WO2006048345A1 - Verfahren zur bestimmung der absoluten kurbelwellenwinkelposition einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2006048345A1
WO2006048345A1 PCT/EP2005/054384 EP2005054384W WO2006048345A1 WO 2006048345 A1 WO2006048345 A1 WO 2006048345A1 EP 2005054384 W EP2005054384 W EP 2005054384W WO 2006048345 A1 WO2006048345 A1 WO 2006048345A1
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tooth
markings
teeth
encoder
crankshaft
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PCT/EP2005/054384
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Inventor
Janko Bosnjak
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
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    • G01D5/246—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains by varying the duration of individual pulses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the absolute crankshaft angle position of an internal combustion engine with a sensor disk, which includes a
  • Crankshaft or camshaft of the internal combustion engine verbun ⁇ is the, wherein the encoder disc has markings by alterna ⁇ selnde arrangement of teeth and tooth spaces, and wherein the encoder disc is associated with a donor, which can generate an electrical signal that can assume at least two Sig ⁇ nalpegel, wherein one of the signal levels is associated with one tooth and the other with a tooth gap, and wherein, at the circumferential angle of a tooth to the circumferential angle of an adjacent tooth gap, a duty ratio results, as well as a sensor disc for carrying out the method.
  • crankshaft position is one of the central tasks.
  • injection of the fuel, the opening and closing of the intake and exhaust valves and the ignition of each cylinder are controlled in the Otto engine so that the individual working cycles run optimally.
  • DE 19900641 A1 discloses a device and a method for detecting the rotational angle of the camshaft of a multi-cylinder internal combustion engine. To determine the camshaft angle, there is mounted on the camshaft a permanent magnet and, near the latter, a magnetic field-sensitive measuring transducer, by the signal of which a control unit acquires a continuous, high-resolution angle signal.
  • the object of the present invention is to overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art, in particular to enable detection of the absolute crankshaft angle after only small relative angles of rotation.
  • the markings have a plurality of different duty cycles a plurality of successive markings have a unique sequence and that for determining the absolute angle of rotation of the crankshaft, the sequence of duty cycles is compared with a stored sequence of Tast- ratios.
  • the encoder disk with the previously uniformly distributed over the circumference division is here modified, namely by the division between teeth and tooth gaps is no longer uniform.
  • the usual resolution of the angle is 6 °, with a gap of two angular units therefore 58 teeth or pole pairs are applied to the encoder disc.
  • the pitch of the encoder disc according to the invention is no longer symmetrical with a pitch of 6 ° in 3 ° gap and 3 ° tooth, but asymmetrically, for example, with a division in 1 ° gap and 5 ° tooth, 2 ° gap and 3 ° tooth, 4th ° gap and 1 ° tooth or the like.
  • the sequence of duty cycles is unique for the defined An ⁇ number of teeth within a revolution, ie only once available.
  • the position determination is at a camshaft lengeber without consideration of the crankshaft signals, ie only by the evaluation of the camshaft signals, mög ⁇ Lich.
  • a better or faster diagnosis of the camshaft position and the phase encoder is possible, with a diagnosis is also possible in the start.
  • the markers have four different duty cycles and that three markings give a clear sequence.
  • a larger number can be selected here. If e.g. Distinguished eight duty cycles, it can be done after two teeth, so after 12 ° relative rotation, a detection of the absolute angle.
  • the direction of rotation of the internal combustion engine can be determined on the basis of the direction in which the stored sequence of the pulse duty cycles is run through.
  • a commutator disc for a crankshaft or camshaft of an internal combustion engine, wherein the donor disc has markings by alternating arrangement of teeth and tooth gaps, and wherein the donor disc is associated with an encoder which can generate an electrical signal , which can assume at least two signal levels, wherein one of the signal levels is assigned to one tooth and the other to a tooth gap, characterized in that the markings have different pitches of the teeth to tooth gaps.
  • Figure 1 is a sketch of encoder disk and encoder.
  • FIG. 2 shows an example of the signal curve of the transmitter in the case of an encoder disk according to the prior art (FIG. 2 a) and in the case of an encoder disk according to the invention (FIG. 2 b).
  • FIG. 1 shows a sketch with a sensor disk 1, which is arranged, for example, directly on a crankshaft or camshaft of an internal combustion engine or indirectly connected by means of gear elements with respect to the rotation with the camshaft.
  • the encoder disk 1 rotates about an axis 2.
  • Markers 3 are arranged on the outer circumference of the encoder disk 1.
  • the markings consist spielmud of teeth 4, which are arranged over the outer circumference of the donor disc 1. Between the teeth 4 each tooth gaps 8 are arranged.
  • Another brand 5, spieltagen as shown here in the form of a twice as wide tooth 4 or in the form of a larger tooth spacing between two teeth 4 or the like, marks a designated zero position of the crankshaft.
  • a tooth and the adjacent tooth gap 8 each extend over a circumferential angle UW of approximately 6 °.
  • an encoder 6 is arranged. During a rotation of the crankshaft and thus of the encoder disk 1, the teeth 4 as well as the marking 5 are guided past the encoder 6. As a result, for example, an electrical signal is triggered in the encoder 6.
  • the encoder 6 can Hall effect sensor, an anisotropic magnetoresistive sensor (AMR sensor), inductive or capacitive sensor or der ⁇ same. Alternatively, it can also work optically, for example by measuring optical changes caused by the teeth 4 or the marking 5.
  • Fig. 2 shows the top (Fig. 2b) the waveform of the encoder 6 over the time t at a known equidistant division.
  • the alternating passage of teeth 4 and tooth gaps 8 produces a rectangular signal in the signal course S 1 of the transmitter 6.
  • the signal assumes the values "High” and "Low”.
  • the transition from low to high is referred to as rising edge 11, the transition from high to low as falling edge 12.
  • High and Low values are the same length, namely T / 2 and result in the sum of a low and the following high value in each case 6 ° (denoted here by T).
  • the passage of the teeth 4 and tooth gaps 8 on the encoder 6 causes the transition between the two signal levels when a transition from a tooth space 8 to a tooth 4 or vice versa er ⁇ follows.
  • a tooth gap 8 can be assigned a high or a low value, this depends on the signal generation of the encoder or the subsequent signal conditioning.
  • teeth are assigned the value High, tooth gaps the value Low.
  • the usual pitch of 6 ° results in a total of 60 rising and falling edges.
  • the exemplary embodiment shown here is explained on the basis of the falling flanks, but it is also possible to use the rising flanks.
  • the distance between two falling edges is constantly 6 °.
  • the distance between the falling flanks and the rising flanks is varied, the circumferential angle UW of a tooth to that of a following gap is thus varied.
  • This results in different duty cycles that is to say the ratio of the circumferential angle of a tooth 3 to the following tooth gap 8 or of a high value to the following low value, since at a known rotational speed the crankshaft wave angle in the time or relative circumferential angle in ei ⁇ ne time duration can be converted.
  • FIG. 2 shows four different duty ratios TV at the bottom (FIG. 2b). These are called TVO, TVl, TV2 and TV3. In each case, the lengths of the high values are shown as th0, th1, th2 and th3 and the lengths of the low values t10, t11, t12 and t13.
  • the sum of the associated high and low times, and therefore the sum of the duration (at constant speed as time specification, otherwise converted to the crankshaft angle) of a low value and the following high value, is constant and is T or here 6 °
  • Table 1 shows an example of a possible distribution of the duty cycles on the encoder wheel 1. In the first table line is the
  • Tooth number at a pitch of 6 ° results in 60 teeth 4 with associated tooth gaps 8.
  • the duty cycles tooth / tooth gap TVl to TV4 are indicated in the second line by the numbers 1 to 4.
  • the tast ratios are now arranged on the encoder wheel, that three consecutive teeth give a unique, ie over the circumference of the encoder wheel occurring only once sequence. If, for example, the sequence 3-1-0 (abbreviated to TV3-TV1-TVO) is recognized, this can be clearly assigned in Table 1 to the teeth No. 28, 29, 30. In this sequence, after the identifier has been determined and assigned to said teeth, each individual flank can be assigned to one tooth, here TV3 to tooth No. 28, TV1 to tooth No. 29, TVO to tooth No. 30.
  • the absolute crankshaft angle is therefore exactly known to a tooth.
  • the sequence of the combination ensures that this combination is present only once within one crankshaft revolution (eg from tooth no. 2, the combination 100 is present, which otherwise does not occur).
  • the combinations are distributed so that 3 arbitrarily consecutive TV values are present only once.
  • the sequence of the duty cycles is stored in a memory of the engine control unit. Successive rising and falling edges are each assigned to one of the duty cycles. The result is a series whose sequence is compared with the stored sequence. If three teeth have been moved past the sensor, so three duty cycles have been determined, the individual duty cycles and thus the rising / falling Flanks as previously explained clearly assigned to a tooth.
  • the direction of rotation can be done, for example, via the simultaneous evaluation of the negative and the positive edges.
  • rotation for example in the forward direction, the desired TV sequence results between the negative edges, and in the case of rotation in the reverse direction between the positive edges.
  • the observed range may need to be increased.

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der absoluten Kurbelwellenwinkelposition einer Brennkraftmaschine mit einer Geberscheibe (1), die mit einer Kurbelwelle oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Geberscheibe (1) Markierungen (3) durch abwechselnde Anordnung von Zähnen (4) und Zahnlücken (8) aufweist, und wobei der Geberscheibe (1) ein Geber (6) zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal (Sl) erzeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel (High, Low) annehmen kann, wobei einer der Signalpegel (High, Low) einem Zahn (4) und der andere einer Zahnlücke (8) zugeordnet ist und wobei der Umfangswinkel eines Zahnes (4) zum Umfangswinkel einer benachbarten Zahnlücke (8) ein Tastverhältnis (TV) ergeben, wird eine Erkennung des absoluten Kurbelwellenwinkels nach nur geringen relativen Drehwinkeln ermöglicht, indem die Markierungen (3) mehrere unterschiedliche Tastverhältnisse (TV) aufweisen, wobei mehrere aufeinander folgende Markierungen (3) eine eindeutige Abfolge aufweisen und dass zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Kurbelwelle die Abfolge der Tastverhältnisse (TV) mit einer gespeicherten Abfolge der Tastverhältnisse (TV) verglichen wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung der absoluten Kurbelwellenwinkel- position einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Be¬ stimmung der absoluten Kurbelwellenwinkelposition einer Brennkraftmaschine mit einer Geberscheibe, die mit einer
Kurbelwelle oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbun¬ den ist, wobei die Geberscheibe Markierungen durch abwech¬ selnde Anordnung von Zähnen und Zahnlücken aufweist, und wobei der Geberscheibe ein Geber zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal erzeugen kann, das mindestens zwei Sig¬ nalpegel annehmen kann, wobei einer der Signalpegel einem Zahn und der andere einer Zahnlücke zugeordnet ist und wo¬ bei der Umfangswinkel eines Zahnes zum Umfangswinkel einer benachbarten Zahnlücke ein Tastverhältnis ergeben sowie ei- ne Geberscheibe zur Durchführung des Verfahrens.
Für die Steuerung von Verbrennungskraftmaschinen ist die Bestimmung der Kurbelwellenposition eine der zentralen Auf¬ gaben. Abhängig vom Kurbelwellenwinkel werden die Einsprit- zung des Kraftstoffes, das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile und beim Otto-Motor die Zündung für je¬ den Zylinder so gesteuert, dass die einzelnen Arbeitsspiele optimal ablaufen.
Gegenwärtige Lösungen verwenden inkrementelle Geber an Kur¬ bel- und Nockenwelle. Üblich sind Geberscheiben mit Inkre- mentenmarken, die im Zusammenwirken der Signale eine Be¬ stimmung der Motorposition ermöglichen. Aus der DE 10020165 Al ist ein Verfahren zur Erfassung der Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, an der ein Geberrad an einem ro¬ tierenden Bauteil aufgenommen ist, bekannt. Das Geberrad umfasst eine Vielzahl von Zähnen, die von Drehzahlgebern, die dem Umfang des Geberrades zugeordnet sind, abgetastet werden. Der absolute Kurbelwellen- bzw. Nockenwellenwinkel kann erst bestimmt werden, wenn eine übliche Nullmarkierung an dem Geber vorbeigeführt wird. Diese Markierung ist nur einmal angebracht, im ungünstigsten Fall bedarf es bei un¬ bekannter Winkellage (z.B. beim Anlassen) also einer vollen Umdrehung zur Bestimmung des absoluten Verdrehwinkels.
Aus der DE 19900641 Al ist eine Vorrichtung und ein Verfah¬ ren zur Drehwinkelerkennung der Nockenwelle einer mehrzy¬ lindrischen Brennkraftmaschine bekannt. Zur Bestimmung des Nockenwellenwinkels ist dort an der Nockenwelle ein Perma¬ nentmagnet und nahe diesem ein magnetfeldsensitiver Mess¬ aufnehmer angebracht, durch dessen Signal ein Steuergerät ein stetiges hochauflösendes Winkelsignal gewinnt.
Probleme des Standes der Technik
Die Bestimmung der absoluten Kurbelwellen- bzw. Nockenwel¬ lenwinkels ist derzeit entweder aufwändig durch einen Abso- lutwinkelgeber möglich oder erst z.B. nach erreichen einer ausgewiesenen Marke, im schlechtesten Fall nach einer Kur¬ bel- bzw. Nockenwellenumdrehung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor ge- nannten Nachteile im Stand der Technik zu überwinden, ins¬ besondere eine Erkennung des absoluten Kurbelwellenwinkels nach nur geringen relativen Drehwinkeln zu ermöglichen.
Vorteile der Erfindung
Die zuvor genannten Nachteile des Standes der Technik wer¬ den vermieden durch ein Verfahren zur Bestimmung der abso¬ luten Kurbelwellenwinkelposition eine Brennkraftmaschine mit einer Geberscheibe, die mit einer Kurbelwelle oder No- ckenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Geberscheibe Markierungen durch abwechselnde Anordnung von Zähnen und Zahnlücken aufweist, und wobei der Geberscheibe ein Geber zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal er- zeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel annehmen kann, wobei einer der Signalpegel einem Zahn und der andere einer Zahnlücke zugeordnet ist und wobei der Umfangswinkel eines Zahnes zum Umfangswinkel einer benachbarten Zahnlücke ein Tastverhältnis ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen mehrere unterschiedliche Tastverhältnisse aufweisen, wobei mehrere aufeinander folgende Markierungen eine eindeutige Abfolge aufweisen und dass zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Kurbelwelle die Abfolge der Tastverhältnisse mit einer gespeicherten Abfolge der Tast- Verhältnisse verglichen wird.
Die Geberscheibe mit der bisher über dem Umfang gleichför¬ mig verteilten Teilung ist hier modifiziert, nämlich indem die Teilung zwischen Zähnen und Zahnlücken nicht mehr gleichmäßig ist. Die übliche Auflösung des Winkels beträgt 6°, mit einer Lücke von zwei Winkeleinheiten sind daher 58 Zähne oder Polpaare auf der Geberscheibe aufgebracht. Die Zahnteilung der erfindungsgemäßen Geberscheibe ist nun nicht mehr symmetrisch mit einer Teilung der 6° in 3° Lücke und 3° Zahn, sondern asymmetrisch, beispielsweise mit einer Teilung in 1° Lücke und 5° Zahn, 2° Lücke und 3° Zahn, 4° Lücke und 1° Zahn oder dergleichen.
Vorteilhaft ist, dass die heute für die Motorsteuerung maß- gebliche fallende Flanke weiterhin alle 6° erscheint. Die grundsätzliche Signalverarbeitung kann daher unverändert erfolgen, nur für die Absolutwinkelbestimmung wird die er¬ findungsgemäße Signalverarbeitung benutzt.
Die Abfolge der Tastverhältnisse ist für die definierte An¬ zahl von Zähnen innerhalb einer Umdrehung eindeutig, d.h. nur einmal vorhanden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermög¬ licht eine schnelle Bestimmung der Position (hier nach 3 Zähnen = 18 ° Kurbelwelle, 36 ° Nockenwelle) . Bei einer größeren Anzahl von möglichen Tastverhältnissen und Auswer- te-Zähnen kann diese erheblich verkürzt werden (Abhängig von der Genauigkeit von Drehzahlgeber, Phasengeber, Geber¬ rad etc.) . Die Positionsbestimmung ist bei einem Nockenwel- lengeber ohne Berücksichtigung der Kurbelwellensignale, d.h. nur durch die Auswertung der Nockenwellensignale, mög¬ lich. Zudem ist eine bessere bzw. schnellere Diagnose der Nockenwellenposition und des Phasengebers möglich, wobei eine Diagnose auch im Start möglich ist. Des Weiteren wird ein verbesserter Notlauf bei DG-Fehlern erreicht, da durch den geringeren Abstand der Nockenwellen-Signale die Dreh- zahldynamik erkannt wird; evtl. ist ein Notlauf ohne Ein¬ schränkungen bei der Fahrbarkeit möglich. Zur Durchführung des Verfahrens ist bei derzeitigen Brennkraftmaschinen nur die Geberscheibe und die Software zu ändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Markierungen vier unterschiedliche Tastverhältnisse haben und dass drei Markierungen eine eindeutige Abfolge ergeben. Je nach Genauigkeit des Gebers und der Fertigungsgenauigkeit des Geberrades kann hier auch eine größere Anzahl unter¬ schiedlicher Tastverhältnisse gewählt werden. Werden z.B. acht Tastverhältnisse unterschieden, so kann eine Erkennung des Absolutwinkels bereits nach zwei Zähnen, also nach 12° Relativverdrehung, erfolgen. Die Drehrichtung der Brenn¬ kraftmaschine kann anhand der Richtung, in der die gespei¬ cherte Folge der Tastverhältnisse durchlaufen wird, ermittelt werden.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Ge¬ berscheibe für eine Kurbelwelle oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Geberscheibe Markierungen durch abwechselnde Anordnung von Zähnen und Zahnlücken auf¬ weist, und wobei der Geberscheibe ein Geber zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal erzeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel annehmen kann, wobei einer der Signalpegel einem Zahn und der andere einer Zahnlücke zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen unterschied¬ liche Teilungen der Zähne zu Zahnlücken aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brenn¬ kraftmaschine ist vorgesehen, dass diese mindestens drei un¬ terschiedliche Teilungen der Zähne zu Zahnlücken aufweist. Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläu¬ tert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Skizze von Geberscheibe und Geber;
Fig. 2 ein Beispiel des Signalverlaufs des Gebers bei ei¬ ner Geberscheibe nach Stand der Technik (Fig. 2a) und bei einer erfindungsgemäßen Geberscheibe (Fig. 2b) .
Fig. 1 zeigt eine Skizze mit einer Geberscheibe 1, die bei¬ spielsweise unmittelbar an einer Kurbelwelle oder Nocken¬ welle einer Brennkraftmaschine angeordnet ist oder mittel- bar mittels Getriebeelementen bezüglich der Rotation mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Geberscheibe 1 rotiert um eine Achse 2. Am Außenumfang der Geberscheibe 1 sind Markierungen 3 angeordnet. Die Markierungen bestehen bei¬ spielsweise aus Zähnen 4, die über den Außenumfang der Ge- berscheibe 1 angeordnet sind. Zwischen den Zähnen 4 sind jeweils Zahnlücken 8 angeordnet. Eine weitere Marke 5, bei¬ spielsweise wie hier dargestellt in Form eines doppelt so breiten Zahnes 4 oder in Form eines größeren Zahnabstandes zwischen zwei Zähnen 4 oder dergleichen, markiert eine aus- gewiesene Nullstellung der Kurbelwelle. Ein Zahn sowie die benachbarte Zahnlücke 8 verlaufen jeweils über einen Um- fangswinkel UW von etwa 6°.
An der Geberscheibe 1 ist ein Geber 6 angeordnet. Bei einer Rotation der Kurbelwelle und damit der Geberscheibe 1 wer¬ den jeweils die Zähne 4 sowie die Markierung 5 an dem Geber 6 vorbeigeführt. Dadurch wird beispielsweise ein elektri¬ sches Signal in dem Geber 6 ausgelöst. Der Geber 6 kann ein Hall-Effekt-Sensor, ein anisotrop magnetoresistiver Sensor (AMR-Sensor) , induktiver oder kapazitiver Sensor oder der¬ gleichen sein. Alternativ kann dieser auch optisch arbei¬ ten, z.B. indem durch die Zähne 4 bzw. die Markierung 5 hervorgerufene optische Veränderungen gemessen werden.
Fig. 2 zeigt oben (Fig. 2b) den Signalverlauf des Gebers 6 über der Zeit t bei bekannter äquidistanter Teilung. Das abwechselnde Vorbeiführen von Zähnen 4 und Zahnlücken 8 er¬ zeugt im Signalverlauf Sl des Gebers 6 ein rechteckförmiges Signal. Das Signal nimmt die Werte „High" sowie „Low" an. Der Übergang von Low zu High wird als aufsteigende Flanke 11, der Übergang von High zu Low als absteigende Flanke 12 bezeichnet. High und Low Werte sind gleic lang, nämlich T/2 und ergeben in der Summe eines Low- mit folgendem High-Wert jeweils 6° (hier mit T bezeichnet) . Das Vorbeiführen der Zähne 4 und Zahnlücken 8 an dem Geber 6 bewirkt den Über¬ gang zwischen den beiden Signalpegeln, wenn ein Übergang von einer Zahnlücke 8 auf einen Zahn 4 bzw. umgekehrt er¬ folgt. Dabei kann einer Zahnlücke 8 ein High oder ein Low Wert zugeordnet sein, dies hängt von der Signalgenerierung des Gebers bzw. der darauf folgenden Signalaufbereitung ab. Zum leichteren Verständnis werden im hier dargestellten Ausführungsbeispiel Zähne dem Wert High, Zahnlücken dem Wert low zugeordnet.
Bei der üblichen Teilung von 6° ergeben sich insgesamt 60 steigende und fallende Flanken. Das hier dargestellte Aus¬ führungsbeispiel wird anhand der fallenden Flanken erläu¬ tert, es können aber auch die steigenden Flanken herangezo- gen werden. Der Abstand zweier fallender Flanken beträgt konstant 6°. Der Abstand zwischen den fallenden Flanken und den steigenden Flanken wird variiert, der Umfangswinkel UW eines Zahnes zu dem einer folgenden Lücke wird also vari¬ iert. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Tastverhältnis- se, also das Verhältnis des Umfangswinkels eines Zahnes 3 zur folgenden Zahnlücke 8 bzw. eines High-Wertes zum fol¬ genden Low-Wert, da sich bei bekannter Drehzahl der Kurbel- wellenwinkel in die Zeit bzw. relative Umfangswinkel in ei¬ ne Zeitdauer umrechnen lässt.
In Fig. 2 sind unten (Fig. 2b) vier verschiedene Tastver¬ hältnisse TV dargestellt. Diese werden mit TVO, TVl, TV2 und TV3 bezeichnet. Dargestellt sind jeweils die Längen der High-Werte als thO, thl, th2 und th3 sowie die längen der Low-Werte tlO, tll, tl2 und tl3. Die Summe zusammengehöri¬ ger High- und Low-Zeiten, mithin die Summe der Dauer (bei konstanter Drehzahl als Zeitangabe; ansonsten umgerechnet auf den Kurbelwellenwinkel) eines Low-Wertes und des darauf folgenden High-Wertes ist konstant und beträgt T oder hier 6°. Die Tastverhältnisse sind beispielsweise durch die Län¬ ge (oder Dauer) des High Signals im Verhältnis zum Abstand T zweier aufeinander folgender fallender Flanken -die wie oben beschrieben konstant 6° beträgt- eindeutig definiert, hier z.B. als TV0=th0/T; TVl=thl/T usf., sind aber auch durch das Verhältnis aufeinander folgender Low zu High Wer¬ te eindeutig definiert. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt beispielhaft eine mögliche Verteilung der Tastverhältnisse über das Geberrad 1. In der ersten Tabellenzeile ist die
Zahnnummer genannt, bei einer Teilung von 6° ergibt dies 60 Zähne 4 mit zugeordneten Zahnlücken 8. Die Tastverhältnisse Zahn/Zahnlücke TVl bis TV4 sind in der zweiten Zeile mit den Ziffern 1 bis 4 bezeichnet. Die tastverhältnisse sind nun so über das Geberrad angeordnet, dass drei aufeinander folgende Zähne eine eindeutige, d.h. über den Umfang des Geberrades nur ein mal vorkommende Abfolge ergeben. Wird beispielsweise die Abfolge 3-1-0 (abgekürzt für TV3-TV1- TVO) erkannt, so kann dies in Tabelle 1 eindeutig den Zäh- nen Nr. 28, 29, 30 zugeordnet werden. Bei dieser Abfolge kann, nachdem die Kennung ermittelt und den genannten Zäh¬ nen zugeordnet ist, jede einzelne Flanke einem zahn, hier TV3 dem Zahn Nr. 28, TVl dem Zahn Nr. 29, TVO dem Zahn Nr. 30, zugeordnet werden. Nach einer Drehung des Geberrades 1 um drei Zähne, also 18°, ist der absolute Kurbelwellenwin¬ kel also auf einen Zahn genau bekannt. Statt wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier verschiedene Tastverhältnisse können auch z.B. nur drei o- der aber fünf oder mehr verschiedene Tastverhältnisse vor¬ gesehen sein. Dies hängt von der möglichen Fertigungsgenau¬ igkeit der Geberscheibe 1 und der Genauigkeit des Gebers 6 ab, da die Tastverhältnisse eindeutig erkannt werden müs¬ sen. Um beispielsweise mit nur zwei Zähnen, somit nach 12° Kurbelwellenwinkel, eine eindeutige Erkennung zu ermögli¬ chen müssten bei der hier unterstellten Zahnteilung von 6° acht verschiedene Tastverhältnisse vorgesehen werden.
Zahn 1
Nr. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
TV 0 1 0 0 2 0 0 3 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 2 1 0
Zahn
Nr. 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
TV 2 2 0 2 3 0 3 1 0 3 2 0 3 3 1 1 1 2 1 1 3
Zahn Nr. 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
TV 1 2 2 1 2 3 1 3 2 1 3 3 2 2 2 3 2 0
Durch die Abfolge der Kombination ist sichergestellt, dass diese Kombination nur einmal innerhalb eine Kurbelwellenum¬ drehung vorhanden ist (z.B. ab Zahn Nr. 2 ist die Kombination 100 vorhanden, die sonst nicht vorkommt) . Die Kombinationen sind so verteilt, dass 3 beliebig aufeinander folgende TV- Werte nur einmal vorhanden sind. Die Abfolge der Tastverhält¬ nisse ist in einem Speicher des Motorsteuergerätes abgelegt. Aufeinander folgende steigende und fallende Flanken werden jeweils einem der Tastverhältnisse zugeordnet. Es entsteht eine Reihe, deren Abfolge mit der gespeicherten Folge vergli¬ chen wird. Sind drei Zähne an dem Geber vorbeigeführt worden, sind also drei Tastverhältnisse bestimmt worden, können die einzelnen Tastverhältnisse und damit die steigenden/fallenden Flanken wie zuvor erläutert eindeutig einem Zahn zugeordnet werden.
Zahnlücke und Zahn werden zwischen zwei negativen Flanken derart modifiziert, dass sich bei konstantem Abstand zwischen zwei negativen Flanken unterschiedliche Verhältnisse von Lü¬ cke und Flankenabstand ergeben (Tastverhältnis TV= Dauer Lü¬ cke / Dauer Zahnabstand), z.B. TVO =80%, TVl= 60%, TV2= 40%, TV3=20%. Aus dem Geberrad werden nun diese TV derart angeord¬ net, dass über einen definierten Abstand (hier 3 Zähne) eine eindeutige TV-Folge vorhanden ist. Durch Vergleich der TV- Folge mit den abgespeicherten Abfolgen kann die Position des aktuellen Zahnes eindeutig bestimmt werden. Die Anzahl der TV wird abhängig von der Genauigkeit der KW/NW-Signale gewählt. Zusammen mit der Gesamtzahl der Zähne sowie der Anzahl der Zähne, die betrachtet werden soll, ergeben sich die Auflösung und die notwendige Zeit für die Positionsbestimmung. Um bei¬ spielsweise bei einem 58-2 Zähne-Rad die Positionsbestimmung nach 2 Zähnen umsetzten zu können sind 8 verschiedene TV (= 64 mögliche Kombinationen) notwendig. Hierfür muss eine Auf- lösung von 6/8=0.75 0KW möglich sein. Die Drehrichtung kann z.B. über die gleichzeitige Auswertung der negativen und der positiven Flanken erfolgen. Bei Drehung z.B. in Vorwärtsrich¬ tung ergibt sich zwischen den negativen Flanken die gesuchte TV-Folge, bei Drehung in Rückwärtsrichtung zwischen den posi- tiven Flanken. Hier muss der beobachtete Bereich evtl. ver¬ größert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der absoluten Kurbelwellenwin- kelposition einer Brennkraftmaschine mit einer Geberscheibe (1), die mit einer Kurbelwelle oder Nockenwelle der Brenn¬ kraftmaschine verbunden ist, wobei die Geberscheibe (1) Markierungen (3) durch abwechselnde Anordnung von Zähnen (4) und Zahnlücken (8) aufweist, und wobei der Geberscheibe (1) ein Geber (6) zugeordnet ist, der ein elektrisches Sig- nal (Sl) erzeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel (High, Low) annehmen kann, wobei einer der Signalpegel (High, Low) einem Zahn (4) und der andere einer Zahnlücke (8) zugeordnet ist und wobei der Umfangswinkel eines Zahnes (4) zum Umfangswinkel einer benachbarten Zahnlücke (8) ein Tastverhältnis (TV) ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (3) mehrere unterschiedliche Tastverhält¬ nisse (TV) aufweisen, wobei mehrere aufeinander folgende Markierungen (3) eine eindeutige Abfolge aufweisen und dass zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Kurbelwelle die Abfolge der Tastverhältnisse (TV) mit einer gespeicher¬ ten Abfolge der Tastverhältnisse (TV) verglichen wird.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (3) vier unterschied- liehe Tastverhältnisse (TV) haben.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Markierungen (3) eine eindeutige Abfolge ergeben.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Brennkraftmaschine anhand der Richtung, in der die gespeicherte Folge der Tast¬ verhältnisse (TV) durchlaufen wird, ermittelt wird.
5. Geberscheibe (1) für eine Kurbelwelle oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Geberscheibe (1) Mar¬ kierungen (3) durch abwechselnde Anordnung von Zähnen (4) und Zahnlücken (8) aufweist, und wobei der Geberscheibe (1) ein Geber (6) zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal (Sl) erzeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel (High, Low) annehmen kann, wobei einer der Signalpegel (High, Low) einem Zahn (4) und der andere einer Zahnlücke (8) zugeord- net ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (3) unterschiedliche Teilungen der Zähne (4) zu Zahnlücken (8) aufweisen.
6. Geberscheibe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens drei unterschiedliche Teilungen der Zähne (4) zu Zahnlücken (8) aufweist.
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