DE2933516A1 - Einrichtung zur drehzahlerfassung und winkelsegmenterkennung einer welle, insbesondere der kurbelwelle einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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16.8.1979 Lr/Sm

ROBERT BOSCH GM3H, 7OOO Stuttgart 1

Einrichtung zur Drehzahlerfassung und Winkelsegmenterkennung einer Kelle, insbesondere äer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach der Gattung des Kauptanspruchs.

Bei bekannten Gebern dieser Art für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen muß einer der mehreren Bereiche einem bestimmten Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet werden können. Hierzu können aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellte, in die Scheibe eingesetzte Stifte als Bezugsmarkengeber vorgesehen werden, die beim Vorbeilauf an einer mit einem Eisenkern versehenen Induktionsspule in dieser einen Bezugsmarkenimpuls induzieren, mit welchem die Zuordnung eines Bereiches zu einem bestimmten Zylinder erfolgen kann. Derartige Anordnungen erfordern jedoch einen zusätzlichen Aufwand für die Abtastung der Bezugsmarken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen insbesondere induktiv arbeitenden Geber die Randzone der Seheibe so auszubilden, daß mit einfachen technischen Mitteln die ein-

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zelnen Bereiche erfaßt und einer der Bereiche mit einer Bezugsmarke versehen werden kann, die mit den gleichen Einrichtungen wie die Bereiche abgetastet werden kann. Hierzu sind erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Mit den Markierungen können elektrische, elektro-optische, induktive und auf andere physikalische Einwirkungen ansprechende Sensoren beeinflußt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Auswerte-Einrichtung für die beim Vorbeilauf der Markierungen an einem feststehender: Sensor erzeugten Sensorimpulse. Hierzu ist erfindungsgemäß eine digital arbeitende Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Geberscheibe aus dünnem Stahlblech in axialer Ansicht mit einem zugehörigen Sensor,

Figur 2 ein Schema für eine Auswerteeinrichtung für die Sensorsignale,

Figur 3 ein Zeitschaubild für die jeweils erzeugten Zählerstände in den beiden Zählern nach Figur 2,

Figur 4 eine andere Ausführungsform einer Geberscheibe nach der Erfindung und

Figur 5 ein Schaltschema für eine Auswerteeinrichtung zur Geberscheibe nach Figur 4.

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Die in Figur 1 dargestellte Geberscheibe S sitzt auf einer Welle Ι·.⁷, beispielsweise der Kurbelwelle einer im übrigen nicht dargestellten Brennkraftmaschine und ist an ihrer Randzone in zwölf Bereiche 1 bis 12 unterteilt. Diese Bereiche sind durch Ausstanzen von in Umfangsrichtung sich jeweils über 27° erstreckenden Ringabschnitten erzeugt und sind in "umfangsrichtung gegenüber einem nachfolgenden oder vorausgehenden Bereich durch jeweils einen schmalen, rechteckfcrmigen Zahn 21 bis 32 begrenzt, der über die Umfangsfläche der Bereiche vorsteht und eine in umfangsrichtung gemessene Breite von 3° hat.

Um den bei 1 angedeuteten Bereich beim Umlauf der Scheibe identifizieren und einem bestimmten Zylinder, beispielsweise dem ersten Zylinder der Brennkraftmaschine zuordnen zu können, ist im Bereich 1 um 5 in Umfangsrichtung gegenüber dem vorhergehenden Zahn 32 versetzt ein wie die übrigen Zähne ausgebildeter Bezugsmarken-Zahn 33 vorgesehen. Dieser hat gegenüber dem nachfolgenden, als Markierung dienenden Zahn 21 einen Teilungsabstand von 30° - 5° ⁼ 25°. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist für die Bereiche eine 30°-Teilung vorgesehen, welche den großen Vorteil mit sich bringt, daß die Geberscheibe eine universelle Anwendung bei allen symmetrischen Brennkraftmaschinen und sogar bei unsymmetrischen V6-Zylinder-Brennkraftmaschinen erlaubt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur eine einfache, unipolare Auswerteschaltung erforderlich ist.

In der in Figur 1 dargestellten Anordnung steht den Zähnen bis 33 der Geberscheibe S ein induktiver Sensor 35 gegenüber, in welchem bei jedem Vorbeilauf eines der Zähne ein Sensorimpuls Hn erzeugt wird. In Figur 1 ist der vom Zahn 26 erzeugte Sensorimpuls mit II6 und der vom vorhergehenden Zahn 25 erzeugte Impuls mit 115 bezeichnet.

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Bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit der Scheibe S folgen die von den Zähnen 21 bis 32 erzeugten Sensorimpulse Hn mit gleichbleibenden Periodendauern pn aufeinander, lediglich der als Gebermarke dienende Zahn 33 erzeugt einen Sensorimpuls II, der im Vergleich zu der vorhergenannten Periodendauer mit kurzem zeitlichen Abstand auf den Sensorimpuls II12 folgt.

Um diesen Bezugsmarkenimpuls I₅ der einer bestimmten Kolbenstellung eines der Zylinder der Brennkraftmaschine beispielsweise zur rechtzeitigen Erzeugung eines Zündfunkens zugeordnet werden soll, von den übrigen Sensorimpulsen Hn separieren zu können, ist die im folgenden näher beschriebene, in Figur 1 bei J>6 angedeutete Auswerteschaltung vorgesehen.

Die Auswerteschaltung 36 umfaßt gemäß Figur 2 einen ersten Zähler Zl, einen zweiten Zähler Z2, einen Speicher Sp, einen Vergleicher V und einen Umschalter U. Die beiden Zähler werden jeweils während der zu zwei Steuerimpulsen gehörenden Periodenaauer ρ zur Aufnahme von Zählimpulsen offengehalten, welche untereinander verschiedene Taktfrequenzen haben. Die Taktfrequenz flj,- der auf den Zähler Zl gegebenen Zählimpulse ist wesentlich kleiner als die Taktfrequenz f2 der Zählimpulse, welche dem zweiten Zähler zugeführt werden. Wie in Figur 3 anhand der zu den beiden Sensorimpulsen HlO und IHl gehörenden Periode plO dargestellt ist, steigt wegen der niedrigeren Zählfrequenz der Zählerstand des ersten Zählers wesentlich weniger stark an, als der mit doppelstrichpunktierten Linien angedeutete Zählerstand des zweiten Zählers Z2. Bei Beginn des nächsten Sensorimpulses HH im Zeitpunkt t2 wird der Inhalt des Zählers Zl in den Speicher Sp abgespeichert und der erste Zähler auf 0 zurückgesetzt. Der Speicherinhalt des Speichers Sp ist in dem oberen Schaubild der Figur 3 niit unterbrochenen Linien angedeutet. Er bleibt für die nächste, bei t2 beginnende Zeitperiode pH konstant. Für diese Zeitperiode ist zur Verdeutlichung der Leistungs-

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fähigkeit der Auswerteschaltung vorgesehen, daß die Zählperiode pH um 20 % kürzer als die Zählperiode plO ist und demgemäß die Drehgeschwindigkeit der Welle VJ ebenfalls um 20 % gestiegen ist. Während dieser kürzeren Periode pll kann der Zähler Zl den Speicherwert nicht erreichen. Dies bleibt jedoch ohne Auswirkung, da der Inhalt des zweiten Zählers Z2 vor der. Vergleichszeitpunkt t3 den Speicherwert bereits überschritt er. hat und demgemäß der Vergleicher V den umschalter U in der dargestellten Schaltlage auf dem Leitungszug II hält.

Die Eezugsr.arke I ist nur um einen kleinen Drehwinkel a gemäß Figur 1 gegenüber dem Zahn 32 bzw. dem Sensorimpuls II12 um die Periode ca versetzt und muß gegenüber den übrigen Sensorimpulsen separiert werden. Dies geschieht während des im Zeitpunkt t3 beginnenden und im Zeitpunkt t4 endigenden Zählvorganges j bei welchem der Zähler Z2 den während der vorhergehenden Periode pll erreichten Zählerstand des Zählers 1, welcher im Speicher- Sp abgespeichert und mit der unterbrochenen Linie 37 in Figur 3 angedeutet ist, nicht erreicht. 3er Vergleicher V bringt daher den Umschalter ü in die andere Schaltstellung, in welcher er die Sensorleitung 38 mit der nur die Bezugsmarken I führenden Leitung 39 verbindet. Bereits vor dem Ende der nächsten Zählperiode pl erreicht der Zähler Z2 den vom Zähler Zl übernommenen bei 34 angedeuteten Speicherwert und schaltet auf die Leitung 40 zurück.

In Figur 4 ist eine Geberscheibe dargestellt, bei welcher vier Zähne 4l, 42, 43 und 44 jeweils um Drehwinkel a, 2a und 4a versetzt sind und jedem dieser Zähne eine bestimmte Funktion für eine nichtdargestellte Brennkraftmaschine zugeordnet werden kann. Um l80° versetzt folgen dann ein Zahn 45 sowie ein Zahn 46 mit einem Abstand a = 10°, dann ein Zahn 4? ~it einem Abstand 2a = 20° und dann schließlich ein

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vierter Zahn 48, welcher um l80° gegenüber dem Zahn 44 versetzt ist und gegenüber dem vorausgehenden Zahn 47 einen Drehwinkel 4a = 40 hat. Bei der dargestellten Geberscheibe wiederholen sich somit bei jeder Umdrehung der Scheibe bzw. Kurbelwelle der Brennkraftmaschine die den Zähnen 4l bis und 45 bis 48 zugeordneten Funktionen.

Zur Auswertung werden in Analogie zu der Schaltung nach Figur 2 mehrere Zähler Zl, ZIl, ZIn vorgesehen, welche jeweils mit Zählimpulsen der Taktfrequenz fl, fl2, fin gespeist werden und den erreichten Zählerstand in den Speicher Sp übertragen. Der Speicher ist, wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einem Vergleicher V verbunden. Sein Speicherinhalt wird mit dem erreichten Stand eines Zählers Σ2 verglichen, welcher jeweils während der abgetasteten Winkelbereiche bzw. Perioden mit Zählimpulsen gespeist wird, deren Frequenz f2 größer als die Summe der Taktfrequenzen fl bis fin ist. Der Umschalter U schaltet dann auf die Bezugsmarkenleitung I um, wenn der Zählerstand des Zählers Z2 unter dem Wert des Speichers Sp bleibt.

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Claims (3)

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1. Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl und/oder eines markierten Drehwinkels einer Welle mit Hilfe einer mit der Welle umlaufenden Scheibe, die an ihrem Umfang mehrere in Drehrichtung hintereinanderliegende Bereiche aufweist, die an ihrer "Jir.fangsflache gleichen radialen Abstand von der Drehachse haben und vom nachfolgenden Bereich durch je eine schmale, von steilen, quer zur Drehrichtung sich erstreikenden Flanken begrenzte Markierung getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Bereiche (1 bis 12) der Scheibe (S) eine Bezugsmarke (33) angeordnet ist, deren Winkelabstand zur nachfolgenden Markierung wesentlich größer, insbesondere mindestens doppelt so groß wie der Winkelabstand zur vorhergehenden Markierung (32) ist bzw. umgekehrt.

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2. Einrichtung zur Drehzahlerfassung und Winkelsegmenterkennung einer Welle, insbesondere der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer Geberscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zähler (Zl, Z2), ein Speicher (Sp) und ein Vergleicher (V) sowie ein vom Vergleicher betätigbarer Umschalter vorgesehen sind, daß die beiden Zähler jeweils während einer zu zwei aufeinanderfolgenden Steuerimpulse (II bzw. I) gehörenden Periodendauer zur Aufnahme von Zählimpulsen offengehalten werden, daß die Zählimpulse des ersten Zählers (ZI) eine kleinere Taktfrequenz (fl) haben als die Taktfrequenz (f2) des zweiten Zählers (Z2) und daß der Zählerstand des ersten Zählers für die Dauer der nachfolgenden Periode (pn) in den Speicher gespeichert und dann im Vergleicher mit dem am Ende dieser nachfolgenden Periode (pn) im zweiten Zähler (Z2) erreichten Zählerstand verglichen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberscheibe (S) auf jeweils der Hälfte ihrer Umfangsflache Markierungen enthält, deren Abstände in Drehrichtung der Geberscheibe zunehmend größer werden, vorzugsweise jeweils auf das Doppelte des Abstandes zur vorausgehenden Markierung anwachsen.

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