DE3602292C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Geberanordnung zur Drehwin­ kelerkennung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Geberanordnungen werden heute in Brennkraftma­ schinen serienmäßig verwendet, um für Zündzeitpunkt­ steuerungen oder -regelungen ein Zylindersignal zu lie­ fern, das in fester Beziehung zu einer vorgegebenen Stellung, beispielsweise dem oberen Totpunkt eines Zylinders steht.

Üblicherweise werden derartige Signale durch eine am Verteiler vorgesehene Blende erzeugt, die Ausschnitte trägt, die mit Hilfe eines Hall-Elementes erfaßt werden. Selbstverständlich sind auch andere Geber-Elemente, wie Fotozellen, Reedrelais oder ähnliches möglich.

Derartige Geber-Anordnungen legen zwar die Stellung beispielsweise des oberen Totpunktes eines Zylinders fest, sie sind jedoch nicht in der Lage, zylinderselek­ tive Signale zu erzeugen. Dazu ist es notwendig, der nachfolgenden Logik in irgendeiner Form mitzuteilen, wann der Arbeitstakt einer 720° Kurbelwellenwinkel dauernden Arbeitsabfolge eines Motors beginnt.

Aus der DE-OS 32 20 896 ist eine gattungsgemäße Vorrich­ tung bekannt, die eine Sensoranordnung zum Erfassen von Winkeln, Drehzahlen, Wegen und dergleichen vorsieht, diese Anordnung kann ebenfalls im Rahmen einer Motor­ steuerung, insbesondere zum Steuern der Zündanlage eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Zur Erkennung ist ein Sensor vorgesehen, und eine Markierung am Geber defi­ niert die Zylindererkennung.

Die Zylindererkennung wird damit vorgenommen, daß das eine Signal, das dem Sensor zugeführt wird, für einen Referenzzylinder kürzer ist als die übrigen Signale.

Damit ist die Auswertung jedoch problematisch. Zum einen ist eine Zeitbasis notwendig, um die Zeitdauer der ein­ zelnen Signale zu messen und gegeneinander vergleichen zu können. Außerdem kann bei schnellen Drehzahländerun­ gen derzeit der Unterschied in der Aufeinanderfolge von Signalen so groß sein, daß die durch die unterschiedli­ che Markierungslänge vorgegebene zeitliche Signalände­ rung überlagert wird und damit Fehler in der Auswertung auftreten.

Weiterhin ist aus der DE-OS 30 17 972 eine Anordnung bekannt, bei der zwei Sensoren im Winkelabstand zueinan­ der eine sich drehende Scheibe im Rahmen einer Zündzeit­ punktfestlegung abtasten. Mit Hilfe der nachfolgenden Logik können diese Sensoren verschiedene Zeitpunkte für die Zündung festlegen. Eine Zylindererkennung ist aus diesem Stand der Technik nicht bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Geber-Anordnung vorzuschlagen, die zuverlässig die Er­ mittlung eines Referenzzylinders ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

Durch die erfindungsgemäße Lage der Markierungen zu­ einander wird sichergestellt, daß nur bei einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle in beiden Sensoren gleichzeitig ein Signal auftritt. Dieses gleichzeitige Auftreten von Signalen ist völlig unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, Fehler durch Drehzahländerungen können demgemäß nicht auftreten.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die einzelnen Vorteile dieser jeweiligen Ausführungsformen sind in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen detailliert dargestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher darge­ stellt. Es zeigt

Fig. 1 die Darstellung eines Gebers gemäß Stand der Tech­ nik in Aufsicht;

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht;

Fig. 3 die erfindungsgemäße Geberanordnung in Aufsicht;

Fig. 4 eine erste Auswerteschaltung zur Signalverarbeitung;

Fig. 5 eine Darstellung der in der Schaltung nach Fig. 4 auftretenden Signale;

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform der Auswerteschaltung;

Fig. 7 eine Darstellung der in der Schaltung nach Fig. 6 auftretenden Signale;

Fig. 8 eine dritte Ausführungsform der Auswerteschaltung; und

Fig. 9 die in der Auswerteschaltung nach Fig. 8 auftre­ tenden Signale.

In Fig. 1 ist eine Geberanordnung gemäß Stand der Technik in Auf­ sicht gezeigt. Ein Blendenrad 10 besitzt Markierungen 12, wobei die Anzahl der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht. Ein Sensor oder Geber 14 erfaßt während der Umdrehung des Blenden­ rades 10 das Vorbeilaufen der Markierung 12 und gibt während der Dauer des Vorbeilaufes ein Signal ab.

In Fig. 2 ist die Seitenansicht eines derartigen Aufbaus gezeigt, dabei ist der Sensor 14 als Hall-Element dargestellt, das Ausspa­ rungen 12 im Blendenrad 10 erfaßt.

Bei dieser Anordnung ist es nicht möglich, die Zuordnung zwischen der Markierung 12 und dem zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschi­ ne eindeutig festzustellen.

Zur Erfassung eines vorgegebenen Referenzzylinders ist der in Fig. 3 dargestellte Aufbau vorgesehen, bei dem eine der Markierungen sich von den anderen Markierungen unterscheidet, um dadurch ein Referenz­ signal zu erzeugen.

Erfindungsgemäß ist ebenfalls ein Blendenrad 10 vorgesehen, das Mar­ kierungen 12 trägt, wobei jede Markierung 12 einen Winkelbereich γ überdeckt und im Vorbeilauf in dem Sensor 14 ein Signal erzeugt, dessen Dauer sich dementsprechend aus der Umdrehungsgeschwindigkeit des Blendenrades 10 und der Winkel γ bestimmt.

Eine einem vorbestimmten Referenzzylinder zugeordnete Markierung 18 unterscheidet sich von den übrigen Markierungen 12 durch die Grö­ ße. Sie überdeckt einen Winkelbereich, der um einen Winkel α größer ist als der Winkel γ.

Weiterhin ist, um einen Winkel β zum Sensor 14 versetzt, ein zwei­ ter Sensor 16 vorgesehen, der im Aufbau identisch dem Sensor 14 ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, sind vorzugsweise die Markie­ rungen als Aussparungen in einem mit metallischen Blendenrad vorge­ sehen, während die Sensoren 14 und 16 als Hall-Elemente ausgeführt sind. Andere im Stand der Technik übliche Paarungen, wie Durchbrü­ che und Fotozellen, Lichtquellen und Fotozellen, bzw. Fototransi­ storen, Magneten und Readrelais oder ähnliches können selbstverständ­ lich ebenfalls Verwendung finden.

Jede der Markierungen 12 bzw. 18 erzeugt in dem Sensor 14 ein Signal S 1, und in dem Sensor 16 ein Signal S 2. Die Signale S 1 bzw. S 2 wer­ den in einer nachfolgenden Auswerteschaltung dazu bestimmt, das Re­ ferenzsignal, das immer nur bei dem Vorbeilauf der Markierung 18 auftreten soll, zu erzeugen.

Die zugehörigen Auswerteschaltungen sowie der Signalverlauf in den Auswerteschaltungen werden unter Bezugnahme auf die folgenden Fi­ guren beschrieben. Aus den Signalabläufen ergeben sich gleichzei­ tig die Anforderungen, die an die Größenordnungen der Winkel α, β und q zu stellen sind.

Fig. 4 zeigt eine erste einfache Auswertschaltung 38, in der das Signal S 1 vom Sensor 14 einem Eingang 20 und das Signal S 2 vom Sensor 16 einem Eingang 22 zugeführt wird. Das Signal 20 wird gleichzeitig am Ausgang 24 wieder abgegriffen und dient dort als Drehzahlsignal, beispielsweise, um Notlaufeigenschaften der Brennkraftmaschine ab­ leiten zu können. Da das Signal S 1 keine aktiven Bauelemente durch­ läuft, beeinträchtigt einen Ausfall der Auswerteschaltung 38 das Vor­ handensein des Notlaufsignales nicht.

Die Auswertschaltung 38 wird im wesentlichen gebildet durch ein Und- Gatter 28, das erfaßt, wann sowohl das Signal S 1 als auch das Signal S 2 anliegen, und in dieser Phase wird ein Referenzsignal am Ausgang 26 erzeugt.

Zum Verständnis der Schaltungen ist notwendig, darauf hinzuweisen, daß die Schaltungen in negativer Logik ausgelegt sind, so daß das Anliegen eines Signales durch den Zustand "low" repräsentiert wird.

Die in Fig. 5 abgeleiteten Signale beruhen auf einem Blendenrad 10, dessen Aussparung α einem Drehwinkel von 30° der Nockenwelle ent­ spricht und dessen Winkel β einen Winkel von 45° Nockenwelle ent­ spricht.

Das in Fig. 5a dargestellte Signal S 1 wird dem einen Eingang des NAND-Gatters 28 zugeführt, das in Fig. 5b dargestellte Signal S 2 ist identisch mit dem Signal S 1 in Fig. 5a im Hinblick auf seine Signalabfolge, jedoch phasenversetzt um den Winkel β. Die Abstim­ mungen der Winkel α, β und q ist so, daß nur bei Vorbeilauf der breiteren Markierung 18 an den Sensoren 14 und 16 beide Sensoren 14 und 16 gleichzeitig ein Signal abgreifen, wodurch am Ausgang des NAND-Gatters 28 ein Signal auftritt, was, nach erneuter Negierung, als Referenzsignal 26 am Ausgang abgreifbar ist und in Fig. 5c ent­ sprechend dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Auswerteschal­ tung 38, die verwendet wird, um den in Fig. 5c dargestellten Referenz­ doppelimpuls in einen eindeutigen Referenzimpuls umzusetzen.

Das Signal S 1 des Gebers 14 wird an den Eingang 20 der Schaltung gelegt, das Signal S 2 des Gebers 18 an den Eingang 22. Wie bei der Schaltung nach Fig. 4 liegt das Signal am Eingang 20 gleichzeitig am Ausgang 24 als Drehzahlsignal an.

Gleichzeitig wird das Signal vom Eingang 20 auf den Trigger-Eingang eines D-Flip-Flops 30 gesetzt, das jedesmal, wenn die rückwärtige Kante einer Markierung 12 bzw. 18 an dem Sensor 14 vorbeiläuft, ge­ triggert wird und damit der Q-Ausgang des D-Flip-Flops nur dann in den Zustand "high" schaltet, wenn zu der Zeit der positiven Trigger- Flanke der Dateneingang vorher den Zustand "low" hatte. Somit ent­ steht am Ausgang des Flip-Flops eine Impulsfolge, die nur einmal pro Umdrehung des Blendenradgebers 10 in den Zustand "high" übergeht, und zwar genau am Ende des Schlitzes C, wenn dessen rückwärtige Flanke den Sensor 14 passiert.

Das am Ausgang 24 abgegriffene Drehzahlsignal hat, da es die einfache Durchschaltung des Signales S 1 vom Geber 14 ist, unterschiedliche, von der Breite der Markierungen 12 bzw. 18 abhängige Breite und so­ mit ein ungleiches Tastverhältnis.

Fig. 8 zeigt eine andere Auswerteschaltung 38, bei der das Drehzahlsignal gleiches Tastverhältnis, wenn der Winkel β zwischen den beiden Senso­ ren 14 bzw. 16 gleich der Winkelbreite γ der Markierungen A, B, D gewählt wird, besitzt.

Wiederum ist ein Eingang 20 und ein Eingang 22 vorgesehen, dem die Signale S 1 und S 2 der Sensoren 14 und 16 zugeführt werden, das Re­ ferenzsignal wird am Ausgang der Schaltung 26 abgegriffen, das Dreh­ zahlsignal am Ausgang 24.

Es ist in der Schaltung ein D-Flip-Flop 36 vorgesehen, an dessen Re­ set-Eingang das Signal S 1 vom Eingang 20 gelegt wird. Der D-Eingang des Flip-Flops 36 erhält das negierte Signal S 1, und dem Clock-Ein­ gang des Flip-Flops 36 wird das Ausgangssignal eines NAND-Gatters 34 zugeführt, an dessen einen Eingang das am Gatter 32 abgegriffene negierte Signal S 1 anliegt und an dessen anderen Eingang das Signal S 2 anliegt. Der Ausgang dieses NAND-Gatters 34 liefert gleichzeitig am Ausgang 24 der Auswerteschaltung das gewünschte Drehzahlsignal n.

Die Funktion der Schaltung ist folgende: In Fig. 9a ist das Signal S 1 vom Sensor 14, in Fig. 9b ist das Signal S 2 vom Sensor 16 darge­ stellt. Fig. 9c zeigt das am Dateneingang des Flip-Flops 36 anstehen­ de Signal, das das negierte Signal von S 1, also ist. Da das Signal aus Fig. 9b und das Signal aus Fig. 9c dem NAND-Gatter 34 jeweils an den Eingängen zugeführt wird, ist das Signal in Fig. 9d das am Ausgang des NAND-Gatters 34 anstehende Signal, das als Drehzahlsi­ gnal verwendet werden kann, wobei das Taktverhältnis des Signales nach Fig. 9d konstant ist.

Zu den dargestellten Zeitpunkten t 1, t 2, t 5 und t 6 ist das inver­ tierte Signal S 1 "low", so daß das Flip-Flop 36 durch dieses Signal bei der Ansteuerung des Clock-Einganges nicht gesetzt wird.

Zum Zeitpunkt t 3 ist durch die Schlitzverbreiterung α das Signal "high", so daß Flip-Flop gesetzt wird und damit das Referenzsi­ gnal entsteht. Zum Zeitpunkt t 4 setzt die positive Flanke von S 1, die dem Reset-Eingang zugeführt wird, das Flip-Flop zurück.

Claims (9)

1. Geberanordnung zur Drehwinkelerkennung der Kurbel­ welle einer Brennkraftmaschine mit

• - einem mit halber Drehzahl der Kurbelwelle mitlau­ fenden Signalgeber,
• - dem Signalgeber zugeordneten, in ihrer Anzahl auf die Zylinderanzahl abgestimmten Markierungen, durch die während eines bestimmten Kurbelwellen­ winkelbereichs ein Signal erzeugbar ist,
• - einem ersten Sensor, der die Markierungen ab­ fragt,
• - einer Auswertschaltung, die während des Vorbei­ laufs der Markierungen an dem Sensor ein Signal erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine der Markierungen (18) als Referenzmarkierung einen Kurbelwellenwinkelbereich abdeckt, der um einen Winkel ( α ) größer als einer der Winkelbe­ reiche ( γ ) der restlichen Markierungen (A, B, D) ist,
• - daß ein zweiter Sensor (16) vorgesehen ist, der in einem definierten Winkelabstand ( β ) hinsicht­ lich des Drehwinkels des Signalgebers (10) zu dem ersten Sensor (14) angeordnet ist, wobei das Signal des zweiten Sensors (16) ebenfalls der Auswertschaltung (38) zugeführt wird,
• - daß der Winkelabstand ( β ) zwischen den Sensoren (14, 16) kleiner ist als der Winkelbereich ( α + γ ) der Referenzmarkierung (18) und kleiner ist als der Winkelabstand zwischen zwei restlichen Mar­ kierungen (12) abzüglich des Winkels ( γ ) einer Zylindermarkierung, und
• - die Auswertschaltung (38) einen ersten Ausgang (26) aufweist, auf dem bei einer durch die Refe­ renzmarkierung (18) vorbestimmten Winkelstellung innerhalb eines 720° Arbeitstaktes der Kurbelwel­ le ein Referenzsignal abgegeben wird, und einem zweiten Ausgang (24), der Signale im Abstand der Zylinderabfolge liefert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung (38) ein Referenzsignal abgibt, wenn jeder der beiden Sensoren (14, 16) ein Signal erzeugt.

3. Geberanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswertschaltung (38) als Gatter (28) ausgebildet ist, dessen Eingängen (20, 22) die Si­ gnale der Sensoren (14, 16) zugeführt werden, und an dessen Ausgang (26) das Referenzsignal abgegriffen wird.

4. Geberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswertschaltung (38) ein Referenzsi­ gnal abgibt, wenn das Signal des ersten Sensors (14) am einen Eingang (20) anliegt und das Signal des zweiten Sensors (16) am andere Eingang (22) einen vorbestimmten logischen Wert besitzt.

5. Geberanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Signaldauer des Referenzsignales einer Periode der Signalfolge vom ersten Sensor (14) entspricht.

6. Geberanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswertschaltung (38) ein Flip-Flop (30) aufweist, auf dessen Dateneingang (22) das Signal des zweiten Sensors (16) und auf dessen Eingang (20) das Signal des ersten Sensors (14) gelegt wird, und an dessen Ausgang (26) das Referenzsignal abgegriffen wird.

7. Geberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswertschaltung (38) ein Referenzsi­ gnal abgibt, wenn das Signal des ersten Sensors (14) einen vorbestimmten logischen Wert aufweist, wobei die rückwärtige Flanke des Signals vom zweiten Sen­ sor (16) die Auswertschaltung (38) zur Abgabe eines Referenzsignales triggert.

8. Geberanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein NAND-Gatter (34), dessen Eingängen das negierte Signal des ersten Sensors (14) und das Signal des zweiten Sensors (16) zugeführt werden und dessen Ausgang mit dem Trigger-Eingang eines D-Flip-Flops (36) verbunden ist, an dessen D-Eingang das inver­ tierte Signal des ersten Sensors (14) angelegt wird und von dessen Q-Ausgang das Referenzsignal (26) abge­ nommen wird.