DE3017971C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Winkelgeber zur Steuerung von Zündung und Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen. Aus der nachveröffentlichten Schrift DE-OS 28 55 635 ist ein Winkelsegment­ geber bekannt, der zur Signalerzeugung mit Hilfe eines induktiven sensors in zwei Reihen angeordnete Segmente aufweist. Die Segmente jeder Reihe sind gleich ausgebildet, die der beiden Reihen sind zwar unterschiedlich breit, haben aber gleichen Winkelbereich, so daß jeweils gleiche Meßsignale erzeugt werden. Es ist keine Referenz­ marke oder ein zusätzlicher Steuerimpuls zur Steuerung zusätzlicher Funktionen vorhanden.

Die US-PS 33 66 909 lehrt einen kontaktlosen Signalgeber, der zwei unterschiedliche Meßsignale erzeugt. Jedes Meßsignal wird mit einem eigenen Sensor aufgenommen. Ferner ist jedem Sensor eine eigene Impulsscheibe zugeordnet. Hier können zwar unterschiedliche Vorgänge gesteuert werden, wozu aber jeweils ein eigener Sensor notwendig ist.

In der JP-OS 52-67 356 ist ein induktiver Winkelgeber beschrieben, der ein an einer Seite teilweise abgeflachtes Drehteil aufweist. Damit soll ein möglichst genauer, kontinuierlicher Meßsignalverlauf über den gesamten Winkelbereich erreicht werden. Es wird kein zusätzlicher Steuer- oder Referenzimpuls erzeugt.

In der DE-OS 26 44 324 wird durch eine Umkehrung der das Meßsignal erzeugenden Meßmarke ein Referenzsignal hervorgerufen. Während die Marken für die Meßsignale als Vertiefungen oder als Zahnlücken aus­ gebildet sind, wird das Referenzsignal von einer Erhöhung erzeugt.

Da der Abstand zwischen dem induktiven Geber und den Marken auf die Erhöhung abgestimmt sein muß, wird dadurch die Genauigkeit der Meß­ signale verschlechtert. Das Referenzsignal weist eine höhere Amplitude als die Meßsignale auf, hat aber den gleichen Abstand zu den nächsten Meßsignalen wie die Meßsignale untereinander. Zusätz­ liche Steuersignale, die durch Auswertung einer Differenz zwischen den Meßsignalen gleicher Höhe erzeugt werden, sind nicht möglich.

Zur Erzeugung von möglichst einheitlichen Impulsen mit Hilfe eines Wiegand-Drahtes wird bei einem Impulsgeber nach der DE-OS 28 26 608 eine magnetische Flußumkehr hervorgerufen. Dabei wird mit Hilfe von Leitstücken gleicher Winkelgröße der Magnetfluß umgelenkt. Zusätz­ liche Steuersignale werden nicht erzeugt.

Ferner sind induktive Winkelgeber, insbesondere in Kraftfahrzeugen zur Steuerung von Zündanlagen oder Kraftstoffeinspritzanlagen heute in vielfältiger Weise im Einsatz. Dabei besteht oft das Problem, daß zur Steuerung mehrere Endstufen für verschiedene Winkelinformationen benötigt werden. Um diese verschiedenen Informationen untereinander zu unterscheiden, wurde zum Beispiel in der DE-OS 27 36 576 vorge­ schlagen, magnetisierte Marken unterschiedlicher Polaritat zu verwenden und deren unterschiedliche Signale zur Steuerung zweier Endstufen zu verwenden. Diese Methode hat aber den Nachteil, daß die Zahl der zu steuernden Endstufen oder Vorgänge auf zwei begrenzt ist. Will man diese Zahl erhöhen, so können zum Beispiel gemäß der DE-OS 27 23 832 mehrere Sensoren verwendet werden, was eine Anlage jedoch aufwendig und teuer macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Winkelgeber zu schaffen, der mit einem Sensor aufgrund des unterschiedlichen Abstands der Marken mehrere Steuervorgänge auslösen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit nur einem einzigen Sensor mehrere Endstufen gesteuert werden können, die jeweils mit einer anderen Winkelstellung des rotierenden Geberteils ein Steuersignal benötigen. Der Winkelgeber ist daher einfach und kostengünstig zu realisieren. Da auch das Referenzsignal die gleiche Signalhöhe wie das Meßsignal aufweist, kann ein einheitlicher Abstand zwischen den Marken und dem Sensor eingestellt werden. Dieser Abstand ist relativ klein, so daß bei induktiven Sensoren ein relativ genaues Meßsignal erzeugt wird. Der vergrößerte Aufwand der Auswerteschaltung ist bei der heutigen Mikroelektronik praktisch ohne Bedeutung. Im Falle einer Zündanlage kann kostengünstig eine ruhende Hochspannungsverteilung erreicht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Winkelgebers möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktionen in einem Mikrorechner, der durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung gesteuert wird und Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Ein mit der Nockenwelle oder Kurbelwelle einer Brennkraft­ maschine verbundenes, als Scheibe ausgebildetes Geberteil 10 weist zwei, z. B. als Blechstreifen ausgebildete Winkel­ marken 11, 12 auf, die von einem induktiven Sensor 13 ab­ getastet werden. Der induktive Sensor 13 kann auch vorteil­ haft als Wiegand-Sensor, z. B. gemäß der DE-OS 28 26 608 aus­ gebildet sein. Das Winkelverhältnis der beiden Marken 11, 12 ist dabei so zu wählen, daß auch bei größtmöglicher Be­ schleunigung bzw. Verzögerung die benötige Zeitdauer der kleineren Marke 11 zum Passieren des Sensors 13 immer klei­ ner bleibt als die zum Passieren der größeren Marke 12 be­ nötigte Zeitdauer. Natürlich kann anstelle der Abtastung durch einen induktiven Sensor diese auch durch andere Sen­ soren wahrgenommen werden, wie z. B. optische Sensoren oder Sensoren nach dem Hall-Prinzip.

Der einseitig an Masse liegende Sensor 13 ist mit seinem zweiten Anschluß über zwei Signalformerstufen 14, 15 mit einem Mikrorechner 16 verbunden, der z. B. ein Zündungs­ rechner für eine Brennkraftmaschine sein kann, was durch die zwei daran angeschlossenen Zündungsendstufen 17, 18 dokumentiert ist. Genausogut kann natürlich ein Rechner für die Kraftstoffeinspritz-Steuerung oder eine sonstige Auswerteschaltung gesteuert werden, die Steuersignale bei verschiedenen Winkelstellungen der Kurbelwelle benötigt.

Die Signalformerstufe 14 besteht aus einem, über die Reihen­ schaltung einer Diode 19 mit einem Kondensator 20 gesteuer­ ten Transistor 21, dessen Emitter mit Masse und dessen Kollek­ tor mit dem Mikrorechner 16 verbunden ist. Die Basis des Transistors 21 ist über eine Diode 22 mit Masse verbunden. Ebenfalls liegt der Verknüpfungspunkt zwischen der Diode 19 und dem Kondensator 20 über einen Widerstand 23 an Masse. Die entsprechenden Bauteile der Signalformerstufe 15 weisen jeweils ein um die Zahl 5 erhöhtes Bezugszeichen auf und sind entsprechend geschaltet mit der Ausnahme, daß die Dioden 19, 24 jeweils invers gepolt sind.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ beispiels soll in folgendem anhand des in Fig. 3 dargestell­ ten Signaldiagramms erläutert werden. Die Impulsformerstufen 14, 15 dienen zur Umwandlung der im Sensor 13 erzeugten Halb­ wellen in kurze Rechtecksignale. Dabei erzeugt die Impuls­ formerstufe 14 ein Rechtecksignal A bei Auftreten einer ersten, positiven Halbwelle bei der Anstiegsflanke eines Winkelsegments 11 bzw. 12 und die Impulsformerstufe 15 ent­ sprechend ein Signal B bei der mit der Winkelsegmentrück­ flanke erzeugten negativen Halbwelle. Die positive Halb­ welle gelangt dabei über die Diode 19 und das RC-Glied 20, 23 zur Basis des Transistors 21 und steuert diesen Tran­ sistor stromleitend. Dabei lädt sich der Kondensator 20. Nimmt die Eingangsspannung wieder ab, so entlädt sich der Kondensator 20 über die Diode 22 und den Widerstand 23. Der stromleitende Zustand des Transistors 21 bewirkt das 0-Signal A. Bei der negativen Halbwelle lädt sich der Kondensator 25 über die Dioden 24, 27 entgegengesetzt auf. Steigt die Geberspannung wieder an, so entlädt sich der Kondensator 25 über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 26 und steuert diesen in den stromleitenden Zustand, wodurch das 0-Signal B erzeugt wird.

Durch Bestimmen des Abstands der beiden Signale A und B er­ kennt der Mikrorechner 16 welche der beiden Winkelmarken 11, 12 gemeint ist und steuert entsprechend die Endstufe 17, bzw. die Endstufe 18 an. Fig. 2 zeigt die Vorgänge im Mikrorechner 16. Zunächst wird in einer Programmschleife 30 gewartet, bis ein Signal A erscheint. Tritt es auf, so wird ein interner Zeitzähler rückgesetzt und gestartet. Heutige Mikroprozessoren bzw. Mikrorechner enthalten üblicher­ weise wenigstens einen Zähler. Anschließend wird in einer weiteren Programmschleife 31 gewartet, bis ein Signal B erscheint. Dieses Signal B stoppt den Zählvorgang im Zeit­ zähler. Der Inhalt dieses Zeitzählers wird nun mit einem in einem Speicher gespeicherten Zahlenwert verglichen. Dieser Speicher kann z. B. der in einem Mikrorechner vorhandene Arbeitsspeicher (RAM) sein. Ist der Zahlenstand des Zeit­ zählers größer als der Inhalt des Speichers, so wird ein Steuersignal für die Endstufe 17 erzeugt, im anderen Falle für die Endstufe 18. Die Steuersignale steuern natürlich nicht die Endstufen 17 bzw. 18 direkt, sondern werden vor­ teilhaft nach bekannten Verfahren im Mikrorechner 16 durch eine nicht näher dargestellte, parameterabhängige Zündzeit­ punkt-Verstelleinrichtung und Schließwinkelsteuerung bzw. -regelung modifiziert. Anschließend wird der Inhalt des Zeitzählers in den Speicher übernommen und dient für den nächsten Zyklus als Vergleichszahlenwert.

Die beschriebenen Funktionen im Mikrorechner 16 können na­ türlich ebensogut durch eine Schaltung mit diskreten Bau­ elementen, insbesondere Zählern und Zwischenspeichern realisiert werden.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die Abtastung zweier Winkelmarken 11, 12 beschränkt, sondern es können weitere Winkelmarken vorgesehen sein. Wichtig ist dabei, daß sie zu ihrer Unterscheidung unterschiedliche Winkelbereiche umfassen. Dabei kann die Schaltung 14, 15 gleich bleiben, lediglich die Auswertung im Mikrorechner 16 muß noch da­ hingehend erweitert werden, daß weitere Differenzen zwischen den Signalen A und B erfaßt, bzw. zwischengespeichert werden müssen.

Claims (6)

1. Winkelgeber zur Steuerung von Zündung und Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einer ruhenden Hoch­ spannungsverteilung, mit mehreren auf einem rotierenden Geber­ teil (10) angeordneten, durch einen Sensor (13) abtastbaren Winkel­ marken (11, 12) und mit mindestens einer Winkelmarke, die einen unterschiedlichen Winkelbereich umfaßt, so daß die zu Beginn und am Ende einer Winkelmarke (11, 12) vom sensor (13) erzeugten Signale unterschiedlichen Abstand haben, und durch Bestimmung der Differenz der Signale in einer Auswerteschaltung (16) die Breite der Winkel­ marken (11, 12) erkannt wird und in Abhängigkeit davon unterschied­ liche Steuervorgänge auslösbar sind.

2. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Signalformerstufen (14, 15) für die von den Winkelmarken (11 bzw. 12) erzeugten Signale vorgesehen sind, daß die Signalformer­ stufen (14, 15) gleichartige Signale erzeugen und daß die Differenz der Signale der beiden Signalformerstufen zur Feststellung der von den Winkelmarken (11, 12) erzeugten Signale ausgewertet wird.

3. Winkelgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformerstufen (14, 15) jeweils aus einem über einen Kondensator (20 bzw. 25) steuerbaren Transistor (21 bzw. 26) bestehen, wobei der Sensor (13) über zwei unterschiedliche gepolte Dioden (19, 24) mit den Kondensatoren (20, 25) verbunden ist und daß zwischen die jeweils zweiten Anschlüsse der Kondensatoren (20, 25) und Masse eine weitere Diode (22 bzw. 27) geschaltet ist.

4. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der unterschiedlichen Breiten aufeinanderfolgender Winkelmarken (11, 12) so gewählt ist, daß auch bei maximal möglicher Beschleunigung bzw. Verzögerung die Zeitdauer des Passierens der breiteren Marke (12) am Sensor (13) größer ist als die Zeitdauer des Passierens der anderen Marke (11).

5. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch die Ausbildung als Wiegand-Geber.

6. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken als Winkelsegmente (11, 12) ausge­ bildet sind.