DE68918396T2

DE68918396T2 - Signalgeber für Brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE68918396T2
Application number: DE68918396T
Authority: DE
Inventors: Yutaka C O Himeji Seisa Ohashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2009-10-13
Also published as: US4958615A; EP0367430A1; KR930008811B1; HK1005750A1; DE68918396D1; JPH0776546B2; KR900006671A; EP0367430B1; JPH02102372A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Signalgenerator für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft sie einen Signalgenerator des Typs, der in einem Verteiler gemeinsam mit einer Zündspule angeordnet ist.
Eine Brennkraftmaschine ist normalerweise mit einem Signalgenerator ausgestattet, der synchron mit der Drehung der Brennkraftmaschine elektrische Signale erzeugt. Die elektrischen Signale liegen gewöhnlich in Form von Impulsen mit einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke vor, die vorgegebenen Kurbelwinkeln der Brennkraftmaschine und damit vorgegebenen Positionen in bezug auf den oberen Totpunkt des Kolbens in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechen. Diese Signale werden einer Motorsteuerung zugeführt. Auf der Grundlage des Auftretens der Signale steuert die Steuereinrichtung den Zündzeitpunkt, die Kraftstoffeinspritzung und weitere Vorgänge des Motorbetriebs, die mit exakter Taktsteuerung durchzuführen sind.
Ein herkömmlicher Typ von Signalgenerator ist im Inneren eines Verteilergehäuses angeordnet und tastet die Drehung der Verteilerwelle ab. Bei diesem Typ von Signalgenerator sind ein Hall-Sensor und ein Magnet innerhalb des Verteilergehäuses angeordnet, und zwar mit einem Spalt zwischen dem Hall-Sensor und dem Magneten. Der Hall-Sensor weist ein Hall-Element auf, das eine analoge Spannung erzeugt, die der Stärke des darauf wirkenden Magnetfelds entspricht. An der Verteilerwelle ist eine Vielzahl von metallischen Flügeln angebracht, die sich gemeinsam mit der Verteilerwelle dreht.
Beim Drehen der Flügel durchsetzen sie den Spalt zwischen dem Hall-Sensor und dem Magneten und ändern den auf das Hall-Element wirkenden Magnetfluß. Infolgedessen ändert sich die Ausgangsspannung des Hall-Elements momentan jedesmal dann, wenn einer der Flügel den Spalt durchsetzt. Der Hall- Sensor erzeugt ein Digitalsignal in Form von Impulsen, die den Änderungen der Ausgangsspannung des Hall-Elements entsprechen. Die Verteilerwelle wird synchron mit dem Motor gedreht, so daß durch geeignete Wahl der Anzahl und Breite der Flügel bewirkt werden kann, daß die Anstiegs- und die Abfallflanken der Ausgangsimpulse des Hall-Sensors bei vorgegebenen Drehwinkeln der Kurbelwelle des Motors auftreten und zur Steuerung der Taktgebung für den Motor genutzt werden können.
Bei manchen neuen Kraftfahrzeugen ist die Zündspule für den Motor im Inneren des Verteilergehäuses gemeinsam mit dem Signalgenerator angeordnet. Eine solche Anordnung ist in der FR-A-2 432 096 gezeigt. Wenn Strom durch die Zündspule fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem Magnetfeld kombiniert wird, das von dem Magneten des Signalgenerators erzeugt wird. Bei einer herkömmlichen Anordnung wird das von der Zündspule erzeugte Magnetfeld additiv mit dem Magnetfeld kombiniert, das von dem Magneten des Signalgenerators erzeugt wird. Das kombinierte Magnetfeld beeinflußt die Ausgangsspannung des Hall-Elements auf solche Weise, daß die Änderungen der Ausgangsspannung des Hallelements während der Drehung der Flügel nicht detektiert werden können. Somit erzeugt der Hall-Sensor Ausgangsimpulse nicht zu den richtigen Intervallen, und die Taktgebung des Motors kann nicht ordnungsgemäß gesteuert werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Signalgenerator für eine Brennkraftmaschine anzugeben, der durch das Magnetfeld, das von einer Zündspule für den Motor erzeugt wird, nicht nachteilig beeinflußt wird.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Fahrzeugzündsystem einen Signalgenerator im Verteiler, der folgendes aufweist: ein Hall-Element; einen Magneten, der von dem Hall-Element durch einen Spalt getrennt ist und ein Magnetfeld erzeugt, das auf das Hall-Element einwirkt; und einen Magnetflügel, der an der Verteilerwelle befestigt ist und durch den Spalt zwischen dem Hall-Element und dem Magneten hindurchgeht, wenn die Verteilerwelle gedreht wird; eine Zündspule in dem Verteiler, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn Strom durch die Zündspule fließt; und eine Signalverarbeitungsschaltung, die auf den Pegel des Ausgangssignals des Hall-Elements anspricht, um den Zustand (hoher oder niedriger Pegel) eines Ausgangssignals zu ändern, wenn das Signal des Hall-Elements einen Referenzpegel unterschreitet; und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und Orientierung des Hall-Elements und des Magneten sowie die Anordnung, Orientierung und Wicklungsrichtung der Spule derart gewählt sind, daß an der Position des Hall-Elements das Magnetfeld, das im Betrieb durch den Stromfluß in der Spule erzeugt wird, mit dem Feld, das von dem Magneten an dem Hall-Element erzeugt wird, subtraktiv kombiniert wird und dadurch dazu tendiert, das Ausgangssignal des Hall-Elements zu verringern, wenn Strom in der Spule fließt.
Infolgedessen können Änderungen der Ausgangsspannung des Hall-Elements aufgrund einer Drehung des Flügels jederzeit detektiert werden.
Der Signalgenerator kann außerdem mit einem magnetisierbaren Element ausgestattet sein, welches das Hall-Element gegenüber magnetischem Streufluß von der Zündspule abschirmt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt eines Verteilers für eine Brennkraftmaschine, die mit einem Signalgenerator gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Signalgenerators von Fig. 1, wobei die Richtungen der verschiedenen erzeugten Magnetfelder gezeigt sind;
Fig. 3 ist ein Diagramm der Ausgangssignale des Hall-Elements und des Hall-Sensors als Funktion des Drehwinkels der Flügelanordnung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Signalgenerators gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt durch einen Verteiler, der die vorliegende Ausführungsform eines Signalgenerators aufweist. Wie die Figur zeigt, hat der Verteiler ein Gehäuse mit einer Basis 1 und einer Kappe 2, die an der Basis 1 abnehmbar angebracht ist. Eine Verteilerwelle 3 ist an ihrem unteren Ende in Lagern 4 und 5 drehbar gelagert, die von der Basis 1 des Gehäuses abgestützt sind. Ein Rotor 6 ist an dem oberen Ende der Verteilerwelle 3 angebracht, und ein Zahnrad 8 ist an dem unteren Ende befestigt. Das Zahnrad 8 ist in Eingriff mit der Nockenwelle eines nicht gezeigten Motors, so daß das Zahnrad 8 und die Verteilerwelle 3 synchron mit dem Motor gedreht werden.
Eine Zündspule 9 ist im Inneren der Basis 1 angebracht und umgibt die Verteilerwelle 3. Sie erzeugt ein Magnetfeld Bc, das die gezeigte Polarität hat.
Eine zylindrische Flügelanordnung 10 mit einer Vielzahl von äußeren Flügeln 10a und einem einzigen inneren Flügel 10b ist an dem oberen Ende der Verteilerwelle 3 befestigt. Die äußeren Flügel 10a verlaufen parallel zu der Achse der Verteilerwelle 3 und sind voneinander in der Umfangsrichtung der Flügelanordnung 10 durch Spalte getrennt. Die Zahl der äußeren Flügel 10a ist normalerweise gleich der Zahl von Zylindern in dem Motor. Der innere Flügel 10b ist radial innerhalb der äußeren Flügel 10a angeordnet.
Ein erster und ein zweiter Drehsensor 11 und 12 sind von der Basis 1 des Verteilers angrenzend an die Verteilerwelle 3 abgestützt. Jeder Drehsensor weist einen Magneten 13 und einen Hall-Sensor 14 auf, die voneinander durch einen Spalt getrennt sind, der hinreichend groß ist, so daß einer der Flügel 10a oder 10b ihn durchsetzen kann. Jeder Hall-Sensor 14 weist ein Hall-Element und eine Signalverarbeitungsschaltung auf. Das Hall-Element erzeugt eine analoge Ausgangsspannung, die dem es beaufschlagenden Magnetfluß proportional ist, und die Signalverarbeitungsschaltung erzeugt ein digitales Ausgangssignal auf der Basis der analogen Ausgangsspannung des Hall-Elements.
Der Magnet 13 ist ausreichend nahe an dem Hall-Sensor 14 angeordnet, so daß sein Magnetfeld in dem Hall-Element eine Spannung induziert. Der Magnet 13 und der Hall-Sensor 14 jedes Drehsensors sind von L-förmigen Eisenjochen 15 gehaltert. Der erste Drehsensor 11 erzeugt ein Erkennungssignal, das einem vorgegebenen Referenzzylinder des Motors entspricht, und der zweite Drehsensor 12 erzeugt Steuersignale in vorgegebenen Positionen in bezug auf den oberen Totpunkt des Kolbens jedes Zylinders des Motors. Diese Signale werden einer nicht gezeigten herkömmlichen Motorsteuerung zugeführt, die die Taktgebung des Motors steuert.
Der Verteiler ist fakultativ mit einer Abschirmung 16 versehen, die die Flügelanordnung 10 umgibt und einen ersten magnetischen Bypass 17 haltert. Ein zweiter magnetischer Bypass 18 ist zwischen einem Vorsprung 3a der Verteilerwelle 3 und der Abschirmung 16 angeordnet. Der erste und der zweite magnetische Bypass 17 und 18 bewirken, daß ein Leckfluß oder Streufluß von der Zündspule 9 die Hall-Sensoren 14 umgeht.
Fig. 2 zeigt schematisch den Signalgenerator der Erfindung, wobei die Richtungen von Magnetfeldern gezeigt sind, die um die Hall-Sensoren 14 herum erzeugt werden. Bc bedeutet das Magnetfeld, das von der Zündspule 9 erzeugt wird, und Bo ist das Magnetfeld, das von dem gezeigten Magneten 13 von einem der Drehsensoren erzeugt wird. Gemäß der Erfindung sind die Zündspule 9 und jeder Magnet 13 so positioniert, daß das Magnetfeld Bc mit dem Magnetfeld Bo, das von jedem Magneten 13 im Bereich des entsprechenden Hall-Sensors 14 erzeugt wird, subtraktiv kombiniert wird. Anders ausgedrückt, die Zündspule 9 und die Magnete 13 sind so positioniert, daß die Felder Bo und Bc entgegengesetzte Richtungen im Bereich der Hall-Sensoren 14 haben.
Die Richtung des Magnetfelds Bc, das von der Zündspule 9 erzeugt wird, kann durch die Richtung, in der ihre Windungen gewickelt sind, sowie die Richtung des durch sie fließenden Stroms bestimmt werden. Ebenso ist die Richtung des Magnetfelds Bo, das von jedem Magneten 13 erzeugt wird, durch die Orientierung seiner Pole bekannt. Es ist daher leicht, die Richtungen der Magnetfelder Bo und Bc so zu steuern, daß sie im Bereich jedes der Hall-Sensoren 14 subtraktiv kombiniert werden.
Wie bereits erwähnt, wird bei einem herkömmlichen Signalgenerator das von der Zündspule 9 erzeugte Magnetfeld Bc mit dem Magnetfeld, das von jedem Magneten 13 erzeugt wird, im Bereich des entsprechenden Hall-Sensors 14 additiv kombiniert. Es gibt eine Reihe von einfachen Methoden, mit denen ein vorhandener herkömmlicher Signalgenerator so verändert werden kann, daß die beiden Magnetfelder Bc und Bo subtraktiv kombiniert werden. Eine Methode besteht darin, die Orientierung jedes Magneten 13 in bezug auf die herkömmliche Orientierung umzukehren. Wenn beispielsweise bei einer herkömmlichen Anordnung der N-Pol des Magneten 13 dem Hall-Sensor 14 zugewandt ist, kann die Richtung des Felds Bo so umgekehrt werden, daß sie zu derjenigen des Felds Bc entgegengesetzt ist, indem die Orientierung des Magneten 13 so umgekehrt wird, daß sein S-Pol dem entsprechenden Hall-Sensor 14 zugewandt ist. Eine andere Methode besteht darin, die Richtung des Felds Bc umzukehren, indem die Zündspule 9 umgedreht wird. Noch eine andere Methode besteht in der Umkehrung der Richtung des Magnetfelds Bc durch Umkehren der Richtung des Stroms, der durch die Zündspule 9 fließt.
Fig. 3 zeigt die Ausgangsspannung VB des Hall-Elements und die Ausgangsspannung V des Hall-Sensors 14 als Funktion des Drehwinkels Q der Flügelanordnung 10, während diese sich mit der Verteilerwelle 3 dreht. Ein Drehwinkel von 0º entspricht der Position eines Flügels 10a, wenn er mit der Mittellinie des Magneten 13 und des Hall-Sensors 14 ausgefluchtet ist. Die Ausgangsspannung VB des Hall-Elements ist ein Maximum, wenn sich zwischen dem Magneten 13 und dem entsprechenden Hall-Sensor 14 kein Hindernis befindet. Immer dann, wenn sich ein Flügel 10a oder 10b zwischen einen Magneten 13 und einen Hall-Sensor 14 bewegt, nimmt das auf das Hall-Element wirkende Magnetfeld ab, und somit fällt seine Ausgangsspannung VB ab.
In Fig. 3 zeigt die mit VB0 bezeichnete Kurve die Ausgangsspannung des Hall-Elements, wenn das Hall-Element dem Magnetfeld B&sub0; ausgesetzt ist, das nur auf den entsprechenden Magneten 13 zurückgeht, und zwar in Abwesenheit eines Magnetflusses von der Zündspule 9. VB1 bezeichnet die Ausgangsspannung des Hall-Elements bei einem herkömmlichen Signalgenerator, wenn die Zündspule 9 leitend ist. VB2 bezeichnet die Ausgangsspannung des Hall-Elements eines Signalgenerators gemäß der Erfindung, wenn die Zündspule 9 leitend ist.
und bezeichnen zwei Referenzspannungen der nicht gezeigten Signalverarbeitungsschaltung jedes Hall-Sensors 14. Wenn die Ausgangsspannung VB des Hall-Elements die erste Referenzspannung unterschreitet, ändert sich das Ausgangssignal des Hall-Sensors 14 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel. Wenn umgekehrt die Ausgangsspannung VB des Hall-Elements die zweite Referenzspannung überschreitet, ändert sich das Ausgangssignal des Hall-Sensors 14 von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel.
Wenn nur das Magnetfeld Bo auf das Hall-Element wirkt, unterschreitet dessen Ausgangsspannung VB die erste Referenzspannung Q am Punkt Q&sub0; und überschreitet dann die zweite Referenzspannung P am Punkt P&sub0;. Infolgedessen erzeugt die Signalverarbeitungsschaltung des Hall-Sensors 14 einen Ausgangsimpuls V&sub0; mit einer Impulsdauer R&sub0; zwischen den Punkten Q&sub0; und P&sub0;. Dieses Ausgangssignal V&sub0; wird der nicht gezeigten Motorsteuerung zugeführt, die das Signal V&sub0; zur Steuerung der Taktgebung des Motors nutzt.
Wenn bei einem herkömmlichen Signalgenerator die Zündspule 9 leitet, werden die Magnetfelder Bo und Bc additiv kombiniert, so daß die Ausgangsspannung des Hall-Elements VB1 ist, die höher als die Spannung VB0 ist. Diese Spannung VB1 überschreitet die zweite Referenzspannung am Punkt P1, unterschreitet jedoch niemals die erste Referenzspannung . Daher spricht die Signalverarbeitungsschaltung des Hall-Sensors 14 nicht auf Änderungen der Ausgangsspannung des Hall- Elements an, das Ausgangssignal V&sub1; des Hall-Sensors 14 bleibt auf dem niedrigen Pegel, und es wird kein Ausgangsimpuls erzeugt. Bei Abwesenheit eines Ausgangsimpulses von dem Hall-Sensor 14 kann die Motorsteuerung die Taktgebung des Motors nicht ordnungsgemäß steuern.
Wenn dagegen bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Zündspule 9 leitet, wird das von der Zündspule 9 erzeugte Magnetfeld Bc mit dem von dem Magneten 13 erzeugten Magnetfeld Bo im Bereich des entsprechenden Hall-Sensors 14 subtraktiv kombiniert. Daher ist die Ausgangsspannung VB2 des Hall-Elements niedriger als die Spannung VB0. Diese Spannung VB2 unterschreitet die erste Referenzspannung am Punkt Q&sub2; und überschreitet die zweite Referenzspannung am Punkt P&sub2;, so daß die Signalverarbeitungsschaltung des Hall-Sensors 14 ein Ausgangssignal V&sub2; erzeugt, das eine Impulsdauer R&sub2; zwischen den Punkten Q&sub2; und P&sub2; hat.
Die Impulsdauer R&sub2; des Ausgangssignals V&sub2; bei leitender Zündspule 9 ist etwas länger als die Impulsdauer R&sub0; des Ausgangssignals V&sub0; bei nicht leitender Zündspule 9. Dieser Unterschied der Impulsdauer hat einen gewissen nachteiligen Einfluß auf die Taktgebung des Motors, aber die Auswirkung ist relativ geringfügig, und es besteht keine Gefahr, daß der Hall-Sensor 14 einen Ausgangsimpuls ausläßt, wie das bei einem herkömmlichen Signalgenerator der Fall sein kann. Daher ist ein Signalgenerator gemäß der Erfindung äußerst zuverlässig, und die Motorsteuerung kann jederzeit die Taktgebung des Motors auf der Basis des Ausgangssignals der Hall- Sensoren 14 ordnungsgemäß steuern.
Die Differenz der Impulsdauern R&sub2; und R&sub0; der Ausgangssignale jedes Hall-Sensors 14 kann durch den ersten und den zweiten magnetischen Bypass 17 und 18 verringert werden, die den Streufluß von der Zündspule 9 so führen, daß er die Hall- Sensoren 14 umgeht und ihren Betrieb nicht beeinflußt. Je geringer der Streufluß ist, der auf die Hall-Sensoren 14 wirkt, desto kleiner ist die Differenz der Impulsdauer R&sub2; bei leitender Zündspule 9 und der Impulsdauer R&sub0; bei nichtleitender Zündspule 9 und desto genauer kann die Taktgebung des Motors gesteuert werden.

Claims

1. Fahrzeugzündsystem, umfassend:

- einen Signalgenerator im Verteiler, der folgendes aufweist:

- ein Hall-Element (14),

- einen Magneten (13), der von dem Hall-Element (14) durch einen Spalt getrennt ist und der ein Magnetfeld erzeugt, das auf das Hall-Element einwirkt, und

- einen Magnetflügel (10a, 10b), der an der Verteilerwelle (3) befestigt ist und der durch den Spalt zwischen dem Hall-Element und dem Magneten hindurchgeht, wenn die Verteilerwelle gedreht wird;

- eine Zündspule (9) in dem Verteiler, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn Strom durch die Zündspule fließt; und

- eine Signalverarbeitungsschaltung, die auf den Pegel des Ausgangssignals (VB2) des Hall-Elements anspricht, um den Zustand (hoher oder niedriger Pegel) eines Ausgangssignals (V&sub2;) zu ändern, wenn das Signal des Hall-Elements einen Referenzpegel (Q) unterschreitet;

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und Orientierung des Hall-Elements (14) und des Magneten (13) sowie die Anordnung, Orientierung und Wicklungsrichtung der Spule (9) derart gewählt sind, daß an der Position des Hall-Elements (14) das Magnetfeld, das im Betrieb durch den Stromfluß in der Spule (9) erzeugt wird, mit dem Feld, das von dem Magneten (13) an dem Hall-Element (14) erzeugt wird, subtraktiv kombiniert wird und dadurch dazu tendiert, das Ausgangssignal des Hall-Elements zu verringern, wenn Strom in der Spule (9) fließt.

2. Signalgenerator nach Anspruch 1, der ferner einen magnetischen Bypass aufweist, der so angeordnet ist, daß er einen Leckfluß von der Zündspule bewirkt, um das Hall-Element zu umgehen.

3. Signalgenerator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zündspule die Verteilerwelle umgibt.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Hall-Element (14) und der Magnet (13) in Axialrichtung an ein Ende der Spule (9) angrenzen und relativ zu der Spulenachse in radialer Richtung angeordnet sind.