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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelstellung
einer Motorwelle, insbesondere einer Nockenwelle, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Verfahren zur Erfassung einer Winkelstellung
einer Motorwelle gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 5.
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Aus
der
DE 100 48 169
a4 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Winkelstellung
einer Nockenwelle bekannt. Diese umfasst ein mit der Nockenwelle
mechanisch gekoppeltes Geberrad. Das als Zahnrad ausgebildete Geberrad
umfasst unterschiedliche Markierungen in Form von Zahnlücken zwischen
den Zähnen
des Zahnrads. Um die Bestimmung des absoluten Drehwinkels oder der
Phasenlage der Nockenwelle zu ermöglichen, sind mindestens zwei Zahnlücken vorgesehen.
Die Zahl der Zähne
zwischen den Zahnlücken
ist unterschiedlich groß.
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Auch
aus der
DE 10
2005 016 599 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der
Winkelstellung einer Nockenwelle bekannt. Diese Vorrichtung umfasst
ein Geberrad, welches in mindestens zwei Winkelbereiche unterteilt
ist. Die Winkelbereiche sind durch ein einem jeweiligen Winkelbereich
zugeordnetes Unterscheidungsmerkmal gekennzeichnet. Als Unterscheidungsmerkmale
können
die Zahnbreite eines Zahnrades, ein optischer Code oder eine vorgegebene
Magnetisierung dienen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine
Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelstellung einer Motorwelle
anzugeben, welche auf kostengünstige
Weise eine einfache und zuverlässige
Erfassung der Winkelstellung einer Motorwelle, insbesondere einer
Nockenwelle, ermöglicht.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erfassung
einer Winkelstellung einer Motorwelle mittels einer entsprechenden
Vorrichtung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Bei
einer Vorrichtung zur Erfassung der Winkelstellung einer Motorwelle
wird auf der Motorwelle ein segmentierter Ring mit mindestens zwei
flächigen Segmenten
angeordnet. Die Segmentierung kann von einem Sensor erfasst und
zur Ermittlung der Winkelstellung der Welle herangezogen werden.
Ein derartiger segmentierter Ring kann besonders einfach auf der
Motorwelle angeordnet werden und benötigt zudem nur sehr geringen
Bauraum. Bei der Motorwelle handelt es sich insbesondere um eine
Nockenwelle.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist ebenfalls zur Erfassung einer Drehrichtung und zur Erfassung
einer Drehbeschleunigung vorteilhaft geeignet.
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Bevorzugt
besteht der Ring aus metallischem oder magnetischem Material. Insbesondere wird
der segmentierte Ring durch ein Lochblech gebildet. Die Erfassung
der Winkelstellung der Motorwelle kann z. B. induktiv mit einer
Spule oder mit einem aktiv bestromten Hall-Sensor erfolgen. Ein
Vorteil der Erfassung mittels eines Hall-Sensors ist dessen größere Störungsunanfälligkeit.
Zur Erhöhung der
Winkelauflösung,
der Erfassungsgenauigkeit und der Erfassungsgeschwindigkeit sowie
zur Verbesserung der Drehrichtungserkennung können zwei, drei oder mehrere
Sensoren verwendet werden.
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Zudem
kann die Anzahl der Segmente des segmentierten Ringes erhöht werden.
Beispielsweise kann ein Lochblech mit mehr als zwei Löchern, beispielsweise
mit zwanzig Löchern,
verwendet werden. Zur Erfassung der gewünschten Winkelgröße ist es auch
möglich
ein alternatives Messverfahren, wie beispielsweise ein Impulsmessverfahren
in Form einer Laserabtastung, zu verwenden.
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In
einer Ausgestaltung der Vorrichtung wird der segmentierte Ring auf
die Nockenwelle rollgeprägt.
Durch ein Verpressen nach einem Rollumlaufbiegen eines Lochbleches
auf eine Motorwelle ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders einfach und
kostengünstig
herstellbar. Zur Rollprägung
wird beispielsweise eine Rollwalze mit fest einstellbarer Rollkraft
verwendet.
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Alternativ
ist auch ein Anschweißen,
ein Verkleben oder eine sonstige Verbindung zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
geeignet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der segmentierte
Ring mindestens zwei Segmente unterschiedlicher Größe auf.
Alternativ oder ergänzend
sind die Segmente des segmentierten Ringes auf die Ringumlauffläche in unterschiedlichen
Winkelabständen
angeordnet.
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Bei
einem Verfahren zur Verfahren zur Erfassung einer Winkelstellung
einer Motorwelle mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einem
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wird eine Winkelstellung
der Nockenwelle mittels der Segmente des Rings induktiv erfasst.
Die erfasste Winkelstellung wird insbesondere zur Motorsteuerung
herangezogen. Hierdurch wird eine einfache und zuverlässige Erfassung
der Winkelstellung und somit eine einfache und zuverlässige Steuerung des
Motors bzw. eine einfache und zuverlässige Vorgabe oder Regelung
von Verbrennungsparametern ermöglicht.
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Insbesondere
wird unter Heranziehen der erfassten Winkelstellung der Nockenwelle
eine Zylinderabschaltung, ein Einspritzverhalten, eine Ventilsteuerung,
ein Aufladeverhalten oder eine Luftzufuhr für den Verbrennungsmotor gesteuert.
Beispielsweise wird beim Einspritzverhalten ein Einspritzzeitpunkt,
eine Einspritzmenge, eine Einspritzdauer oder die Einspritzcharakteristik
gesteuert.
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Zusätzlich zur
Winkelstellung kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die Winkelbeschleunigung
oder die Drehrichtung erfasst werden. Die Winkelbeschleunigung oder
die Drehrichtung wird ebenfalls vorteilhaft zur Motorsteuerung herangezogen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich zu der erfassten Winkelstellung
der Nockenwelle eine Winkelstellung einer Kurbelwelle erfasst. Dies
ermöglicht
einen Vergleich von Kurbelwellen- und Nockenwellenposition, d. h.
einen Vergleich der Winkelstellungen der Wellen. Ebenso wird auch
ein Vergleich der Winkelbeschleunigungen der Wellen ermöglicht.
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Insbesondere
erfolgt eine Bestimmung der Differenz zwischen Nockenwellen- und
Kurbelwellenwinkel. Diese Bestimmung des Differenzwinkels erfolgt
beispielsweise als Momentanwert, als Funktion des Differenzwinkels über die
Zeit oder als Durchschnittswert des Differenzwinkels. Hiermit lässt sich eine
noch genauere Steuerung des Motors, eine schnellere Erfassung von
Motorparametern und eine höhere
Güte der
Verbrennungsbewertung erreichen.
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Die
Erfindung wird in vorteilhafter Weise eingesetzt zur Verbrauchsreduktion
von Verbrennungsmotoren, beispielsweise zur gesteuerten Zylinderabschaltung
bei einem Verbrennungsmotor.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigt
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die 1 eine
Seitenansicht eines segmentierten Ringes,
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die 2 eine
Draufsicht auf ein Lochblech zur Herstellung eines segmentierten
Ringes.
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Die 1 zeigt
eine Seitenansicht eines segmentierten Ringes (1) zur Anordnung
auf einer Motorwelle, insbesondere auf einer Nockenwelle. Der nicht
geschlossene, segmentierte Ring (1) umfasst drei Ringsegmente
S1, S2 und S3. Diese Ringsegmente sind durch Winkelabschnitte
voneinander getrennt angeordnet. Die die Segmente trennenden Winkelabschnitte
sind von unterschiedlicher Größe, können jedoch
auch identisch gewählt
werden. Ebenso sind die Segmente S1 und
S3 bzw. S2 und S3 von unterschiedlicher Winkelgröße. Es ist
möglich, einige
der Segmente oder sämtliche
Segmente in unterschiedlicher Winkelgröße oder einige der Segmente
oder sämtliche
Segmente in gleicher Winkelgröße auszugestalten.
Vorteilhaft bei der Verwendung unterschiedlicher Winkelgrößen ist
eine einfache Erfassbarkeit der Drehrichtung und eine einfachere
Erfassbarkeit der Winkelstellung der Motorwelle. Anstelle eines
Rings (1) mit drei Winkelsegmenten S1,
S2 und S3 kann auch
ein Ring (1) mit nur zwei Winkelsegmenten oder eine Ring
(1) mit mehr als drei Winkelsegmenten ausgestaltet werden.
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Die 2 zeigt
eine Draufsicht auf ein Lochblech (2) zur Herstellung eines
erfindungsgemäßen Ringes
(1). Der Ring (1) kann beispielsweise durch Rollprägen des
Lochbleches (2) auf eine Motorwelle hergestellt und mit
der Motorwelle verbunden werden. Ergänzend oder alternativ ist eine
Klebung oder Schweißung
des Rings (1) auf der Motorwelle möglich. Das Lochblech (2)
weist eine Segmentierung in wiederum drei Winkelsegmente S1, S2 und S3 auf. Die Winkelsegmente S1,
S2 und S3 sind durch
die Löcher (3)
des Lochbleches defniert. Anstelle eines Lochbleches ist auch eine
andere flächige
Struktur zur Darstellung eines segmentierten Ringes möglich. Beispielsweise
kann ein Blech oder eine andere flächige Struktur mit einem definierten
Materialwechsel oder mit einer mäandrierenden
Ausformung als Ring (1) verwendet werden.