DE3017973C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Winkelgeber nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Solche induktiven Winkelgeber sind insbesondere in Kraftfahrzeugen zur Steuerung von Zündanlagen oder Kraftstoffein­ spritzanlagen in vielfältiger Weise im Einsatz. Dabei tritt oftmals das Problem auf, daß zur Steuerung mehrerer Endstufen verschiedene Winkelinformationen benötigt werden. Die verschiedenen Informationen voneinander zu unterscheiden, wurde beispielsweise in der DE-OS 27 36 576 vorgeschlagen, magnetisierte Marken unterschied­ licher Polarität zu verwenden und deren unterschiedliche Signale zur Steuerung zweier Endstufen heranzuziehen. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, daß die Zahl der zu steuernden Endstufen oder Vorgänge auf zwei begrenzt ist. Soll diese Zahl erhöht werden, so müssen mehrere Sensoren eingesetzt werden, solche induktiven Winkelgeber mit mehreren Sensoren sind beispielsweise aus der DE-OS 27 23 832, der GB-PS 14 25 394 und aus der DE-OS 26 43 286 bekannt.

Dabei wird in der GB-PS 14 25 394 ein Winkelgeber beschrieben, bei dem Magnetstifte 1 bis 8 von einem Sensor b und Magnetstifte S die zu den Magnetstiften 1 bis 8 seitlich versetzt auf einer Geber­ scheibe angebracht sind, von einem Sensor 20 abgetastet werden. Der Einsatz eines Gebers dieser Art ermöglicht die Steuerung von mehr als zwei Endstufen, außerdem können die Marken S zur Synchronisie­ rung verwendet werden. Ein solches System ist jedoch aufwendig, da zwei Reihen Magnetstifte, die seitlich gegeneinander versetzt sind, benötigt werden, außerdem sind zwei Aufnehmer erforderlich.

Bei der Einrichtung zur Lageerkennung einer rotierenden Welle gemäß der Druckschrift DE-OS 26 43 286 werden auf einer auf einer Welle befestigten Scheibe alternierend Permanentmagnete unterschiedlicher Polarität aufgebracht. Mit diesen Permanentmagneten werden bestimmte Winkelsegmente der Welle gekennzeichnet, zusätzlich ist ein weiterer Permanentmagnet vorgesehen, der zur Bezugsmarkenerkennung dient. Die Permanentmagnete werden an einem Aufnehmerteil vorbeibewegt, das zwei Sensoren enthält. Mittels zweier Auswerteschaltungen für die beiden Sensoren werden sowohl die Drehzahl als auch die Bezugsmarke bestimmt. Auch diese Anordnung ist recht aufwendig, sie benötigt zwei Sensoren und zwei Auswerteschaltungen.

Aus der DE-OS 26 44 324 ist schließlich eine Vorrichtung zur Ermitt­ lung einer Vielzahl von Winkelstellungen eines umlaufenden Teils bekannt, bei dem eine Scheibe mit einer Vielzahl von Winkelbezugs­ elementen und einem als Referenzmarke dienenden Vorsprung von einem einzigen Geber abgetastet wird. Da die Referenzmarke sich über die übrigen Marken erhebt, bestimmt sie den Abstand zwischen Geberrad und Sensor, gegenüber den übrigen Marken ist dieser Abstand daher zu groß.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Winkelgeber mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit nur einem einzigen Sensor praktisch eine beliebige Anzahl von Endstufen gesteuert werden kann, die jeweils bei einer anderen Winkelstellung des rotierenden Geberteils einen anderen Vorgang auslösen müssen. Der Winkelgeber ist daher einfach und kosten­ günstig zu realisieren. Der vergrößerte Aufwand der Auswerte­ schaltung ist bei der heutigen Mikroelektronik praktisch ohne Bedeutung.

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

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Ein mit der Nockenwelle oder Kurbelwelle einer Brennkraft­ maschine verbundenes, als Scheibe ausgebildetes Geberteil 10 weist drei als Nocken oder Blechrechtecke ausgebildete, ferromagnetische, nicht magnetisierte Marken 11 bis 13 auf, die zueinander jeweils um einen Winkel von 120 Grad ver­ setzt sind. Zwischen zwei Marken 12, 13 ist eine weitere, als Nocken oder Blechrechteck ausgebildete, magnetisierte Marke 14 a auf dem Geberteil 10 angeordnet. Die Marken werden durch einen induktiven Sensor 14 abgetastet. Eine Strom­ quelle 15 ist über einen Schalter 16 mit dem induktiven Sensor 14 verbunden, dessen zweiter Anschluß über die Paral­ lelschaltung eines Widerstands 17 mit einer Diode 18 an Masse angeschlossen ist. Der Verknüpfungspunkt des Schalters 16 mit dem induktiven Sensor 14 ist über die Reihenschaltung einer Diode 19 mit einem Widerstand 20 an die Basis eines Transistors 21 angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 21 ist ein Kondensator 22 geschaltet. Parallel zum Widerstand 20 liegt ein weiterer Kondensator 23. Die Bauteile 19 bis 23 bilden eine erste Auswerteschaltung für Sensorsignale. Der Verknüpfungs­ punkt zwischen dem induktiven Sensor 14 und dem Widerstand 17 ist über einen Widerstand 24 mit der Basis eines weiteren Transistors 25 verbunden, dessen Emitter ebenfalls an Masse liegt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors 25 ist ein Kondensator 26 geschaltet. Die Bauteile 17, 18 sowie 24 bis 26 bilden eine zweite Auswerteschaltung der Sensorsignale.

Die beiden Auswerteschaltungen 19 bis 23 und 17, 18 sowie 24 bis 26 steuern über die Kollektoren der Transistoren 21, 25 einen Mikrorechner 27, der z. B. ein Zündungsrechner für eine Brennkraftmaschine sein kann, was durch die drei daran angeschlossenen Zündungsendstufen 28 bis 30 dokumentiert ist. Genausogut kann natürlich ein Rechner für die Kraftstoffein­ spritz-Steuerung oder eine sonstige Auswerteschaltung ge­ steuert werden, die Steuersignale bei verschiedenen Winkel­ stellungen der Kurbelwelle benötigt.

Der Kollektor des Transistors 21 liefert ein durch die magne­ tisierte Marke 14 a erzeugtes Synchronisationssignal und gibt es über die Leitung 36 dem Rechner 27 bzw. einer nicht näher dargestellten Auswerteschaltung ab. Weiterhin ist dieses Signal dem Setzeingang eines Flipflops 31 sowie dem Rücksetz­ eingang eines Zählers 32 zugeführt. Der Kollektor des Tran­ sistors 25 liefert Signale, die beim Passieren der nicht magnetisierten Marken 11 bis 13 im induktiven Sensor 14 er­ zeugt werden und gibt diese dem Takteingang des Zählers 32 ab. Der Zähler 32 ist vorzugsweise als Ringzähler geschaltet und gibt bei einem der Zahl der nicht magnetisierten Marken 11 bis 13 entsprechenden Zählerstand ein Ausgangssignal am Ausgang CO ab, das dem Rücksetzeingang des Flipflops 31 zu­ geführt ist. Drei den Zählerständen 1 bis 3 entsprechende Dekodiereingänge sind mit der nicht näher dargestellten Aus­ werteschaltung über Leitungen 33 bis 35 verbunden und können drei verschiedene Vorgänge steuern, die bei drei verschiedenen Winkelstellungen der Kurbelwelle ablaufen sollen. Dies sind z. B. die Zündvorgänge bei einer 3- bzw. 6-Zylinder-Brennkraft­ maschine, die bei ruhender Hochspannungsverteilung über drei Zündungsendstufen 28 bis 30 gesteuert werden. Die Steuersignale werden natürlich noch im Rechner durch eine nicht näher dar­ gestellte, parameterabhängige Zündzeitpunktverstellung und Schließwinkelsteuerung modifiziert. Der Ausgang des Flipflops 31 steuert den Schaltzustand des Schalters 16.

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels besteht darin, daß bei zunächst geöffnetem Schalter 16 und Passieren der magne­ tisierten Marke 14 a am Sensor 14 ein dadurch erzeugtes Signal über die Diode 19 und die RC-Kombination 20, 23 zur Basis des Transistors 21 gelangt und diesen kurzzeitig umsteuert. Dies erzeugt zum einen ein Synchronisationssignal auf der Leitung 36 und steuert zum anderen das Flipflop 31 um. Dadurch wird der Schalter 16 geschlossen. Gleichzeitig wird der Zähler 32 rückgesetzt. Es fließt nunmehr ein Strom von der Stromquelle 15 über den induktiven Sensor 14. Infolge des Spannungsab­ falls am Widerstand 17 wird der Transistor 25 stromleitend. Bei jedem Passieren eines nicht magnetisierten Nockens 11 bis 13 wird nunmehr infolge der Induktivitätsänderung im Sensor 14 u. a. eine negative Halbwelle induziert, die die Diode 18 stromleitend macht. Der Transistor 25 sperrt kurz­ zeitig. Ein dadurch erzeugtes Signal zählt im Zähler 32 je­ weils um den Wert eins weiter, wodurch nacheinander Signale an den Leitungen 33 bis 35 erzeugt werden. Beim dritten durch die Marke 13 erzeugten Signal wird neben dem Signal auf der Leitung 35 ein Rücksetzsignal für das Flipflop 31 erzeugt, durch das der Schalter 16 wieder geöffnet wird. Erst durch das darauffolgende Passieren der magnetisierten Marke 14 a am Sensor 14 erfolgt ein neuerliches Schließen des Schalters 16.

Die RC-Kombinationen 20, 22, 23 und 24, 26 dienen zur Stör­ spannungsunterdrückung.

Durch die Synchronisierungsmarke 14 a ist ein eindeutiger Bezug der durch die Marken 11 bis 13 erzeugten Signale zur zugeord­ neten Winkelstellung gegeben. Wird die Reihenfolge der durch die Marken 11 bis 13 erzeugten Signale durch einen Störim­ puls oder durch einen sonstigen Einfluß verändert, so wird be­ reits beim nächsten Passieren der magnetisierten Marke 14 a wieder eine Normierung herbeigeführt und ein eindeutiger Winkelbezug wieder gewährleistet.

Außer zur Normierung bzw. Synchronisierung kann der Impuls der magnetisierten Marke 14 a noch zusätzlich als Winkelmarke verwendet werden. Werden z. B. wie im dargestellten Fall drei Winkelsignale in Abstand von 120 Grad benötigt, so kann dies auch dadurch realisiert werden, daß eine magnetisierte Marke 14 a und zwei dazu um jeweils 120 Grad versetzte, nicht magne­ tisierte Marken vorgesehen werden. Für eine 4-Zylinder-Brenn­ kraftmaschine mit ruhender Hochspannungsverteilung genügt z. B. eine magnetisierte Marke und eine dazu um 180 Grad versetzte nicht magnetisierte Marke. Für diesen Fall kann z. B. der Zähler 32 entfallen, und das vom Transistor 25 erzeugte Signal kann direkt als Rücksetzsignal für das Flipflop 31 sowie als Steuersignal für den Rechner 27 verwendet werden. Das zweite Steuersignal für die zweite Endstufe wird über die Leitung 36 zugeführt.

Werden die Signale des dargestellten Winkelgebers zur Steuerung eines Mikrorechners verwendet, so können bei einer tatsäch­ lichen Realisierung natürlich die Bauelemente 31 und 32 als konkrete Bauelemente entfallen. Die Abfrage der Signale an den Kollektoren der Transistoren 21 und 25 erfolgt dann über das Programm des Mikrorechners, in dem natürlich die gleichen Funktionen ablaufen.

Claims (5)

1. Winkelgeber, insbesondere zur Steuerung von Zündung und Kraft­ stoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen,
mit durch einen induktiven Sensor (14) abtastbaren Marken auf einem rotierenden Geberteil, von denen wenigstens eine magnetisiert ist, mit einer Schaltungsvorrichtung, die mit dem Sensor (14) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Geberteil zusätzlich zur magnetisierten Marke (14 a) wenigstens eine ferromagnetische, nicht magnetisierte Marke (11 bis 13) angeordnet ist,
daß die mit dem Sensor (14) verbundene Schaltungsvorrichtung eine erste Auswerteschaltung (19 bis 23) für Signale der magnetisierten Marke (14 a) enthält, durch die eine Stromquelle (15) für den Sensor (14) einschaltbar ist und
daß die Schaltungsvorrichtung eine zweite Auswerteschaltung (17, 18, 24, 25 und 26) für Signale der wenigstens einen nicht magnetisierten Marke (11 bis 13) und eine Zählvorrichtung (32) enthält, durch die nach Passieren aller nicht magnetisierten Marken die Stromquelle (15) abschaltbar ist.

2. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auswerteschaltung im wesentlichen aus einem über eine Diode (19) steuerbaren Transistor (21) besteht.

3. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auswerteschaltung im wesentlichen aus der Parallelschaltung einer Diode (18) mit einem Widerstand (17) besteht, die zwischen die Basis eines Transistors (25) und Masse geschaltet ist.

4. Winkelgeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine RC-Anordnung (20, 22, 23, 26) zur Störspannungsunterdrückung dem Transistor (21 bzw. 25) vorgeschaltet ist.

5. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Auswerteschaltung einen Mikro­ rechner (27) steuern und daß die Schaltung der Stromquelle (15) durch diesen Mikrorechner (27) steuerbar ist.