DE102015121903A1

DE102015121903A1 - Kurbelwellenpositionserfassungssystem

Info

Publication number: DE102015121903A1
Application number: DE102015121903.4A
Authority: DE
Inventors: Paul Nigel Turner; Jack Slater; Glen McMillan; Jack Herbert
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-06-23
Also published as: RU2699852C2; RU2015153304A3; US20160178480A1; CN105716564A; GB2533560B; GB2533560A; MX356363B; MX2015017244A; RU2015153304A

Abstract

Ein Kurbelwellenpositionserfassungssystem (101, 201, 301) für einen Motor, umfassend: ein Triggerrad (103, 203, 303); und einen Positionssensor (105, 205, 305), der so konfiguriert ist, dass er die Winkelposition des Triggerrads (103, 203, 303) detektiert, wobei der Positionssensor (105, 205, 305) ferner so konfiguriert ist, dass er sich durch eine Öffnung (121, 221, 321) in einer Wand (111, 211, 311) eines Gehäuses des Motors erstreckt, wobei der Positionssensor (105, 205, 305) einen Körperteil (123, 223, 323) und einen Sensorteil (125, 225, 325) hat, wobei der Sensorteil (125, 225, 325) an einem distalen Ende des Körperteils (123, 223, 323) vorgesehen ist, wobei das distale Ende des Körperteils in einer installierten Konfiguration an das Triggerrad (103, 203, 303) angrenzt, wobei der Körperteil (123, 223, 323) eine Längsachse (117, 217, 317) hat, die zu einer radialen Ebene des Triggerrads (103, 203, 303) geneigt ist, wenn es sich in der installierten Konfiguration befindet.

Description

Diese Offenbarung betrifft ein Kurbelwellenpositionserfassungssystem und insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft sie ein Kurbelwellenpositionserfassungssystem, das ein Kurbelwellentriggerrad und einen Positionssensor umfasst.
Einleitung
Die Position und die Drehzahl der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors werden typischerweise überwacht. Die Informationen über die Position und die Drehzahl der Kurbelwelle können verwendet werden, um Betriebsparameter des Motors und/oder den Betrieb von Bauteilen, zum Beispiel Einspritzdüsen und/oder Zündkerzen, zu steuern.
Die Position und/oder die Drehzahl der Kurbelwelle kann unter Verwendung eines Triggerrads, das mit einem rotierenden Bauteil des Motors gekoppelt ist, und eines Positionssensors, der so konfiguriert ist, dass er die Rotationsposition des Triggerrads detektiert, überwacht werden. Typischerweise ist das Triggerrad außen am Motor befestigt, zum Beispiel an einer Kurbelwellenscheibe oder an einem Schwungrad. Der Positionssensor ist üblicherweise senkrecht zu den Zähnen des Triggerrads befestigt, um eine zuverlässige Messung der Position und/oder der Drehzahl der Kurbelwelle sicherzustellen. Eine solche Anforderung stellt eine Beschränkung im Hinblick auf das Packaging des Triggerrads und des Positionssensors in Bezug auf den Motor dar.
Um die Gesamtlänge des Motors bei der Montage in ein Fahrzeug zu reduzieren, kann es wünschenswert sein, das Triggerrad innen am Motor zu befestigen. Dies stellt eine weitere Beschränkung in Hinblick auf das Packaging des Positionssensors dar.
Aussagen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kurbelwellenpositionserfassungssystem für einen Motor, zum Beispiel einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Das Kurbelwellenpositionserfassungssystem umfasst ein Triggerrad. Das Kurbelwellenpositionserfassungssystem umfasst einen Positionssensor, der so konfiguriert ist, dass er die Winkelposition des Triggerrads detektiert. Der Positionssensor ist so konfiguriert, dass er sich durch eine Öffnung in einer Wand eines Gehäuses des Motors erstreckt. Der Positionssensor hat einen Körperteil und einen Sensorteil. Der Sensorteil ist an einem distalen Ende des Körperteils vorgesehen. Das distale Ende des Körperteils grenzt in einer installierten Konfiguration an das Triggerrad an. Der Positionssensor hat eine Längsachse, die in einer installierten Konfiguration, zum Beispiel wenn das Triggerrad mit einer Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist und der Positionssensor an dem Gehäuse des Motors fixiert ist, zu einer radialen Ebene des Triggerrads geneigt ist.
Das Triggerrad kann eine Vielzahl von Vorsprüngen umfassen, zum Beispiel Zähne, die sich axial und/oder radial von dem Triggerrad erstrecken. Das Triggerrad kann eine Vielzahl von Triggerradflächen umfassen, die konfiguriert sind, um von dem Positionssensor detektiert zu werden. Die Triggerradflächen können mindestens teilweise eben sein, zum Beispiel können die Triggerradflächen mindestens teilweise flach sein. Die Triggerradflächen können mindestens teilweise gewölbt sein. Die Triggerradflächen können in Bezug auf die radiale Ebene des Triggerrads geneigt sein.
Die Vorsprünge an dem Triggerrad können jeweils eine oder mehrere Triggerradflächen umfassen. Die Triggerradflächen und die Sensorfläche können so konfiguriert sein, dass sie einander zugewandt sind. Die Triggerradflächen und die Sensorfläche können im Wesentlichen parallel sein. Die Vorsprünge können entlang der Länge des Vorsprungs im Querschnitt gleichförmig sein, zum Beispiel können die Vorsprünge im Querschnitt im Wesentlichen viereckig sein. Die Vorsprünge können entlang der Länge des Vorsprungs einen nicht-gleichförmigen Querschnitt haben, zum Beispiel können die Vorsprünge allgemein keilförmig sein.
Der Sensorteil kann eine Sensorfläche umfassen, die relativ zu der Längsachse des Positionssensors geneigt ist. Der Körperteil kann um die Längsachse ausgerichtet sein. Der Körperteil kann länglich sein. Der Sensorteil kann in einem Winkel relativ zu dem Körperteil ausgerichtet sein. Der Sensorteil kann sich in einem Winkel von dem Körperteil in eine Richtung erstrecken, die von der Längsachse des Positionssensors wegführt. Der Körperteil und der Sensorteil können einstückig ausgebildet sein. Der Sensorteil kann mit dem Körperteil gekoppelt, zum Beispiel beweglich gekoppelt sein.
Der Positionssensor kann so konfiguriert sein, dass er mit dem Motorgehäuse, zum Beispiel einem Zylinderblock, gekoppelt ist, zum Beispiel abnehmbar befestigt ist. Der Positionssensor kann ein Hallsensor sein. Der Positionssensor kann ein optischer Sensor sein. Der Positionssensor kann zu der Ansaugseite des Motors hin angeordnet sein.
Ein Motor kann das Kurbelwellenpositionserfassungssystem umfassen.
Das Triggerrad kann mit einer Kurbelwelle des Motors gekoppelt sein. Das Triggerrad kann zwischen einem Gegengewicht der Kurbelwelle und einer Wand eines Motorgehäuses vorgesehen sein. Das Triggerrad kann an das Kurbelwellenlager angrenzend vorgesehen sein. Das Triggerrad kann mit einem Ende der Kurbelwelle gekoppelt sein, das einem Schwungrad des Motors am nächsten ist. Das Triggerrad kann sich im Inneren des Motorgehäuses befinden. Die Öffnung in der Wand des Motorgehäuses kann von dem Triggerrad in einer von der Längsachse der Kurbelwelle definierten Richtung beabstandet sein.
Ein Fahrzeug kann ein Kurbellwellenpositioniersystem oder einen Motor nach der vorliegenden Offenbarung umfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und um deutlicher zu zeigen, wie sie verwirklicht werden kann, wird nun als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein Teilquerschnitt durch ein Beispiel eines Motors ist, der ein Triggerrad, einen Positionssensor, einen Motorblock und eine Kurbelwelle zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht ist, die das Triggerrad von 1 zeigt;
3 ein Teilquerschnitt durch ein anderes Beispiel eines Motors ist, der ein Triggerrad, einen Positionssensor, einen Motorblock und eine Kurbelwelle zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht ist, die das Triggerrad von 3 zeigt;
5 ein Teilquerschnitt durch ein weiteres Beispiel eines Motors ist, der ein Triggerrad, einen Positionssensor, einen Zylinderblock und eine Kurbelwelle zeigt;
6 eine perspektivische Ansicht ist, die das Triggerrad von 5 zeigt; und
7 eine perspektivische Ansicht des Triggerrads und des Positionssensors von 5 ist.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt ein Kurbelwellenpositionserfassungssystem 101 für einen Motor eines Kraftfahrzeugs nach einem ersten Beispiel der vorliegenden Offenbarung. Das Kurbelwellenpositionserfassungssystem 101 umfasst ein Triggerrad 103 und einen Positionssensor 105. In dem Beispiel von 1 ist das Triggerrad 103 im Inneren eines Motorgehäuses vorgesehen, zum Beispiel eines Zylinderblocks des Motors, und ist mit einer Kurbelwelle 107 des Motors gekoppelt. Das Triggerrad 103 ist zwischen einem Gegengewicht 109 der Kurbelwelle 107 und einer Wand 111 des Motorgehäuses angeordnet. Die Kurbelwelle 107 kann durch ein Lager, das in der Wand 111 des Motorgehäuses vorgesehen ist, gelagert sein.
Das Triggerrad 103 ist zu einem Ende der Kurbelwelle 107 hin angeordnet, das einem Schwungrad des Motors (nicht gezeigt) am nächsten ist. Auf diese Weise ist das Triggerrad 103 eng mit der Trägheit des Schwungrads gekoppelt, welche die Torsionsbeschleunigung des Triggerrads 103 reduziert. Das Triggerrad 103 kann jedoch an einer beliebigen geeigneten Stelle an dem Motor installiert sein, zum Beispiel kann sich das Triggerrad 103 außerhalb des Motors befinden und kann mit einer Kurbelwellenscheibe oder dem Schwungrad gekoppelt sein.
Das Triggerrad 103 umfasst eine Vielzahl von Vorsprüngen, zum Beispiel Zähnen 113, die um den Umfang des Triggerrads 103 angeordnet sind. In 2 erstrecken sich die Zähne 113 von dem Außenumfang des Triggerrads 103 in eine axiale Richtung und eine radiale Richtung, d. h. die Zähne 113 erstrecken sich von der Drehachse des Triggerrads 103 weg in eine Richtung, die nicht parallel zu der radialen Ebene des Triggerrads ist. In einem alternativen Beispiel können sich die Zähne 113 axial und/oder radial von einer axialen Stirnfläche des Triggerrads 103 weg erstrecken. In den 1 und 2 erstrecken sich die Zähne 113 in eine Richtung von der Wand 111 des Motorgehäuses weg. In einem alternativen Beispiel können sich die Zähne 113 jedoch ein eine Richtung zu der Wand 111 des Motorgehäuses hin erstrecken. In dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel können die Zähne 113 während des Pressens des Triggerrads 103 in eine gewünschte Form gepresst werden.
Das Triggerrad 103 umfasst eine Vielzahl von Triggerradflächen 115, die so konfiguriert sind, dass sie von dem Positionssensor 105 detektiert werden. In den 1 und 2 umfasst jeder der Zähne 113 eine Triggerradfläche 115, wobei die Triggerradfläche 115 eine Abschlussstirnfläche jedes Zahns 113 bildet. In den 1 und 2 sind die Triggerradflächen 115 gewölbte Flächen mit einem konstanten Radius um die Drehachse des Triggerrads 103. In einem alternativen Beispiel können die Triggerradflächen 115 flache ebene Flächen sein, die abgewinkelt mit Bezug auf die radiale Ebene des Triggerrads 103 sind. Solche ebenen Triggerradflächen 115 können lotrecht zu der Richtung sein, in die sich die Zähne 113 von der radialen Ebene des Triggerrads 103 weg erstrecken. Die Triggerradflächen 115 können jedoch eine beliebige geeignete Form haben, die den Triggerradflächen 115 erlaubt, von dem Positionssensor 105 detektiert zu werden. Zusätzlich oder alternativ können die Triggerradflächen 115 mindestens teilweise in den Körper des Triggerrads 103 eingelassen sein.
In 1 ist der Positionssensor 105 an dem Motorgehäuse befestigt und erstreckt sich durch eine Öffnung 121 in der Wand 111 des Motorgehäuses. Der Positionssensor 105 kann ein Hallsensor sein, obwohl alternative Typen von Sensoren, die so konfiguriert sind, dass sie die Winkelposition des Triggerrads detektieren, zum Beispiel optische Sensoren, verwendet werden können. Der Positionssensor 105 hat einen Körperteil 123 und einen Sensorteil 125. Der Sensorteil 125 ist an einem distalen Ende des Körperteils 123 vorgesehen. Das distale Ende des Körperteils 123 grenzt in einer installierten Konfiguration an das Triggerrad 105 an. Der Positionssensor 105 hat eine Längsachse 117, die in einer installierten Konfiguration, zum Beispiel wenn das Triggerrad 103 mit der Kurbelwelle 107 des Motors gekoppelt ist und der Positionssensor 105 an der Wand 111 des Motorgehäuses fixiert ist, zu einer radialen Ebene des Triggerrads 103 geneigt ist.
In dem Beispiel von 1 ist die Längsachse 117 des Positionssensors 105 um etwa 30° zu der radialen Eben des Triggerrads 103 geneigt. In alternativen Beispielen kann die Längsachse 117 des Positionssensors 105 jedoch in einem beliebigen geeigneten Winkel geneigt sein. Die Neigung des Positionssensors 105 auf diese Weise erlaubt, dass die Öffnung 121 in der Motorgehäusewand 111 von der axialen Position des Triggerrads 103 beabstandet ist. Dies wiederum erlaubt dem Triggerrad 103, näher an dem Schwungrad zu sein, da es nur begrenzten Packagingraum um das Motorgehäuse herum in der Nähe des Schwungrads gibt. Vorteilhafterweise reduziert die vorstehend beschriebene Anordnung des Positionssensors 105 die Packaginggröße des Motors.
Der Sensorteil 125 umfasst eine Sensorfläche 119, die so konfiguriert ist, dass sie den Triggerradflächen 115 zugewandt ist, wenn das Triggerrad 103 sich dreht. In 1 ist die Sensorfläche 119 lotrecht zu der Längsachse 117 des Positionssensors 105, wobei die Längsachse 117 zu der radialen Ebene des Triggerrads 103 geneigt ist. Auf diese Weise kann die Sensorfläche 119 in einem nicht senkrechten Winkel zu der radialen Richtung des Triggerrads 103 platziert werden.
Die 3 und 4 zeigen ein zweites Beispiel des Kurbelwellenpositionserfassungssystems 201 nach der vorliegenden Offenbarung. Um unnötige doppelte Arbeit und Wiederholung von Text in der Beschreibung zu vermeiden, sind bestimmte Merkmale in Bezug auf nur einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Merkmale, die in Bezug auf einen Aspekt oder eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben sind, soweit technisch möglich auch mit einem anderem Aspekt oder einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden können.
Wie in den 3 und 4 abgebildet, umfasst das Triggerrad 203 eine Vielzahl von Zähnen 213, die sich radial von dem Triggerrad 203 erstrecken, zum Beispiel ohne sich in die axiale Richtung zu erstrecken. Jeder der Zähne 213 umfasst eine Abschlussstirnfläche, die eine der Triggerradflächen 215 bildet, die so konfiguriert sind, dass sie von dem Positionssensor 205 detektiert werden. Der Positionssensor 205 hat eine Längsachse 217, die zu einer radialen Ebene des Triggerrads 203 geneigt ist. Der Positionssensor 205 hat eine Sensorfläche 219, die relativ zu der Längsachse 217 des Positionssensors 205 geneigt ist. In 3 ist die Sensorfläche 219 eine flache ebene Fläche. Die Sensorfläche 219 kann jedoch eine beliebige geeignete Form haben, die es dem Positionssensor 205 erlaubt, die Triggerradflächen 215 zuverlässig zu detektieren, zum Beispiel kann die Sensorfläche 219 mindestens teilweise gewölbt sein.
In den 5 bis 7 ist das Triggerrad 303 ähnlich wie das Triggerrad 203 des Beispiels, das in den 3 und 4 gezeigt ist. Jeder der Zähne 313 umfasst eine Abschlussstirnfläche, die eine der Triggerradflächen 315 bildet, die so konfiguriert sind, dass sie von dem Positionssensor 305 detektiert werden. Der Positionssensor 305 hat eine Längsachse 317, die zu einer radialen Ebene des Triggerrads 303 geneigt ist. In dem in den 5 und 7 gezeigten Beispiel umfasst der Positionssensor einen Körperteil 323, der um die Längsachse 317 ausgerichtet ist. Der Positionssensor 303 umfasst einen Sensorteil 325, der zu dem distalen Ende des Körperteils 323 hin angeordnet ist, das dem Triggerrad 303 am nächsten ist. Der Sensorteil 325 ist in Bezug auf den Körperteil 323 abgewinkelt. In dem Beispiel der 5 und 7 hat der Sensorteil 325 eine zweite Längsachse 327, die in der radialen Ebene des Triggerrads 303 ausgerichtet ist. In einem alternativen Beispiel kann die zweite Längsachse 327 jedoch in einem beliebigen geeigneten Winkel ausgerichtet sein, zum Beispiel kann die zweite Längsachse 327 mit Bezug auf die Längsachse 317 des Positionssensors 305 und/oder die radiale Ebene des Triggerrads 303 abgewinkelt sein.
In den in den 1 bis 7 gezeigten Beispielen ist das Triggerrad 103, 203, 303 des Kurbelwellenpositionserfassungssystem 101, 201, 301 direkt mit der Kurbelwelle gekoppelt. In alternativen Beispielen der vorliegenden Erfindung kann das Triggerrad 103, 203, 303 jedoch mit einem beliebigen geeigneten rotierenden Bauteil des Motors gekoppelt sein, zum Beispiel einer Nockenwelle des Motors und/oder einer Hilfsvorrichtung des Motors, zum Beispiel einer Ölpumpe.
Das Kurbelwellenpositionserfassungssystem 101, 201, 301 kann ferner eine Steuervorrichtung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie ein Signal von dem Positionssensor 105, 205, 305 empfängt. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie die Drehzahl der Kurbelwelle 107, 207, 307 auf der Basis der Änderungsgeschwindigkeit der Position des Triggerrads 103, 203, 303 erfasst. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie ein Steuersignal ausgibt, um einen oder mehrere Betriebsparameter des Motors entsprechend der ermittelten Drehzahl der Kurbelwelle 107, 207, 307 zu steuern.
Der Fachmann nimmt zur Kenntnis, dass die Erfindung, obwohl sie beispielhaft unter Bezugnahme auf ein oder mehrere Beispiele beschrieben wird, nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt ist, und dass alternative Beispiele konstruiert werden könnten, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beiliegenden Patentansprüche definiert wird.

Claims

Kurbelwellenpositionserfassungssystem für einen Motor, umfassend: ein Triggerrad; und einen Positionssensor, der so konfiguriert ist, dass er die Winkelposition des Triggerrads detektiert, wobei der Positionssensor ferner so konfiguriert ist, dass er sich durch eine Öffnung in einer Wand eines Gehäuses des Motors erstreckt, wobei der Positionssensor einen Körperteil und einen Sensorteil hat, wobei der Sensorteil an einem distalen Ende des Körperteils vorgesehen ist, wobei das distale Ende des Körperteils in einer installierten Konfiguration an das Triggerrad angrenzt, wobei der Körperteil eine Längsachse hat, die zu einer radialen Ebene des Triggerrads geneigt ist, wenn es sich in der installierten Konfiguration befindet.
Kurbelwellenpositionserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei das Triggerrad eine Vielzahl von Vorsprüngen umfasst, die sich axial und/oder radial von dem Triggerrad erstrecken.
Kurbelwellenpositionserfassungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Triggerrad eine Vielzahl von Triggerradflächen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie von dem Positionssensor detektiert werden, wobei die Triggerradflächen mit Bezug auf die radiale Ebene des Triggerrads geneigt sind.
Kurbelwellenpositionserfassungssystem nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei die Vorsprünge jeweils eine Triggerradfläche umfassen.
Kurbelwellenpositionserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorteil eine Sensorfläche umfasst, die relativ zu der Längsachse des Positionssensors geneigt ist.
Kurbelwellenpositionserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körperteil länglich ist.
Motor, umfassend das Kurbelwellenpositionserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Motor nach Anspruch 7, wobei das Triggerrad mit einer Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist.
Motor nach Anspruch 8, wobei das Triggerrad mit einem Ende der Kurbelwelle gekoppelt ist, das einem Schwungrad des Motors am nächsten ist.
Motor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Triggerrad zwischen einem Gegengewicht der Kurbelwelle und einer Wand eines Motorgehäuses vorgesehen ist.
Motor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Triggerrad angrenzend an ein Kurbelwellenlager vorgesehen ist.
Motor nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei in einer installierten Konfiguration die Öffnung in der Wand des Motorgehäuses in einer von der Längsachse einer Kurbelwelle definierten Richtung von dem Triggerrad beabstandet ist.
Motor nach einem Ansprüche 7 bis 12, wobei sich das Triggerrad im Inneren des Motorgehäuses befindet.
Kurbelwellenpositionserfassungssystem oder Motor wie hierin mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben und wie in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt.