Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Vorrichtung ist z.B. aus US-A-4.327.687 bekannt. Bei Vorrichtungen zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere der Zündung und dergleichen, ist es bekannt, Sensorsysteme zur Erfassung der Winkelstellung einer Welle der Brennkraftmaschine, insbesondere der Kurbelwelle oder der Nockenwelle, einzusetzen.
Solche Systeme sind z.B. als Segmentsysteme ausgebildet, bei denen Geberscheiben mit der Welle umlaufen, die an ihrem Umfang mit einer zur Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine proportionalen Anzahl von Segmenten, d.h. langgestreckten markierten Bereichen, versehen sind. Bei der Erfassung der Winkelstellung der Kurbelwelle beträgt die Anzahl der Segmente dabei die Hälfte der Zylinderzahl. Bei Erfassung der Winkelstellung der Nockenwelle ist die Anzahl der Segmente gleich der Zylinderzahl, da die Kurbelwelle bekanntlich mit der doppelten Drehzahl der Nockenwelle umläuft. Dabei ist jedes Segment einem (bei Erfassung der Kurbelwelle zwei) Zylinder (n) der Brennkraftmaschine zugeordnet, und jeder Zündungsvorgang wird in Abhängigkeit vom Vorbeilaufen des zugehörigen Segmentes gesteuert. In einem ortsfesten Aufnahmeelement wird die Vorderflanke des Segmentes erkannt, und durch geeignete Zeitsteuerung über die gesamte Segmentlänge werden die Steuervorgänge für die Brennkraftmaschine ausgelöst. Segmentsysteme mit gleich großen Segmenten haben demgegenüber den Nachteil, daß keine für eine verteilerlose oder Zweikreis- (z.B. Achtzylindermotor) Hochspannungsverteilung ausreichende Zuordnung möglich ist.
Ferner Sind (z.B. aus DE-B-1.209.361) Segmentsysteme bekannt, bei denen einzelne Segmente durch eine Anzahl von Zähnen und Zahnlücken unterteilt sind, und die von den Zähnen bzw. Zahnlücken im Aufnahmeelement erzeugten Signale einer Steuerschaltung zugeführt werden. Dabei wird die Winkelstellung der Welle durch Auszählen der vorbeilaufenden Zähne bzw. Zahnlücken ermittelt. Dieses Verfahren ist aufwendig und erfordert eine zusätzliche Zähleinrichtung.
Bildet man ferner nur eine einzige Zahnlücke in einem Segment aus, so besteht die Gefahr, daß die zusätzliche Rückflanke eine zusätzliche Zündung auslöst.
Bei allen hier aufgeführten Vorrichtungen sind bei Start der Brennkraftmaschine mindestens eine Umdrehung notwendig, um eine genaue Zuordnung der Markierung zu erkennen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Zuordnung der Zündimpulse für eine verteilerlose oder Zweikreis-Hochspannungsverteilung mit einem einzigen Geber unter Beibehaltung der beiden elektrischen Marken am Segmentanfang und Segmentende möglich ist. Aufgrund der sich ergebenden elektrischen Signale (Marken) kann man eindeutig die Zylindergruppen bei einer verteilerlosen Hochspannungsverteilung zuordnen. Es sind dabei keine Änderungen des Profils der Segmente notwendig, so daß insbesondere bei hohen Motorabtriebsmomenten keine Risse durch Verspannungen auftreten können.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Geberscheibe, Figur 2 eine Einzelheit, Figur 3 eine Abwandlung der Einzelheit nach Figur 2, Figur 4 ein Impulsdiagramm und Figur 5 eine schaltungsgemäße Darstellung.
In Figur 1 bezeichnet 10 eine Geberscheibe, die mit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine umläuft. Die Geberscheibe 10 weist an ihrem Umfang Segmente 11, 12 sowie dazwischenliegende Lücken 13, 14 auf. Sind wie in Figur 1 dargestellt zwei Segmente bzw. zwei Lücken vorhanden und ist die Geberscheibe an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigt, so eignet sie sich für Vorrichtungen zum Steuern von Vierzylindermotoren. Die Segmente 11, 12 sind gleich lang ausgebildet und liegen sich diametral gegenüber.
In figur 2 ist das Segment 11 näher dargestellt. Es weist an seiner Oberfläche eine sichelartige Perforation 15 auf, die mit steigendem Winkel der Kurbelwelle in seiner Breite zunimmt. Die Perforation 15 kann aus Löchern 16 mit gleichem Durchmesser bestehen, die über die Perforation 15 gleichmäßig verteilt sind. Wie in Figur 3 dargestellt, kann die Perforation 15 auch aus einer Reihe von Löchern 17 bestehen, deren Durchmesser entsprechend der zunehmenden Breite der Perforation 15 zunimmt. Auch kann die Perforation 15 als ein gleichschenkliges Dreieck ausgebildet sein.
In der Nähe des Umfangs der Geberscheibe 10 befindet sich ein raumfestes Aufnahmeelement 20, das seinerseits mit einer Steuerschaltung 21 in Wirkverbindung steht. Die Art der Wechselwirkung von Geberscheibe 10 und Aufnahmeelement 20 kann dabei sehr verschiedenartig sein. Bei Ausnutzung von magnetischen Wechselwirkungen kann die Geberscheibe 10 aus ferromagnetischem Blech gestanzt sein, und als Aufnahmeelement 20 wird ein Induktivgeber verwendet, der im Ruhezustand bereits einen magnetischen Fluß aufweist. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sollte der Durchmesser des Polkerns des Aufnahmeelements 20 größer sein als der Durchmesser der Löcher 16.
Wenn die Geberscheibe 10, wie in Figur 1 angezeigt, im Uhrzeigersinn umläuft, wird vom Aufnahmeelement 20 zunächst - beispielsweise im Segment 11 - die Vorderflanke des Segments 11 erfaßt. Der Zündvorgang kann dann beispielsweise am Ende des Segments 11 bei einer der Rückflanken des Segments 11 entsprechenden Winkelstellung ausgelöst werden.
Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung ist in Figur 4 der zeitliche Verlauf der von den Segmenten 11, 12 bzw. von den Lücken 13, 14 und von der Perforation 15 erzeugten Signale dargestellt. Figur 4a zeigt eine Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle (Δ KW) auf die Umdrehung der Geberscheibe 10 in Abhängigkeit vom Drehwinkel (α ) der Geberscheibe. In Figur 4b ist der im Aufnahmeelement 20 erzeugte magnetische Fluß (Δ Φ ) in Abhängigkeit vom Drehwinkel (α ) der Geberscheibe 10 aufgezeigt. Bewegt sich die Geberscheibe 10 im Uhrzeigersinn, so wird an der Vorderflanke des Segments 11, d.h. bei der Winkelstellung α₁, im Aufnahmeelement 20 eine magnetische Flußänderung erzeugt.
Der magnetische Fluß verläuft in gleicher Höhe, während sich das Segment 11 bis zum Beginn der Perforation 15 am Aufnahmeelement 20 vorbeibewegt, folglich wird keine Spannung induziert. Erreicht das Aufnahmeelement 20 die Perforation 15 des Segments 11, d.h. befindet sich die Geberscheibe 10 in Winkelstellung α₂, so fällt der magnetische Fluß aufgrund der zunehmenden Breite der Perforation 15 ab. Erreicht das Aufnahmeelement 20 die Winkelstellung α₃, so endet dort die Perforation 15 und der magnetische Fluß steigt wieder auf die gleiche Höhe, wie zwischen der Winkelstellung α ₁ und α₂ an. Befindet sich das Aufnahmeelement 20 in Winkelstellung α₄, der Rückflanke des Segments 11, so fällt der magnetische Fluß völlig ab. Durch die Perforation 15 wird sowohl eine zusätzliche Änderung des magnetischen Flusses als auch, falls die Winkelstellungen α₃ und α₄ nahe beieinander liegen, scheinbar die Änderung des magnetischen Flusses vergrößert. Während sich nun die Lücke 13 am Aufnahmeelement 20 vorbeibewegt, wird kein wesentlicher magnetischer Fluß erzeugt. Analog zum Segment 11 wird nun auch vom Segment 12 an dessen Vorderflanke als auch an der Rückflanke, d.h. bei der Winkelstellung α ₅ und α₆ eine magnetische Flußänderung erzeugt.
Figur 4c zeigt nun die im Aufnahmeelement 20 erzeugten Impulse. Jeweils an der Vorderflanke der Segmente 11, 12, d.h. bei der Winkelstellung α₁ bzw. α₅, wird ein positiver Impuls erzeugt. Ereicht das Aufnahmeelement 20 die Rückflanke der Segmente 11, 12, d.h. befindet sich die Geberscheibe 10 in der Winkelstellung α ₄ bzw. α ₆, so wird ein negativer Impuls hervorgerufen. Aufgrund der Perforation 15 im Segment 11 und des sich dadurch ändernden magnetischen Flusses ist in diesem Bereich, d.h. zwischen der Winkelstellung α₂ und α₃ ein geringes in etwa gleich hohes Impulsniveau vorhanden. Am Ende der Perforation 15, d.h. bei Winkelstellung α ₃ entsteht wieder ein positiver Impuls. Dieser zusätzliche Impuls, hervorgerufen durch das Ende der Perforation 15, kann nun als Markierung verwendet werden. Gleichzeitig wird auch durch den Übergang von einem positiven auf einen negativen Impuls die Rückflanke des Segmentes 11 deutlich erkennbar und von übrigen Impulsen unterscheidbar.
Die an den Flanken der Segmente 11 bzw. 12 und der Perforation 15 im Aufnahmeelement 20 erzeugten Spannungen werden über die zwei Schmitt-Trigger unterschiedlicher Schaltschwelle den beiden Eingangsklemmen E1 und E2 der in Figur 5 im Prinzipschaltbild dargestellten Auswerteschaltung zugeführt. An die Eingangsklemme E1, an der die Spannung U₊ anliegt, ist ein Inverter 27 angeschlossen. An die Eingangsklemme E2 an der die Spannung U₋ anliegt, ist hingegen eine nichtinvertierende Treiberstufe 28 angeschlossen. Der Ausgang des Inverters 27 ist mit dem invertierenden Reset-Eingang eines Flip-Flops 29 verbunden. An dessen invertierenden Set-Eingang ist der Ausgang der Treiberstufe 28 angeschlossen. Vom Ausgang Q des Flip-Flops 29 führt eine Leitung zum Clear-Enable-Eingang eines Zählers 30. Der invertierende Clear-Eingang des Zählers 30 ist mit dem Ausgang der Treiberstufe 28 verbunden. Ferner liegt am Zähleingang des Zählers 30 die vor dem Inverter 27 abgegriffene Spannung U₊ an. Von den beiden Ausgängen des Zählers 30 führen Leitungen zu den beiden Zylindergruppen eines Vierzylindermotors. Diese Schaltung dient zur Gewinnung eines Synchronimpulses, um bereits beim Start der Brennkraftmaschine eine genaue Zuordnung der Stellung des Geberrades zur jeweiligen Drehung der Welle zu ermöglichen. Dieses Prinzip der Auswertung ist selbstverständlich für alle Motoren mit gerader Zylinderanzahl anwendbar. Bei asymmetrischen Motoren ist darauf zu achten, daß die Asymmetrie innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung auftritt.