DE29610364U1

DE29610364U1 - Geberrad zur Bestimmung der Winkelposition einer Referenzmarke

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Publication number: DE29610364U1
Application number: DE29610364U
Authority: DE
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2006-06-14

Description

Geberrad zur Bestimmung der Winkelposition einer Referenzmarke

Die Erfindung betrifft ein Geberrad zur Bestimmung der Winkelposition einer Referenzmarke gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Aus der gattungsgemäßen EP 0 190 513 B1 ist ein Geberrad mit einer durch eine Referenzlücke unterbrochenen regelmäßigen Verteilung von aufeinanderfolgenden Zähnen und Lücken auf dessen Peripherie bekannt. Durch einen Spalt beabstandet zu dieser Peripherie ist ein Magnetsensor zur Erkennung der Referenzlücke angeordnet. Eine solche Referenzlücke wird im allgemeinen durch den Entfall von zwei Zähnen sowie drei Lücken gebildet. Hierbei stellt sich gemäß dem genannten Stand der Technik folgendes Problem ein. Aufgrund der vergleichsweise breiten bekannten Referenzlücken stellt sich ein Verlauf des magnetischen Flusses im Sensor ein, der im Bereich der Referenzlücke für eine bestimmte Zeit auf den Wert Null absinkt. Das sich infolgedessen einstellende, wechselnde Signal hat daher im Bereich der Referenzlücke keinen ausgeprägten Nulldurchgang, sondern verläuft für diese bestimmte Zeit entlang der Nuilinie. Da die mit der Vorrichtung zu bestimmende Winkelposition der Referenzmarke genau in der geometrischen Mitte der Referenzlücke liegen soll, wäre in einem mit dem Sensor verbundenen Steuergerät ein rechteckförmiger Signalverlauf wünschenswert, welcher bei Erreichen der Referenzmarke beispielsweise einen sprunghaften Anstieg aufweist. Infolge des Verharrens des Signals für eine bestimmte Zeit entlang der Nuilinie stellt sich jedoch keine scharfe Bezugsmarke, sondern ein Bezugsbereich ein, in dem die Referenzmarke liegen kann. Infolgedessen liegt der Nulldurchgang irgendwo innerhalb der Referenzlücke.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die genannte Schrift vor, die bekannte, aus zwei nicht vorhandenen Zähnen und drei Lücken bestehende Referenzlücke durch eine V-förmige Gestaltung zwischen den diese Referenzlücke begrenzenden Zähnen aufzufüllen. Dieses V ist dabei so susgebildet, daß in der geometrischen Mitte der Referenzlücke die Zahnhöhe gleich Null ist, während sie von dort aus nach links und nach rechts ansteigend eine Höhe von 75 bis 85 % der übrigen Zahnhöhe erreicht. Hierdurch stellt sich

ein magnetischer Fluß im Sensor in wannenförmiger Gestalt ein, dessen in der geometrischen Mitte der Referenzlücke liegendes Minimum die Nullinie berührt. Der Signalverlauf des Sensors weist daher einen eindeutigen Nulldurchgang auf, so daß sich im Signalverlauf im Steuergerät an der gewünschten Referenzmarke ein Sprung einstellt.

Allgemein ist es ein Problem, bei vergleichsweise großen Spaltmaßen zwischen Geberrad und Sensor und gleichzeitig vorliegenden geringen Drehzahlen des Geberrads einen sauberen Signalverlauf zu erzeugen. Beispielsweise bei einer Verwendung dieses Geberrads in einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge kann sich bei geringen Drehzahlen, wie sie beispielsweise bei einem Start der Brennkraftmaschine vorliegen, das Problem ergeben, das aufgrund des ungünstigen Signalverlaufs die beiden die Referenzlücke begrenzenden Zähne nicht erkannt werden. Dieses ist für eine frühzeitige, korrekte Erkennung der Drehzahl beim Starten der Brennkraftmaschine ungünstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Geberrad zur Bestimmung der Winkelposition einer Referenzmarke zu schaffen, dessen Referenzlücke derartig ausgebildet ist, daß auch bei geringen Relativgeschwindigkeiten zwischen Sensor und Geberrad dessen Drehzahl korrekt erkannt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Wenn bei einem gattungsgemäßen Geberrad die Referenzlücke aus einem einzigen Referenzzahn gebildet ist, welcher sich zwischen den beiden die Referenzlücke begrenzenden Zähnen mit konstanter Zahnhöhe erstreckt und diese Zahnhöhe geringer ist als die Zahnhöhe der übrigen Zähne, so stellt sich infolgedessen ein Signalverlauf auch bei geringen Drehzahlen derartig ein, daß zum einen die Referenzmarke sicher erkannt wird, zum anderen aber auch ein eindeutiger Vorzeichenwechsel, d. h. ein Nulldurchgang des Signalverlaufs bei Erreichen der die Referenzlücke begrenzenden Zähne erzielt wird.

Vorteilhafterweise vermeidet die Neuerung also das Nichterkennen der die Referenzlücke begrenzenden Zähne und verkürzt somit die Zeit bis zur zuverlässigen Erkennung der Drehzahl. Dieses führt bei Verwendung des Geberrads auf einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine insbesondere bei deren Start zu einem vergleichsweise frühzeitigen korrekten Erkennen der Drehzahl und einer entsprechend frühen Synchronisierung des Motorsteuergeräts betreffend Einspritzzeiten und Zündzeitpunkte und wirkt somit Verbrauchs- und emissionsverringernd.

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Während mit bekannten Referenzlücken eine Synchronisierung ab ca. 60 - 80 U/min, möglich war, erreicht das erfindungsgemäße Geberrad diese bereits bei Drehzahlen von ca. 30 - 40 U/min.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Zahnhöhe des Referenzzahns 30 % bis 90 % der Zahnhöhe der übrigen Zähne beträgt, vorzugsweise 45 % bis 75 %, insbesondere 58,8 %.

Der exakte Signalverlauf ist über die Zahnhöhe des Referenzzahns einstellbar und unterschiedliche Spaltmaße zwischen Geberrad und Sensor können berücksichtigt und ausgeglichen werden.

Vorteilhafterweise ist eine solche Referenzlücke in äußerst einfacher Weise herstellbar und erfordert keinen zusätzlichen Bauteile- bzw. Montageaufwand, beispielsweise wenn der Referenzzahn gleichzeitig und materialeinheitlich mit dem übrigen Geberrad hergestellt wird. Das Geberrad ist besonders vorteilhaft bei Otto- oder Dieselbrennkraftmaschinen einsetzbar.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 a) eine bekannte Referenzlücke an einem Geberrad,
Fig. 1b) einen Signalverlauf gemäß des Geberrads aus Fig. 1a),
Fig. 1c) einen Signalverlauf in einem Steuergerät gemäß Fig. 1b)
Fig. 2a) eine erfindungsgemäße Referenzlücke an einem Geberrad,
Fig. 2b) einen Signalverlauf gemäß einem Geberrad nach Fig. 2a) und
Fig. 2c) einen Signalverlauf in einem Steuergerät gemäß der Erfindung.

Fig. 1 a) zeigt einen Ausschnitt einer Abwicklung eines bekannten, scheibenförmigen Geberrads 1 mit einer Referenzlücke 2. Diese Referenzlücke 2 unterbricht die ansonsten regelmäßige Verteilung von aufeinanderfolgenden Zähnen 3 und dazwischenliegenden Lücken 4.

Der von einem um ein Spaltmaß 5 beabstandet zu den Zähnen 3 angeordneten Sensor 6 aufgenommene Signalverlauf ist in seiner zeitlichen Abfolge in Fig. 1 b) für ein Geberrad 1 nach Fig. 1a) dargestellt. Dieser Signalverlauf wurde bei einer geringen Drehzahl des Geberrads, wie sie z. B. beim Starten einer mit einem solchen Geberrad 1 ausgestatteten Brennkraftmaschine auftreten kann, aufgenommen. Während sich für den in Fig. 1a) ganz links gezeichneten Zahn 3 gemäß Fig. 1 b) noch ein eindeutiger Nulldurchgang bei 7 einstellt, stellt sich bei dem nächsten, die Referenzlücke 2 links begrenzenden Zahn 31 zwar ein Richtungswechsel des Signalverlaufs, jedoch kein Nulldurchgang ein. Dieser erfolgt dann in der geometrischen Mitte der Referenzlücke 2, wobei sich anschließend in etwa spiegelbildlich der gleiche Signalverlauf mit der Nichterkennung des gegenüberliegenden, die Referenzlücke 2 begrenzenden Zahns 32 erfolgt. Die Referenzlücke 2 verursacht somit eine unzulässige Signalverformung.

Der sich infolgedessen in Abhängigkeit des Signalverlaufs des Sensors 6 in einem nicht gezeigten Steuergerät einstellende Signalverlauf ist in seiner zeitlichen Abfolge in Fig. 1c) mit durchgezogener Linie dargestellt. Zwar wird die zu erkennende Referenzmarke im Bereich des Nulldurchgangs bei 8 sicher erkannt, jedoch stellt sich nicht der gestrichelt dargestellte Soilverlauf aufgrund der vorbeschriebenen, fehlenden Nulldurchgänge ein.

Gemäß Fig. 2a) ist die Referenzlücke 2 erfindungsgemäß mit einem einzigen Referenzzahn 10 gefüllt, welcher sich zwischen den beiden Zähnen 31 und 32 über die gesamte Breite der Referenzlücke 2 mit einer konstanten Zahnhöhe 11 erstreckt. Die Lücke 2 gemäß Fig. 1a) wird somit durch Materialanfüllung mechanisch verkleinert.

In Abhängigkeit des abzudeckenden und zu erkennenden Drehzahlbereichs sowie in Abhängigkeit vom Spaltmaß 5 kann die Zahnhöhe 11 des Referenzzahns 10 30 % bis 90 % der Zahnhöhe 12 der übrigen Zähne 3, 31, 32 betragen, vorzugsweise 45 % bis 75 %.

Ein eindeutiger Signalveriauf mit Nulldurchgängen infolge eines jeden Zahns gemäß Fig. 2b) und daraus resultierendem Signalvedauf im Steuergerät gemäß Fig. 2c) stellt sich bei einer vorhandenen Konfiguration mit einer Zahnhöhe 12 von 6,8 mm und einer Zahnhöhe 11 von 4 mm ein, d. h. die Zahnhöhe 11 beträgt 58,8 % der Zahnhöhe 12.

Die mechanische Verkleinerung der Referenzlücke 2 durch den Referenzzahn 10 führt zu einem elektrischen Signalamplitudenverlauf mit einer von den übrigen Zähnen 3 be-

kannten Amplitude, d. h. auch signalverfälschende Amplitudenüberschwinger sind vermieden.

Der Signalverlauf im Steuergerät gemäß Fig. 2c) gewährleistet beispielsweise beim Starten einer Brennkraftmaschine ein schnelles Synchronisieren der vom Steuergerät vorgenommenen Eingriffe in das Motormanagement, d. h. ein Synchronisieren von Einspritzzeitpunkten, Einspritzdauer und gegebenenfalls Zündzeitpunkten, und führt somit zu einem Verbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt.

Claims

«6-

K6115/1770-kü-sa

SCHUTZANSPRUCHE

Geberrad (1) zur Bestimmung der Winkelposition einer Referenzmarke, mit durch eine Referenzlücke (2) unterbrochener regelmäßiger Verteilung von aufeinanderfolgenden Zähnen (3) und Lücken (4) an der Peripherie des Geberrads (1), wobei die Referenzlücke (2) in Verbindung mit einem Sensor (6) zu Erkennung der Winkelposition dient,

dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzlücke (2) aus einem einzigen Referenzzahn (10) gebildet ist, welcher sich zwischen den beiden die Referenzlücke (2) begrenzenden Zähnen (31, 32) über deren gesamte Breite erstreckt und dessen Zahnhöhe (11) über die Breite konstant und geringer als die Zahnhöhe (12) der übrigen Zähne (3, 31,32) ist.

Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnhöhe (11) des Referenzzahns (10) 30 % bis 90 % der Zahnhöhe (12) der übrigen Zähne (3, 31, 32) beträgt, vorzugsweise 45 % bis 75 %.

Rad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnhöhe (11) 58,8 % der Zahnhöhe (12) beträgt.