DE3783142T2

DE3783142T2 - Umlauffuehler fuer eine brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE3783142T2
Application number: DE8787100096T
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Koshida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-08
Filing date: 1987-01-07
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2007-01-08
Also published as: JPS62159772A; US4773381A; EP0231751A1; EP0231751B1; DE3783142D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Drehwinkelerfassungsvorrichtungen, die zur Erfassung der Drehzahl oder Kurbelwinkelphase von Brennkraftmaschinen geeignet sind.
Bei herkömmlichen Verfahren wird zur Erfassung der Drehzahl und der Kurbelwinkelphase ein elektromagnetischer Aufnehmer oder ein photoelektrischer Aufnehmer verwendet. In einem Beispiel des Erfassungsverfahrens, bei dem ein elektromagnetischer Aufnehmer verwendet wird, ist ein induktiver Geber, der mehrere Projektionen aufweist, drehzahlsynchron an der Drehwelle befestigt, so daß ein alternierendes Feld erzeugt wird, das von der Motordrehung abweicht, und das mit Hilfe einer elektromagnetischen Aufnehmerspule erfaßt wird.
In einem Beispiel des Erfassungsverfahrens, bei dem ein photoelektrischer Aufnehmer verwendet wird, ist eine Schlitzplatte an der Drehwelle befestigt und das Licht einer lichtemittierenden Diode wird über einen Schlitz der Schlitzplatte auf eine Lichtempfangsdiode aufgestrahlt, um die von der Lichtempfangsdiode erhaltene Lichtmenge synchron mit der Motordrehung zu ändern.
Die Drehzahl und die Kurbelwellenwinkelphase sind grundlegende Informationen für die Regelung der Brennkraftmaschine. Wenn die Drehzahl oder die Kurbelwellenwinkelphase nicht erfaßbar sind, das heißt, wenn die Vorrichtung zur Erfassung dieser Signale einen Defekt hat, kann der Motor nicht normal laufen. Bei einem kürzlich vorgesehenen Schema werden mindestens zwei Systeme von Erfassungseinrichtungen vorgesehen, wenn diese wichtigen Signale zu erfassen sind. Unter Normalbedingungen wird ein System tatsächlich verwendet und das andere System ist für einen Backup in Reserve. Falls ein System ausfällt, wird das andere System zum Erfassen der Information verwendet.
US-A 4 527 522 offenbart ein Zündtiming-Regelsystem für Brennkraftmaschinen. Dem Zündsystem werden zwei Arten von Zündregelsignalen zugeführt. Ein optischer Aufnehmer erfaßt den Durchgang von Schlitzen in einer Scheibe, die sich mit der Geschwindigkeit eines Verteilers dreht, und erzeugt konstante Referenzimpulse einer Winkelbreite, die einem festgelegten Zündtiming in den Zylindern des Motors entsprechen. Ein magnetischer Aufnehmer erfaßt die Inkrementaldrehung der Kurbelwelle und erzeugt proportional zur Drehzahl Zündregelsignale. Die Zündregelsignale und Refrerenzimpulse werden in ein Multibit-Datenwort umgewandelt, das für die Synthetisierung einer analogen Regelfunktion verwendet wird, die ein variables Zündtiming darstellt, für das ein vorprogrammierter Digital/Analogwandler verwendet wird. Ein drehzahlgeregelter Schalter steuert Zündungstriggersignale entsprechend dem festgelegten Timing der Referenzimpulse an, wenn sich die Drehzahl unter einem vorgegebenen Wert befindet, und er steuert die Zündungstriggersignale entsprechend dem variablen Zündtiming des vorprogrammierten Frühzündungschemas an, wenn die Drehzahl den vorgegebenen Wert übersteigt.
Ein Beispiel für die Verwendung von zwei Systemen elektromagnetischer Aufnehmer ist in einer Zeitschrift mit dem Titel "Nikkei Mechanical", Seiten 81-89 beschrieben, die in Japan am 22. Dezember 1980 veröffentlicht wurde. In diesem Fall wird die Kurbelwellenwinkelphase durch einen der elektromagnetischen Aufnehmer erfaßt. Sollte die Erkennung der Kurbelwellenwinkelphase wegen eines Fehlers in der Aufnehmerspule des oben beschriebenen elektromagnetischen Aufnehmers unmöglich sein, wird die Kurbelwellenwinkelphase vom anderen elektromagnetischen Aufnehmer erfaßt.
Wenn zwei elektromagnetische Aufnehmer angeordnet sind und der Platz zur Unterbringung der Aufnehmer begrenzt ist, müssen die beiden elektromagnetischen Aufnehmer eng beieinander angeordnet werden. Infolgedessen stören die elektromagnetischen Felder der Aufnehmer einander, was dazu führt, daß die Signalerkennungsgenauigkeit leidet.
Es wurde weiterhin vorgeschlagen, zwei oder mehrere Systeme photoelektrischer Aufnehmer zu verwenden. Weil sich im Laufe der Zeit Staub oder ähnliches auf der Fläche der lichtemittierenden Vorrichtung und der Fläche der Lichtempfangsvorrichtung absetzt, wird weniger Licht empfangen, was dazu führt, daß die Signalerkennungsgenauigkeit leidet. Außerdem ist viel Platz erforderlich, weil zwei Schlitzplatten vorgesehen sind. Daher ist es nicht so wünschenswert, zwei Systeme photoelektrischer Aufnehmer zu verwenden und eines als Backup für den anderen Aufnehmer einzusetzen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung vorzusehen, die die oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Drehwinkelerfassungsvorrichtung nicht hat, und bei der die Signalerkennungsgenauigkeit hoch ist.
Erfindungsgemäß sind daher zwei Systeme angeordnet, die aus einem elektromagnetischen Aufnehmer und einem optischen Aufnehmer bestehen, und eines der beiden Systeme wird als Backup für das andere System verwendet.
Das heißt der elektromagnetische Aufnehmer bzw. der photoelektrische Aufnehmer nutzen das Magnetfeld und das Licht als Medien zur Erkennung des Drehsignals. Weil das Magnetfeld und das Licht einander nicht beeinflussen, wird die Erkennungsgenauigkeit des Drehsignals nicht gestört, auch wenn diese Aufnehmer nahe beieinander angeordnet sind. Beim elektromagnetischen Aufnehmer wird die Erkennungsgenauigkeit im Gegensatz zum optischen Aufnehmer nicht mit der Zeit schlechter, so daß die Erkennungsgenauigkeit konstant bleibt.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelerfassungsvorrichtung umfaßt
ein Gehäuse, eine Rotorwelle, die in dem Gehäuse frei drehbar angeordnet ist und sich im Betrieb synchron mit der Kurbelwelle oder einer Nockenwelle des Motors dreht einen photoelektrischen Aufnehmer mit einem ersten Drehabschnitt, der sich synchron mit der Rotorwelle dreht, und einen ersten festgelegten Abschnitt mit photoelektrischen Umwandlungsmitteln bzw. einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die den Durchgang von Schlitzen im ersten Drehabschnitt erfaßt, einen elektromagnetischen Aufnehmer mit einem zweiten Drehabschnitt, der sich synchron mit der Rotorwelle dreht, und mit einem zweiten festgelegten Abschnitt mit Erfassungsmitteln bzw. einer Erfassungsvorrichtung für das Magnetfeld, die vom zweiten Drehabschnitt verursachte Änderungen des Magnetfelds erfaßt, und eine Steuereinheit bzw. einen Regelkreis, der Signale vom photoelektrischen Aufnehmer und dem elektromagnetischen Aufnehmer empfängt, um im Betrieb die Zündung der Brennkraftmaschine zu regeln. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehabschnitt und der zweite Drehabschnitt mit einer vorgegebenen Winkelstellung relativ zueinander an der Rotorwelle angeordnet sind, der photoelektrische Aufnehmer und der elektromagnetische Aufnehmer im Gehäuse in einer vorgegebenen Positionsbeziehung zueinander bezogen auf die Winkelstellung des ersten und des zweiten Drehabschnitts relativ zueinander angeordnet sind, der erste festgelegte Abschnitt erste Referenzsignalerfassungsmittel bzw. eine erste Referenzsignalerfassungsvorrichtung zur Ausgabe eines ersten Referenzsignals bei einem ersten vorgegebenen Drehwinkel der Rotorwelle und Stellungssignalerfassungsmittel, bzw. eine Positionssignalerfassungsvorrichtung zum Ausgeben eines Positionssignals bei einem zweiten vorgebenen Winkel, der kleiner ist als der erste vorgegebene Drehwinkel, umfaßt der magnetische Aufnehmer zweite Referenzsignalerfassungsmittel bzw. eine zweite Referenzsignalerfassungsvorrichtung zur Ausgabe eines zweiten Referenzsignals bei einem dritten vorgegebenen Drehwinkel umfaßt, und daß entweder der photoelektrische Aufnehmer oder der elektromagnetische Aufnehmer als Backup für den anderen verwendet wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 14.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Brennkraftmaschine, bei der die Erfindung angewendet wurde.
Fig. 2 zeigt ein Zündsystem der Anordnung von Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung des Regelkreises von Fig. 1 zeigt.
Fig. 4 ist eine senkrechte schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der die Drehwinkelerfassungsvorrichtung der Erfindung in einem Verteiler einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus Fig. 4 entlang einer Linie V-V.
Fig. 6 ist eine Schrägansicht einer Magnettrommel und einer Rotorplatte von Fig. 4.
Fig. 7A bis 7C zeigen Beispiele von Anordnungen magnetoresistiver Vorrichtungen des magnetischen Aufnehmers.
Fig. 8A und 8B sind Blockschaltbilder von Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 9 ist ein Laufzeitdiagramm, in dem Signalwellenformen gezeigt werden, die in den verschiedenen Abschnitten der Fig. 8A und 8B gezeigt werden.
Fig. 10A und 10B sind Flußdiagramme, die den Regelbetrieb zeigen, wenn der Motor auf der Grundlage des Ausgabesignals der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform geregelt wird.
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das ein weiteres Regelbeispiel zeigt, das wirksam wird, wenn der Motor des Ausgabesignals der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform geregelt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden werden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt das Beispiel einer Anordnung einer Brennkraftmaschine, bei der die Erfindung eingesetzt werden soll. In diesem Beispiel ist eine erfindungsgemäße Drehsignalerfassungsvorrichtung in einem Verteiler für Brennkraftmaschinen angeordnet.
In Fig. 1 wird Ansaugluft über einen Luftreiniger 2, eine Drosselkammer 4 und ein Ansaugrohr 6 einem Zylinder 8 zugeführt. In einem Zylinder 8 verbranntes Gas gelangt aus dem Zylinder 8 über ein Auspuffrohr 10 in die Atmosphäre. In der Drosselkammer 4 ist eine Einspritzdüse 12 zum Einspritzen von Brennstoff vorgesehen. Der von der Einspritzdüse 12 eingespritzte Kraftstoff wird in einem Luftkanal der Drosselkammer 4 zerstäubt und mit der angesaugten Luft gemischt, so daß ein Kraftstoff- Luftgemisch gebildet wird, das dann wiederum einer Brennkammer des Zylinders 8 über das Ansaugrohr 6 zugeführt wird, wenn eine Ansaugklappe 20 geöffnet ist. Im Auspuffrohr 10 ist ein Sensor 11 für das Kraftstoff- Luftverhältnis zur Erfassung eines Kraftstoff-Luftverhältnisses des Gases im Auspuffrohr 10 angeordnet.
Die Drosselklappe 14 ist in der Nähe des Ausgangs der Einspritzdüse 12 vorgesehen. Die Drosselklappe 14 ist so angeordnet, daß sie mechanisch mit einem Gaspedal (nicht gezeigt) gekoppelt ist, so daß sie durch den Fahrer betrieben wird.
Ein Luftkanal 22 ist stromauf der Drosselklappe 14 der Drosselkammer 4 vorgesehen und ein elektrischer Heizer 24, der einen thermischen Luftmengenmesser darstellt, ist im Luftkanal 22 vorgesehen, wobei vom Heizer 14 ein elektrisches Signal erhalten wird, das sich in Abhängigkeit vom Luftdurchsatz ändert, und das durch die Relation zwischen dem Luftdurchsatz und dem Betrag der Wärmeübertragung des Heizers 24 bestimmt wird. Dadurch, daß der Heizer 24 im Luftkanal 22 vorgesehen ist, ist er gegen das heiße Gas, das beim Rückschlag des Zylinders 8 erzeugt wird, sowie gegen eine Verschmutzung durch Staub oder dergleichen in der Ansaugluft geschützt. Der Auslaß des Luftkanals 22 ist in der Nähe der engsten Stelle der Venturi-Düse und der Einlaß des Luftkanals 22 ist stromauf der Venturi-Düse geöffnet.
Ein Sensor für den Drosselklappenbetrieb (in Fig. 1 nicht gezeigt) ist in der Drosselklappe 14 zur Erfassung der Öffnung derselben vorgesehen und das Erfassungssignal vom Sensor der Drosselöffnung wird einem Analog/Digitalwandler eines Regelkreises 64 übertragen.
Der der Einspritzdüse 12 zuzuführende Kraftstoff wird aus einem Kraftstofftank 30 über eine Kraftstoffpumpe 32, eine Drossel 34 und einen Filter 36 zunächst einem Kraftstoffdruckregler 38 zugeführt. Kraftstoff wird unter Druck vom Kraftstoffdruckregler 38 über ein Rohr 40 der Einspritzdüse 12 und vom Kraftstoffdruckregler 38 wiederum dem Kraftstofftank 30 über ein Rücklaufrohr 42 zugeführt, so daß der Unterschied zwischen dem Druck im Ansaugrohr 6, in das Kraftstoff von der Einspritzdüse 12 eingespritzt wird, und dem Druck des der Einspritzdüse 12 zugeführten Kraftstoffs konstant bleibt.
Das durch das Ansaugventil 20 angesaugte Kraftstoff- Luftgemisch wird durch einen Kolben 50 verdichtet, durch einen Funken, der durch eine Zündkerze 52 erzeugt wird, verbrannt, und die Verbrennung wird in kinetische Energie umgewandelt. Der Zylinder 8 wird durch Kühlwasser 54 gekühlt. Die Temperatur des Kühlwassers wird durch einen Wassertemperatursensor 56 gemessen und der gemessene Wert wird als eine Motortemperatur verwendet. Von einer Zündspule 58 wird an die Zündkerze 52 in Übereinstimmung mit dem Zündtiming Hochspannung angelegt.
Eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 5 ist zur Erzeugung eines Referenzwinkelsignals in einem gleichbleibendem Abstand vorgegebener Kurbelwellenwinkel (beispielsweise 90 Grad) und eines Positionssignals in einem gleichbleibenden Abstand vorgegebener Einheits-Kurbelwellenwinkel (beispielsweise 1 Grad) in Übereinstimmung mit der Motordrehung in einem Verteiler 70 beispielsweise derart vorgesehen, daß sie mit einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle (nicht gezeigt) gekoppelt ist.
Die Ausgabe der Drehwinkelerfassungsvorrichtung, des Wassertemperatursensors 56 und des elektrischen Signals vom Heizer 24 werden einem Regelkreis 64, der ein Mikrocomputer oder dergleichen ist, übertragen, so daß die Einspritzdüse 12 und die Zündspule 58 durch die Ausgabe dieses Regelkreises 64 betrieben werden.
In Fig. 2, einer erläuternden graphischen Darstellung der Zündvorrichtung von Fig. 1, wird ein Impulsstrom über einen Verstärker 68 einem Leistungstransistor 72 zugeführt, um diesen Transistor 72 an Spannung zu legen, so daß ein Primärspulenimpulsstrom aus einer Batterie 66 in eine Zündspule 58 fließt. An der Hinterflanke dieses Impulsstroms wird der Transistor 74 ausgeschaltet, so daß an der Sekundärspule der Zündspule 58 Hochspannung erzeugt wird.
Diese Hochspannung wird über einen Verteiler 70 an die Zündkerzen 52 verteilt, die drehzahlsynchron an den entsprechenden Zylindern im Motor vorgesehen sind.
Wie Fig. 3 zeigt, weist der Regelkreis 64 eine Eingabe/Ausgabeschaltung 92, eine ZPE 80, einen Festspeicher 82 und einen Direktzugriffspeicher 84 auf, die über die Busse 86, 88 und 90 verbunden sind. Ausgabesignale der Drehsignalerfassungsvorrichtung 5 und des Drosselschalters werden einer digitalen Eingabeschaltung 93 zugeführt. Die Ausgabesignale des Wassertemperatursensors 56 und des Drosselsensors werden einer Analog/Digitalwandlerschaltung 94 zugeführt. Des weiteren wird das Ausgabesignal des Hitzedraht-Luftmengenmessers 24 einer Analog/Digitalwandlerschaltung 95 für die Ansaugluftmenge zugeführt. Diese Signale werden kurzzeitig im Direktzugriffsspeicher 84 gespeichert und dann auf der Grundlage des vorgegebenen Programms in der ZPE verarbeitet.
Das heißt, die ZPE 80 berechnet die Kraftstoffpumpen-Regeldaten, die Kraftstoffeinspritzzeit und das Zündtiming auf der Grundlage der oben beschriebenen Ausgabesignale. Die so berechneten Daten werden einer digitalen Ausgabeschaltung 96, einer Kraftstoffeinspritzzeit-Geberschaltung 97 und einer Zündsignal- Geberschaltung 98 zur Regelung der Kraftstoffpumpe 32, der Kraftstoffeinspritzdüse 12 bzw. des Zündsystems (Fig. 2) zugeführt.
Fig. 4 ist eine senkrechte schematische Darstellung eines Abschnitts einer Ausführungsform, in der die erfindungsgemäße Drehwinkelerfassungsvorrichtung in einem Verteiler 70 für Brennkraftmaschinen angeordnet ist. Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus Fig. 4 entlang einer Linie V-V. Fig. 6 ist eine Schrägansicht einer Rotorplatte und einer Magnettrommel.
Die Anordnung der Drehwinkelerfassungsvorrichtung wird nun unter Bezug auf die Figuren 4 und 6 näher erläutert.
Ein Gehäuse 101 in Becherform, das aus im Spritzgußverfahren hergestelltem Aluminium besteht und den Hauptkörper eines Verteilers 70 bildet, wird mit Hilfe einer Schraube 111 am Hauptkörper 103 der Brennkraftmaschine angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 101 und dem Hauptkörper des Motors 103 wird ein O-Ring 113 angebracht, um zu verhindern, daß Öl aus dem Motor ausfließt. Ein Lager 104 und ein Lager 105 sind zum Stützen einer Welle 106 auf dem Gehäuse 101 angeordnet. Ein Ende der Welle 106 ist mit einer Antriebswelle 161 verbunden, die sich synchron mit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle dreht. Ein Ende einer Rotorwelle 108 ist am anderen Ende der Welle 106 befestigt. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein erster Drehabschnitt, beispielsweise eine dünne scheibenförmige Rotorplatte 176, die viele Schlitze 174 und 175 aufweist, am anderen Ende der Welle 106 befestigt. Die Schlitze 174 sind auf der Rotorplatte 176 mit einem vorgegebenen Winkelabstand von beispielsweise 1º in Umfangsrichtung angeordnet. In den Schlitzen 174 sind die Schlitze 175 in einem vorgegebenen Winkelabstand von beispielsweise 90º in Umfangsrichtung angeordnet.
Es soll nun angenommen werden, daß sich die Welle 106 um 360º jedesmal dann dreht, wenn sich beispielsweise die Nockenwelle um 360º dreht. Einer der Schlitze 175 ist länger als die übrigen drei Schlitze in Umfangsrichtung. Im peripheren Abschnitt eines zweiten Drehabschnitts, beispielsweise einer zylindrischen Magnettrommel 191, sind magnetische Abschnitte 193 in einem Abstand von beispielsweise 90º in Umfangsrichtung angeordnet. Die Magnettrommel 191 ist am anderen Ende der Welle 106 befestigt.
Die Rotorwelle 108, die Magnettrommel 191 und die Rotorplatte 176 weisen Durchgangsbohrungen auf, durch die ein gemeinsamer Einstellstift 181 eingeführt wird. Die Rotorplatte 176 und die Magnettrommel 191 sind in Bezug auf die Welle 106, das heißt in Bezug auf die Nockenachse, in einer vorgegebenen Winkelposition angeordnet. Die Rotorwelle 108, die Magnettrommel 191 und die Rotorplatte 176 sind am anderen Ende der Welle 106 mit Hilfe einer Schraube 200 befestigt, so daß sie sich gemeinsam mit der Welle 106 drehen.
Ein Gummiformrahmen 202 ist mit Hilfe einer Schraube 102 im Gehäuse 101 befestigt. Ein photoelektrischer Aufnehmer 7, ein elektromagnetischer Aufnehmer 9 und ihre Schaltung zum Bilden der Wellenform 201 (mit Ausnahme der Magnettrommel 191 und der Rotorplatte 176) sind an einem ersten festgelegten Abschnitt, wie zum Beispiel einem vorstehenden Abschnitt 202a, des Formrahmens 202 befestigt.
Der photoelektrische Aufnehmer weist ein lichtemittierendes Mittel, wie beispielsweise lichtemittierende Vorrichtungen, zum Beispiel lichtemittierende Dioden 171, ein lichtempfangendes Mittel, wie beispielsweise lichtempfangende Vorrichtungen, zum Beispiel Lichtempfangsdioden 172, und die Rotorplatte 176 auf. Die lichtemittierenden Dioden 171 und die Lichtempfangsdioden 172 sind so angeordnet, daß sie über die Platte 176 einander gegenüberliegen. Die lichtemittierenden Dioden 171 umfassen eine erste und eine zweite lichtemittierende Vorrichtung, beispielsweise zwei lichtemittierende Dioden 171a und 171b. Die Lichtempfangsdioden 172 umfassen auch eine erste und eine zweite Lichtempfangsvorrichtung, beispielsweise zwei Lichtempfangsdioden 172a und 172b. Die lichtemittierende Diode 171a und die Lichtempfangsdiode 172a sind so angeordnet, daß sie einander durch den Schlitz 174 gegenüberliegen. Die lichtemittierende Diode 171b und die Lichtempfangsdiode 172b sind so angeordnet, daß sie einander durch den Schlitz 175 gegenüberliegen. Die lichtemittierenden Dioden und die Lichtempfangsdioden sind in dem vorstehenden Abschnitt 202a des Formrahmens 202 so eingelassen, daß der lichtemittierende Abschnitt und der lichtempfangende Abschnitt bestrahlt werden.
Die Ausgaben der Lichtempfangsdioden 172a und 172b werden einer Wellenformerzeugungsschaltung 201a zugeführt. Die Wellenformerzeugungsschaltung 201a besteht aus gedruckten Resistoren und einer monolithischen integrierten Schaltung 203a, sie ist mit einem Isolatorgel 204a bedeckt und ist einstückig am Formrahmen 202 befestigt. Die lichtemittierenden Dioden 171 erhalten über Leiter, beispielsweise einem Verdrahtungsbügel, Strom aus dem Regelkreis 64, und die Ausgabe der Wellenformerzeugungsschaltung 201a wird über den Verdrahtungsbügel 303 dem Regelkreis zugeführt. Bezugsziffer 302 bezeichnet eine Kupplung zum Verbinden des Verdrahtungsbügels 303 mit dem Verdrahtungsbügel an der Regelkreisseite 64.
Jede Lichtempfangsdiode 172a und 172b kann aus zwei parallel geschalteten Lichtempfangsdioden bestehen. In diesem Fall ist der Ausgabebetrag des photoelektrischen Aufnehmers auf das Doppelte erhöht.
Der elektromagnetische Aufnehmer 9 besteht aus der Magnettrommel 191 und einer Magnetfelderkennungsvorrichtung, beispielsweise einer magnetoresistiven Vorrichtung 192. Die magnetoresistive Vorrichtung 192 ist so in einem zweiten festgelegten Abschnitt, beispielsweise einem vorstehenden Abschnitt 202b des Formrahmens 202, angeordnet, daß sie dem magnetisierten Abschnitt 193, der sich in einem vorgegebenen Abstand an der Peripherie der Magnettrommel 191 befindet, gegenüberliegt.
Wie in Fig. 7A gezeigt kann zum Beispiel die magnetoresistive Vorrichtung 192 eine Permalloy-Linie sein, die durch Aufdampfen von Permalloy beispielsweise auf einer Glasplatte 194 gebildet wird, die an dem vorstehenden Abschnitt 202b des Formrahmens 202 angeordnet ist. Diese Permalloy-Linie wird mit einer Gleichstromspannung V über den Verdrahtungsbügel 303 aus dem Regelkreis 64 versorgt. Die magnetoresistive Vorrichtung 192 kann mehrere in Reihe geschaltete Permalloy-Linien umfassen, wie Fig. 7b zeigt.
Infolge der Drehung der Magnettrommel 191 ändert sich die Klemmenspannung der magnetoresistiven Vorrichtung 192 immer dann, wenn die magnetoresistive Vorrichtung dem magnetisierten Abschnitt gegenüberliegt, und die Klemmenspannung der magnetoresitiven Vorrichtung 192 wird über die Wellenformerzeugungsschaltung 201b und den Verdrahtungsbügel dem Regelkreis 64 zugeführt.
In der gleichen Weise wie die Schaltung 201a besteht eine Wellenformerzeugungsschaltung 201b aus gedruckten Resistoren und einer monolithischen integrierten Schaltung 203b, die auf einem Keramiksubstrat gebildet, von einem Isolatorgel 204 bedeckt und einstückig am Formrahmen 202 befestigt ist.
Bei einem alternativen magnetischen Aufnehmer ist ein induktiver Geber, der mehrere Projektionen aufweist, am Umfangsabschnitt des anderen Endes der Welle 106 anstelle der Magnettrommel 197 befestigt und eine elektromagnetische Aufnehmerspule ist am vorstehenden Abschnitt 202b des Formrahmens 202 anstelle der magnetoresistiven Vorrichtung befestigt, um in der Aufnehmerspule drehzahlsynchron mit der Welle 106 ein Impulssignal zu erzeugen. In diesem Fall sind die induktiven Geber in einem Abstand von 90º angeordnet, und ein induktiver Geber ist in der Umfangsrichtung größer als die anderen drei induktiven Geber.
Ein Verteilerrotor 120 ist am anderen Ende der Rotorwelle 108 mit Hilfe einer Schraube 113 befestigt. Eine Haube 121 ist so mit einem Öffnungsabschnitt des Gehäuses 101 verbunden, daß sie den Verteilerrotor 120 überdeckt. Eine Rotorkopfelektrode 125 des Verteilers 120 ist über einen Spalt mit einer Seitenelektrode 122 elektrisch verbunden. Die Bezugsziffer 123 bezeichnet einen Kohlenstoffpunkt, der zum Leiten zwischen der Rotorkopfelektrode 125 und einem zentralen Terminal 124 aufgebracht ist. Der zentrale Terminal 124 erhält die Sekundärausgabespannung der Zündspule, und die Rotorkopfelektrode 125 verteilt die Sekundärausgabespannung der Zündspule. Daher wird die Ausgabe des Verteilerrotors über die Rotorkopfelektrode 125, den Kohlenstoffpunkt 123 und das zentrale Terminal 124 zur Zündkerze 52 übertragen. Eine Abschirmscheibe 126 verhindert, daß das Entladungsrauschen des Verteilers auf die Wellenformerzeugungsschaltung übertragen wird.
Im folgenden wird nun kurz beschrieben, wie die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung aufgebaut wird.
Zunächst wird das Gehäuse 101 mit Hilfe eines Bolzens 111 am Hauptkörper des Motors befestigt und die Welle wird mit Hilfe der Lager 104 und 105 abgestützt. Dann wird der Formrahmen 202, in dem sich die lichtemittierende Diode 171, die Lichtempfangsdiode 172, die magnetoresistive Vorrichtung 192, die Wellenformerzeugungsschaltungen 201a und 201b und das Isolierungsgel 204a und 204b befinden, mit Hilfe einer Schraube 102 am Gehäuse 101 befestigt. Die Rotorplatte 176, die Magnettrommel 191 und die Rotorwelle 108 sind einstückig mit Hilfe des Einstellstifts 181 positioniert und am anderen Ende der Welle mit Hilfe der Schraube 200 befestigt. Danach wird der Verteilerrotor 120 am anderen Endabschnitt der Rotorwelle 108 mit Hilfe der Schraube 113 befestigt und mit der Haube 121 abgedeckt.
Der Betrieb der der in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Ausführungsform wird nun unter Bezug auf die Fig. 8A und 9 beschrieben. Fig. 8A ist ein Blockschaltbild dieser Ausführungsform. Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der Signalwellenform dieser Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird die Ausgabe des photoelektrischen Aufnehmers normalerweise als Dreherfassungssignal verwendet. Sollte der photoelektrische Aufnehmer ausfallen, wird der elektromagnetische Aufnehmer stattdessen als Backup-Sensor verwendet.
Die Drehung der Kurbelwelle des Motors wird über die Antriebswelle 161, die drehzahlsynchron mit der Kurbelwelle ist, auf die Welle 106 übertragen. Daher drehen sich die Rotorwelle 176 und die Magnettrommel 191 synchron mit der Kurbelwelle. In Abhängigkeit von der Drehung der Welle 106 ändert sich die den Lichtempfangsdioden 172a und 172b zugeführte Lichtmenge, und das an die magnetoresistive Vorrichtung 192 angelegte Magnetfeld ändert sich synchron mit der Drehung der Kurbelwelle. Die Ausgaben der Lichtempfangsdioden und der magnetoresistiven Vorrichtung erhalten in den Wellenformerzeugungsschaltungen 201a bzw. 201b Wellenform. Die sich ergebenden digitalen Signale werden als Anzahl von Kurbeldrehungen und als Kurbelstellungssignal an den Regelkreis 64 übertragen. Auf der Grundlage dieser Signale von den Wellenformerzeugungsschaltungen 201a und 20b sowie anderer Signale, wie beispielsweise der Ansaugluftmenge, überträgt der Regelkreis 11 Regelsignale an die Kraftstoffeinspritzdüse 12, die Zündanlage usw.
Die Schlitze 174 sind in einem Abstand von 1º angeordnet. Unter der Annahme, daß der Motor dieser Ausführungsform vier Zylinder hat, sind die Schlitze 175 in einem Abstand von 90º angeordnet. Nur einer der vier Schlitze 175 ist breiter in der Breite in Umfangsrichtung als die anderen drei Schlitze. Demgegenüber weist die Magnetrommel 191 magnetisierte Abschnitte in einem Abstand von 90º auf. Ein magnetisierter Abschnitt ist breiter in seiner Magnetbreite in Umfangsrichtung als die anderen drei.
Wie Fig. 9 zeigt, wird das Ausgabesignal S171a ((a) von Fig. 9) der Lichtempfangsdiode 171a durch die Wellenformerzeugungsschaltung 201a geschickt. Das sich ergebende Signal 171a' ist ein Impulssignal, das jedesmal ausgesendet wird, wenn sich die Kurbelwelle um 1º dreht, wie in (b) von Fig. 9 gezeigt, ein Impulssignal entsprechend dem oben beschriebenen Positions- bzw. Stellungssignal. Das Ausgabesignal S171b ((c) von Fig. 9) der Lichtempfangsdiode 171b wird durch die Wellenformerzeugungsschaltung 201b geschickt. Das sich ergebende Signal S171b' ist ein Impulssignal (im folgenden als CYL-Signal bezeichnet) das immer dann ausgesendet wird, wenn die Kurbelwelle sich um 90º gedreht hat, wie in (d) von Fig. 9 gezeigt. Das CYL- Signal entspricht dem oben beschriebenen Referenzwinkelsignal und besteht aus vier aufeinanderfolgenden Impulsen CYLa, CYLb, CYLc und CYLd. Der Impuls CYLa hat eine Pulsdauer, die größer ist als die Dauer der übrigen drei Impulse und wird bei einer vorgegebenen Winkelstellung der Kurbelwelle ausgesendet.
Dadurch, daß die Impulsdauer jedes Impulses des CYL- Signals auf der Grundlage des Positionssignals erfaßt wird, wird daher das CYLa-Signal von den übrigen drei Impulsen CYLb, CYLc und CYLd unterschieden. Auf der Grundlage des erkannten CYLa-Signals wird die Zylinderzahl bestimmt.
Andererseits wird das Ausgabesignal S192 ((e) in Fig. 9) der magnetoresistiven Vorrichtung 192 des Magnetaufnehmers durch die Wellenformerzeugungsschaltung 201b geschickt. Wie in (f) , Fig. 9, gezeigt, ist das sich ergebende Signal S192' ein Impulssignal (im folgenden als CYL'-Signal bezeichnet), das auf die gleiche Weise wie das CYL-Signal dann ausgesendet wird, wenn sich die Kurbelwelle um 90º dreht. Wie das CYL-Signal besteht auch das CYL'-Signal aus vier aufeinanderfolgenden Impulsen CYLa', CYLb', CYLc' und CYLd'. Der Impuls CYLa' dauert länger als die anderen drei Impulse. So wird, zur Unterscheidung der Zylinderzahl, der Impuls CYLa' aufgrund des Positionssignals von den anderen drei CYL'- Impulsen unterschieden. Das ist möglich, weil das CYLa'-Signal erfolgt, wenn einer der vier Kolben der vier Zylinder eine vorgegebene Kurbelwinkelstellung erreicht.
Wenn eines der drei anderen Signale, zum Beispiel das Positionssignal, das CYL-Signal oder das CYL'-Signal ausfallen, kann das fehlende bzw. fehlerhafte Signal leicht dadurch erkannt werden, daß die anderen drei Signale miteinander verglichen werden.
Wenn die drei Signale in dieser Ausführungsform normal sind, wird der Motor auf der Grundlage des Ausgabesignals des photoelektrischen Aufnehmers, das heißt, des Positionssignals und des CYL-Signals, geregelt. Sollte das CYL-Signal ausfallen, wird der Motor auf der Grundlage des Ausgabesignals des elektromagnetischen Aufnehmers, das heißt aufgrund des CYL'-Signals anstelle des CYL-Ausgabesignals, geregelt. Wie in Fig. 9 gezeigt ist die Phase des CYL'-Signals, verglichen mit der Phase des CYL-Signals, um theta verzögert. In Abhängigkeit von den Anstiegsflanken des CYL-Signals und des CYL'-Signals wird die CYL-Unterbrechung bzw. die CYL'-Unterbrechung erzeugt.
Zum Zählen der Positionssignale, die zwischen den CYL- Unterbrechungen bzw. CYL'-Unterbrechungen erzeugt werden, Ist ein CYL-Zähler und ein CYL'-Zähler angeordnet.
Wenn die CYL-Unterbrechung und die CYL'-Unterbrechung bei einem normalen Timing erzeugt werden, das heißt, wenn das CYL-Signal und das CYL'-Signal normal ausgegeben werden, können 90 Positionsimpulse zwischen den jeweiligen Signalen gezählt werden.
Wenn die gezählten Werte im CYL-Zähler und im CYL'- Zähler bei jeder CYL-Unterbrechung und jeder CYL'- Unterbrechung gezählt werden, kann daher festgestellt werden, ob das CYL-Signal und das CYL'-Signal normal sind oder nicht. Außer wenn der Betrag des CYL-Zählers 90 ist, läßt sich schließen, daß das CYL-Signal fehlerhaft ist. Dann wird das CYL'-Signal anstelle des CYL-Signals verwendet, und der Motor wird in Abhängigkeit von der CYL'-Unterbrechung geregelt.
Es wird nun angenommen, daß der Betrag des CYL-Zählers in Abhängigkeit von der CYL-Unterbrechung zu einem Zeitpunkt T&sub1; in Fig. 9 ausgelesen und festgestellt wird, daß das CYL-Signal auf der Grundlage des ausgelesenen Betrags fehlerhaft ist, so daß der Motor anstelle der CYL-Unterbrechung nach der CYL'-Unterbrechung, die zum Zeitpunkt T&sub2; erzeugt wurde, geregelt wird.
Die Phasendifferenz theta zwischen dem CYL-Signal und dem CYL'-Signal ist so definiert, daß das CYL-Signal auf der Grundlage des vom CYL-Zähler ausgelesenen Wertes bestimmt werden kann, und das Auftreten einer CYL'- Unterbrechung erfaßt werden kann.
Fig. 10A und 10B sind Flußdiagramme, die den Betrieb beschreiben, der dann bewirkt wird, wenn der Motor in dieser Ausführungsform aufgrund des CYL-Signals und des CYL'-Signals geregelt wird.
Die Schritte des in den Fig. 10A und 10B gezeigten Flußdiagramms werden auf der Grundlage des im Festspeicher 82 gespeicherten Programms durch die ZPE 80 im Regelkreis 64 ausgeführt.
Zunächst wird das Flußdiagramm der Fig. 10A beschrieben. Wenn das CYL-Signal dem Regelkreis 64 zugeführt wird, wird es als Auftreten der Zündunterbrechung interpretiert. In Abhängigkeit von der ansteigenden Flanke der Zündunterbrechung erfolgt der in Fig. 10A gezeigte Ablauf. Der Wert CCYL des CYL-Zählers wird bei Schritt 310 gelesen. Der CYL-Zähler und der CYL'-Zähler können in der Eingabe/Ausgabeschaltung 92 des Regelkreises 64 als Hardware angeordnet oder sie können im Direktzugriffsspeicher 84 als Software-Zähler vorgesehen sein. Anschließend wird der CYL-Zähler bei Schritt 312 zurückgesetzt. Bei Schritt 314 wird geprüft, ob der bei Schritt 310 ausgelesene Wert CCYL gleich 90 ist oder nicht. Wenn der Wert CCYL gleich 90 ist, wird festgestellt, daß das CYL-Signal normal ist und die CYLOK-Flag wird im Direktzugriffsspeicher 84 bei Schritt 316 gesetzt. Dann wird die CYLNG-Flag im Direktzugriffsspeicher bei Schritt 318 gelöscht. Die CYLOK-Flag bzw. die CYLNG-Flag werden gesetzt, wenn das CYL-Signal als normal bzw. nicht normal bezeichnet wird.
Auf der Grundlage der CYL-Unterbrechung wird bei Schritt 320 eine Subroutine zum Einstellen des Timing für das Einspritzen des Kraftstoffs und der Kraftstoffeinspritzmenge gestartet, und bei Schritt 322 wird eine Subroutine zum Einstellen des Zündtiming und des Timing zum Leiten des Primärstroms in der Zündspule begonnen. Daher wird bei diesen Subroutinen die Kraftstoffeinspritzdüse, die Zündanlage usw. auf der Grundlage des CYL-Signals, des Positionssignals und der Ausgabedaten verschiedener Sensoren geregelt.
Wenn bei Schritt 314 festgestellt wird, daß der Wert CCYL nicht gleich 90 ist, wird bestimmt, daß der photoelektrische Aufnehmer fehlerhaft ist. Dann wird die CYLNG-Flag bei Schritt 324 gesetzt und die CYLOK- Flag wird bei Schritt 326 zurückgesetzt.
Im folgenden wird nun das Flußdiagramm der Fig. 10B beschrieben.
Wenn das CYL'-Signal in den Regelkreis 64 eingegeben wird, wird in Abhängigkeit von der Anstiegsflanke des CYL'-Signals bestimmt, daß die CYL'-Unterbrechung stattgefunden hat und der in Fig. 10B dargestellte Ablauf erfolgt. Zunächst wird bei Schritt 330 der Wert CCYL, des CYL-Zählers gelesen und der CYL'-Zähler wird bei Schritt 332 zurückgesetzt.
Bei Schritt 334 wird geprüft, ob die CYLOK-Flag bereits im Direktzugriffsspeicher gesetzt wurde oder nicht, das heißt, ob das CYL-Signal normal ist oder nicht. Wenn die CYLOK-Flag bereits gesetzt wurde, ist das CYL-Signal normal, weshalb die CYLNG-Flag bei Schritt 350 gesetzt wird und die CYLOK-Flag bei Schritt 352 zurückgesetzt wird. Wenn das CYL-Signal im Ablauf gemäß Fig. 10B als normal festgestellt wurde, werden die CYLNG-Flag und die CYLOK-Flag, die bei den Schritten 350 und 352 entsprechend gesetzt und zurückgesetzt wurden, zurückgesetzt bzw. gesetzt.
Wenn bei Schritt 334 festgestellt wurde, daß die CYLOK- Flag bereits zurückgesetzt wurde, ist das CYL-Signal fehlerhaft, und der Ablauf wird mit Schritt 336 fortgesetzt. Bei Schritt 336 wird geprüft, ob der gezählte Wert CCYL, des CYL'-Zählers, der bei Schritt 330 ausgelesen wurde, gleich 90 ist oder nicht, um festzustellen, ob das CYL'-Signal normal ist oder nicht.
Außer wenn der Wert CCYL 90 ist, wird festgestellt, daß das CYL'-Signal fehlerhaft ist. Sodann wird die CYL'NG- Flag bei Schritt 346 gesetzt und die CYLOK-Flag wird bei Schritt 348 gelöscht. Sodann werden die Schritte 350 und 352 durchgeführt.
Wenn der Wert CCYL 90 ist, wird das CYL'-Signal als normal bestimmt. In diesem Fall wird die CYL'OK-Flag bei Schritt 338 gesetzt und die CYL'NG-Flag wird bei Schritt 340 gelöscht.
Auf der Grundlage des CYL'-Signals und des Positionssignals werden die Kraftstoffeinspritzregelung und die Zündregelung bei den Schritten 342 und 344 bewirkt. Danach werden die Schritte 350 und 352 ausgeführt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das CYL'- Signal als Backup für das CYL-Signal verwendet. Da die Wahrscheinlichkeit, daß das CYL-Signal und das CYL'- Signal zur gleichen Zeit fehlerhaft sind, gleich dem Produkt der Wahrscheinlichkeit ist, daß die jeweiligen Signale fehlerhaft sind, ist die Zuverlässigkeit der Drehwinkelerfassungsvorrichtung signifikant verbessert.
Es ist auch möglich, mit Hilfe der Flags CYLOK, CYLNG, CYL'OK und CYL'NG anzuzeigen, ob das CYL-Signal und das CYL'-Signal normal sind oder nicht.
In der obigen Beschreibung der Abläufe gemäß der Fig. 10A und 10B wird das CYL'-Signal als Backup für das CYL- Signal verwendet, wenn das CYL-Signal fehlerhaft ist. Unter Bezug auf das Flußdiagramm der Fig. 11 wird nun das Motorregelverfahren beschrieben, das angewendet wird, wenn das Positionssignal fehlerhaft ist. Der Regelablauf ist in diesem Fall für die Fig. 10A der gleiche. Für Fig. 10B wird der in Fig. 11 gezeigte Ablauf an den in Fig. 10B gezeigten Ablauf angefügt.
Wenn das Positionssignal fehlerhaft ist, ist der Wert CCYL des Zählers CYL bei Schritt 314 in Fig. 10A nicht gleich 90, woraufhin die Schritte 324 und 326 ausgeführt werden.
Andererseits ist der Wert CCYL, des Zählers CYL' bei Schritt 336 in Fig. 10B nicht gleich 90 und der Ablauf wird bei Schritt 360 fortgesetzt.
Bei Schritt 360 wird geprüft, ob das CYL'-Signal normal ist oder nicht. Das heißt, beispielsweise ist im Direktzugriffsspelcher 84 ein Software-Zeitzähler zum Zählen der Takte vorgesehen. Der Software-Zeitzähler wird in Abhängigkeit vom CYL'-Signal zurückgesetzt. In Abhängigkeit vom CYL'-Signal wird der Wert im Zähler zum Zeitpunkt des Zurücksetzens ausgelesen, um das Wiederholungsintervall des CYL'-Signals zu messen. Somit wird der Inhalt des Software-Zeitzählers bei Schritt 360 ausgelesen.
Danach wird bei Schritt 362 geprüft, ob der vom Software-Zeitzähler ausgelesene Wert CCYL einen vorgegebenen Wert überschreitet oder nicht. Wenn der ausgelesene Wert einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt, wird festgestellt, daß das CYL'-Signal normal ist, und es wird zu Schritt 364 übergegangen. In diesem Fall wird das Positionssignal als fehlerhaft bestimmt.
Wenn der Wert CCYL, den vorgegebenen Wert übersteigt, wird das CYL'-Signal als fehlerhaft bestimmt und es wird zu Schritt 346 übergegangen.
Die CYL'OK-Flag wird bei Schritt 364 gesetzt und die CYL'NG-Flag bei Schritt 366 zurückgesetzt. Bei den Schritten 368 und 370 werden die Kraftstoffeinspritzregelung und die Zündregelung nur aufgrund des CYL'- Signals bewirkt. Dann werden die Schritte 350 und 352 ausgeführt. Auch wenn der Motor nur auf der Grundlage des CYL'-Signals geregelt wird, läuft das Auto ohne Schwierigkeiten.
Im Notfall kann die minimal notwendige Motorregelung auch dann durchgeführt werden, wenn das CYL'-Signal kein Impulssignal ist, das jedesmal erzeugt wird, wenn sich die Kurbelwelle um 90º dreht, sondern ein Impulssignal, das jedesmal dann erzeugt wird, wenn sich die Kurbelwelle um 360º dreht. Daher kann in der Ausführungsform der Fig. 4 und 6 ein magnetisierter Abschnitt der Magnettrommel 191 so auf der Magnettrommel angeordnet sein, daß er in einer vorgegebenen Winkelposition in Bezug auf die Kurbelwelle positioniert wird.
Obwohl in der Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 der elektromagnetische Aufnehmer, der als Backup verwendet wird, so gestaltet ist, daß er nur das CYL'-Signal ausgibt, ist es doch möglich, ihn so zu gestalten, daß er auch das Positionssignal ausgibt. In diesem Fall sind zwei Vorrichtungen 192a und 192b als magnetoresistive Vorrichtung 192 des in Fig. 7C gezeigten elektromagnetischen Aufnehmers angeordnet. Die eine Vorrichtung 192a erfaßt das CYL'-Signal und die andere Vorrichtung 192b erfaßt das Positionssignal. Daher ist zusätzlich zum magnetisierten Abschnitt 193, der auf der Magnettrommel 191 in einem Abstand von 90º angeordnet ist, der magnetisierte Abschnitt 193' in einem Abstand von 10 in Umfangsrichtung der Magnettrommel 191 so vorgesehen, daß er der Vorrichtung 192b gegenüberliegt.
Der Betriebsablauf der von der so gestalteten Drehwinkelerfassungsvorrichtung bewirkten Motorregelung ist der gleiche, wie in den Fig. 10A und 10B, mit Ausnahme der unten beschriebenen Einzelheiten. Das bedeutet, der CYL'-Zähler zählt nicht die Positionssignale des photoelektrischen Aufnehmers, sondern zählt die Positionssignale des elektromagnetischen Aufnehmers. Des weiteren werden die Kraftstoffeinspritzregelung und die Zündregelung bei den Schritten 342 und 344 in Fig. 10B auf der Grundlage des Positionssignals und des CYL'- Signals bewirkt, die vom elektromagnetischen Aufnehmer zugeführt werden.
Auch wenn in diesem Fall das vom photoelektrischen Aufnehmer zugeführte CYL-Signal und/oder das Positionssignal nicht normal sind, kann die übliche Motorregelung in Abhängigkeit von der CYL'-Unterbrechung auf der Grundlage des CYL'-Signals und des Positionssignals vom elektromagnetischen Aufnehmer bewirkt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der elektromagnetische Aufnehmer als Backup für den photoelektrischen Aufnehmer verwendet, was die im folgenden beschriebenen Vorteile hat. Der photoelektrische Aufnehmer 7 und der elektromagnetische Aufnehmer 9 erfassen das Drehsignal, indem sie das Licht bzw. das Magnetfeld als Medium verwenden. Im Prinzip beeinträchtigen Licht und Magnetfeld einander nicht. Sogar wenn die Aufnehmer 7 und 9 eng aneinander angeordnet sind, ist die Erfassungsgenauigkeit des Drehsignals nicht gemindert. In den Ausführungsformen der Fig. 4 bis 6 ist daher die Erfassungsgenauigkeit nicht gemindert, und der elektromagnetische Aufnehmer 9 kann an einem stromlosen Platz angeordnet werden, der entsteht, wenn nur der photoelektrische Aufnehmer 7 im Verteiler enthalten ist. Daher wirkt sich der Einsatz des elektromagnetischen Aufnehmers 9 als Backup-Sensor nicht negativ auf die Gesamtgröße des Verteilers aus. Das heißt, verglichen mit dem Verteiler mit zwei Systemen elektromagnetischer Aufnehmer kann der Verteiler insgesamt kleiner gebaut werden.
Des weiteren wird der elektromagnetische Aufnehmer als Backup für den photoelektrischen Aufnehmer verwendet. Auch wenn das Drehsignal durch den photoelektrischen Aufnehmer aufgrund der im Laufe der Zeit aufgetretenen Änderung der lichtemittierenden Fläche der lichtemittierenden Vorrichtung und der lichtempfangenden Fläche der Lichtempfangsvorrichtung nicht erfaßt werden kann, wird eine derartige, durch die Zeit verursachte Veränderung nicht beim elektromagnetischen Aufnehmer stattfinden, so daß das Drehsignal genau erfaßt werden kann.
Es ist auch möglich, einen photoelektrischen Aufnehmer als Backup für den elektromagnetischen Aufnehmer zu verwenden. Diese Modifizierung hat Wirkungen, ähnlich denen, die erzielt werden, wenn der elektromagnetische Aufnehmer als Backup verwendet wird und ist in dem unten beschriebenen Fall effektiv. Bei einem elektromagnetischen Aufnehmer sind viele magnetoresistive Vorrichtungen generell in Reihe verbunden, wie Fig. 7B zeigt, um ein Drehsignal zu erzeugen, das einen großen Ausgabebetrag aufweist. Daher wird der elektromagnetische Aufnehmer generell als Drehwinkelerfassungsvorrichtung verwendet. Wenn ein anderer elektromagnetischer Aufnehmer als Backup für den oben beschriebenen elektromagnetischen Aufnehmer verwendet wird, und der Platz zur Unterbringungn dieser zwei elektromagnetischen Aufnehmer begrenzt ist, stören die magnetischen Felder einander, was zu einer verminderten Genauigkeit des Drehsignals führt. Insbesondere wenn die Drehwinkelerfassungsvorrichtung in einem Verteiler eines Autos untergebracht ist, besteht zum Beispiel das Problem, daß die Magnetfelder der zwei magnetischen Aufnehmer einander stören, weil der Platz zur Unterbringung der Erfassungsvorrichtung klein ist. In diesem Fall ist es deshalb angebracht, einen elektromagnetischen Aufnehmer als Drehwlnkelerfassungsvorrichtung unter Normalbedingungen und einen photoelektrischen Aufnehmer als Backup zu verwenden. Es es dadurch möglich, die Interferenz zwischen den zwei Aufnehmern zu vermeiden, ohne die Erfassungsgenauigkeit zu mindern.
Gemäß der Erfindung sind die Rotorplatte 176 des photoelektrischen Aufnehmers 7 und die Magnettrommel 191 des elektromagnetischen Aufnehmers 9 mit Hilfe des Stellstifts 181 einstückig ausgeführt. Daher wird die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen des photoelektrischen Aufnehmers 7 und des elektromagnetischen Aufnehmers 9 durch die Herstellungsgenauigkeit dieser Komponenten 171, 191 und 181 nicht durch die Montagearbeiten beeinträchtigt, wenn diese Komponenten zusammengesetzt werden. Daher wird die Phasendifferenz zwischen dem CYL-Signal und dem CYL'-Signal, wie in Fig. 9 gezeigt, außerordentlich genau bei theta gehalten, wobei es bei den verschieden Teilen nur kleine Schwankungen gibt. Dadurch wird eine hohe Erfassungsgenauigkeit des Drehsignals aufrechterhalten.
Des weiteren kann die Montage der lichtemittierenden Vorrichtung und der Lichtempfangsvorrichtung des photoelektrischen Aufnehmers 7 sowie der magnetoresistiven Vorrichtung 192 und der Wellenformerzeugungsschaltung des elektromagnetischen Aufnehmers 9 durch Anordnung des Gummiformrahmens am Gehäuse 101 in einem Arbeitsgang beendet werden, wodurch eine hohe Arbeitseffektivität und Genauigkeit erzielt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird im elektromagnetischen Aufnehmer eine Kombination der Magnettrommel und der magnetoresistiven Vorrichtung verwendet. Jedoch kann ein ähnlicher Effekt dadurch erzielt werden, daß eine Kombination aus induktivem Geber, Stator, Aufnehmerspule und Magnetspule, bei der der induktive Geber mit der Welle 106 und die Aufnehmerspule einschließlich des Stators mit dem Formrahmen einstückig ausgeführt sind und der Magnetkreis auf geeignete Weise eingestellt wird.
Wenn die Ausgabesignale des photoelektrischen Aufnehmers und des elektromagnetischen Aufnehmers, wie in (a), (c) und (e) der Fig. 9 gezeigt, eine kleine Größe aufweisen, ist es möglich, daß diese Ausgabesignalwellenformen vom beispielsweise vom Verteiler erzeugten Rauschen beeinträchtigt werden. Daher sind in der Ausführungsform der Fig. 4 die Wellenformerzeugungsschaltungen 201a und 201b im Gehäuse 101, wie in Fig. 8A gezeigt, angeordnet, und die Signale, die zu Wellen geformt worden sind, sind aus dem Gehäuse 101 herausgeführt. Wenn die Ausgabesignale des elektromagnetischen Aufnehmers, beispielsweise groß sind, sind sie nicht durch den Einfluß des Rauschens störbar. Wie in Fig. 8B gezeigt, kann daher die Wellenformerzeugungsschaltung 201b im Regelkreis 64 angeordnet sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die magnetoresistive Vorrichtung des elektromagnetischen Aufnehmers und die lichtemittierende Vorrichtung, die Lichtempfangsvorrichtung und die Wellenformerzeugungsschaltung des photoelektrischen Aufnehmers einstückig auf derselben Haube angeordnet, und die Haube ist am Gehäuse 101 befestigt. Dadurch können mehrere Aufnehmer am Gehäuse angeordnet werden und die Montagearbeiten müssen nur ein einziges Mal durchgeführt werden. Des weiteren sind die Magnettrommel des elektromagnetischen Aufnehmers und die Rotorplatte und die Rotorwelle 108 des photoelektrischen Aufnehmers durch den Stellstift positioniert und als ein Körper an der Welle 106 angeordnet. Daher kann die Montagezeit verkürzt und die Produktivität verbessert werden.
In der erfindungsgemäßen Drehwinkelerfassungsvorrichtung werden der elektromagnetische Aufnehmer und der photoelektrische Aufnehmer verwendet. Weil sie einander nicht stören, sind sie bei der Anordnung nicht beschränkt und können nah aneinander angeordnet werden, ohne daß das irgendwelche Probleme macht. Auch wenn die Drehwinkelerfassungsvorrichtung so wie in der oben beschriebenen Ausführungsform im Verteiler angeordnet ist, kann die Drehwinkelerfassungsvorrichtung auf kleinem Raum im Verteller fast auf der der gleichen Ebene angeordnet werden. Daher kann die Länge des über den Motor hinausragenden Verteilers, das heißt die Länge der Welle 106 in Richtung der Drehachse verkürzt werden. Daher kann der Massenpunkt des Verteilers in der Nähe des Hauptkörpers des Motors angeordnet werden, so daß der Vibrationswiderstand verbessert wird. Im Ergebnis ist es möglich, eine höchst zuverlässige Drehwinkelerfassungsvorrichtung vorzusehen.
Des weiteren sind die Rotorplatte des photoelektrischen Aufnehmers und die Magnettrommel des elektromagnetischen Aufnehmers einstückig mit der Rotorwelle 108 montiert. Die lichtemittierende Vorrichtung und die Lichtempfangsvorrichtung des photoelektrischen Aufnehmers und die magnetoresistive Vorrichtung des elektromagnetischen Aufnehmers sind einstückig am Formrahmen 202 angeordnet. Daher sind Phaseneinstellarbeiten zwischen dem photoelektrischen Aufnehmer und dem elektromagnetischen Aufnehmer beim Montieren nicht erforderlich. Es wird daher eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung erzielt, die eine hohe Genauigkeit bietet.
Bei einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung können der elektromagnetische Aufnehmer und der photoelektrische Aufnehmer auf verschiedenen Ebenen senkrecht zur Drehachse der Welle 106 angeordnet sein, ohne daß sie durch die Ausfürungsform der Figuren 4 und 5 eingeschränkt sind. Es können auch andere Typen herkömmlicher photoelektrischer Aufnehmer anstelle des in den Fig. 4 und 5 gezeigten photoelektrischen Aufnehmers verwendet werden.
Durch die Verwendung der magnetoresistiven Vorrichtung, beispielsweise in der elektromagnetischen Vorrichtung, und die Verwendung einer Kombination der Lichtempfangsdiode und der lichtemittierenden Diode, beispielsweise im photoelektrischen Aufnehmer, ermöglicht die Erfindung die Herstellung einer kleinen Vorrichtung, die eine hohe Auflösung bietet. Insbesondere wird eine kleine Drehwinkelerfassungsvorrichtung hoher Genauigkeit erzielt.
Durch die Verwendung eines der Ausgabesignale des elektromagnetischen Aufnehmers und des Ausgabesignals des photoelektrischen Aufnehmers als Backup für das andere Ausgabesignal, sieht die Erfindung eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung mit einer Backup-Funktion vor, die nicht die Nachteile des Standes der Technik hat.

Claims

1. Drehwinkelerfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit

(A) einem Gehäuse (101),

(B) einer Rotorwelle (106), die in dem Gehäuse (101) frei drehbar montiert ist und sich im Betrieb synchron mit der Kurbel- oder einer Nockenwelle des Motors dreht,

(C) einem photoelektrischen Aufnehmer (7), der einen sich synchron mit der Rotorwelle (101) drehenden ersten Drehabschnitt (176) und einen ersten festgelegten Abschnitt (202a) mit photoelektrischen Umwandlungsmitteln enthält, die den Durchgang von Schlitzen in dem ersten Drehabschnitt (176) erfassen,

(D) einem elektromagnetischen Aufnehmer (9) mit einem sich synchron mit der Rotorwelle (106) drehenden zweiten Drehabschnitt (191) und einem zweiten festgelegten Abschnitt (202b) mit Erfassungsmitteln für das magnetische Feld, die von dem zweiten Drehabschnitt (191) verursachte magnetische Änderungen erfassen, und

(E) einer Steuereinheit (64), die Signale von dem photoelektrischen Aufnehmer (7) und dem elektromagnetischen Aufnehmer (9) empfängt, um im Betrieb die Zündung äes Motors zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß

(F) der erste Drehabschnitt (176) und der zweite Drehabschnitt (191) an die Rotorwelle mit einer vorbestimmten Winkelstellung relativ zueinander festgelegt sind,

(G) der photoelektrische Aufnehmer (7) und der elektromagnetische Aufnehmer (9) in dem Gehäuse (101) mit einer vorbestimmten Positionsbeziehung zueinander, bezüglich der relativen Winkelstellung des ersten und des zweiten Drehabschnitts (176, 191) zueinander, montiert sind,

(H) der erste festgelegte Abschnitt (202a) erste Referenzsignalerfassungsmittel zum Ausgeben eines ersten Referenzsignals an einem ersten vorbestimmten Drehwinkel der Rotorwelle (106) und Stellungssignalerfassungsmittel zum Ausgeben eines Stellungssignals an einem zweiten vorbestimmten Winkel, der kleiner ist als der erste vorbestimmte Drehwinkel, enthält,

(I) der magnetische Aufnehmer (9) zweite Referenzsignalerfassungsmittel enthält, zum Ausgeben eines zweiten Referenzsignals an einem dritten vorbestimmten Drehwinkel und

(J) entweder der photoelektrische Aufnehmer (7) oder der elektromagnetische Aufnehmer (9) als Backup für den anderen verwendet wird.

2. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der der Drehabschnitt der ersten Referenzsignalerfassungsmittel und die photoelektrischen Umwandlungsmittel jedesmal ein erstes Referenzsignal ausgeben, wenn sich die Kurbelwelle um einen ersten vorbestimmten Winkel dreht, der einer ganzen Zahl multipliziert mit 360/n gleich ist, wobei n die Zahl der Motorzylinder darstellt, und in der die zweiten Referenzsignalerfassungsmittel jedesmal ein zweites Referenzsignal ausgeben, wenn sich die Kurbelwelle um einen dritten vorbestimmten Winkel dreht, der gleich einer ganzen Zahl multipliziert mit dem ersten vorbestimmten Winkel ist.

3. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, in der unter der Annahme, daß n gleich 4 ist, der erste vorbestimmte Winkel 90º und der zweite vorbestimmte Winkel 1º ist.

4. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der der zweite festgelegte Abschnitt und der zweite Drehabschnitte und der erste festgelegte Abschnitt (171, 172) und der erste Drehabschnitt (176) im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind.

5. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, in der die ersten und zweiten Drehabschnitte einstückig an der Rotorwelle (106) befestigt sind und die ersten und zweiten festgelegten Abschnitte nahe zueinander angeordnet sind.

6. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, in der der erste Drehabschnitt (176) eine Drehschlitzplatte mit zumindest einer Schlitzreihe enthält, die bezüglich der Rotorwelle konzentrisch angeordnet sind und in der die photoelektrischen Umwandlungsmittel (172) Lichtemissionsmittel und Lichtaufnahmemittel enthalten, die über die Schlitzreihe der Drehschlitzplatte gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, wobei die Lichtaufnahmemittel ein Signal ausgeben, das sich synchron mit der Drehung der Rotorwelle äwndert.

7. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, in der der photoelektrische Aufnehmer als der andere Aufnehmer wirkt und die Drehschlitzplatte eine erste Schlitzreihe (175) enthält, die konzentrisch zur Rotorwelle mit Abständen, die dem ersten vorbestimmten Winkel entsprechen, angeordnet sind und eine zweite Schlitzreihe (174) enthält, die mit Abständen, die dem zweiten vorbestimmten Winkel entsprechen, angeordnet sind, wobei die photoelektrischen Umwandlungsmittel (172) eine erste Lichtemissionseinrichtung (171b) und eine erste Lichtaufnahmeeinrichtung (172b) enthalten und über die erste Schlitzreihe (175) gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und eine zweite Lichtemissionseinrichtung (171a) und eine zweite Lichtaufnahmeeinrichtung (171b) enthalten, die über die zweite Schlitzreihe (174) gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.

8. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, in der die photoelektrischen Umwandlungsmittel (172) als erster Aufnehmer wirken und die zweite Schlitzplatte zumindest eine dritte Schlitzreihe enthält, die mit dem dritten vorbestimmten Winkel entsprechenden Abständen konzentrisch zur Rotorwelle angeordnet sind.

9. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, in der der zweite Drehabschnitt (191) eine Drehplatte mit zumindest einer Magnetreihe (193) aufweist, die konzentrisch zur Rotorwelle angeordnet sind und in der die zweiten Referenzsignalerfassungsmittel (192) zumindest eine Erfassungseinrichtung für das magnetische Feld enthalten, die gegenüberliegend zu der Magnetreihe an der Drehplatte angeordnet ist, wobei die Erfassungseinrichtung des magnetischen Felds ein Signal ausgibt, das sich synchron mit der Drehung der Rotorwelle andert.

10. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, in der der elektromagnetische Aufnehmer als der andere Aufnehmer wirkt und die Drehplatte eine erste Magnetreihe (193) enthält, die in Umfangsrichtung mit dem ersten vorbestimmten Winkel entsprechenden Abständen angeordnet ist und eine zweite Magnetreihe (193') enthält, die in Umfangsrichtung mit dem zweiten vorbestimmten Winkel entsprechenden Abständen angeordnet ist, wobei die Magnetfelderfassungsmittel (192) eine der ersten Magnetreihe (193) gegenüberliegende erste Magnetfelderfassungseinrichtung (192a) und eine der zweiten Magnetreihe (193') gegenüberliegende zweite Magnetfelderfassungseinrichtung (192b) enthalten.

11. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, in der der elektromagnetische Aufnehmer als der eine Aufnehmer wirkt und die Drehplatte zumindest eine Magnetreihe enthält, die in Umfangsrichtung mit einem Abstand angeordnet sind, der dem dritten vorbestimmten Winkel entspricht.

12. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, in der der dritte vorbestimmte Winkel 180º ist.

13. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der der photoelektrische Aufnehmer und der elektromagnetische Aufnehmer in dem Gehäuse (101) zusammen mit einem Verteiler (70) und einem Verteilerrotor (120) des Verteilers aufgenommen sind.

14. Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, in der Wellenformer Schaltungen (201a, 201b), denen Ausgangssignale des photoelektrischen Aufnehmers und des elektromagnetischen Aufnehmers zugeführt werden, an dem Gehäuse befestigt sind.