistor in an emitter circuit is. The Zener diode 4 is fed in parallel to the output of the switching transistor the switching transistor 3 and the Zener diode 4 from the battery 5 of the ignition device Via a series resistor 6, which is the size of the constant Zener voltage excess part of the battery voltage and its fluctuations takes over. Under the effect of an alternating signal voltage of sufficient magnitude is provided by the switching transistor at its output a rectangular voltage of the same frequency as the signal alternating voltage. The square-wave voltage, whose amplitude is stabilized by the Zener diode, is fed the capacitor 7 and via a rectifier 8 a moving coil device 9. The arithmetic The mean value of the rectified capacitor current is proportional to the amplitude and the frequency of the square wave voltage and the capacitance of the capacitor. Given The moving coil device shows the capacity and the given amplitude of the square wave voltage 9 with rectifier 8 the frequency of the oscillation and thus the speed of the Otto engine at.

Derartige Anordnungen werden häufig zur Anzeige der Motordrehzahl in Fahrzeugen verwendet, wobei zur Energieversorgung des Meßkreises die Fahrzeugbatterie verwendet wird. Die Spannung dieser Batterie ist nicht konstant, deshalb muß der Stabilisierung der Amplitude der Rechteckspannung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Die Lösung dieser Aufgabe wird besonders schwierig, wenn die Fahrzeugbatterie eine Nennspannung von nur 6 Volt hat, denn bekanntlich arbeiten StabilisierungsschaltunP;en mit Zenerdioden um so besser, je größer die über dem zugehörigen Vorwiderstand abfallende Spannung im Vergleich zur Zenerspannung ist. Auch ist es bekannt, daß der für die Stabilisierung ferner maßgebende und möglichst klein geforderte dynamische Widerstand von Zenerdioden bei Zenerspannungen unterhalb von 6 Volt stark ansteigt, so daß eine ausreichende Stabilisierung der Rechteckspannung in der Schaltung nach A b b. 1 bei Verwendung einer 6-Volt-Batterie, deren Spannung zwischen 5 und 7 Volt schwankt, nicht möglich war, wenn man auf aufwendige Schaltungen mit Transformatoren zur Erhöhung - der Spannung aus Kostengründen verzichten mußte. Diese Zusammenhänge sind an Hand der Ab b. 2 näher erläutert. Such arrangements are often used to display the engine speed Used in vehicles, the vehicle battery being used to supply power to the measuring circuit is used. The voltage of this battery is not constant, so the Particular attention is paid to stabilizing the amplitude of the square wave voltage will. The solution to this problem becomes particularly difficult when the vehicle battery has a nominal voltage of only 6 volts, because stabilization circuits are known to work with Zener diodes the better ever greater than the one falling across the associated series resistor Tension is compared to the zener tension. It is also known that the Stabilization is also a decisive dynamic resistance that is required to be as small as possible of Zener diodes increases sharply at Zener voltages below 6 volts, so that a sufficient stabilization of the square wave voltage in the circuit according to A b b. 1 when using a 6 volt battery with a voltage between 5 and 7 volts fluctuates, was not possible when looking at elaborate circuits with transformers to increase - the voltage had to do without for reasons of cost. These connections are on the basis of Fig b. 2 explained in more detail.

Diese Abbildung zeigt das Ersatzschaltbild der Zenerdiode, bestehend aus der Ersatzspannungsquelle mit der Spannung Uz und ihrem dynamischen Widerstand RDyn im Querzweig, und den Vorwiderstand Rv im Längszweig der dort dargestellten Stabilisierungsschaltung. Am Eingang liegt die schwankende Batteriespannung UB und am Ausgang die stabilisierte Spannung Us. Us ist um so weniger abhängig von UB, je kleiner das Verhältnis RDyn : ist. Das Minimum von Ru,,, in Abhängigkeit von Uz liegt bei Uz 6 Volt. RDyn steigt unterhalb Uz= = 6 Volt stark an. Bei gegebenem Arbeitsstrom Iz der Zenerdiode ist Rv durch die Beziehung UB - UZ Rv = Iz gegeben und damit das Verhältnis der Schwankungen von Batteriespannung UB und Ausgangsspannung Us. Erfahrungsgemäß genügt es, die Spannung Um etwa doppelt so groß oder größer zu machen wie Uz.This figure shows the equivalent circuit diagram of the Zener diode, consisting of from the equivalent voltage source with the voltage Uz and its dynamic resistance RDyn in the shunt branch, and the series resistor Rv in the series branch of the one shown there Stabilization circuit. The fluctuating battery voltage UB and is at the input the stabilized voltage Us at the output. Us is the less dependent on UB, the smaller the ratio RDyn: is. The minimum of Ru ,,, depending on Uz is Uz 6 volts. RDyn rises sharply below Uz = = 6 volts. Given Working current Iz of the Zener diode, Rv is given by the relationship UB - UZ Rv = Iz and thus the ratio of the fluctuations in battery voltage UB and output voltage Us. Experience has shown that it is sufficient for the voltage Um to be about twice as large or greater to do like Uz.

Man hat auch bereits bei Schaltungsanordnungen der als bekannt vorausgesetzten Art für den Fall, daß die Batteriespannung 6 Volt beträgt und demzufolge Zenerdioden von erheblich kleinerer Zenerspannung, jedoch entsprechend großem dynamischem Innenwiderstand verwendet werden müssen, zur Verminderung des Einflusses von Spannungsveränderungen, die normalerweise im 6-Volt-Betneb auftreten können, zusätzliche Schaltungsorgane, wie Dioden und ohmsche Widerstände, vorgesehen. The circuit arrangements assumed to be known are also used Kind for the case that the battery voltage is 6 volts and therefore Zener diodes of significantly lower Zener voltage, but correspondingly high dynamic internal resistance must be used to reduce the influence of voltage changes, which can normally occur in 6-volt operation, additional circuit elements, such as diodes and ohmic resistors.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung darauf, bei einer Schaltungsanordnung mit geich hoher Batteriespannung durch Anwendung von Mitteln, die vom Bekannten völlig abweichen, den Einbau von 6-Volt-Zenerdioden mit entsprechend geringem Innenwiderstand zu ermöglichen.In contrast, the invention relates to a circuit arrangement with the same high battery voltage by using means that are familiar completely deviate, the installation of 6-volt Zener diodes with correspondingly low internal resistance to enable.

Den vorher geschilderten Schwierigkeiten läßt sich dadurch. abhelfen, daß erfindungsgemäß bei Verwendung einer 6-Volt-Zenerdiode und einer Batterie mit einer Nennspannung von etwa 6 Volt an Stelle eines der Zenerdiode zugeordneten Vorwiderstandes außerhalb des eigentlichen Meßkreises, und zwar in Reihe mit der Zenerdiode und der Batterie, ein aus Gleichrichtern, Widerständen und einem Speicherkondensator gebildetes - Netzwerk vorgesehen ist, welches bei der jeweiligen Steuerung des Schalttransistors in den leitenden Zustand, in welchem die Zenerdiode überbrückt ist, eine Spannung von etwa gleicher Höhe wie die Batteriespannung über die Gleichrichter am Speicherkondensator des Netzwerks erzeugt, bei der jeweiligen Steuerung des Schalttransistors in den nichtleitenden Zustand hingegen, in welchem die Überbrückung der Zenerdiode aufgehoben ist und die Gleichrichter gesperrt sind, die Spannung des Speicherkondensators zur Batteriespannung addiert und die aus beiden Spannungen gebildete Summenspannung an eine Reihenschaltung der Zenerdiode und der nun stromdurchflossenen ohmschen Glieder des Netzwerks anlegt, wobei diese ohmschen Glieder des Netzwerks als Vorwiderstände für die Zenerdiode wirksam sind und die Summenspannung eine solche Größe erhält, daß 6-Volt-Zenerdioden mit kleinem dynamischem Widerstand verwendbar sind. The difficulties outlined above can thereby be avoided. help, that according to the invention when using a 6-volt Zener diode and a battery with a nominal voltage of about 6 volts instead of a series resistor assigned to the Zener diode outside the actual measuring circuit, in series with the Zener diode and the battery, one of rectifiers, resistors and a storage capacitor formed - network is provided, which in the respective control of the switching transistor in the conductive state in which the Zener diode is bridged, a voltage of about the same level as the battery voltage via the rectifier on the storage capacitor of the network generated in the respective control of the switching transistor in the non-conductive state, however, in which the bridging of the Zener diode is canceled and the rectifiers are blocked, the voltage of the storage capacitor to Battery voltage added and the total voltage formed from the two voltages to a series connection of the Zener diode and the ohmic one through which current flows Members of the network applies, these ohmic members of the network as series resistors are effective for the Zener diode and the total voltage is of such a size, that 6-volt Zener diodes with low dynamic resistance can be used.

A b b. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. An Stelle des Vorwiderstandes 6 der A b b. 1 tritt erfindungsgemäß das zwischen der Zenerdiode 4 und der Batterie 5 eingefügte, durch strichpunktierte Umrahmung kenntlich gemachte Netzwerk 10, welches aus Dioden 11, Widerständen 12, einem Speicherkondensator 13 und einem Strombegrenzungswiderstand 14 besteht. Diese Schaltungsorgane sind zu einer Brückenanordnung zusammengeschaltet wobei in zwei einander gegenüberliegenden Brückenzweigen je eine Diode 11 und in den beiden anderen einander gegenüberliegenden Brückenzweigen je ein Widerstand 12 liegt. Die eine Brückendiagonale enthält den Speicherkondensator 13. In Reihe mit einer der beiden Dioden liegt der Strombegrenzungswiderstand 14. Die andere Diagonale der Brückenanordnung liegt zwischen dem Kollektor des Schalttransistors 3 und dem negativen Pol der Batterie 5. Die Nennspannung dieser Batterie betrage 6 Volt. Ihre Klemmenspannung möge zwischen 5 und 7 Volt schwanken Die Betriebsspannung der Zenerdiode betrage 6 Volt. A b b. 3 shows an embodiment of the invention. Instead of Series resistor 6 of A b b. 1 occurs according to the invention between the Zener diode 4 and the battery 5 inserted, indicated by a dash-dotted frame Network 10, which consists of diodes 11, resistors 12, and a storage capacitor 13 and a current limiting resistor 14 is made. These circuit elements are closed a bridge arrangement interconnected with two opposite one another Bridge branches each have a diode 11 and in the other two opposite one another Bridge branches each have a resistor 12. One diagonal of the bridge contains the Storage capacitor 13. The current limiting resistor is in series with one of the two diodes 14. The other diagonal of the bridge arrangement lies between the collector of the switching transistor 3 and the negative pole of the battery 5. The nominal voltage of this battery is 6 volts. Your terminal voltage may fluctuate between 5 and 7 volts. The operating voltage the zener diode is 6 volts.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende: Nimmt man zunächst an, daß der Schalttransistor durch eine negative Spannung an Basis und Emitter zwischen Emitter und Kollektor leitend geworden ist, dann ist die Zenerdiode 4 überbrückt, also unwirksam. Als Folge davon fließt von der Batterie 5 ein Strom über die Strecke Emitter-Kollektor des Schalttransistors, die beiden Dioden 11, den Widerstand 14 und den Speicherkondensator 13. Auf diese Weise wird der Kondensator auf eine Spannung aufgeladen, die etwa gleich groß ist wie die Spannung der Batterie 5. Der Kondensator 13 speichert seine Ladung. Wird der Transistor gesperrt, dann sperren auch die beiden Dioden 11, und der Kondensator 13 liegt über die beiden Widerstände 12 in Reihe mit der Batterie 5. Es addieren sich nunmehr die Spannung der Batterie und diejenige des Kondensators. The mode of operation of this circuit arrangement is as follows: Taking initially to the fact that the switching transistor by a negative voltage on the base and Emitter has become conductive between emitter and collector, then the Zener diode is 4 bridged, so ineffective. As a result, a current flows from the battery 5 Via the emitter-collector section of the switching transistor, the two diodes 11, the resistor 14 and the storage capacitor 13. In this way, the capacitor charged to a voltage that is about the same as the voltage of the battery 5. The capacitor 13 stores its charge. If the transistor is blocked, then also block the two diodes 11, and the capacitor 13 is across the two Resistors 12 in series with the battery 5. The voltage is now added the battery and that of the capacitor.

Dieser entlädt sich über die Zenerdiode 4 und die Widerstände 12, wobei diese Widerstände als Vorwiderstände für die Zenerdiode wirken. Bei jeweils gesperrtem Transistor- wird also die Speisespannung verdoppelt. Die Widerstände 12 nehmen dabei den Unterschied zwischen der verdoppelten Speisespannung und der Spannung an der Zenerdiode auf. Die dabei an den einzelnen Schaltungselementen jeweils auftretenden Spannungen sind in A b b. 3 nach Betrag und Richtung eingezeichnet. Bei Schwankungen der Batteriespannung zwischen 5 und 7 Volt fallen also bei einer konstanten Spannung von 6 Volt an der Zenerdiode über den Widerständen 12 Spannungen zwischen 4 und 8 Volt ab. Die Zenerdiode kann nun noch gut stabilisieren, auch wenn ihre Zenerspannung gleich oder geringfügig größer ist als die Batteriespannung. Die vorbeschriebene Schaltungsanordnung stellt somit eine spezielle Spannungsverdopplerschaltung dar, die vom gleichen Transistor gesteuert wird, der auch die Rechteckspannung für den Meßkreis erzeugt.This discharges through the Zener diode 4 and the resistors 12, these resistors act as series resistors for the Zener diode. At each Blocked transistor - so the supply voltage is doubled. The resistances 12 take the difference between the doubled supply voltage and the Voltage on the Zener diode. The in each case on the individual circuit elements Occurring tensions are in A b b. 3 plotted according to amount and direction. If the battery voltage fluctuates between 5 and 7 volts, a constant voltage of 6 volts at the zener diode across the resistors 12 voltages between 4 and 8 volts. The Zener diode can now stabilize well, even if their zener voltage is equal to or slightly higher than the battery voltage. The circuit arrangement described above thus constitutes a special voltage doubler circuit which is controlled by the same transistor that is responsible for the square wave voltage for generated the measuring circle.

Legt man also an den Eingang der Schaltungsanordnung die von der Zündeinrichtung des Otto-Motors gelieferte Signalwechselspannung und ist die Fahrzeugbatterie die im Schaltbild vorgesehene Spannungsquelle, so ist es möglich, das Drehspulinstrument in Drehzahlen des Motors zu eichen. Die Anzeige ist bei geeigneter Auslegung unter Verwendung von 6-Volt-Zenerdioden ohne nennenswerten Spannungseinfluß, selbst wenn bei nicht gut geladener Batterie deren Spannung kleiner als 6 Volt ist. So if you put that of the at the input of the circuit arrangement Ignition device of the Otto engine supplied signal alternating voltage and is the vehicle battery the voltage source provided in the circuit diagram, it is possible to use the moving-coil instrument to be calibrated in engine speed. With a suitable layout, the display is below Use of 6 volt Zener diodes without any significant voltage influence, even if if the battery is not well charged and the voltage is less than 6 volts.

Der Strombegrenzungswiderstand 14 kann auch, ohne an der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wesentliches zu ändern, vor oder hinter dem Netzwerk vorgesehen sein. The current limiting resistor 14 can also, without affecting the mode of operation to change the circuit arrangement essential, provided in front of or behind the network be.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for measuring the speed of an Otto engine from the frequency of one of the ignition device of the Otto engine signal alternating voltage supplied with one from the battery of the ignition device powered switching transistor controlled by the alternating signal voltage, which by means of a Zener diode lying parallel to its output, a stabilized in its amplitude Square-wave voltage of the same frequency as the alternating signal voltage of a capacitor supplies whose power consumption is a measure of the engine speed, d a - indicated by gekena, that when using a 6-volt zener diode and a battery with a nominal voltage of about 6 volts instead of a series resistor assigned to the Zener diode in series with the zener diode and the battery one from rectifiers, resistors and a storage capacitor formed network is provided, which in the respective control of the switching transistor in the conductive state in which the Zener diode is bridged, a voltage of about the same level as the battery voltage Generated via the rectifier on the storage capacitor in the respective control of the switching transistor in the non-conductive state, however, in which the bridging the zener diode is canceled and the rectifiers are blocked, the voltage of the storage capacitor is added to the battery voltage and the two voltages total voltage formed to a series connection of the Zener diode and the now current-carrying ohmic elements of the network applies, these ohmic elements of the network are effective as series resistors for the Zener diode and the total voltage is such Size makes 6 volt Zener diodes usable with small dynamic resistance are.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the network as of the battery-powered bridge arrangement is formed which rectifier in two opposite bridge branches and rectifier in both other opposing bridge branches as operational series resistors ohmic resistances measured for the Zener diode and in which these bridge branches connecting diagonal contains a storage capacitor, which when conducting Transistor charged via the two rectifiers from the battery and when blocked Transistor adding its voltage to the battery voltage via the series connection the Zener diode and the ohmic resistances of the network is discharged.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a current-limiting resistor in the bridge branches containing the rectifier is provided.

4. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a current-limiting resistor in the supply circuit of the switching transistor in front of or behind the bridge circuit is provided.

Documents considered: British Patent No. 869 365.