DE10304699A1

DE10304699A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE10304699A1
Application number: DE2003104699
Authority: DE
Inventors: Markus EISENKÖLBL; Josef Schneider; Josef Holzmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-19

Abstract

Bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine wird die Winkellage der Kurbelwelle über ein mit der Kurbelwelle (10) drehfest verbundenes Geberrad (14) und einen relativ zur Kurbelwelle feststehenden Aufnehmer (16) zum Abtasten des Flankenmusters des Geberrades bestimmt, wobei diese Bestimmung einmal pro Umdrehung des Geberrades (14) erfolgt. Um bereits zu einem früheren Zeitpunkt die Absolutlage der Kurbelwelle bestimmen zu können, wird mittels Hall-, induktiver oder magnetoresistiver Sensoren (18) zusätzlich die Stellung mindestens eines Ausgleichsgewichts (12) der Kurbelwelle detektiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Winkellage einer Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.
Moderne Brennkraftmaschinensteuerungen erfordern eine sehr genaue Erfassung der Drehzahl und der Winkellage der Kurbelwelle. Dies erfolgt nach dem bekannten Stand der Technik in der Regel durch das Abtasten eines gleichmäßigen Flankenmusters auf einem Geberrad mittels eines feststehenden Aufnehmers, vgl. z.B. DE 100 32 332 A1 , der üblicherweise als Hall-Sensor, als induktiver Sensor oder als magnetoresistiver Sensor ausgebildet sein kann. Das Geberrad kann insbesondere als 60-2 Geberrad ausgebildet sein, d.h. das Geberrad weist 60 gleichartige Winkelmarken und zwei fehlende Winkelmarken auf. Aus den zeitlichen Abständen der den Winkelmarken entsprechenden Signalflanken wird die Drehzahl ermittelt. Weiterhin kann durch die zwei fehlenden Winkelmarken die Absolutwinkellage der Kurbelwelle festgestellt werden. Allerdings ist die Feststellung der Absolutwinkellage der Kurbelwelle nur einmal pro Umdrehung des Geberrades und darüber hinaus erst dann möglich, wenn die entsprechende Markierung, im Falle des 60-2 Geberrades also die zwei fehlenden Zähne, den Aufnehmer erreicht hat.
Nun ist es für bestimmte Anwendungsfälle wünschenswert, bereits zu einem früheren Zeitpunkt eine zuverlässige Information über die Absolutwinkellage der Kurbelwelle zu gewinnen. Hierzu bieten sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten an, nämlich der Einsatz eines Absolutwinkelgebers oder die Verwendung des Signals eines oder mehrerer Nockenwellengeber.
Die Verwendung eines Absolutgebersystems hat jedoch den Nachteil, daß hierzu eine Sensorneuentwicklung erforderlich ist, nachdem im Motorbereich ein solches System bislang nicht eingesetzt wird.
Wird das Signal eines oder mehrerer Nockenwellengeber zur Bestimmung der Absolutlage der Kurbelwelle herangezogen, so hat dies den Nachteil, daß beispielsweise bei Motoren mit variabler Nockenwellenverstellung von der Nockenwellenstellung nur mit sehr großer Ungenauigkeit auf die Absolutwinkellage der Kurbelwelle geschlossen werden kann.
Der Erfindung liegt daher im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren bzw. die gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß in einfacher Weise bereits zu einem früheren Zeitpunkt vergleichsweise genaue Informationen über die Absolutwinkellage der Kurbelwelle erhalten werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ermöglicht eine verhältnismäßig genaue Abschätzung der Absolutwinkellage der Kurbelwelle ohne Verwendung eines Absolutwinkelgebers und ohne daß die entsprechende Markierung des Kurbelwellengeberrades abgewartet werden müßte. Als Sensor zum Detektieren der Winkelstellung des Ausgleichsgewichts können einfache Hall-, induktive oder magnetoresistive Sensoren eingesetzt werden, wie sie in großem Umfang bereits derzeit im Motorbereich eingesetzt werden.
Die Erfindung kann beispielsweise bei einem strahlgeführten DI-Motor eingesetzt werden, wie er in der DE 197 43 492 A1 offenbart ist, der durch Einspritzen und Zünden des Kraftstoffes in einen geeignet positionierten Zylinder gestartet wird. Durch geschickte Plazierung von Sensoren, die die Ausgleichsgewichte detektieren, kann auf einfache Weise entschieden werden, ob sich ein Zylinder in einer für dieses Startverfahren geeigneten Position befindet, beispielsweise im Bereich kurz nach dem Zünd-OT (OT = Oberer Totpunkt).
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt in teilweise stark schematisierter Darstellung
1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage der Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Mit der Bezugsziffer 10 ist eine Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, die in üblicher Weise mehrere, der Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Ausgleichsgewichte 12 aufweist. Weiterhin weist die Kurbelwelle 10 ein mit ihr koaxiales und drehfest verbundenes Geberrad 14 auf, welches in bekannter Weise als 60-2 Geberrad ausgebildet ist und als Oberflächenstruktur ein Flankenmuster mit 60 Zähnen und zwei fehlenden Zähnen aufweist.
Dem Geberrad 14 ortsfest gegenüberliegend ist ein Aufnehmer 16 angeordnet, welcher das Flankenmuster des Geberrades 14 abtastet, wobei der Aufnehmer 16 so angeordnet ist, daß die vom Flankenmuster des Geberrades 14 definierten Markierungen in unmittelbarer Nähe an ihm vorbeilaufen.
Die vom Aufnehmer 16 beim Vorbeilaufen der Markierungen des Flankenmusters abgegebenen Spannungsimpulse werden einer Auswertschaltung 20 zugeführt und hier beispielsweise zu rechteckförmigen Spannungsimpulsen aufbereitet und anschließend in einem Steuergerät 22 ausgewertet.
Des weiteren ist ein Sensor 18, der ebenso wie der Aufnehmer 16 als Hall-, induktiver oder magnetoresistiver Sensor ausgebildet sein kann, einem der Ausgleichsgewichte 12 gegenüberliegend ortsfest so angeordnet, daß dieses Ausgleichsgewicht 12 in unmittelbarer Nähe an ihm vorbeiläuft. Beim Vorbeilaufen des Ausgleichsgewichts 12 am Sensor 18 wird ein Spannungsimpuls erzeugt, welcher ebenfalls der Auswertschaltung 20 zugeführt wird, in der er zu einem rechteckförmigen Spannungsimpuls aufbereitet werden kann und im nachfolgenden Steuergerät 22 ausgewertet wird. Vom Steuergerät 22 kann über Ausgänge 24 eine Steuerung der Zündung, der Einspritzung sowie anderer Motorfunktionen erfolgen.
Die Stellung des Ausgleichsgewichts mittels des Sensors kann ohne zusätzliche Markierung analog der allgemein bekannten Verfahren, mechanische Geberräder berührungslos abzutasten, detektiert werden, oder auch mittels einer zusätzlich auf das Ausgleichsgewicht aufgebrachten Markierung.
Obwohl im Vorstehenden nur ein einziger Sensor 18 beschrieben wurde, der einem der Ausgleichsgewichte 12 zugeordnet ist, ist klar, daß mehreren Ausgleichsgewichten 12 jeweils ein eigener Sensor 18 zugeordnet sein kann und daß insbesondere auch jedem der Ausgleichsgewichte 12 ein eigener Sensor 18 zugeordnet sein kann, so daß die Absolutwinkellage im Zusammenhang mit jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zuverlässig abgeschätzt werden kann.
Weiterhin kann einem Ausgleichsgewicht auch eine Mehrzahl von Sensoren zugeordnet sein, wobei die Sensoren in unterschiedlichen Winkellagen montiert sind.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Winkellage der Kurbelwelle (10) einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei dem eine Oberflächenstruktur eines mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Geberrads (14) abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin die Winkelstellung mindestens eines mit der Kurbelwelle (10) drehfest verbundenen Ausgleichsgewichts (12) detektiert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Kurbelwelle (10) mit einer Mehrzahl von mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Ausgleichsgewichten (12), einem mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Geberrad (14) mit einer definierten Oberflächenstruktur, einem relativ zur Kurbelwelle (10) feststehenden Aufnehmer (16) zum Abtasten der Oberflächenstruktur des Geberrades (14), und mit einer Auswertschaltung (20) zum Auswerten der vom Aufnehmer (16) abgegebenen Ausgangssignale, gekennzeichnet durch mindestens einen relativ zur Kurbelwelle (10) feststehenden Sensor (18) zum Detektieren der Winkelstellung mindestens eines der Ausgleichsgewichte (12) sowie eine Auswertschaltung (20) zum Auswerten der vom Sensor (18) abgegebenen Auswertsignale.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) ein Hall-Sensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) ein induktiver Sensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) ein magnetoresistiver Sensor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberrad (14) ein 60-2 Geberrad ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei jedem Zylinder der Hubkolben-Brennkraftmaschine an der Kurbelwelle (10) jeweils ein Ausgleichsgewicht (12) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ausgleichsgewicht (12) jeweils ein Sensor (18) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einem Ausgleichsgewicht (12) eine Mehrzahl von Sensoren (18) zugeordnet ist, die in unterschiedlichen Winkellagen montiert sind.