DE102007023090A1 - Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelstellung einer Motorwelle, insbesondere einer Nockenwelle - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelstellung einer Motorwelle, insbesondere einer Nockenwelle Download PDF

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Guido Dipl.-Ing. Grünenwald (FH)
Helmut Dip.-Ing. Schäfer (FH)
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Vorrichtung zur Erfassung der Winkelstellung einer Motorwelle, insbesondere einer Nockenwelle. Auf der Motorwelle ist ein segmentierter Ring mit mindestens zwei flächigen Segmenten angeordnet. Die Segmentierung des Rings wird von einem Sensor erfasst und zur Ermittlung der Winkelstellung der Motorwelle herangezogen.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
  • 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.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls zur Erfassung einer Drehrichtung und zur Erfassung einer Drehbeschleunigung vorteilhaft geeignet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Alternativ ist auch ein Anschweißen, ein Verkleben oder eine sonstige Verbindung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird in vorteilhafter Weise eingesetzt zur Verbrauchsreduktion von Verbrennungsmotoren, beispielsweise zur gesteuerten Zylinderabschaltung bei einem Verbrennungsmotor.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt
  • die 1 eine Seitenansicht eines segmentierten Ringes,
  • die 2 eine Draufsicht auf ein Lochblech zur Herstellung eines segmentierten Ringes.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Erfassung der Winkelstellung einer Motorwelle, insbesondere einer Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Motorwelle ein segmentierter Ring mit mindestens 2 flächigen Segmenten angeordnet ist, dessen Segmentierung von einem Sensor erfasst und zur Ermittlung der Winkelstellung herangezogen werden kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der segmentierte Ring ein Lochblech ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der segmentierte Ring auf die Nockenwelle rollgeprägt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der segmentierte Ring mindestens zwei Segmente unterschiedlicher Größe umfasst.
  5. Verfahren zur Erfassung der Winkelstellung einer Motorwelle, insbesondere einer Nockenwelle mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Winkelstellung der Nockenwelle mittels der Segmente des Rings induktiv erfasst und zur Motorsteuerung herangezogen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass unter Heranziehen der erfassten Winkelstellung der Nockenwelle eine Zylinderabschaltung, ein Einspritzverhalten, eine Ventilsteuerung, ein Aufladeverhalten oder eine Luftzufuhr für den Verbrennungsmotor gesteuert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der erfassten Winkelstellung der Nockenwelle eine Winkelstellung einer Kurbelwelle erfasst wird und ein Vergleich von Kurbelwellen- und Nockenwellenposition erfolgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009050572A1 (de) 2009-10-24 2011-05-12 Buchholz, Michael, Dipl.-Ing. Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes einer Batterie
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CN112901356A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 大众汽车股份公司 考虑凸轮轴设定器的动态性预估换气阀打开和关闭时间点

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