DE112005002642T5

DE112005002642T5 - Motorsteuersystem auf der Basis eines Drehpositionssensors

Info

Publication number: DE112005002642T5
Application number: DE112005002642T
Authority: DE
Inventors: Gary J. Mississauga Spicer; Zbyslaw Coldwater Staniewicz; Terry P. Brampton Cleland; Andrew Aurora Boyes
Original assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Current assignee: Litens Automotive Partnership; Litens Automotive Inc
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-09-06
Also published as: WO2006045184A1; DE112005002643T5; WO2006045182A1; CA2629937A1; CA2629937C; WO2006045186A1; WO2006045181A1; WO2006045185A1

Abstract

Motorsteuersystem für einen Motor, das umfasst:
wenigstens einen Prozessor, und
wenigstens einen Winkelpositionssensor für die Assoziierung mit einer sich drehenden Motorkomponente, wobei der Sensor auf ein Magnetfeld reagiert, das sich mit Änderungen in der Winkelposition der sich drehenden Motorkomponente dreht, wobei der Sensor Signale an den Prozessor gibt, die die Winkelposition der Komponente angeben, und wobei der Prozessor die Signale verarbeitet und wenigstens ein Ausgabesteuersignal erzeugt, um den Betrieb des Motors zu ändern.

Description

Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuersystem für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Motorsteuersystem, das Winkelpositionsinformationen in Bezug auf den Betrieb eines Verbrennungsmotors erhält und verarbeitet, um den Betrieb des Motors zu steuern.
Hintergrund der Erfindung
Motorsteuereinrichtungen mit Mikroprozessoren sind wohlbekannt und werden allgemein verwendet, um die Kraftstoffeinspritzung und andere Motorsysteme in Benzin- und Dieselmotoren zu steuern. Allgemein empfangen derartige Steuereinrichtungen verschiedene Signale von Sensoren, um zum Beispiel die Geschwindigkeit und/oder die Position der Kurbelwelle, die Massenflussrate der in den Einlassverteiler eintretenden Luft, die Motorbetriebstemperatur usw. zu bestimmen. Die empfangenen Signale werden durch die Motorsteuereinrichtung verarbeitet, die dann Signale zum Steuern des Betriebs der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und/oder anderer Aspekte des Motorbetriebs erzeugt.
Zwar werden durch derartige Motorsteuereinrichtungen wichtige Verbesserungen in der Leistung und der Betriebsökonomie erzielt, wobei jedoch Probleme entstehen, wenn weitere derartige Verbesserungen angestrebt werden. Insbesondere erhalten oder verarbeiten die vorhandenen Motorsteuereinrichtungen die Winkelposition von verschiedenen Motorkomponenten wie etwa Nockenwellen und/oder einer Kurbelwelle nicht mit ausreichender Genauigkeit, wodurch die durch die Steuereinrichtungen erzielte Leistung und damit die Effizienz der Motoren begrenzt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Motorsteuereinrichtung anzugeben, die wenigstens einen Nachteil aus dem Stand der Technik beseitigt oder abschwächt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsteuersystem für einen Motor angegeben, das umfasst: wenigstens einen Prozessor und wenigstens einen Winkelpositionssensor für die Assoziierung mit einer sich drehenden Motorkomponente, wobei der Sensor Signale an den Prozessor gibt, die die Winkelposition der Komponente angeben, wobei der Prozessor die Signale verarbeitet und wenigstens ein Ausgabesteuersignal ausgibt, um den Betrieb des Motors zu ändern.
Vorzugsweise umfassen die Signale aus dem Winkelpositionssensor ein Paar von Signalen, die sinusförmig variieren, wenn sich die Drehkomponente dreht, wobei eines der Signale neunzig Grad außer Phase zu dem anderen Signal ist und wobei die Signale die Winkelposition der Drehkomponente innerhalb einer vollständigen 360°-Umdrehung angeben. Vorzugsweise implementiert der Prozessor einen CORDIC-Algorithmus auf dem Paar von sinusförmigen Signalen, um die Winkelposition der Drehkomponente zu bestimmen.
Vorzugsweise umfasst das Motorsteuersystem weiterhin Winkelpositionssensoren, um wenigstens die Winkelposition der Nockenwellen des Motors zu bestimmen. Vorzugsweise bestimmt das Motorsteuersystem weiterhin die Winkelposition des Kurbelwelle des Motors.
Vorzugsweise umfasst das Motorsteuersystem zwei Winkelpositionssensoren für ein sich drehendes Motorglied, um die Torsionsablenkung des Glieds zu bestimmen, wobei die Motorsteuereinrichtung auf die bestimmten Torsionsablenkung reagiert, in dem sie den Betrieb des Motors ändert.
Ein Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Prozessor und wenigstens einen Winkelpositionssensor für die Assoziierung mit einer sich drehenden Motorkomponente. Der Sensor gibt Signale an den Prozessor, die die Winkelposition der Komponente angeben, und der Prozessor verarbeitet die Signale und erzeugt wenigstens ein Ausgabesteuersignal, um den Betrieb des Motors zu ändern. Gewöhnlich gibt der Sensor die Winkelposition einer Nockenwelle des Motors an, wobei die Steuereinrichtung dieses Winkelpositionssignal in Verbindung mit einem Signal, das aus einem ähnlichen Sensor oder aus einem herkömmlichen Sensor stammt und die Winkelposition der Kurbelwelle angibt, verwendet, um den Betrieb des Motors zu steuern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung einer sich drehenden Motorkomponente und des Winkelpositionssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2a ist eine perspektivische Ansicht eines scheibenförmigen Dipolmagneten und eines Winkelpositionssensors von 2.
2b ist eine perspektivische Ansicht eines ringförmigen Magneten und eines Winkelpositionssensors von 2.
3 ist eine schematische Darstellung der Vorderseite eines Motors, wobei jeweils ein Dipolmagnet mit jedem von drei sich drehenden Motorgliedern verbunden ist.
4 ist eine schematische Darstellung der Seite des Motors von 3 und zeigt Winkelpositionssensoren zum Messen des Magnetfelds der Dipolmagneten.
4a ist eine perspektivische Ansicht der Vorderseite des Motors von 3, wobei die Nockenwellen-Winkelsensoren an der Abdeckung des Motors montiert sind.
4b, 4c und 4d zeigen Ausführungsformen von Sensormontageeinrichtungen zum Montieren der Winkelsensoren von 4 an einem Motor.
5 ist eine schematische Darstellung eines anderen Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung der Seite des Motors von 3 und zeigt Winkelpositionssensoren zum Messen des Magnetfelds der Dipolmagneten, die an den Enden der Drehglieder angeordnet sind.
7 ist eine schematische Wiedergabe eines anderen Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine schematische Wiedergabe eines Dipolmagneten an einem Mitläuferrad für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine ringförmige Anordnung von Dipolmagneten um ein Drehglied für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
10a bis 10e zeigen einige Aufbauten von Dipolmagneten für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine Ausführungsform einer Sensoranordnung, die verwendet wird, wenn eine physikalische Verbindung zwischen einem Winkelsensor und einem Drehglied vorhanden ist.
12a und 12b zeigen zusätzliche Ausführungsformen der Befestigung einer Sensoranordnung und eines Drehglieds.
13 ist eine Querschnittansicht der Sensoranordnung von 11, die mit dem Befestigungsverfahren von 12b installiert ist.
14 ist eine Querschnittansicht einer anderen Sensoranordnung, die über eine Magnetverbindung mit einem Drehglied verbunden ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Ein Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird in 1 allgemein durch das Bezugszeichen 20 angegeben. Das Motorsteuersystem 20 umfasst wenigstens eine Prozessoreinheit 24, wenigstens einen Absolutwinkelpositionssensor 28 und ein Stellglied 32, das in Reaktion auf ein Steuersignal aus der Prozessoreinheit 24 betrieben wird.
Der Inhaber der vorliegenden Erfindung hat ein neuartiges Sensorsystem und ein Verfahren zum Messen der Winkelposition und/oder -geschwindigkeit eines Drehglieds entwickelt. Aspekte des Systems und Verfahrens werden im Detail in den gleichzeitig anhängigen vorläufigen US-Patentanmeldungen „Vehicle Control System and Method" mit der Seriennummer 60/631,756 vom 29. November 2004, „Engine Controller System and Method Employing High Speed Angular Position Sensor" mit der Seriennummer 60/652,722 vom 14. Februar 2005, „System and Method für Measuring Torsional Vibrations in An Engine and Managing Operation of the Engine To Reduce Those Vibrations" mit der Seriennummer 60/697,879 vom 8. Juli 2005, „Method and System for Starting Or Re-Starting An Internal Combustion Engine Via Selective Combustion" mit der Seriennummer 60/711,872 vom 26. August 2005 und in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit dem Titel „Rotational Position Sensor Based Engine Controller System" mit der Seriennummer 11/146,727 vom 7. Juni 2005 beschrieben, deren Inhalt hier unter Bezugnahme eingeschlossen sind.
Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass das Motorsteuersystem 20 nicht auf einen einzigen Prozessor 24 beschränkt ist, sondern mehrere Prozessoren 24 umfassen kann, wobei einer oder mehrere Prozessoren 24 für die Verarbeitung von Signalen aus den Winkelpositionssensoren 28 vorgesehen sein können und einer oder mehrere Prozessoren 24 für die Ausführung eines Motorkomponenten-Steueralgorithmus vorgesehen sein können, was weiter unten erläutert wird. In diesem Fall müssen die Prozessoren 24 nicht identisch sein. Zum Beispiel kann ein Prozessor 24, der Signale von einem Winkelpositionssensor 28 empfängt, ein Mikrocontroller mit A/D-Wandlern usw. sein, während ein Prozessor 24 zum Betreiben des Stellglieds 32 ein Gleitkomma-Akzelerator (FPA), ein großer RAM oder eine andere spezielle Hardware sein kann. Umgekehrt kann eine Prozessoreinheit 24, die Signale von mehreren Winkelpositionssensoren 28 empfängt, ein digitaler Signalprozessor (DSP) sein, während eine Prozessoreinheit 24 zum Betreiben des Stellglieds 32 ein Mikrocontroller sein kann.
In herkömmlichen Motorsteuersystemen werden Drehsensoren verwendet, um die Position von Drehkomponenten zu schätzen. Derartige Drehsensoren umfassen inkrementelle Codiersysteme wie etwa ein System, das Indikatorzähne auf einer Drehwelle zählt. Dies wird gewöhnlich über einen induktiven Abnehmer oder einen Hall-Effekt-Sensor, der neben den Zähnen auf der Welle angeordnet ist, oder über einen optischen Abnehmer bewerkstelligt, der eine auf der Welle montierte Bezugsscheibe (gewöhnlich mit alternierenden weißen und schwarzen Markierungen auf der Fläche der Bezugsscheibe) beobachtet. Beispiele für derartige Drehsensorsysteme sind Kurbelwellenpositionssensoren und Nockenwellenpositionssensoren.
Derartige Drehsensorsysteme können eine vernünftige Angabe zu der durchschnittlichen Geschwindigkeit einer Motorkomponente vorsehen und werden verwendet, um die Winkelposition von Motorkomponenten zu schätzen. Dabei leiden derartige Systeme unter verschiedenen Nachteilen, wobei sie unter anderem keine vorübergehenden Geschwindigkeitsänderungen (zwischen Zähnen oder anderen Inkrementen) bestimmen können und die Winkelposition einer gestoppten Drehkomponente 40 nicht bestimmen können. Bei der Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen können derartige Systeme allgemein keine genaue Ausgabe nach dem Start einer Drehkomponente 40 erzeugen, bis eine Drehgeschwindigkeit von über dreihundert U/min erreicht wird.
Außerdem erzielen derartige Systeme bestenfalls eine Genauigkeit von ungefähr acht Grad bei der Bestimmung der Winkelposition einer Motorkomponente, die sich mit typischen Motorbetriebsgeschwindigkeiten von über 500 U/min dreht. Weiterhin können derartige Systeme bei Geschwindigkeiten unter ungefähr 500 U/min Winkelpositionen nicht annähernd genau bestimmen.
Wie in 2 gezeigt, verwendet die vorliegende Erfindung vorzugsweise Winkelpositionssensoren 28, die zwei Paare 32a, 32b von entgegen gesetzt ausgerichteten Magnetsensoren umfassen, wobei es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um Hall-Effekt-Sensoren oder ähnliches handelt. Ein Paar 32a dieser entgegen gesetzt ausgerichteten Magnetsensoren ist mit rechten Winkeln zu dem anderen Paar 32b von entgegen gesetzt ausgerichteten Magnetsensoren angeordnet, wobei beide Sensorpaare 32a, 32b vorzugsweise in einer praktischen Packung wie etwa einer keramischen Halbleiterpackung 34 des „Chip"-Typs untergebracht sind.
In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung haben die Erfinder den 2SA-10 Sentron-Sensor von der Sentron AG, Baarerstr. 73, 6300 Zug, Schweiz als Sensor 28 verwendet.
Wenn der Sensor 28 korrekt neben einem Dipolmagneten 36 angeordnet ist, der wiederum entlang der Drehachse einer sich drehenden Motorkomponente 40 angeordnet ist, gibt der Sensor 28 ein Spannungssignal aus jedem Sensorpaar 32a und 32b aus, um die Ausrichtung des Dipolfelds in Bezug auf eine Bezugsachse des Sensors 28 anzugeben. Wenn sich die Motorkomponente 40 dreht, dreht sich der Dipolmagnet 36 mit derselben, sodass die Ausgabe aus jedem Sensorpaar 32a und 32b eine sinusförmige Spannung ist, wobei die Ausgabe des Sensorpaars 32a neunzig Grad außer Phase zu dem Signal des anderen Sensorpaares 32b ist. Derartige Winkelpositionssensoren 23 können auch dann bedeutungsvolle Signale ausgeben, wenn die Motorkomponente 40 gestoppt ist oder sich mit niedrigen Geschwindigkeiten dreht.
Unter einem Dipolmagneten ist hier ein (zusammengesetzter) Magnetaufbau zu verstehen, der wenigstens einen Nord-zu-Süd- und einen Süd-zu-Nord-Magnetübergang an den Winkelpositionssensor 28 vorsieht, wenn die sich drehende Motorkomponente 40 eine vollständige Umdrehung durchläuft. Es können verschiedene Dipolmagneten verwendet werden, von denen einige weiter unten ausführlicher erläutert werden, wobei der einfachste Dipolmagnet 36 jedoch ein Stabmagnet mit einem magnetischen Nordpol an einem Ende und einem magnetischen Südpol an dem anderen Ende ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedes der sinusförmigen Spannungssignale aus dem Sensor 28 an einen Prozessor 24 ausgegeben, der einen CORDIC (COordinate Rotation DIgital Computer)-Algorithmus ausführt, um den Arctan der zwei Sinuskurven und dadurch die Winkelposition des Dipolmagnets 36 und damit die Winkelposition der Motorkomponente 40 zu bestimmen.
Insbesondere misst der Sensor 28 die Winkelposition einer Drehkomponente 40 wie etwa einer Nockenwelle usw. und gibt ein Paar (V₁, V₂) von sinusförmigen Ausgabespannungen aus, die neunzig Grad außer Phase sind. Die Winkelposition α der Drehkomponente kann durch den Prozessor 24 anhand der folgenden Gleichungen bestimmt werden:
V₁ = cos(α)
V₂ = sin(α)
wobei
Für (V₁ > 0, V₂ > 0), α = arctan (V₂/V₁);
Für (V₁ = 0, V₂ > 0), α = 90°;
Für (V₁ < 0), α = 180° + arctan (V₂/V₁);
Für (V₁ = 0, V₂ < 0), α = 270°, und
Für (V₁ > 0, V₂ < 0), α = 360° + arctan (V₂/V₁).
Unter Verwendung eines CORDIC-Algorithmus und eines TMS320F2810-DSP-Prozessors von Texas Instruments für die Verarbeitung der sinusförmigen Spannungssignale und bei einer statischen Kalibrierung der Sensorschaltung und einer dynamischen Kalibrierung in dem DSP haben die Erfinder eine Winkelpositionsgenauigkeit von zwei Grad oder besser bei Drehgeschwindigkeiten von 0 U/min bis zu 52.000 U/min erzielt.
Indem zwei Sensorpaare 32 mit entgegen gesetzt ausgerichteten Sensoren verwendet werden, misst der Winkelpositionssensor 28 nicht die absolute Magnetfeldstärke, sondern die relative Feldstärke an jedem Sensorpaar 32, wobei der Sensor 28 unabhängig von Variationen in der Magnetfeldstärke des Dipolmagneten 36 betrieben wird, sofern der Sensor 28 einen ausreichenden Magnetfluss von dem Dipolmagneten 36 empfängt. Deshalb ist die Distanz zwischen dem Sensor 28 und dem Dipolmagneten 36 nicht kritisch, wodurch die Herstellung von Motoren unter Verwendung des Sensors 28 und des Dipolmagneten 36 vereinfacht wird.
Ein anderer Sensor, der für die Verwendung als Sensor 28 geeignet ist, ist der KMR 360-Magnetfeldsensor von HL-Planartechnik GmbH, Hauert 13, 44227 Dortmund, Deutschland. Dieser Sensor verwendet drei Magnetsensorelemente, die jeweils 120° zueinander gedreht sind, und gibt drei sinusförmige Spannungssignale aus, die über einen CORDIC-Algorithmus oder eine andere Verarbeitungstechnik verarbeitet werden können, um die Winkelposition eines an einem Drehglied befestigten Dipolmagneten zu bestimmen. Der weiter oben genannte Sentron-Sensor ist jedoch zu bevorzugen, weil ein geringerer Verarbeitungsaufwand erforderlich ist, um α aus den zwei sinusförmigen Ausgaben des Sentron-Sensors zu bestimmen, als α aus den drei sinusförmigen Ausgaben des KMR 360-Sensors zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung kann jedoch unter Verwendung eines beliebigen der beiden Sensoren oder auch eines ähnlichen anderen Sensors als Sensor 28 realisiert werden.
Weiterhin sind keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Konfiguration, des Aufbaus und der Montage des Dipolmagneten 36 vorgegeben. Zum Beispiel kann der Dipolmagnet 36 ein Seltenerdmagnet aus etwa Samarium-Kobalt (SmCo) oder Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) sein, wobei der Sensor 28 in diesem Fall mit einem relativ großen Zwischenraum zwischen dem Dipolmagneten 36 und dem Sensor 28 betrieben werden kann. Wenn ein kleinerer Zwischenraum zwischen dem Sensor 28 und dem Magneten 36 auf dem Drehglied 40 toleriert werden kann, können auch Magneten verwendet werden, die eine geringere Flussdichte erzeugen.
Weiterhin kann der Dipolmagnet 36 wie oben genannt verschiedene Konfigurationen aufweisen, wobei es sich um einen scheibenförmigen Magneten (mit einer sich über die Fläche der Scheibe erstreckenden Nord-Süd-Grenze) wie in 2a gezeigt, einen quadratischen Magneten mit einer ähnlichen Form wie in 2a, aber mit einer quadratischen anstatt einer runden Fläche, einen Stabmagneten mit einem Nordpol an einem Ende und einem Südpol an dem anderen Ende, einen Ringmagneten mit einem Nord- und einem Südpol an gegenüberliegenden Seiten des Rings wie in 2b gezeigt, usw. handeln kann.
Wenn die genaue und absolute Winkelposition eines Drehglieds 40 und nicht nur eine relative Position oder Geschwindigkeit erhalten werden soll, muss der Nord-zu-Süd- oder Süd-zu-Nord-Übergang des Dipolmagneten 36 auf eine bekannte Winkelposition des Drehglieds und auf die Bezugsachse des Sensors 28 indiziert werden, was auf verschiedene Weise geschehen kann. Zum Beispiel können Dipolmagnete 36 in einer bestimmten Ausrichtung relativ zu einem Indizierungsmerkmal wie etwa einer Vertiefung oder einem Vorsprung auf den Magneten 36 magnetisiert werden, wobei die Drehglieder 40, an denen ein Dipolmagnet 36 zu befestigen ist, ein komplementäres Indizierungsmerkmal aufweisen können, um sicherzustellen, dass der Nord-zu-Süd- und Süd-zu-Nord-Übergang an einer bestimmten, gewünschten Ausrichtung mit Bezug auf das Drehglied 40 erfolgt.
Sobald das Drehglied 40 in dem Motor 100 installiert wurde, kann die Indizierung in dem Prozessor 24 durchgeführt werden, indem der Motor 100 in eine bestimmte Ausrichtung versetzt wird (z.B. mit dem ersten Zylinder am oberen Totpunkt) und dann die Ausgaben der Sensoren 28 mit dieser bekannten Position gleichgesetzt werden.
In einer anderen Ausführungsform kann die Motorkomponente 40 selbst magnetisiert werden, um wenigstens an einem Ende derselben einen Dipolmagneten zu bilden. Dazu ist erforderlich, dass die Motorkomponente 40 magnetisierbar ist, wobei durch die Magnetisierung der Masse der Komponente 40 eine Magnetfeldstärke (Flussdichte) erhalten wird, die an diejenige herankommt, die erhalten wird, wenn ein Samarium-Kobalt-Magnet oder ähnliches an der Komponente 40 fixiert wird.
Alternativ hierzu kann ein Magnet-„Rohling" während der Herstellung an der Motorkomponente 40 befestigt werden. Ein derartiger Rohling kann eine Masse aus magnetisierbarem Material wie etwa dem oben genannten Samarium-Kobalt umfassen, wobei während der Herstellung der Motorkomponente 40 die Anordnung der Motorkomponente 40 und des Rohlings in ein Werkzeug platziert und entsprechend magnetisiert wird. Indem der Rohling magnetisiert wird, nachdem er an der Motorkomponente 40 befestigt wurde, wird die Indizierung der Nord-zu-Süd/Süd-zu-Nord-Übergänge zu einer gewählten Winkelposition der Motorkomponente 40 einfach bewerkstelligt.
Entsprechend kann der Sensor 28 an einer Leiterplatte oder anderen Montageeinrichtung mit einem entsprechenden Indexmerkmal oder einer Markierung montiert werden, die die Bezugsachse angibt und/oder gestattet, dass der Sensor 28 neben dem Dipolmagneten derart montiert wird, dass seine Bezugsachse eine gewünschte Konfiguration aufweist. Die gemessene Ausrichtung des Drehglieds 40 wird durch die Positionierung des Dipolmagneten auf dem Drehglied und die relative Position der Nord-zu-Süd- und Süd-zu-Nord-Übergänge des Dipolmagneten zu der Bezugsachse des Sensors 28 angegeben.
Wenn die Drehglieder 40 aus einem magnetischen Material ausgebildet werden, werden die Dipolmagneten 36 vorzugsweise an den Drehgliedern 40 mit einem nicht-magnetischem Material zwischen dem Dipolmagneten 36 und dem Drehglied 40 montiert. Das nicht-magnetische Material kann ein Kunststoff- oder Epoxidmaterial sein, das verwendet wird, um den Dipolmagneten 36 an dem Drehglied 40 zu montieren, wobei es sich jedoch auch um einen Träger aus Aluminium, rostfreiem Stahl oder einem anderen nicht-magnetischen Material handeln kann, über das der Dipolmagnet 36 an dem Drehglied 40 montiert wird. Je nach dem Aufbau, der Größe und der Zusammensetzung des Dipolmagneten 36 kann die vorliegende Erfindung betrieben werden, wobei der Dipolmagnet 36 in direktem magnetischen Kontakt mit Drehgliedern 40 aus magnetischem Material ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass stärkere und/oder besser definierte Magnetflusssignale von einem Dipolmagneten 36 an einem Drehglied 40 an den Sensor 28 gegeben werden, wenn der Dipolmagnet durch ein nicht-magnetisches Material von dem Drehglied 40 getrennt ist.
Es werden hier Dipolmagneten 36 beschrieben, die an den Drehgliedern 40 fixiert sind oder sich mit denselben bewegen, während die Sensoren 28 fixiert sind. Dem Fachmann sollte jedoch deutlich sein, dass alternativ hierzu auch der Sensor 28 an dem Drehglied 40 fixiert sein kann oder sich mit demselben bewegen kann, während der Dipolmagnet 36 neben dem Sensor 28 fixiert ist. Eine derartige Konfiguration mit einem sich drehenden Sensor 28 ist jedoch weniger vorteilhaft, weil Gleitringe oder andere Mechanismen verwendet werden müssen, um die erforderliche Leistung zu dem Sensor 28 zu übertragen und die Ausgabesignale von dem Sensor 28 zu erhalten.
Vorzugsweise verwenden die Winkelpositionssensoren 28 zwei Sensorpaare 32 mit entgegen gesetzt ausgerichteten Magnetsensoren, wobei jedes Magnetsensorpaar 32 ein Ausgabesignal vorsieht und dieses Paar von Signalen durch den Prozessor 24 verarbeitet wird, um die Winkelposition eines Drehglieds zu bestimmen. Die Sensoren 28 können alternativ hierzu jedoch auch nur ein einzelnes Paar 32 von Magnetsensoren verwenden. Derartige Sensoren sind von verschiedenen Herstellern verfügbar. Zum Beispiel kann der KMZ41-Sensor von Philips Semiconductor verwendet werden.
In diesem Fall gibt die Ausgabe des Magnetsensorpaars 32 nur die Winkelposition innerhalb eines 180°-Halbkreises an, der für eine volle Umdrehung wiederholt wird, wobei die Ausgabe aus dem Magnetsensorpaar 32 mit dem Ausgabesignal eines anderen Sensors wie etwa eines herkömmlichen induktiven Sensors oder ähnlichem kombiniert werden kann, um anzugeben, im welchem der zwei möglichen 180°-Halbkreise sich das Drehglied befindet. Mit anderen Worten gibt ein Halbkreis-Positionssensorsignal an, ob sich das Drehglied in einem ersten Halbkreis zwischen 0 und 180 Grad oder in einem zweiten Halbkreis zwischen 180 und 360 Grad befindet, und gibt der zweite Positionssensor an, wo das Glied innerhalb eines dieser Halbkreise positioniert ist. Der Prozessor 24 empfängt beide Signale und kann die Position des Drehglieds ausgeben, nachdem die zwei Signale entsprechend verarbeitet wurden.
Der Sensor 28 kann einen derartigen Halbkreissensor und einen Positionssensor umfassen, wobei davon ausgegangen wird, dass die oben beschriebene Konfiguration mit zwei Magnetsensorpaaren besser geeignet für die Anforderungen der meisten Motorsteuersysteme ist und derartige Sensoren derzeit für die Verwendung in dem System 20 zu bevorzugen sind.
In der vorliegenden Ausführungsform des Motorsteuersystems 20 wird ein in 3, 4 und 4a gezeigter Motor 100 mit einer zweifach oben liegenden Nockenwelle gesteuert. Bei diesem Motor ist ein Dipolmagnet 108 an dem vorderen Ende einer Einlassnockenwelle 104 montiert und ist ein Dipolmagnet 116 an dem vorderen Ende einer Abgasnockenwelle 112 montiert. In diesem Beispiel sind die Dipolmagneten 108 und 116 scheibenförmige Samarium-Kobalt-Magneten, die an dem Ende der entsprechenden Nockenwellen fixiert sind, wobei die Nordpol-Südpol-Grenzlinie die Drehachse der entsprechenden Nockenwellen kreuzt.
Die Nockenwellen 104 und 112 sind über einen synchronen Antrieb 120 wie etwa ein Band oder eine Kette mit einem Zahnrad auf einer Motorkurbelwelle 124 verbunden, an deren Ende in dieser Ausführungsform ebenfalls ein Dipolmagnet 128 fixiert ist. Wie die Dipolmagneten 108 und 116 ist auch der Dipolmagnet 128 vorzugsweise ein Samarium-Kobalt-Magnet, der in diesem Fall an dem Kopf der Schraube fixiert ist, die das Zahnrad an der Kurbelwelle 124 hält. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass der Dipolmagnet 128 vorzugsweise über ein nicht-magnetisches Abstandsteil aus rostfreiem Strahl oder Aluminium an der Schraube fixiert ist, die das Zahnrad an der Kurbelwelle 124 hält, wobei aber auch die Schraube selbst aus einem nicht-magnetischen Material wie etwa rostfreiem Stahl ausgebildet sein kann. Durch ein derartiges nicht-magnetisches Abstandsteil zwischen dem Dipolmagneten 128 und der Schraube wird durch den Dipolmagneten 128 ein Magnetfeld erzeugt, das stärker und besser geformt ist.
Wie am besten in 4 zu erkennen, ist eine Abdeckung 132 an dem Motorblock 136 montiert, wobei ein Einlassnockenwellensensor 140 in der Form des Sensors 28 ebenso wie der Abgasnockenwellensensor (nicht in der Figur gezeigt) an der Abdeckung 132 montiert ist. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Sensor 28 von dem gemessenen Dipolmagneten durch eine relativ große Distanz von mehr als 15 mm je nach dem Typ und der Konfiguration des Dipolmagneten 36 entfernt sein kann, sofern diese Distanz relativ konstant ist, und andere, nicht-magnetische Materialien zwischen dem Sensor und dem Dipolmagneten angeordnet werden können und der Sensor dennoch weiterhin funktioniert. Zum Beispiel können sich die Sensoren 28 auf einer Seite eines Aufbaus aus Aluminium, Kunststoff oder rostfreiem Stahl befinden, während sich der Dipolmagnet auf der anderen Seite dieses Aufbaus befindet, wobei der Sensor 28 dennoch betrieben werden kann. Dabei müssen die Sensoren 28 nicht gedichtet werden, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Motor 100 eindringen oder unter Druck stehende Gase wie etwa Einlassgase oder Abgase aus dem Motor 100 entweichen. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass verschiedene andere Montagekonfigurationen verwendet werden können, wobei der Sensor 140 zum Beispiel in einem Loch in der Abdeckung 132 montiert werden kann, usw.
In der Ausführungsform von 4 ist der Nockenwellensensor 140 an der Abdeckung 132 montiert. Obwohl nicht in 4 gezeigt, ist auch ein Sensor in der Form des Sensors 28 an der Abdeckung 132 neben dem Dipolmagneten 116 auf der Abgasnockenwelle 112 montiert. Ein Sensor 144 in der Form des Sensors 28 ist an einer Klammer 148 neben dem Dipolmagneten 128 auf der Kurbelwelle 124 montiert.
4a zeigt eine ähnliche Ausführungsform des Motors 100, wobei der Einlassnockenwellensensor 140 und der Abgasnockenwellensensor 142 auf einer Abdeckung 150 montiert sind, die aus einem vorzugsweise nicht-magnetischen Kunststoff oder Metall hergestellt sein kann. 4a zeigt weiterhin den Dipolmagneten 128, den Sensor 144 und die Klammer 148 im größeren Detail.
4b zeigt eine Ausführungsform einer Sensormontageeinrichtung 152 zum Montieren des Sensors 28 an einem Motor 100 zum Messen der Winkelposition eines Drehglieds 40. In der gezeigten Ausführungsform ist die Sensormontageeinrichtung 152 an der Rückseite des Motors 100 montiert, wobei die Zahnräder und der synchrone Antrieb an der Vorderseite des Motors 100 angeordnet sind. Die Sensormontageeinrichtung 152 umfasst einen Sensorträger 153, in dem der Sensor 28 montiert ist. Der Sensorträger 153 kann auf beliebige Weise aus einem beliebigen Material hergestellt sein, zum Beispiel durch Spritzgießen aus Delrin^TM. Der Sensorträger 153 wird durch eine Feder 154 in Kontakt mit dem Ende des Drehglieds 40 vorgespannt, um den Sensor 28 in einen entsprechenden Bereich des Dipolmagneten 36 zu bringen und den Sensor 28 im wesentlichen mit dem Dipolmagneten 36 auszurichten. Die Feder 154 und der Sensorträger 153 sehen eine Toleranz für ein schwimmendes Ende des Drehglieds 40 vor, weil sich der Sensorträger 153 zusammen mit dem Ende des Drehglieds 40 bewegt und in Kontakt mit demselben bleibt. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass eine Drehung des Sensorträgers 153 innerhalb der Sensormontageeinrichtung 152 unterbunden wird, um durch eine Drehung des Sensors 28 verursachte Messfehler zu verhindern. Dementsprechend kann der Sensorträger 153 einen quadratischen Querschnitt aufweisen oder auf andere Weise verkeilt sein, um eine unerwünschte Drehung des Sensors 28 zu verhindern und sicherzustellen, dass der Zugriff auf den Sensor 28 in einer bekannten Ausrichtung erfolgt.
4c zeigt eine andere Ausführungsform der Sensormontageeinrichtung 152, die einen Hauptkörper 155 mit einem Gewindeloch umfasst, um den Sensorträger 153 aufzunehmen, dessen Äußeres ebenfalls ein Gewinde aufweist. In dieser Ausführungsform, die für die Verwendung mit Drehgliedern 40 mit einem geringen Endschwimmen gedacht ist, wird der Sensorträger 153 in oder aus dem Hauptkörper 155 geschraubt, um einen gewünschten Freiraum zwischen dem Dipolmagneten 36 und dem Sensor 28 zu bilden, und dann unter Verwendung eines entsprechenden Mechanismus wie etwa der gezeigten Sperrmutter 157 oder eines Sperrepoxids usw, an einer Position gesperrt.
4d zeigt eine Sensormontageeinrichtung 161, die an einer nicht-magnetischen Fläche 163 wie etwa einer Abdeckung aus Aluminium oder Kunststoff montiert werden soll. In dieser Ausführungsform wird ein Sackloch 165 in einer nicht-magnetischen Fläche 163 ausgebildet und umfasst die Sensormontageeinrichtung 161 einen Teil, in dem der Sensor 28 untergebracht ist und der in das Loch 165 eingesetzt wird, um den Sensor 28 in eine gewünschte Betriebsdistanz zu dem Dipolmagnet 36 zu bringen. Es ist deutlich, dass bei der Sensormontageeinrichtung 161 kein Dichtungsglied erforderlich ist, um das Innenvolumen innerhalb der Fläche 163 zu isolieren, weil kein Durchgangsloch in der magnetischen Fläche 163 ausgebildet ist. Weiterhin kann die Sensormontageeinrichtung 161 ein Keilmerkmal oder einen anderen Mechanismus umfassen, um sicherzustellen, dass sich die Bezugsachse des Sensors 28 in einer bekannten Ausrichtung befindet.
Wie in 5 gezeigt, werden die Signale aus dem Einlassnockenwellen-Positionssensor 140, aus dem Abgasnockenwellensensor und aus dem Kurbelwellensensor 144 zu der Prozessoreinheit 24 in dem System 20 gegeben. Wenn der Motor 100 betrieben wird, bestimmt die Prozessoreinheit 24 die Winkelposition der Einlassnockenwelle 104, der Abgasnockenwelle 112 und der Kurbelwelle 124 und verwendet diese Informationen zum Steuern des Motors 100. Bei den Motorsteuereinrichtungen aus dem Stand der Technik wurde es gewöhnlich als ausreichend betrachtet, die Position der Kurbelwelle zu bestimmen und dann die relativen Positionen der Einlass- und Abgasnockenwellen aus der Kurbelwelle zu schätzen. Derartige geschätzte Positionen ignorieren jedoch die Effekte der Torsionsschwingungen in dem synchronen Antrieb 120 und andere Faktoren, die zu Differenzen zwischen den tatsächlichen Positionen der Einlass- und Abgasnockenwellen und den geschätzten Positionen führen können. Es hat sich herausgestellt, dass diese Differenzen in den Motorsteuereinrichtungen aus dem Stand der Technik zu Fehlern bei der Kraftstoffeinspritzung, bei der Zündungssteuerung und/oder in anderen Motorsteuerfunktionen führen können, die von genauen Informationen abhängen.
In der vorliegenden Erfindung kann der Prozessor 24 bei einer sorgfältigen Montage und Kalibrierung die Position der Kurbelwelle und der Einlass- und Abgasnockenwellen mit einer Genauigkeit von einem Grad oder besser bestimmen, sodass der Prozessor 24 Ausgabesignale 32 für die Kraftstoffeinspritzung, für Zündsysteme (in Benzinmotoren) und für andere Motorsubsysteme erzeugen kann, die eine bessere Verbrennung des Kraftstoffs und damit eine entsprechende Erhöhung in der Effizienz des Motors 100 und eine Verminderung der Emissionen ermöglichen.
Wenn der Motor 100 ein System mit variablen Ventilzeiten (VVT) und/oder ein System mit variablem Ventilhub (VVL) verwendet, können durch die vorliegende Erfindung zusätzliche Vorteile im Betrieb des Motors 100 erzielt werden. In derartigen Systemen schätzen die Motorsteuereinrichtungen aus dem Stand der Technik gewöhnlich die Position der Einlass- und der Auslassnockenwellen und erzielen dabei gewöhnlich eine Genauigkeit von nicht besser als acht bis zehn Grad. Die Motorsteuereinrichtungen aus dem Stand der Technik können also nicht viele Vorteile aus den VVT- und/oder VVL-Systemen ziehen. Bei der vorliegenden Erfindung können die Winkelpositionen der Kurbelwelle und der Nockenwelle oder anderen Drehkomponenten und Subsysteme des Motors 100 mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden, zum Beispiel mit einer Genauigkeit von einem Grad, wodurch eine verbesserte Steuerung und ein verbesserter Betrieb von VVT- und VVL-Systemen ermöglicht wird.
Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen kann ein Motorsteuersystem 20 gemäß der vorliegenden Erfindung auch Torsionsablenkungen (d.h. Verdrallungen) in Drehgliedern des Motors 100 bestimmen und derartige Ablenkungen bei der Erzeugung der Steuersignale 32 kompensieren. Insbesondere unterliegen Drehglieder wie etwa die Nockenwellen und die Kurbelwelle im Motor 100 Torsionsablenkungen, die durch eine unregelmäßig einwirkende Last verursacht werden. Zum Beispiel kann die Winkelposition des vorderen Endes einer Kurbelwelle mehrere Grad vor der Winkelposition des hinteren Endes der Kurbelwelle liegen, weil das Getriebe eine Last auf den Motor ausübt, wenn das Getriebe eingekuppelt ist. Die Winkelposition an dem vorderen Ende der Kurbelwelle und an dem hinteren Ende der Kurbelwelle stimmt dagegen besser miteinander überein, wenn das Getriebe neutral ist, wodurch die Last reduziert wird. Entsprechend erfahren Nockenwellen Torsionsablenkungen, wenn sie Ventile öffnen und schließen und/oder der Motor plötzliche Lasten oder Betriebsgeschwindigkeitsänderungen erfährt. Bei den Motorsteuersystemen aus dem Stand der Technik werden derartige Ablenkungen nicht durch die Motorsteuereinrichtung berücksichtigt.
Bei dem Motorsteuersystem 20 können ein Dipolmagnet und ein Winkelpositionssensor 28 an jedem Ende eines Drehglieds wie in 6 gezeigt angeordnet sein. Die Einlassnockenwelle 104 umfasst einen Dipolmagnet 108 (nicht in der Figur gezeigt) und einen Positionssensor 140 an ihrem vorderen Ende und umfasst einen weiteren Dipolmagneten (nicht gezeigt), der an ihrem hinteren Ende fixiert ist, sowie einen Positionssensor 200, der neben diesem Dipolmagnet in der Abdeckung 132 montiert ist. Entsprechend umfasst die Abgasnockenwelle 112 einen vorderen Dipolmagnet 116 und einen vorderen Positionssensor und umfasst einen weiteren Dipolmagneten, der an ihrem hinteren Ende fixiert ist, und einen hinteren Positionssensor, der an der Abdeckung 132 neben diesem Dipolmagnet montiert ist. Die Kurbelwelle 124 umfasst ebenfalls einen vorderen Dipolmagnet 128 und einen Sensor 144 sowie weiterhin einen zweiten Dipolmagnet, der an ihrem hinteren Ende fixiert ist, und einen hinteren Sensor 204, der an einem entsprechenden Montagepunkt neben dem Dipolmagnet montiert ist. Es kann also die Winkelposition des vorderen und hinteren Endes aller Drehkomponenten des Motors 100 bestimmt werden.
Wie in 7 gezeigt, werden die Ausgabesignale aus jedem Positionssensor zu einem Prozessor 24 gegeben. Indem er die Positionssensorsignale zwischen dem vorderen und hinteren Ende einer Nockenwelle vergleicht, kann der Prozessor 24 die aktuelle Torsionsablenkung der Nockenwelle bestimmen. Wenn der Prozessor 24 zum Beispiel bestimmt, dass das hintere Ende der Einlassnockenwelle 104 um zwei Grad hinter dem vorderen Ende liegt, wenn der vierte Zylinder (an der hinteren Seite des Motors 100 – es wird angenommen, dass es sich um einen Vier-Zylinder-Motor mit einer zweifach oben liegenden Nockenwelle handelt) Kraftstoff erhalten soll, dann kann der Prozessor 24 das Steuersignal 32 zum Einspritzen von Kraftstoff in den vierten Zylinder um zwei Grad verzögern.
Durch eine Extrapolation kann der Prozessor 24 weiterhin bestimmen, dass der Einlassnocken 104 am dritten Zylinder um 1,5°, am zweiten Zylinder um 1° und am ersten Zylinder um 0,5° zurückliegt. Wenn die Torsionsablenkungen der Einlassnockenwelle 104 nicht linear entlang ihrer Länge verteilt sind, was empirisch durch den Hersteller bestimmt werden kann, kann der Prozessor 24 eine Nachschlagetabelle oder ähnliches verwenden, um die Ablenkungsgröße an jedem Punkt entlang der Länge der Nockenwelle aus der bestimmten Differenz zwischen den Winkelpositionen des vorderen und hinteren Endes der Einlassnockenwelle 104 zu bestimmen. Natürlich können ähnliche Bestimmungen bei Bedarf auch für die Abgasnockenwelle 112 und die Kurbelwelle 124 vorgenommen werden.
Es ist zu beachten, dass derartige Torsionsablenkungen während des Betriebs des Motors 100 nicht konstant sind und auch während einer Drehung des Motors 100 nicht unbedingt konstant sind, sodass der Prozessor 24 vorzugsweise betrieben werden kann, um derartige Ablenkungen ggf. in Echtzeit oder nahe Echtzeit zu bestimmen.
Zusätzlich zu eine Änderung der Kraftstoffeinspritzparameter, der Ventilzeiten und/oder der Hubparameter und Zündungsparameter kann der Prozessor 24 die Informationen zur Torsionsablenkung auch für andere Zwecke verwenden. Zum Beispiel kann die Torsionsablenkung in der Kurbelwelle 124 durch den Prozessor 24 als Angabe zu der auf den Motor 100 wirkenden Last verwendet werden, um Schaltpunkte, aktive Aufhängungseinstellungen und andere Fahrzeugbetriebsparameter zu ändern. Derartige Informationen können auch verwendet werden, um den Betrieb des Motors 100 zu begrenzen, wobei zum Beispiel die Zündungszeit unterbrochen werden kann, um zu verhindern, dass der Motor 100 mit zu hohen Touren betrieben oder überlastet wird.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Dipolmagnet an dem Ende eines sich drehenden Motorglieds angeordnet, wobei es unter Umständen schwierig oder unvorteilhaft sein kann, den Dipolmagneten in dieser Konfiguration anzuordnen. Zum Beispiel kann es schwierig sein, einen Dipolmagneten und einen Sensor 28 an dem Schwungradende einer Kurbelwelle anzuordnen. In diesem Fall kann wie in 8 gezeigt ein Mitläuferrad 300 oder ähnliches verwendet werden, das sich mit dem zu erfassenden Drehglied 40 dreht, wobei der Dipolmagnet 304 an dem Mitläuferrad 300 fixiert ist und ein Sensor 308 in der Form des Sensors 28 neben dem Mitläuferrad angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine versetzte Konfiguration des Sensors 308 und des Dipolmagneten 304 erhalten werden. Eine derartige versetzte Konfiguration kann auch verwendet werden, um Torsionsablenkungen an Punkten zwischen den Enden der Drehglieder zu bestimmen, wenn eine derartige Genauigkeit in der Bestimmung der Torsionsablenkung entlang des sich drehenden Glieds erforderlich ist.
In anderen Fällen, in denen es schwierig sein kann, einen Dipolmagneten und einen Sensor 28 für ein Drehglied anzuordnen, kann die Winkelposition des Drehglieds wie etwa einer Kurbelwelle usw. aus einer Einrichtung oder einem Subsystem bestimmt werden, die bzw. das durch das Drehglied angetrieben wird. Zum Beispiel kann eine Ölpumpe oder eine Blindwelle mit einem Dipolmagneten und einem Sensor 28 ausgestattet sein, wobei der Prozessor 24 das Signal aus diesem Sensor verarbeiten kann, um die Position der Kurbelwelle zu bestimmen, ohne dass dazu ein Dipol an der Kurbelwelle montiert wird und ein entsprechender Sensor neben dem Dipol an der Kurbelwelle angeordnet wird.
Wenn eine angetriebene Einrichtung verwendet wird, um die Winkelposition eines die Einrichtung antreibenden Drehglieds zu bestimmen, und wenn sich die angetriebene Einrichtung mit einer anderen Rate dreht als die Kurbelwelle oder das andere Drehglied, dessen Positionen bestimmt werden soll (wenn zum Beispiel die Ölpumpe mit der halben Rate der Kurbelwelle gedreht wird), kann der Prozessor 24 das Signal von dem Sensor 28 entsprechend verarbeiten, um ein korrektes Winkelpositionsergebnis zu erhalten. In vielen Fällen muss der Prozessor 24 eine zusätzliche Eingabe wie etwa aus einem herkömmlichen induktiven Sensor oder einem anderen Sensor 28 zum Messen der Winkelposition einer anderen Drehkomponente (wie etwa einer Nockenwelle) des Motors 100 erhalten, um zu bestimmen, in welchem Quadranten usw. einer vollständigen 360°-Umdrehung sich das Antriebsglied befindet. Wenn das angetriebene Glied mit der halben Rate des Antriebsglieds angetrieben wird, dann muss bestimmt werden, in welcher 180°-Hälfte einer vollständigen Umdrehung sich das antreibende Glied befindet, und wenn das angetriebene Glied mit einem Viertel der Geschwindigkeit des antreibenden Glieds angetrieben wird, dann muss bestimmt werden, in welchem 90°-Qudranten einer vollständigen Umdrehung sich das antreibende Glied befindet usw.
9 zeigt eine andere Dipolmagnetkonfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie weiter oben genannt, kann ein Dipolmagnet für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung einen Aufbau aus mehreren Dipolmagneten in einer entsprechenden Anordnung umfassen. In der Ausführungsform von 9 ist wenigstens ein Paar von Dipolmagneten 400, 404 um den Umfang eines Drehglieds 40 herum fixiert, wobei der Nordpol „N" des Dipols 400 neben dem Südpol „S" des Dipols 404 liegt und der Nordpol (nicht gezeigt) des Dipols 404 neben dem Südpol „S" des Dipols 400 liegt. Ein Sensor 408 in der Form des Sensors 28 ist neben dem Außenumfang der Dipolmagneten 400 und 404 montiert und kann die Nord-zu-Süd- und Süd-zu-Nord-Feldstärkeänderungen erfassen, wenn sich das Glied 40 dreht. Wiederum verarbeitet der Prozessor 24 entsprechend die Ausgabe aus dem Sensor 408, um die zwei Nord-zu-Süd- oder Süd-zu-Nord-Übergänge zu kompensieren, die während einer vollständigen Umdrehung des Drehglieds 40 auftreten.
10A bis 10E zeigen verschiedene andere Konfigurationen zusätzlich zu den obern erläuterten Scheiben-, Ring- und Stabmagneten, durch die ein geeigneter Dipolmagnet 36 für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann. In 10a sind zwei Paare von Magneten 500, 504 gezeigt, wobei jedes Paar 500, 504 bogenförmig ausgebildet ist, um eine offene Ringstruktur zu bilden. Wie gezeigt, sind in dem Paar 500 die Pole jedes Magneten denjenigen des anderen Magneten entgegen gesetzt. Dasselbe gilt für die Magneten in dem Paar 504, wobei der Winkelpositionssensor 28 im wesentlichen im Zentrum des offenen Rings angeordnet ist. Die Magnetpaare 500 und 504 können über eine beliebige, geeignete Einrichtung an dem Ende des Drehglieds befestigt werden, wobei die Ebene des offenen Rings orthogonal zu der Drehachse des Drehglieds ausgerichtet ist.
Ein weiterer Ringaufbau für einen Dipolmagneten, der demjenigen von 10A ähnlich ist, ist in 10B gezeigt. Bei diesem Aufbau ist ein Flussring 508 zu dem Aufbau von 10A hinzugefügt, um den Ring zu umschließen und den Magnetfluss von den Magnetpaaren 500 und 504 um den Ring zu verteilen. Weiterhin kann der Flussring 508 an dem Ende des Drehglieds montiert werden, wobei die Magnetpaare 500 und 504 an dem Flussring montiert werden, was einfacher zu bewerkstelligen sein kann, als die Magnetpaare 500 und 504 an dem Drehglied zu montieren. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass der Flussring 508 auch Merkmale wie etwa sich nach innen erstreckende Vorsprünge aufweisen kann, die den durch die Magnetpaare 500 und 504 erzeugten Fluss an relevanten Winkelpositionen konzentrieren und/oder anordnen. Zum Beispiel kann der Flussring 508 einen derartigen, nach innen gewandten Vorsprung neben den Winkelpositionen umfassen, an denen sich eine Kurbelwelle in der Position des oberen Totpunkts für einen oder mehrere Zylinder eines Motors befindet.
In dem Aufbau von 10C sind die Magnetpaare 512 und 516 jeweils Stabmagneten. In 10D wird nur ein Paar von Magneten verwendet, wobei sich der Magnet 520 in den Flussring 508 erstreckt und sich sein Nordpol nach außen erstreckt, während sich der Magnet 524 in den Flussring 508 erstreckt und sich sein Südpol nach außen erstreckt.
10E zeigt eine Magnetkonfiguration mit einem Ringmagneten 550, der den Sensor 28 umgibt. Es wird davon ausgegangen, dass diese Konfiguration besonders tolerant gegenüber einer Fehlausrichtung bei der Montage des Magneten 550 um die Drehachse des Drehglieds und/oder gegenüber einer Fehlausrichtung des Sensors 28 in Bezug auf das Zentrum des Magneten 550 und/oder die Drehachse des Drehglieds und/oder eine Bewegung des Sensors 28 in oder aus der Ebene des Ringmagneten 550 ist. Falls gewünscht, kann der Magnet 550 ein Halbach-Magnet sein, dessen Magnetfluss besser in dem Inneren des Rings konzentriert ist.
Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, dass geeignete Dipolmagneten für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise ausgebildet werden können, wobei wenigstens ein Nord-zu-Süd-Übergang und wenigstens ein Süd-zu-Nord-Übergagng für jede vollständige Umdrehung eines Drehglieds vorgesehen wird. Wenn mehr als ein Nord-zu-Süd- und Süd-zu-Nord-Übergang durch den verwendeten Aufbau vorgesehen wird, kann der Prozessor 24 programmiert werden, um die Winkelposition des Drehglieds korrekt anhand der mehrfachen Übergänge und/oder anderen Eingaben aus herkömmlichen Sensoren oder anderen Sensoren 28 zu identifizieren.
Vorzugsweise verwendet das System 20 die Sensoren 28 derart, dass kein Kontakt zwischen dem Sensor 28 und dem Drehglied 40 erforderlich ist. Unter Umständen kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Sensoren 28 direkt oder indirekt mit einem Drehglied 40 verbunden sind.
11 zeigt eine Sensoranordnung 200, die über eine Welle 204 an einem Drehglied 40 befestigt werden kann, dessen Winkelposition gemessen werden soll. Die Sensoranordnung 200 umfasst einen Dipolmagneten (nicht gezeigt), der sich mit der Welle 204 und einem Sensor in der Form des Sensors 28 dreht, der wie weiter unten ausführlicher beschrieben neben dem Dipolmagneten angeordnet ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Drehglied 40 eine Nockenwelle, die in ihrem Ende eine Keilnut 208 umfasst, deren Form derjenigen der Welle 204 entspricht. Die Sensoranordnung 200 ist an der Abdeckung 212 montiert, wobei die Welle 204 derart mit der Keilnut 208 verbunden ist, dass sich die Welle 204 mit dem Drehglied 40 dreht. Vorzugsweise sind die komplementären Formen der Keilnut 208 und der Welle 204 derart gewählt, dass die Welle 204 nur in einer Ausrichtung in der Keilnut 208 aufgenommen werden kann, um die Sensoranordnung 200 während der Montage mit dem Drehglied 40 auszurichten (d.h. der Sensor 28 in der Sensoranordnung 200 gibt eine Winkelposition von null Grad an, wenn sich das Drehglied 40 in einer gewählten Position befindet). Vorzugsweise kann die Welle 204 gleitend in der Keilwelle 208 aufgenommen werden, sodass eine Bewegung wie etwa ein Schwimmen einer Nockenwelle zu oder von der Sensoranordnung 200 toleriert werden kann. Weiterhin gestattet die Anordnung 200 eine sorgfältige Positionierung und Ausrichtung des Dipolmagneten 36 und des Sensors 28 bei der Herstellung der Sensoranordnung 200, um Fehler in der Ausgabe des Sensors 28 zu reduzieren, die ansonsten auftreten könnten.
12a und 12b zeigen zwei Beispiele der vielen anderen Verfahren, die verwendet werden können, um die Sensoranordnung 200 physikalisch mit einem Drehglied 40 zu verbinden. In den zwei gezeigten Ausführungsformen sind die Keilnuten 208a, 208b in einem Zwischenglied 216a, 216b ausgebildet, das einen Gewindeteil 220a, 220b umfasst, der in einem Gewindeendloch 224a, 224b in dem Drehglied aufgenommen werden kann. Die Zwischenglieder 216a, 216b können zusammen mit einem Sperrmechanismus wie etwa einer Sperrmutter oder einem Epoxidharz verwendet werden, um den Nord-zu-Süd-/Süd-zu-Nord-Übergang des Dipolmagneten 36 in Bezug auf die Winkelposition des Drehglieds 40 zu fixieren. Das Ende 228a, 228b der Welle 204 umfasst ein der entsprechenden Keilnut 208a, 208b komplementäres Merkmal. Da das von dem Drehglied 40 auf die Sensoranordnung 200 zu übertragende Drehmoment sehr klein ist, kann das Zwischenglied 216 aus einem elastischen Material ausgebildet werden, um Montagetoleranzen, kleinere Fehlausrichtungen usw. zu kompensieren.
13 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform der Sensoranordnung 200, die physikalisch mit dem Drehglied 40 verbunden ist. Wie gezeigt, ist ein Dipolmagnet 36 an einem Ende eines Magnetträgers 240 montiert, während sich die Welle 204 von dem anderen Ende erstreckt. Der Magnetträger 240 ist drehbar über ein geeignetes Lager 244 wie etwa ein Kugellager in dem Gehäuse 248 der Sensoranordnung 200 montiert. Der Sensor 28 ist in dem Gehäuse 248 im wesentlichen koaxial mit der Drehachse des Dipolmagneten 36 montiert, der sich mit dem Magnetträger 240, der Welle 204 und dem Drehglied 40 dreht. Falls erforderlich, kann ein Druckausgleichdurchgang 252 in dem Magnetträger 240 vorgesehen werden, um Drücke wie etwa Öldrücke auf beiden Seiten des Lagers 244 auszugleichen. Weiterhin können Einstellschrauben oder andere Einstelleinrichtungen vorgesehen werden, um die relativen Ausrichtungen des Sensors 28 und Dipolmagneten 36 einzustellen und zu fixieren und dadurch Achsabweichungen und/oder andere Fehlausrichtungen zu reduzieren, die ansonsten die Genauigkeit der Ausgabe aus dem Sensor 28 reduzieren könnten.
Die Sensoranordnung 200 kann vormontiert werden, um die Ausrichtung der Drehachse des Dipolmagneten 36 mit der Achse des Sensors 28 sicherzustellen, wobei die vormontierte Sensoranordnung 200 dann schnell und einfach in einem Schritt des Motormontageprozesses installiert werden kann.
Der Dipolmagnet 36 ist in 13 als planer Magnet (scheibenförmig, quadratisch, usw.) gezeigt, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass auch viele andere Anordnungen des Dipolmagneten 36 und Sensors 28 verwendet werden können, wobei es sich auch um Dipolmagneten 36 in der Form von Ringmagneten usw. wie an anderer Stelle der vorliegenden Beschreibung erläutert handeln kann.
14 zeigt eine andere Ausführungsform einer Sensoranordnung 300, die vormontiert und einfach auf einer Abdeckung 212 oder einem anderen Teil eines Motors installiert werden kann. In dieser Ausführungsform weist das Drehglied 40 ein Zwischenglied 216 auf, das einen Magneten 304 aufweist, der auf der von dem Drehglied 40 abgewandten Seite montiert ist. Ähnlich wie die Sensoranordnung 200 umfasst die Sensoranordnung 300 einen Magnetträger 240, der drehbar in dem Sensorgehäuse 248 über ein Lager 244 montiert ist. Weiterhin umfasst der Magnetträger 240 einen Dipolmagneten 36 auf der von dem Drehglied 40 abgewandten Seite, wobei ein Sensor 28 an dem Gehäuse 248 gegenüber dem Dipolmagneten 36 montiert ist. Wiederum können Einstellschrauben oder andere Einstelleinrichtungen vorgesehen sein, um die relativen Ausrichtungen des Sensors 28 und des Dipolmagneten 36 einzustellen und zu fixieren und dadurch Achsabweichungen und/oder andere Fehlausrichtungen zu reduzieren, die ansonsten die Genauigkeit der Ausgabe aus dem Sensor 28 reduzieren können.
Im Gegensatz zu der Sensoranordnung 200 umfasst in der Sensoranordnung 300 der Magnetträger 240 einen Magneten 308 auf der Fläche gegenüber dem Dipolmagneten 36, wobei die Magneten 308 und 304 eine Magnetverbindung durch die Abdeckung 212 bilden, sodass sich der Magnetträger 240 mit dem Zwischenglied 216 und dem Drehglied 40 dreht. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die Magneten 304 und 308 eine beliebige Anordnung von Magneten umfassen können, die geeignet sind, um eine Magnetverbindung zwischen dem Zwischenglied 216 und dem Magnetträger 240 zu bilden. Insbesondere müssen die Magneten 304 und 308 keine Dipolmagneten sein. Dem Fachmann sollte außerdem deutlich sein, dass die Abdeckung 212 oder andere Motorkomponentenfläche, an der die Sensoranordnung 300 montiert ist, eine Öffnung aufweisen kann, durch die sich der Magnetträger 240 erstrecken kann, um einen engeren Abstand zwischen den Magneten 304 und 308 zu erzielen.
Um den höchsten Grad an Genauigkeit bei der Bestimmung der Winkelposition eines Drehglieds 40 zu erzielen, ist es wichtig, den Dipolmagneten 36 so eng wie möglich an einer Position um das Drehzentrum des Drehglieds 40 herum auszurichten und zu positionieren, sodass die Magnetebene des Dipolmagneten 36 möglichst orthogonal zu der Drehachse des Drehglieds 40 ist. Dies kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden, wobei verschiedene Träger und Montagen verwendet werden können und/oder ein geeignetes Montagewerkzeug sowie ein Epoxidharz oder anderes Material verwendet werden, um den Dipolmagneten 36 an dem Drehglied 40 zu positionieren und zu fixieren. Auf ähnliche Weise sollte auch der Sensor 28 entsprechend positioniert werden, sodass er im wesentlichen über der Drehachse des Drehglieds 40 zentriert ist und die Sensorebene orthogonal zu der Drehachse ist.
Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass ein fehlausgerichteter und fehlplatzierter Dipolmagnet 36 und/oder ein fehlausgerichteter oder fehlplatzierter Sensor 28 in der Prozessoreinheit 24 bis zu einem gewissen Grad kalibriert und korrigiert werden kann. Sobald in einer Ausführungsform der Dipolmagnet 36 an dem Drehglied 40 montiert wurde und der Sensor 28 installiert wurde, kann nämlich das Drehglied durch eine oder mehrere Umdrehungen mit einer bekannten Rate (zum Beispiel schrittweise) gedreht werden, während der Sensor 28 eine Ausgabe an die Prozessoreinheit 24 gibt. Die Prozessoreinheit 24 untersucht die Messsignale von dem Sensor 28 und vergleicht die Messergebnisse mit den für die bekannte Bewegung des Drehglieds 40 erwarteten Ergebnissen. Der Prozessor 24 kann dann benötigte Korrekturfaktoren wie etwa einen erforderlichen Versatz oder Skalierfaktor erhalten, um die Genauigkeit bei der Verarbeitung der Signale von dem Sensor 28 zu verbessern. Diese bestimmten Skalierfaktoren können dann in der Prozessoreinheit 24 gespeichert werden. Dem Fachmann sollten auch andere Kalibrierungs- und Korrekturtechniken bekannt sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen geben die Sensoren 28 ihre Ausgabesignale über Kabelbündel aus, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist, sondern die Ausgabe der Sensoren 22 auch über Kraftfahrzeug-Datenbusse, Funksignale, Optikfaserkabel usw. an den Prozessor 24 gegeben werden kann.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen ist der Prozessor 24 separat zu dem Sensor 28 vorgesehen, wobei die Sensoren 28 jedoch auch als integrierte Sensoreinheiten vorgesehen werden können, die A/D-Wandler, einen geeigneten Prozessor und Ausgänge umfassen können, sodass diese integrierten Sensoreinheiten direkt ein Signal, das die Winkelposition des gemessenen Drehglieds angibt, und/Oder ein Steuersignal an das Stellglied 32 ausgegeben können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Sensoren in der Form des Sensors 28 Absolutpositionssensoren sind und ein Winkelpositionssignal auch dann ausgeben, wenn sich das erfasste Drehglied nicht dreht und/oder gerade erst aktiviert wurde. Im Gegensatz dazu sehen die Sensoren mit den induktiven Abnehmern zum Erfassen der Zähne aus dem Stand der Technik keine Angaben zu der Drehgeschwindigkeit oder Drehposition vor, wenn sich das erfasste Glied nicht bewegt. Und weil es sich bei den Sensoren aus dem Stand der Technik um relative Sensoren handelt, können diese kein bedeutungsvolles Signal ausgeben, bevor das erfasste Glied eine gewisse Drehung durchlaufen hat.
Das Motorsteuersystem 20 bietet viele Vorteile gegenüber den Motorsteuereinrichtungen aus dem Stand der Technik. Mit dem Motorsteuersystem 20 kann eine genauere Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, der Ventilzeiten, der Zündung (für Benzinmotoren) und der Motorlastbestimmungen erzielt werden. Weiterhin können die Winkelpositionssensoren in der Form des Sensors 28 einfach verwendet werden, wodurch der Aufbau des Motors vereinfacht wird.
Dank der vielen verschiedenen Konfigurationen, mit denen die Dipolmagneten an den Drehgliedern fixiert werden können, und dank der tolerierten Abweichungen bei der Montage der Sensoren 28 können die Winkelpositionssensoren 28 einfach in den meisten Motorentwürfen untergebracht werden. Und weil der Sensor 28 nur den durch den Dipolmagneten erzeugten Magnetfluss zu messen braucht, kann der Sensor 28 außerhalb einer nicht-magnetischen Hülle neben dem Dipolmagneten montiert werden, wobei er trotzdem betriebsbereit ist. Es kann also auf Dichtungen usw. zwischen dem Drehglied und dem Sensor 28 verzichtet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Motorsteuersystems 20 werden mehrere Winkelpositionssensoren 28 verwendet, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch mit nur einem Sensor 28 erhalten werden können. Weiterhin kann das Motorsteuersystem 20 auch mehrere weitere Winkelpositionssensoren 28 verwenden. Zum Beispiel kann ein Winkelpositionssensor 28 verwendet werden, um die Winkelposition eines Zubehörs wie etwa eines Klimaanlagenverdichters, einer Kraftstoffeinspritzpumpe, eines Super- oder Turboladerrotors usw. zu bestimmen, wobei die Positionsinformationen dann durch den Prozessor 24 verwendet werden können, um die Betriebsbedingungen des Motors oder Zubehörs entsprechend zu ändern. Insbesondere kann ein Turbolader oder Superladerverdichter mit Schaufeln mit einstellbaren Abständen vorteilhaft durch das Motorsteuersystem 20 betrieben werden, um die Rotorgeschwindigkeit bei bestimmten Umdrehungszahlen des Motors zu optimieren und dadurch eine verbesserte und/oder beinahe optimale Effizienz zu erzielen.
Weiterhin benötigt der Prozessor 24 die Winkelpositionsinformationen für ein oder mehrere Drehglieder eines Motors nicht jederzeit. In diesem Fall kann das Motorsteuersystem 20 die Signale von einigen oder allen Winkelpositionssensoren 28 multiplexen, um den Rechenaufwand an dem Prozessor 24 zu reduzieren.
Viele herkömmliche Dreherfassungssysteme geben eine Impulsfolge aus, die verarbeitet wird, um nützliche Informationen zu erzeugen, wobei etwa die Anzahl der Impulse innerhalb einer bestimmten Zeitdauer gezählt wird, um eine durchschnittliche Drehgeschwindigkeit zu bestimmen. Falls gewünscht, kann der Prozessor 24 derartige Impulsfolgen auch erzeugen, wenn diese durch eine mit dem Prozessor 24 verbundene nachgeordnete Einrichtung erfordert werden. Zum Beispiel kann der Prozessor 24 eine Nachschlagetabelle umfassen, die für jedes gewünschte Drehinkrement des Glieds 40 die Anzahl von Impulsen angibt, die durch ein derartiges System aus dem Stand der Technik ausgegeben würden (z.B. sechs Impulse für jeweils 1 Grad), wobei der Prozessor 24 eine Impulsfolge mit der gewünschten Anzahl von Impulsen erzeugen und ausgeben kann. Weiterhin kann der Prozessor 24 für impulsbasierte Signale aus dem Stand der Technik eine Impulsfolge mit der erforderlichen Anzahl von Impulsen innerhalb der erforderlichen Zeitperiode ausgeben.
Der Prozessor 24 kann weiterhin seine absolute Winkelpositionsinformationen auf nützliche und/oder neuartige Weise zu Impulsfolgen wandeln. Zum Beispiel kann der Prozessor 24 verschiedene Anzahlen von Impulsen für dieselbe Drehgröße an verschiedenen Winkelpunkten ausgeben, um das Drehsignal zu imitieren, das ein nicht-kreisrundes Element wie etwa ein Nocken auf dem Glied 40 erzeugen würde. Weiterhin kann der Prozessor 40 die Impulsfolge nur während eines bestimmten Teils der Drehung des Glieds 40 erzeugen, um die Drehung einer abgeschnittenen Form an dem Glied 40 zu imitieren. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass bei Bedarf einfach verschiedene andere Modifikationen und/oder Emulationen von Impulsfolgen durch den Prozessor 24 erzeugt werden können.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Motorsteuersystem an, das Winkelpositionssensoren verwendet, die betrieben werden können, um sehr genau die Position von sich drehenden Motorgliedern zu bestimmen. Informationen zu der Winkelposition der Motorglieder werden verwendet, um den Betrieb des Motors zu ändern und dadurch die Effizienz zu verbessern und/oder die Emissionen aus dem Motor zu reduzieren. Die Winkelposition der Kurbelwelle und der Nockenwellen kann bestimmt werden, indem ein Dipolmagnet an jeder derselben fixiert wird, sodass sich das Magnetfeld des Magneten mit dem Drehglied dreht, wobei dann ein Winkelpositionssensor neben jedem Drehglied platziert wird, um die Drehung jedes Magnetfelds zu erfassen. In einer anderen Ausführungsform wird die Winkelposition der Enden wenigstens eines der Drehglieder bestimmt, damit der Prozessor die Torsionsablenkung des Glieds bestimmten kann, wobei das Motorsteuersystem auf diese bestimmte Ablenkung reagiert, um den Betrieb des Motors weiter zu ändern.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft für die Erfindung, wobei verschiedene Änderungen und Modifikationen durch den Fachmann vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der durch die Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
Zusammenfassung
Ein Motorsteuersystem verwendet Winkelpositionssensoren, die betrieben werden können, um sehr genau die Position von sich drehenden Motorgliedern zu bestimmen. Die Informationen zu der Winkelposition der Motorglieder wird verwendet, um den Betrieb des Motors zu ändern und dadurch die Effizienz zu verbessern und/oder die Emissionen aus dem Motor zu reduzieren. Die Winkelposition der Kurbelwelle und der Nockenwellen kann bestimmt werden, indem Dipolmagneten an denselben fixiert werden, sodass sich die Magnetfelder der Magneten mit dem Drehglied drehen, wobei dann ein Winkelpositionssensor neben jedem Drehglied platziert wird, um die Drehung jedes Magnetfelds zu erfassen. In einer anderen Ausführungsform wird die Winkelposition jedes Endes von wenigstens einem der Drehglieder bestimmt, damit der Prozessor die Torsionsablenkung des Glieds bestimmten kann, wobei das Motorsteuersystem auf die bestimmte Ablenkung reagiert, indem es den Betrieb des Motors ändert.

Claims

Motorsteuersystem für einen Motor, das umfasst: wenigstens einen Prozessor, und wenigstens einen Winkelpositionssensor für die Assoziierung mit einer sich drehenden Motorkomponente, wobei der Sensor auf ein Magnetfeld reagiert, das sich mit Änderungen in der Winkelposition der sich drehenden Motorkomponente dreht, wobei der Sensor Signale an den Prozessor gibt, die die Winkelposition der Komponente angeben, und wobei der Prozessor die Signale verarbeitet und wenigstens ein Ausgabesteuersignal erzeugt, um den Betrieb des Motors zu ändern.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Signale aus dem wenigstens einen Winkelpositionssensor ein Paar von Signalen umfassen, die sinusförmig variieren, wenn sich die Motorkomponente dreht, wobei eines aus dem Paar von Signalen neunzig Grad außer Phase mit dem anderen Signal ist, wobei die Signale die Winkelposition der Drehkomponente innerhalb einer vollständigen 360°-Umdrehung angeben.
Motorsteuersystem nach Anspruch 2, wobei der Prozessor einen CORDIC-Algorithmus auf dem Paar von sinusförmigen Signalen implementiert, um die Winkelposition der Drehkomponente zu bestimmen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, das wenigstens zwei Winkelpositionssensoren umfasst, wobei einer der wenigstens zwei Winkelpositionssensoren die Winkelposition der Kurbelwelle des Motors bestimmt, während der andere der zwei Winkelpositionssensoren die Winkelposition einer Nockenwelle des Motors bestimmt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 4, wobei das Ausgabesteuersignal die Kraftstoffeinspritzparameter für den Motor ändert.
Motorsteuersystem nach Anspruch 5, wobei der Prozessor ein zweites Ausgabesteuersignal erzeugt, wobei das zweite Steuersignal betrieben werden kann, um die Zündungsparameter für den Motor zu ändern.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, das wenigstens zwei Winkelpositionssensoren umfasst, wobei einer der wenigstens zwei Winkelpositionssensoren die Winkelposition einer Nockenwelle des Motors bestimmt, während der andere der wenigstens zwei Winkelpositionssensoren die Winkelposition einer anderen Nockenwelle des Motors bestimmt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 7, wobei das Ausgabesteuersignal die Kraftstoffeinspritzparameter für den Motor ändert.
Motorsteuersystem nach Anspruch 7, wobei der Prozessor ein zweites Ausgabesteuersignal erzeugt, wobei das zweite Ausgabesteuersignal betrieben werden kann, um die Zündungsparameter für den Motor zu ändern.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld durch einen Dipolmagneten erzeugt wird, der neben einem Ende der Drehkomponente im wesentlichen an der Drehachse fixiert ist.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, wobei der Dipolmagnet die Form eines Scheibenmagneten aufweist, der an der Drehachse der Drehkomponente fixiert ist.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, wobei der Dipolmagnet die Form eines quadratischen Magneten aufweist, der an der Drehachse der Drehkomponente fixiert ist.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, wobei das Magnetfeld durch einen Dipolmagneten erzeugt wird, der an einem Mitläuferrad fixiert ist, das durch die Drehkomponente angetrieben wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 10, wobei das Magnetfeld durch eine Anordnung aus wenigstens zwei Magneten erzeugt wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 7, das weiterhin einen dritten Winkelpositionssensor umfasst, der die Winkelposition der Kurbelwelle des Motors bestimmt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 15, wobei das Ausgabesteuersignal die Kraftstoffeinspritzparameter für den Motor ändert.
Motorsteuersystem nach Anspruch 15, wobei der Prozessor ein zweites Ausgabesteuersignal erzeugt, wobei das zweite Ausgabesteuersignal betrieben werden kann, um die Zündungsparameter für den Motor zu ändern.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, das wenigstens zwei Winkelpositionssensoren umfasst, wobei einer der wenigstens zwei Winkelpositionssensoren die Winkelposition eines Endes des Drehglieds bestimmt, während der andere der wenigstens zwei Winkelpositionssensoren die Winkelposition des anderen Endes des Drehglieds bestimmt, wobei der Prozessor die Winkelpositionen der beiden Enden des Drehglieds bestimmt und miteinander vergleicht, um eine Torsionsablenkung des Drehglieds zu bestimmen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 18, wobei das Ausgabesignal aus dem Prozessor die Kraftstoffeinspritzparameter für den Motor ändert, damit diese der bestimmten Torsionsablenkung des Drehglieds entsprechen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 18, wobei das Ausgabesignal aus dem Prozessor die Zündungsparameter für den Motor ändert, damit diese der bestimmten Torsionsablenkung des Drehglieds entsprechen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 18, wobei das Drehglied eine Nockenwelle ist.
Motorsteuersystem nach Anspruch 7, das wenigstens vier Winkelpositionssensoren umfasst, wobei einer der wenigstens vier Winkelpositionssensoren die Winkelposition eines Endes eines ersten Drehglieds bestimmt und ein anderer der wenigstens vier Winkelpositionssensoren die Winkelposition des anderen Endes des ersten Drehglieds bestimmt, wobei einer der wenigstens vier Winkelpositionssensoren die Winkelposition eines Endes eines zweiten Drehglieds bestimmt und ein anderer der wenigstens vier Winkelpositionssensoren die Winkelposition des anderen Endes des zweiten Drehglieds bestimmt, wobei der Prozessor die Winkelpositionen der Enden des ersten und zweiten Drehglieds bestimmt und miteinander vergleicht, um die Torsionsablenkdung der beiden Drehglieder zu bestimmen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 22, wobei das Ausgabesignal aus dem Prozessor die Kraftstoffeinspritzparameter für den Motor ändert, damit diese den bestimmten Torsionsablenkungen der Drehglieder entsprechen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 22, wobei das Ausgabesignal aus dem Prozessor die Zündungsparameter für den Motor ändert, damit diese den bestimmten Torsionsablenkungen der Drehglieder entsprechen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 22, wobei das erste und das zweite Drehglied Nockenwellen sind.
Motorsteuersystem nach Anspruch 22, wobei das erste Drehglied eine Nockenwelle ist und das zweite Drehglied eine Kurbelwelle ist.
Motorsteuersystem nach Anspruch 7, wobei der Motor eine variable Ventilzeit verwendet und ein Ausgabesignal aus dem Prozessor verwendet wird, um die Phase der Nockenwellen zum Betreiben der Ventile zu variieren.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Ausgabesignal eine Impulsfolge umfasst, die dimensioniert und/oder geformt und/oder zeitlich festgelegt ist, um Informationen für eine die Impulsfolge empfangende Steuereinrichtung vorzusehen.
Motorsteuersystem nach Anspruch 4, wobei das Ausgabesteuersignal einen oder mehrere Parameter wiedergibt, die verwendet werden, um die Kraftstoffeinspritzung in dem Motor zu steuern.
Motorsteuersystem nach Anspruch 5, wobei der Prozessor ein zweites Ausgabesteuersignal erzeugt, das einen oder mehrere Parameter wiedergibt, die verwendet werden, um die Zündung in dem Motor zu steuern.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Signale aus wenigstens einem Winkelpositionssensor drei Signale umfassen, die sinusförmig variieren, wenn sich die die Motorkomponente dreht, wobei die drei Signale jeweils sechzig Grad außer Phase zueinander sind und die Winkelposition der Drehkomponente innerhalb einer vollständigen 360°-Umdrehung angeben.
Motorsteuersystem nach Anspruch 31, wobei der Prozessor einen CORDIC-Algorithmus auf den drei sinusförmigen Signalen implementiert, um die Winkelposition der Drehkomponente zu bestimmen.