DE19635280A1 - Drosselventilöffnungssensor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die japanische Pa
tentanmeldung als Prioritätsanmeldung mit der Nummer Hei 7-223 975,
auf welche nachfolgend Bezug genommen wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich folglich auf einen
Drosselventilöffnungssensor eines Kraftfahrzeugs für das Er
fassen der Öffnung eines Drosselventils, d. h. eines Luftein
laß-Einstellventils für einen fahrzeuginstallierten Motor und
insbesondere auf eine Sensorkonstruktion, die für den Gebrauch
in einem System geeignet ist, welches eine Hochpräzisionser
fassung bezüglich der Überwachung der Drosselventilöffnung er
fordert, wie beispielsweise ein System, welches auf elektroni
sche Weise den Betrieb des Drosselventils regelt.
Im Stand der Technik existieren zwei typische Arten von Dros
selventilöffnungsmechanismen (im nachfolgenden vereinfacht als
"Drossel" bezeichnet): eine mechanische Drossel, welche mecha
nisch das Drosselventil betätigt, unter Verwendung eines me
chanischen Gestänges bzw. einer mechanischen Anlenkung an ein
Gaspedal, sowie eine elektronische Drossel, welche in elektro
nischer Weise den Betrieb des Ventils in Übereinstimmung mit
dem Niederdrücken des Gaspedals und anderen Bedingungen re
gelt.
Die Konstruktion einer mechanischen Drossel wird schematisch
in der Fig. 6 dargestellt. Die mechanische Drossel hat ein
Drosselventil 101, das in einer Einlaßleitung 100 des Motors
(nicht gezeigt) angeordnet ist für das Einstellen der Einlaß
luftströmung sowie ein Gaspedal 102, welches mechanisch an das
Drosselventil 101 angelegt ist.
Die mechanische Drossel stellt eine Öffnung des Drosselventils
101 ein unmittelbar im Ansprechen auf das Niederdrückmaß des
Gaspedals 102. Wenn das Niederdrücken des Gaspedals 102 Null
ist, d. h. wenn das Gaspedal 102 nicht insgesamt niedergedrückt
wird, dann wird das Drosselventil 101 in einer vollständig ge
schlossenen Stellung gehalten. Ein typisches System, welches
eine mechanische Drossel hat, verwendet eine ISC
(Leerlaufgeschwindigkeitsregelung) -Einrichtung, wie sie in
der Fig. 6 gezeigt wird, um die Motorgeschwindigkeit während
des Leerlaufs zu regeln. Die ISC-Einrichtung hat einen Bypass-Ka
nal 104, der an die Einlaßleitung 101 angeschlossen ist und
das Drosselventil 101 umgeht, wie in der Fig. 6 gezeigt wird,
wobei ein ISC-Ventil 105 für das Öffnen und Schließen des
Bypass-Kanals 104 vorgesehen ist. Das Öffnen des ISC-Ventils
105 wird durch eine elektronische Steuereinheit 130 gesteuert,
um eine gewünschte Motorgeschwindigkeit während des Leerlaufs
zu erzielen, wenn der Drosselventil-Öffnungssensor 110 ein
vollständiges Schließen des Drosselventils 101 erfaßt. Mit der
ISC-Einrichtung, welche den Einlaßluftstrom steuert, während
das Drosselventil 101 vollständig geschlossen ist, kann eine
stabile und fein ansprechende Motorgeschwindigkeitssteuerung
realisiert werden.
Andererseits hat ein elektronisches Ventil, wie es in der Fig. 7
dargestellt wird, ein Drosselventil 201, das in einer Ein
laßleitung 100 für das Einstellen des Einlaßluftstroms in ei
nen Motor (nicht gezeigt) angeordnet ist, sowie ein Beschleu
nigungs- bzw. Gaspedal 202, das mechanisch unabhängig bzw.
losgelöst von dem Drosselventil 201 angeordnet ist. Sensoren
210 und 220 sind für das Erfassen der Öffnung des Drosselven
tils 201 und des Niederdrückgrads des Gaspedals 202 vorgese
hen. Unter Verwendung dieser Sensoren führt eine elektronische
Steuerungseinheit 230 normalerweise eine Rückkopplungssteue
rung wie folgt aus.
Zuerst erfaßt die Einheit 130 ein Niederdrücken des Gaspedals
202 basierend auf dem Ausgang bzw. dem Ausgangssignal des Gas
pedal-Niederdrücksensors 220. Während das Ausgangssignal des
Drosselventilöffnungssensors 210 überwacht wird, treibt an
schließend die Einheit 230 das Drosselventil 201 unter Verwen
dung eines Motors 240 an, um eine Öffnung des Drosselventils
201 entsprechend dem Niederdrückgrad des Gaspedals 202 zu er
reichen. Diese durch die elektronische Steuerungseinheit 230
durchgeführte Steuerung erreicht ein Betriebsverhältnis zwi
schen dem Drosselventil 201 und dem Gaspedal 202 wie in dem
mechanischen Ventil, obgleich das Drosselventil 201 und das
Gaspedal 202 mechanisch losgelöst voneinander angeordnet sind.
In einigen Systemen kann das Drosselventil 201 und das Gaspe
dal 202 mechanisch aneinander angelegt werden, durch eine ge
eignete Einrichtung, welche als eine Ausfallsicherungsfunktion
dient, falls eine Abnormalität in dem elektronischen Ventil
auftritt.
Darüber hinaus führt die vorstehend beschriebene elektronische
Drossel die ISC oder ähnliches durch die elektronische Steue
rungseinheit 230 aus, die den Betrieb des Drosselventils 201
regelt bzw. steuert. Insbesondere führt die elektronische
Steuereinheit 230 eine Rückkopplungssteuerung wie folgt aus.
Zuerst erfaßt die Einheit 230 eine Zielleerlaufmotorgeschwin
digkeit und konvertiert diese in Informationen bezüglich der
Öffnung des Drosselventils 201. Während das Ausgangssignal des
Drosselventilöffnungssensors 210 abgelesen wird, treibt die
Einheit 230 als nächstes das Drosselventil 201 unter Verwen
dung eines Motors 240 an, um eine Öffnung des Drosselventils
201 entsprechend der Zielventilöffnungsinformationen zu errei
chen. Bei der elektronischen Drossel ist für die präzise
Steuerung und Überwachung bzw. Erfassung der Öffnung des Dros
selventils 201 die Erfassungspräzision des Drosselventil-Öff
nungssensors 210 entscheidend.
Die Fig. 8 zeigt im einzelnen die Konstruktion der elektroni
schen Drossel, welche den Drosselventil-Öffnungssensor 210
hat. In dem Drosselventil gemäß der Fig. 8 ist ein Drosselkör
per 200 an die Einlaßleitung 100 angebracht. Innerhalb des
Drosselkörpers oder Drosselgehäuses 200 ist das Drosselventil
201 an dessen Achse durch die Drosselwelle 1 gelagert. Die
Drosselwelle 1 ist an eine Drehwelle des Motors 240, der durch
die elektronische Steuereinheit 230 gesteuert wird, mittels
eines Getriebezuges 241 und einer elektromagnetischen Kupplung
242 angeschlossen. Wenn folglich der Motor 240 angetrieben
wird, während die elektrische Kupplung 242 eingerückt ist,
wird eine Rotationskraft vom Motor 240 auf die Drosselwelle 1
über den Getriebezug 241 übertragen, um das Drosselventil 201
anzutreiben. Die Drosselwelle 1 hat einen Flansch 2 an dessen
einem Ende, an welchem ein Metallrotor 3 mit einem hohlzylin
drischen Abschnitt durch Schrauben 4 fixiert ist. Der Rotor 3,
ein Hall-Effekt-Element 10 und ein Schaltungsbauteil 20
(umfaßt dessen Substrat) für das Betreiben des Hall-Effekt-Ele
ments 10 und für das Verarbeiten der Signale vom
Hall-Effekt-Element 10 bildet den Drosselventil-Öffnungssensor 210.
Der Rotor hat ein Paar semizylindrischer Permanentmagnete 5
innerhalb dessen hohlzylindrischen Abschnitts. Der Rotor 3 und
die Permanentmagneten rotieren zusammen mit der Drosselwelle
1. Das Hall-Effekt-Element 10 ist zusammen mit dem Schaltungs
bauteil 20 innerhalb eines Kunstharz-Sensorgehäuses 6 zusammen
fixiert, so daß das Hall-Effekt-Element 10 auf, der Drehmitte
lachse der Permanentmagneten 5 beim Zusammenbau positioniert
wird. Folglich erfaßt der Drossel-Öffnungssensor 210 den Dreh
winkel der Drosselwelle 1, d. h. die Öffnung des Drosselventils
201 auf eine kontaktlose Weise auf der Basis der Richtung des
Magnetfelds, welches an das Hall-Effekt-Element 10 durch die
Permanentmagneten 5 angelegt wird.
Das Erfassungsprinzip des Drosselventil-Öffnungssensors 210
wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 beschrie
ben.
In dem Drosselventil-Öffnungssensor werden die beiden semizy
lindrischen Permanentmagneten 5 senkrecht zu der Drehachse des
Rotors 3 magnetisiert und sind dabei drehbar zusammen mit der
Drosselwelle 1 wie in schematischer Weise in den Fig. 9A
und 9B dargestellt ist. Das Hall-Effekt-Element 10 für das Er
fassen der Richtung des Magnetfeldes der Permanentmagneten 5
ist in einem Raum angeordnet, welcher durch die Permanentma
gneten 5 umgeben wird und nimmt eine um die Drehachse des Ro
tors 3 symmetrische sowie zu einer Ebene der Drehachse paral
lele Haltung ein. Wenn die Permanentmagneten 5 zusammen mit
der Drosselwelle 1 um das Hall-Effekt-Element 10 umdrehen, wie
in den Fig. 9A und 9B dargestellt wird, dann wandert die
Richtung des Magnetfeldes relativ zu der magnetisch empfindli
chen Oberfläche des Hall-Effekt-Elements 10. Entsprechend die
ses Bewegungswinkels g sendet das Hall-Effekt-Element 10 ein
elektrisches Signal aus, d. h. eine Hall-Effekt-Spannung VH ge
mäß der Gleichung (1):
VH = KH·B·Rd·I·sin θ
= VA·sin θ (1)
= VA·sin θ (1)
wobei KH die Empfindlichkeit des Hall-Effekt-Elements 10 ist,
B die magnetische Kraftliniendichte der Magneten 5 ist, Rd der
innere Widerstand des Hall-Effekt-Elements 10 ist, I der An
triebsstrom auf das Hall-Effekt-Element 10 ist und VA eine
Konstante entsprechend dem Wert aus KH·B·Rd·I ist. Wenn der Ro
tor von θ = -90° auf θ = +90° dreht, dann verändert sich die
Hall-Effekt-Spannung VH kontinuierlich von dem Wert -VA auf
den Wert +VA entlang einer Sinuskurve, wie in der Fig. 10 dar
gestellt wird. Das Schaltungsbauteil 20 des Drosselventilöff
nungssensors 210 gemäß der Fig. 8 liefert den Antriebsstrom I
zu dem Hall-Effekt-Element 10 und verarbeitet die Hall-Effekt-Span
nung VH, welche vom Hall-Effekt-Element 10 gemäß verste
hender Beschreibung ausgegeben wird, um ein elektrisches Si
gnal entsprechend der Öffnung des Drosselventils 201 auszuge
ben. Das Ausgangssignal von dem Schaltungsbauteil 20 wird zu
der elektronischen Steuereinheit 230 eingegeben (siehe Fig. 7)
und zwar durch einen Anschluß oder ähnliches (nicht gezeigt).
Das Hall-Effekt-Element 10 und die Magneten 5 haben im wesent
lichen negative Temperatureigenschaften bzw. Temperaturkennli
nien. Wenn sich aus diesem Grunde die Antriebsbedingungen mit
Änderungen bezüglich der Umgebungstemperatur verändern, dann
schwankt die Hall-Effekt-Spannung VH ebenfalls in Übereinstim
mung mit den Temperaturcharakteristiken des Hall-Effekt-Ele
ments 10 und der Magnete 5. Solch ein Fluktuation der
Hall-Effekt-Spannung VH reduziert natürlich die Präzision des Si
gnals, welches durch das Schaltungsbauteil 20 verarbeitet
wird, d. h. das Signal, welches die Öffnung des Drosselventils
201 anzeigt. Um mit diesem Problem fertig zu werden, hat das
Schaltungsbauteil 20 normalerweise einen Temperaturcharakteri
stik-Kompensationsschaltkreis, der den Antriebsstrom I mit ei
ner positiven Temperaturcharakteristik bzw. Kennlinie ver
sieht, wodurch die Temperaturcharakteristiken des Hall-Effekt-Ele
ments 10 und der Permanentmagneten 5 ausgeglichen bzw. kom
pensiert werden. Ein herkömmlicher Schaltkreis, welcher ein
Hall-Effekt-Element betreibt und dessen Signale verarbeitet
und der einen Temperaturcharakteristik-Kom
pensationsschaltkreis gemäß der vorstehenden Beschreibung
enthält, wird beispielsweise in der japanischen Patentpublika
tionsschrift Nr. Hei 5-157 506 offenbart.
Wenn die Temperaturcharakteristiken des Hall-Effekt-Elements
oder der Magnete durch die Treiberreferenzspannung oder den
Treiberstrom kompensiert werden, dann wird natürlich die Zu
verlässigkeit der Hall-Effekt-Spannung VH hiervon erhöht. Mit
der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Hall-Effekt-Element-Span
nung VH wird es möglich, permanent eine hohe Präzision der
Sensorausgangssignale vom Drosselventil-Öffnungssensor auf
recht zu erhalten. Da jedoch das Schaltungsbauteil 20 die Tem
peraturcharakteristiken des Hall-Effekt-Elements 10 oder der
Permanentmagneten 5 auf der Basis der Temperaturbedingungen
des Schaltungsbauteils 20 selbst kompensiert, können die kom
pensierten Temperaturcharakteristiken von den idealen Charak
teristiken bzw. Kennlinien abweichen, falls das Schaltungsbau
teil 20 sich unter Temperaturbedingungen befindet, die unter
schiedlich zu jenen des Hall-Effekt-Elements 10 oder der Per
manentmagneten 5 sind.
Beispielsweise unter solchen Bedingungen, wonach die Motor
raumtemperatur sich schnell verändert, beispielsweise in einem
Fall, in welchem ein Fahrzeug einen Berg hinauf fährt, zeit
weilig gestoppt wird, und anschließend hinab fährt, können
Temperaturunterschiede zwischen dem Schaltungsbauteil 20 und
dem Hall-Effekt-Element 10 oder den Permanentmagneten 5 auf
treten. In Verbindung mit dem Berganstieg-Stopp-Abstieg-Fahr
muster wird nachfolgend der Übergang der Temperaturzustän
de innerhalb des Drosselventil-Öffnungssensors und deren Wir
kungen mit Bezug auf die Fig. 8 und 11A bis 11C beschrie
ben.
Wenn ein Fahrzeug nach dem Erklettern eines Berges gestoppt
wird, dann verbleibt die Motorraumtemperatur auf einem hohen
Niveau, da der Motor nach wie vor heiß ist. Nachdem das Fahr
zeug mit der Bergabfahrt beginnt, verringert sich die Motor
raumtemperatur rapide, wie in der Fig. 11A dargestellt wird,
da eine relative kalte Luft in den Motorraum strömt, wenn das
Fahrzeug bergab fährt. Während der Bergabfahrt entsteht eine
Wärmeleitung durch den Drosselventilöffnungssensor, d. h. vom
Drosselgehäuse 200 in Richtung zur Motorraumatmosphäre, wie
durch die Pfeile F1 und F2 in der Fig. 8 dargestellt wird.
Insbesondere tritt die Kühlung in der folgenden Sequenz auf:
Die Motorraumatmosphäre ⇒ das Sensorgehäuse 6 ⇒ das Schal
tungsbauteil 20 ⇒ das Hall-Effekt-Element 10 ⇒ die Permanent
magneten 5 ⇒ der Rotor 3 ⇒ die Drosselwelle 1⇒ der Drossel
körper 200.
Jedoch stehen die Komponenten des Drosselventilöffnungssensors
unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen, wie nachfolgend
beschrieben wird:
- (a) Das Schaltungsbauteil 20 hat eine geringe Wärmekapazi tät. Aus diesem Grunde verringert sich dessen Temperatur rapi de während die Kühlung auf Seiten der Motorraumatmosphäre be wirkt wird.
- (b) Die Permanentmagneten 5 sind an den Drosselkörper 200, der eine große Wärmekapazität hat, so daß sich dessen Tempera tur langsam verändert, durch den Rotor 3 und die Drosselwelle 1 angeschlossen, wobei beide aus Metall gefertigt sind und ho he Wärmekonduktivitäten besitzen. Aus diesem Grunde ändert sich die Temperatur der Magneten 5 nur langsam.
- (c) Obgleich das Hall-Effekt-Element 10 elektrisch und me chanisch an das Schaltungsbauteil 20 angeschlossen ist, sind die Temperaturbedingungen für das Hall-Effekt-Element 10 zum Schaltungsbauteil 20 unterschiedlich, beispielsweise wird das Hall-Effekt-Element 10 von den Permanentmagneten 5 umgeben, welche eine geringe Temperaturänderung aufweisen. Folglich er fährt das Hall-Effekt-Element 20 eine langsamere Temperaturän derung als das Schaltungsbauteil 20, jedoch eine schnellere Änderung als die Permanentmagneten 5. Demzufolge weisen das Schaltungsbauteil 20, das Hall-Effekt-Element 10 und die Per manentmagneten 5 unter sich Temperaturunterschiede bezüglich des Kühlungsprozesses während einer Bergabfahrt auf, wie in der Fig. 11B dargestellt wird. Da das Schaltungsbauteil 20 die Temperatureigenschaften des Hall-Effekt-Elements 10 und der Permanentmagnete 5 auf der Basis der Temperaturzustände des Schaltungsbauteils 20 selbst kompensiert, weisen dessen Aus gangssignale große Erfassungsfehler auf, wie in der Fig. 11C gezeigt wird. In dem Graphen gemäß der Fig. 11C zeigt die Ni veaulinie ACR das Präzisionserfordernis von elektronischen Drosseln. Obgleich das Schaltungsbauteil das Betreiben des Hall-Effekt-Elemente und das Verarbeiten von dessen Signalen in einem konventionellen Drosselventilöffnungssensor einen Temperaturcharakteristik-Kompensationsschaltkreis für das Kom pensieren der Temperaturcharakteristiken des Hall-Effekt-Ele ments oder der Permanentmagneten hat, so zeigt dieser Schaltkreis Fehler bei der Ausführung einer sauberen Tempera turkompensation und verursacht große Erfassungsfehler unter Bedingungen, in denen die Motorraumtemperatur wie vorstehend beschrieben sich schnell verändert. Der Erfassungsfehler des Drosselventilöffnungssensors ist im wesentlichen entscheidend in einem System, welches eine hohe Erfassungsgenauigkeit beim Überwachen bzw. Erfassen der Drosselventilöffnung erfordert, wie beispielsweise eine elektronische Drossel, welche eine ISC-Steuerung oder ähnliches durch Steuern des Betriebs des Drosselventils ausführt.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme des Stands
der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Drosselventilöffnungssensor zu schaffen, der in der Lage
ist, die Drosselventilöffnung mit einer hohen Präzision unab
hängig von einer Umgebungstemperaturänderung zu erfassen,
selbst dann, wenn sich die Umgebungstemperatur schnell und er
heblich ändert.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung gelöst durch Bereitstellung eines
Drosselventilöffnungssensors, der in einer Drosselwelle ange
ordnet ist, die einen Rotor hat, der ein Verbindungsteil auf
weist, bestehend aus einem Material mit kleiner Wärmekapazi
tät, wie beispielsweise Kunstharz, das an die Drosselwelle an
geschlossen ist und ein Meßelement hat, das innerhalb einer
Seite des Rotors gegenüberliegend zur Drosselwelle angeordnet
ist. Da das Verbindungsteil eine niedere Wärmekapazität be
sitzt, verringert es die Weiterleitung von Wärme zwischen der
Drosselwelle und dem Meßelement. Vorzugsweise hat das Verbin
dungsteil darin Schlitze, um dessen Querschnittsbereich zu
verringern, wodurch des weiteren eine Wärmeübertragung verrin
gert wird.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner gemäß einem zwei
ten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch Schaffung
eines in einer Drosselwelle angeordneten Drosselventilöff
nungssensors, der einen ersten Teil des Sensors hat, der in
einem an die Drosselwelle angeschlossenen Rotor angeordnet ist
und einen zweiten Teil des Sensors hat, der in einer Kammer
innerhalb eines Sensorgehäuses angeordnet ist, wo die Sensor
gehäusekammer zumindest teilweise mit einer Wärmezurückhal
tesubstanz gefüllt ist. Auf diese Weise wird Wärme, welche auf
das Sensorgehäuse übertragen wird, in der Wärmezurückhaltesub
stanz zurückgehalten, wodurch Temperaturänderungen in dem Ge
häuse verlangsamt werden, selbst für den Fall einer rapiden
externen Temperaturänderung. Vorzugsweise ist das Material ei
ne Gelschicht oder ein Gießmaterial von zumindest 1 mm Dicke.
Jedes der vorstehend genannten Merkmale, nämlich die Verwen
dung des Verbindungsteils und die Verwendung der Wärmerückhal
tesubstanz kann als ein Mittel für das Kompensieren von Wärme
übergängen in Erwägung gezogen werden, denen der Drosselventi
löffnungssensor unterzogen wird, wobei die zeitabhängigen Tem
peraturcharakteristiken bzw. Kennlinien des Sensorgehäuses un
gefähr die gleichen sind wie jene des Rotors.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird gemäß einem weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung durch Bereitstellung eines
Drosselventilöffnungssensors gelöst, der ein Hall-Effekt-Ele
ment hat, zugehörige Magnete und Dioden sowie Transistoren
als Spannungsabfallelemente in dem Rückkopplungsstrom-Steu
erungsschaltkreis und Ausgabespannungs-Steu
erungsschaltkreis des Sensors. Dioden und Transistoren ha
ben normalerweise negative Temperaturcharakteristiken wie bei
dem Hall-Effekt-Element und den Magneten.
Der rückgekoppelte Verstärker, der an dessen rückgekoppelter
Leitung bzw. Rückkopplungsleitung an den Ausgangsspannungs-Steu
erschaltkreis angeschlossen ist, gibt ein Signal aus, das
durch Stabilisieren der Referenzspannung auf ein vorbestimmtes
Niveau durch die Spannungssteuerung erzeugt wird, welche durch
den Ausgangsspannungs-Steuerungsschaltkreis durchgeführt wird.
Das derart erzeugte Signal hat normalerweise eine negative
Temperaturcharakteristik bzw. eine negative Temperaturkennli
nie. Durch weiteres Verbinden des Rückkopplungsstrom-Steu
erschaltkreises an die Rückkopplungsleitung des rückgekop
pelten Verstärkers kann jedoch die Temperaturkennlinie des
Ausgangssignals, das dessen Polarität einschließt, verändert
werden in Abhängigkeit von den Strom- und Spannungssteuerbe
trägen, welche durch den Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis
und den Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis erzielt werden.
Falls das Ausgangssignal des rückgekoppelten Verstärkers mit
positiven Temperaturkennlinien versehen ist in Abhängigkeit
von den Strom- und Spannungssteuerbeträgen, welche durch den
Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis und den Ausgangsspan
nungs-Steuerschaltkreis erzielt werden, dann wird das konstan
te stromgesteuerte Treibersignal automatisch positive Tempera
turkennlinien erhalten, wodurch die Temperaturkennlinien des
Hall-Effekt-Elements und der Magnete in geeigneter Weise kom
pensiert werden.
Darüber hinaus kann die Temperaturkompensation auf einen ge
wünschten Umfang eingestellt werden in Übereinstimmung mit den
Strom- und Spannungssteuerungswerten, welche durch den Rück
kopplungsstrom-Steuerungsschaltkreis und den Ausgangsspan
nungs-Steuerschaltkreis erzielt werden. Wenn daher die Tempe
raturkennlinien des Hall-Effekt-Elements und der Magnete vari
ieren, so können solche Variationen in einfacher Weise be
herrscht oder gesteuert werden.
Die Dioden und Transistoren, welche in den Rückkopplungsstrom-Steu
erschaltkreisen und dem Ausgangsspannungs-Steuerschalt
kreis sowie in dem rückgekoppelten Verstärker enthalten sind,
können in einfacher Weise in einen einzelnen Halbleiterchip
wie beispielsweise ein Monolithic-IC integriert werden.
Folglich erleichtert dieser Aufbau in geeigneter Weise dessen
Miniaturisierung einschließlich der Verringerung der Anzahl an
Komponententeilen, während eine Hochtemperaturkompensations
ausführung als ein Hall-Effekt-Element-Treiberschaltkreis er
zielt wird.
Insbesondere ist der Spannungsabfall über die erste Diode in
dem Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis und der Spannungsab
fall über die zweite Diode in dem Ausgangsspannungs-Steuer
schaltkreis bezüglich der Polarität entgegengesetzt. Der
Rückkopplungsstrom des rückgekoppelten Verstärkers wird auf
der Basis von Spannungsabfällen über die Dioden gesteuert,
welche negative Temperaturkennlinien aufweisen. Daher wird auf
der Basis der obigen Größenbeziehung zwischen den ersten und
zweiten Widerständen die Polarität der Temperaturkennlinien
des Ausgangs des rückgekoppelten Verstärkers umgekehrt.
Änderungen bezüglich der Temperaturkennlinien des Hall-Effekt-Ele
ments und der Magnete können eliminiert oder verringert
werden in Übereinstimmung zu dem Verhältnis zwischen den er
sten und zweiten Widerständen solange sich das Größenverhält
nis zwischen den ersten und zweiten Widerständen hält. Darüber
hinaus wird es möglich, die Wirkung des Offset-Stroms von nor
malerweise einigen zehn bis einigen hundert Nanoampere zu igno
rieren, welche durch den -rückgekoppelten Verstärker fließt,
wobei es einfach wird, die Ausgangskapazität des rückgekoppel
ten Verstärkers auf ein praktikables Niveau geeignet für ICs
einzustellen.
In anderen Worten ausgedrückt ist ein Strom von zehn Mikroam
pere geeignet, die Auflösung der Temperaturkompensationspräzi
sion zu verhindern, welche durch Veränderungen des
Offset-Stroms des rückgekoppelten Verstärkers verursacht werden könn
ten. Mit einem Strom von einem Milliampere ist kein großkapazi
tatives Element in den Ausgängen der ersten oder zweiten Diode
oder dem Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers notwendig,
d. h., daß es nicht notwendig ist, die Größe des IC-Chips zu
erhöhen. Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden er
sichtlich anhand der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungs
beispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
näher erläutert. Die vorstehend genannten Aufgaben und Merkma
le sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ebenfalls
ersichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzug
ten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeich
nungen.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines bevorzugten Aus
führungsbeispiels eines Drosselventil-Öffnungssensors gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Hall-Effekt
Element-Treiberschaltkreises, der in dem Sensor in der Fig. 2
verwendet wird,
Fig. 3 ist ein Graph, der die Temperaturkennlinien zeigt,
welche durch den Hall-Effekt-Element-Treiberschaltkreis kom
pensiert sind,
Fig. 4A bis 4C sind Graphen, welche die kompensierten
Temperaturzustände von unterschiedlichen Komponenten und Fak
toren des Sensors darstellen,
Fig. 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Sili
kongeldicke auf dem Schaltungsbauteil und dem Erfassungsfehler
darstellt,
Fig. 6 ist eine typische Konstruktion für eine mechanische
Drossel gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 7 ist eine typische Konstruktion für eine elektroni
sche Drossel gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 8 ist eine teilweise quergeschnittene Frontansicht
einer elektronischen Drossel gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 9A und 9B zeigen schematisch das Prinzip der Dros
selventil-Öffnungserfassung durch ein Hall-Effekt-Element ge
mäß dem Stand der Technik,
Fig. 10 ist ein Graph, der die Ausgangskennlinie des Hall-Ef
fekt-Elements in Übereinstimmung mit dem Erfassungsprinzip
gemäß dem Stand der Technik darstellt und
Fig. 11A bis 11C sind Graphen, welche den Temperatu
rübergang verschiedener Komponenten und Faktoren eines her
kömmlichen Drosselventil-Öffnungssensors gemäß dem Stand der
Technik darstellen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Drosselventil-Öff
nungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein
Hall-Effekt-Element als ein Öffnungserfassungselement, um die
Öffnung eines Drosselventils in kontaktloser Weise auf der Ba
sis des Prinzips zu erfassen, wie es in den Fig. 9A, 9B und
10 dargestellt wird.
Die Konstruktion des Ausführungsbeispieles wird zuerst mit Be
zug auf die Fig. 1 beschrieben. Mit Bezug auf die Fig. 1 ist
eine Drosselwelle 1 einer elektronischen Drossel, wie sie in
der Fig. 8 dargestellt wird, eine Metallwelle, die ein Dros
selventil (nicht gezeigt in den Figuren) auf deren Achse la
gert bzw. trägt. Bei einer typischen Konstruktion ist die
Drosselwelle 1 thermisch mit einem Drosselkörper (nicht ge
zeigt) verbunden, der eine hohe Wärmekapazität aufweist. Die
Drosselwelle 1 hat einen Flansch 2 an deren einem Ende, an
welchem ein Rotor 3, welcher einen Rotationseingabeabschnitt
des Sensors bildet, mittels Schrauben 4 befestigt ist. Der Ro
tor 3 besteht aus einem Kunstharz oder ähnlichem, das eine ge
ringe Wärmekapazität aufweist und hat zahlreiche Kerben 3c,
die auf dessen Oberflächen ausgeformt sind, ein hohlzylindri
sches Anschlußteil 3a, welches an den Flansch 2 angeschlossen
ist und ein Jochteil 3b, das integral mit dem Oberteil des
Verbindungsteils 3a verbunden ist und aus einem magnetischen
Material, beispielsweise Eisen besteht. Das Verbindungsteil 3a
hat einen geflanschten Boden, der an dem Flansch 2 angeschlos
sen ist. An die innere periphere Fläche des Jochteils 3b sind
ein Paar von Permanentmagneten 5 befestigt, welche eine
hohlzylindrische Form gemäß der Fig. 9 ausbilden und senkrecht
zur Drehachse des Rotors 3 magnetisiert sind. Mit dieser Kon
struktion des Rotors 3 wird eine Wärmeübertragung hierauf von
der Drosselwelle 1, die an den Drosselkörper thermisch ange
schlossen ist, in geeigneter Weise reduziert oder blockiert
durch das Verbindungsteil 3a und die Kerben 3c, da das Verbin
dungsteil 3a aus einem Material mit niedriger Wärmekapazität
gefertigt ist, wie beispielsweise ein Kunstharz und die Spal
ten 3c den sektionalen Bereich des Wärmeübertragungsabschnitts
durch den Verbindungsteil 3a reduzieren. Die zwei Permanentma
gnete 5, welche an das Jochteil 3b befestigt sind, drehen zu
sammen mit dem Rotor 3, wenn die Drosselwelle 1 gedreht wird,
um das Drosselventil zu betätigen, wie vorstehend beschrieben
worden ist. Wenn die Permanentmagneten 5 umdrehen, dann wird
die Richtung des Magnetfelds von diesen durch ein Hall-Effekt-Ele
ment 10 erfaßt, welches einen Rotationserfassungsbereich
des Sensors ausbildet. Das Hall-Effekt-Element 10 ist integral
an dem Sensorgehäuse 6 befestigt, das aus einem Kunstharz oder
ähnlichem gefertigt ist und ist an den Drosselkörper durch
Schrauben oder ähnliches angeschlossen, wie in der Fig. 1 dar
gestellt wird, so daß das Hall-Effekt-Element 10 auf der Dreh
mittelachse der Permanentmagneten 5 positioniert wird. Folg
lich wird das Hall-Effekt-Element 10 einem Parallelmagnetfeld
ausgesetzt, das durch die Permanentmagnete 5 ausgebildet wird,
wie in der Fig. 9B gezeigt ist. Das Sensorgehäuse 6 hat eine
Schaltungskammer 7, welche in einem atmosphärenseitigen Ab
schnitt von diesem ausgebildet ist, beispielsweise in einem
Abschnitt nahe dem Motorraum. Ein Schaltungselement 20 für das
Betreiben des Hall-Effekt-Elements 10 und das Verarbeiten des
Ausgangs von dem Hall-Effekt-Element 10 ist an dem Boden 7a
der Schaltkammer 7 durch Kleben oder ähnliches fixiert.
Das Schaltungsbauteil 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ver
wendet ein Substrat, wie beispielsweise ein Aluminiumsubstrat,
das schwer zu verarbeiten ist und die direkte Montage des
Hall-Effekts 10 darauf erschwert. Folglich sind das Schal
tungsbauteil 20 und das Hall-Effekt-Element 10 durch das Sen
sorgehäuse 6 voneinander getrennt, jedoch elektrisch miteinan
der verbunden durch ein Hall-Effekt-Element-Verbindungskabel
11, wie in der Fig. 1 dargestellt ist. Das heißt, daß das
Schaltungsbauteil 20 und das Hall-Effekt-Element 10 unter
deutliche unterschiedlicheren thermischen Bedingungen in die
sem Ausführungsbeispiel plaziert sind als in einem herkömmli
chen Drosselventil-Öffnungssensor 210, wie er in Fig. 8 ge
zeigt wird. Darüber hinaus ist gemäß diesem Ausführungsbei
spiel die Schaltungskammer 7 des Sensorgehäuses 6, in welchem
das Schaltungsbauteil 20 untergebracht ist, mit einem Silikon
gel 30 gefüllt und mit einem Deckel 8 abgedeckt. Diese Kon
struktion des Sensorgehäuses 6 erhöht die Wärmekapazität des
Schaltungsbauteils 20 mit geringer Wärmekapazität, so daß das
Schaltungsbauteil 20 einer geringen Temperaturänderung ausge
setzt wird, selbst dann, wenn die Atmosphärentemperatur an dem
Ende des Deckels 8 sich rapide verändert. Die Konstruktion
vergleichmäßigt folglich im wesentlichen die zeitabhängige
Temperaturübertragungskennlinien des Schaltungsbauteils 20 und
des Hall-Effekt-Elements 10. Das Sensorgehäuse 6 hat einen An
schluß 9 für das Ausgeben eines Signals, welches durch das
Schaltungsbauteil 20 bearbeitet ist, d. h., ein Signal, das die
Drosselventilöffnung einer elektronischen Steuereinheit (siehe
Fig. 7) anzeigt. Der Anschluß 9 hat einen Anschlußeingang 28,
der an einen Ausgang des Schaltungsbauteils 20 durch ein Kabel
27 angeschlossen ist.
Die Fig. 2 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Hall-Effekt
Element-Treiberschaltkreises und eines Hall-Effekt-Signalver
arbeitungsschaltkreises, der in dem Schaltungsbauteil 20 für
das Betreiben des Hall-Effekt-Elements 10 und für das Verar
beiten der Ausgangssignale hiervon vorgesehen ist.
Die Konstruktionen des Hall-Effekt-Elements-Treiberschalt
kreises und des Hall-Effekt-Signalverarbeitungsschaltkreises
wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 2 beschrieben.
Die Treiberschaltung hat einen Spannungsteiler 21 bestehend
aus einem Widerstand R1 und einem Widerstand R2, die in Serie
zueinander geschaltet sind, um die Quellenspannung Vcc, welche
zwischen den Anschlüssen T1 und T2 angelegt wird, wie gefor
dert zu teilen, um eine Referenzspannung V1 zu erzeugen. Die
Referenzspannung V1 wird an den nicht invertierenden Eingangs-
anschluß des Operationsverstärkers A1 angelegt. Der Operati onsverstärker A1, der mit der Referenzspannung V1 beaufschlagt ist, bildet einen rückgekoppelten Verstärker 22, der eine Re ferenzspannung V2 ausgibt, die dazu verwendet wird, ein Trei bersignal an das Hall-Effekt-Element 10 zu erzeugen. Ein Rück kopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 bestehend aus einem Wider stand R3 und einer Diode D1, die in Serie zueinander geschal tet sind, ist an eine Rückkopplungsleitung angeschlossen, wel che den invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers A1 an einem Ausgangsanschluß des rückgekoppelten Verstärkers 22 anschließt, wie in der Fig. 2 dargestellt wird. Die Rückkopp lungsleitung hat einen Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis 24 bestehend aus einer Diode C2 und einem Widerstand R4, die in Serie geschaltet sind. Der Strom I2 durch die Rückkopplungs leitung des rückgekoppelten Verstärkers 22 wird durch den Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 geregelt, wie nachfol gend noch beschrieben wird.
anschluß des Operationsverstärkers A1 angelegt. Der Operati onsverstärker A1, der mit der Referenzspannung V1 beaufschlagt ist, bildet einen rückgekoppelten Verstärker 22, der eine Re ferenzspannung V2 ausgibt, die dazu verwendet wird, ein Trei bersignal an das Hall-Effekt-Element 10 zu erzeugen. Ein Rück kopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 bestehend aus einem Wider stand R3 und einer Diode D1, die in Serie zueinander geschal tet sind, ist an eine Rückkopplungsleitung angeschlossen, wel che den invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers A1 an einem Ausgangsanschluß des rückgekoppelten Verstärkers 22 anschließt, wie in der Fig. 2 dargestellt wird. Die Rückkopp lungsleitung hat einen Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis 24 bestehend aus einer Diode C2 und einem Widerstand R4, die in Serie geschaltet sind. Der Strom I2 durch die Rückkopplungs leitung des rückgekoppelten Verstärkers 22 wird durch den Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 geregelt, wie nachfol gend noch beschrieben wird.
Ein Ausgangssignal von dem rückgekoppelten Verstärker 22,
d. h., die Referenzspannung V2, wird an den nicht invertieren
den Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers A2 angelegt.
Der Operationsverstärker A2 und ein Widerstand R5, die in Se
rie mit dem Hall-Effekt-Element 10 geschaltet sind, bilden ei
nen Konstantstrom-Steuerschaltkreis 25, für eine Konstant
strom-Steuerung des an das Hall-Effekt-Element 10 angelegten
Treibersignals. Der Konstantstrom-Steuerschaltkreis 25 steuert
bzw. regelt die Spannung, welche an das Halleffektelement 10
angelegt wird, durch Vergleichen des Spannungsabfalls über den
Widerstand R5 mit der Referenzspannung (V2) so daß der Span
nungsabfall über den Widerstand R5 konstant wird. Folglich
wird der Treiberstrom I an das Halleffektelement 10 konstant,
wie in der Gleichung (2) gezeigt wird:
Eine Signalverarbeitungsschaltung 26 für das Verarbeiten einer
Hall-Effekt-Spannung VH, die von dem Halleffektelement 10 aus
gegeben wird, wie sie durch die vorhergehende Gleichung (1)
ausgedrückt wird, ist wie folgt aufgebaut.
Die Signalverarbeitungsschaltung 26 hat einen Pufferschalt
kreis 261 bestehend aus Operationsverstärkern A3 und A4, deren
nicht invertierende Eingangsanschlüsse die Hall-Effekt-Span
nung VH empfangen sowie Widerstände R6 bis R8. Der Puffer
schaltkreis 261 empfängt die Halleffektspannung VH mit einer
hohen Eingangsimpedanz und stabilisiert die Eingangsspannung.
Die Ausgangssignale vom Pufferschaltkreis 261 werden einem
Differenzialverstärker 263, bestehend aus Widerständen R11 und
R12, einem Operationsverstärker A6 und dessen Rückkopplung so
wie Eingangswiderstände R12 und R14 eingegeben. Der Differen
zialverstärker 263 erzeugt ein Ausgangssignal proportional zu
der Differenz zwischen den Eingangssignalen. Das Ausgangs
signal vom Differenzialverstärker 263 wird von einem Anschluß
T3 als ein Sensorausgangssignal Vo ausgegeben.
Die Signalverarbeitungsschaltung 26 hat desweiteren einen Re
ferenzspannungs-Erzeugungsschaltkreis 262 für das Erzeugen ei
ner Referenzspannung für den Differenzialverstärker 263. Der
Referenzspannungs-Erzeugungsschaltkreis 262 besteht aus einem
Spannungsteil mit Widerständen R9 und R10 sowie einem Operati
onsverstärker A5, dessen nicht invertierender Eingangsanschluß
eine geteilte Spannung von dem Spannungsteiler empfängt. Der
Differenzialverstärker 263 verstärkt die Differenz zwischen
den Ausgangssignalen (die Hall-Effekt-Spannung VH) von dem
Pufferschaltkreis 261 in Übereinstimmung mit der Referenzspan
nung, welche durch die Referenzspannung-Erzeugungsschaltung 262
erzeugt wird. Kondensatoren C1 und C2 beseitigen Geräusche
(Brummen, Rauschen), Wanderwellen und ähnliches, welche in den
Anschlüssen T1 und T3 erzeugt werden.
Der Betrieb sowie die Temperaturcharakteristik-Kompensations
funktion des Hall-Effekt-Elements-Treiberschaltkreises wird
nachfolgend beschrieben.
In der nunmehr folgenden Beschreibung repräsentieren die Zei
chen VF1 und VF2 die vorwärtsgerichteten Spannungen (Inter
anschlußspannungen) der Dioden D1 und D2, welche in dem Rück
kopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 und dem Ausgangsspannung-Steu
erschaltkreis 24 jeweils enthalten sind. Die Ströme I1 und
I2 durch den Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 und den
Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis 24 werden in den Gleichun
gen (3) und (4) wie folgt ausgedrückt:
Wobei IA ein Offset-Strom des rückgekoppelten Verstärkers 22
(der Operationsverstärker A1) ist, welcher für gewöhnlich in
nerhalb eines Bereichs von einigen zehn Nanoamp. bis mehrere
hundert Nanoamp. liegt. Wenn der Strom I1 auf zehn Nanoamp.
oder mehr eingestellt wird, dann erhält der Strom I2 im we
sentlichen den Wert, gemäß der Gleichung (4)′:
I2 = I1 (4)′
Wenn dies erreicht ist, dann werden Veränderungen des Offset-Stroms
IA oder ähnliches die Temperaturcharakteristik-Kom
pensationsgenauigkeit gemäß nachstehender Beschreibung
nicht verschlechtern.
Falls der Strom I1 größer wird als ein vorbestimmtes Niveau,
dann müssen die Element, wie beispielsweise die Dioden D1 und
D2 welche an den Ausgang des Operationsverstärkers A1 ange
schlossen sind, durch Elemente mit größerer Kapazität ersetzt
werden, was in einem unerwünschten baugroßen Monolithik
IC-Chip resultieren würde, in welchem die Hall-Effekt-Element-Trei
berschaltung und die Signalverarbeitungsschaltung 26 ein
gefügt sind, oder welches es unmöglich machen würde, die
Schaltkreise in einem einzelnen Chip zu integrieren. Aus die
sem Grunde ist der Strom IA optimal innerhalb eines Bereich
von 10 mA-1 mA, wobei der Widerstand R3 einen Widerstands
wert haben muß, der einen solch optimalen Wert für den Strom
IA bereitstellt.
In dem Hall-Effekt-Element-Treiberschaltkreis mit vorstehend
beschriebenem Aufbau, wird die Referenzspannung ausgegeben vom
rückgekoppelten Verstärker 22 ausgedrückt, wie in der Glei
chung (5) gezeigt wird:
Die Bezugsspannung V1, ausgegeben vom Spannungsteiler 21 wird
durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt:
Die Vorwärtsspannungen VF1 und VF2 durch die Dioden D1 und D2
besitzen negative Temperaturkennlinien ausgedrückt in den
Gleichungen (7) und (8):
VF1 = VF1(25)[1 - K1(T-25)] (7)
VF2 = VF2(25)[1 - K2(T-25)] (8)
Wobei VF1(25) und VF2(25) Vorwärtsspannungen bei 25°C sind,
K1 und K2 Temperaturkoeffizienten sind und T die Temperatur
darstellt.
Durch Einsetzen der Gleichungen (6)-(8) in die Gleichung (5)
und nachfolgender Vereinfachung, kann die folgende Gleichung
(9) erhalten werden:
Wenn die Dioden D1 und D2 nahe zueinander in dem Schaltkreis
(IC) angeordnet sind, dann werden die Vorwärtsspannungen
VF1(25) und VF2(25) sowie die Temperaturkoeffizienten K2 und
K2 im wesentlichen gleich und können durch VF(25) und K je
weils ausgedrückt werden. Hierdurch kann die Gleichung (9) wie
folgt geschrieben werden:
Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, wird die Referenz
spannung V2 dem Konstantstrom-Steuerschaltkreis 25 eingegeben,
welcher ein Treiberstrom I (=V2/R5) wie in der Gleichung (2)
an das Halleffektelement 10 anlegt. Das Halleffektelement 10
und die Permanentmagneten 5 besitzen negative Temperaturkenn
linien, wie bereits vorstehend erwähnt wurde. Insbesondere
verringern sich die Empfindlichkeit KH und der innere Wider
stand Rd des Hall-Effekt-Elements 10 sowie die magnetische
Flußdichte B in der vorhergehenden Gleichung (1), wenn die
Temperatur ansteigt. Darüber hinaus ist die Halleffektspannung
VH, die von dem Halleffektelement 10 ausgegeben wird, propor
tional zum Treiberstrom I, wenn sie durch die Gleichung (1)
ausgedrückt wird.
Aus diesem Grunde können die negativen Temperaturcharakteri
stiken bzw. -kennlinien des Hall-Effekt-Elements 10 und des
Permanentmagneten 5 kompensiert werden indem eine positive
Temperaturcharakteristik dem Treiberstrom T oder der Referenz
spannung V2 gegeben wird.
Unter Ausnutzung des Vorteils bezüglich der Tatsache, daß ob
gleich die Dioden D1 und D2 des Rückkopplungsstroms-
Steuerschaltkreises 23 und des Ausgangsspannungs-Steu
erschaltkreises 24 negative Temperaturkennlinien haben,
die Spannungsabfälle über die Dioden D1 und D2 entgegengesetz
te Polaritäten haben, wie in der Gleichung (5) gezeigt wird
(siehe den dritten und vierten Term auf der rechten Seite),
wird die folgende Beziehung zwischen den Widerständen R3 und
R4 festgesetzt:
R3 < R4 (11)
Durch Erreichen dieser Wertebeziehung zwischen den Widerstän
den R3 und R4 wird der Wert von (R4/R3-1) multipliziert mit
VF(25) {1-K(T-25)} in der Gleichung (10) negativ, wobei folg
lich die Temperaturkonstante -K einen positiven Wert annimmt.
Folglich gibt diese Wertebeziehung zwischen den Widerständen
R3 und R4 der Referenzspannung V2 eine positive Temperatur
kennlinie.
Die Fig. 3 zeigt eine Temperaturkennlinien- bzw.
-charakteristik-Kompensation, die durch den Halleffektelement-Trei
berschaltkreis durchgeführt wird. Falls die Empfindlich
keit KH und der innere Widerstand Rd des Hall-Effekt-Elements
10 negative Temperaturkennlinien aufzeigen, wie durch eine
Kennlinie L1 wie in der Fig. 3 gezeigt wird, und falls die
magnetische Flußdichte B der Permanentmagneten 5 ebenfalls ne
gative Temperaturcharakteristiken bzw. -kennlinien aufzeigen,
wie durch eine Kennlinie L2 dargestellt wird, dann zeigt die
Kombination des Hall-Effekt-Elements 10 und der Permanentma
gneten 5 Temperaturcharakteristiken auf, wie sie durch eine
Kennlinie L3 dargestellt wird, d. h., kombinierte Charakteri
stiken aus deren jeweiligen einzelnen Charakteristiken.
Für die negativen Temperaturkennlinien des Hall-Effekt-Ele
ments 10 und der Permanentmagneten 5 gibt der Halleffekte
lement-Treiberschaltkreis der Referenzspannung V2
(Treiberstrom I) positive Temperaturcharakteristiken, wie
durch eine Kennlinie L4 in Fig. 3 dargestellt wird in Über
einstimmung mit der Wertebeziehung zwischen den Widerständen
R3 und R4, welche durch die Gleichung (11) ausgedrückt wird,
dem Verhältnis zwischen den Widerständen R und R4 sowie dem
Verhältnis, welches durch den Term R2/(R1+R2) in der Gleichung
(10) definiert wird.
Als ein Ergebnis hiervon werden die Temperaturcharakteristiken
der Halleffektspannung VH, ausgegeben vom Halleffektelement 10
kompensiert, wie durch die Kennlinie L5 in Fig. 3 gezeigt
wird, so daß die Halleffektspannung VH in konstanter Weise ei
nen richtigen Wert auf zeigt ungeachtet der Änderungen der Um
gebungstemperatur. Der Halleffektelement-Treiberschaltkreis
gibt folglich dem Hall-Effekt-Element-Treiberstrom I positive
Temperaturcharakteristiken durch den Rückkopplungsstrom
steuerschaltkreis 23 und den Ausgangsspannungs-Steuerschalt
kreis 24 der die Dioden D1 und D2 hat, wobei folglich die Tem
peraturcharakteristiken des Hall-Effekt-Elements sowie der
Permanentmagneten in geeigneter Weise kompensiert werden.
Mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion macht es der
Halleffektelement-Treiberschaltkreis möglich, den Tempera
turcharakteristik-Offsetwert (d. h., die Steigung der Kennlinie
L4 in Fig. 3) auf einen vorbestimmten Wert zu setzen in Über
einstimmung mit den Strom- und den Spannungssteuerwerten, wel
che durch den Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 sowie
den Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis 24 erzielt werden oder
in Abhängigkeit von dem Spannungsteilungsverhältnis des Span
nungsteilers 21 (R2/(R1+R2)). Aus diesem Grunde wird es ein
fach, mit den Veränderungen der Temperaturcharakteristiken
bzw. der Temperaturkennlinien des Hall-Effekt-Elements und der
Permanentmagnete fertig zu werden, falls solche Variationen
auftreten. Obgleich der Halleffektelement-Treiberschaltkreis,
der in dem Schaltungsbauteil 20 vorgesehen ist, die Tempera
turcharakteristiken des Hall-Effekt-Elements 10 sowie der Per
manentmagneten kompensiert, verbleibt nach wie vor ein Problem
bezüglich der Temperaturdifferenzen unter dem Schaltungsbau
teil 20, dem Halleffektelement 10 sowie dem Permanentmagneten
5, welche unter solchen Bedingungen auftreten, in denen die
Motorraumtemperatur sich rapide ändert. Solche Temperaturdif
ferenzen kann eine gute Kompensation der Temperaturcharakteri
stiken des Hall-Effekt-Elements 10 sowie der Permanentmagneten
5 verhindert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel, wie es in der Fig. 1 darge
stellt wird, sind die zeitabhängigen Temperaturübertragung
scharakteristiken der Permanentmagneten 5 sowie des Schal
tungsbauteils 20 ähnlich zu jenen des Hall-Effekt-Elements 10
durch die folgenden Konstruktionen gemacht.
Als erstes wird das Verbindungsteil 3a des Rotors 3, welches
thermisch an die Drosselwelle 1 angeschlossen ist, aus einem
Material mit niedriger Wärmekapazität ausgebildet, wie bei
spielsweise ein Kunstharz, wobei die Kerben 3c den Teilbereich
reduzieren, der den Wärmeübertragungsdurchgang durch den Ver
bindungsteil 3a bildet. Folglich wird die Wärmeübertragung von
der Drosselwelle 1 auf den Rotor 3a in geeigneter Weise redu
ziert oder gar blockiert.
Zweitens wird die Schaltungskammer 7 des Sensorgehäuses 6, in
welcher das Schaltungsbauteil 20 angeordnet ist, mit dem Sili
kongel 30 befüllt, um zusätzliche Wärmekapazität zu dem Schal
tungsbauteil 20 mit niedriger Wärmekapazität hinzuzufügen.
Hierdurch unterliegt das Schaltungsbauteil 20 nur einer gerin
gen Temperaturänderung, selbst wenn die Atmosphärentemperatur
sich rapide ändert.
Die Fig. 4a bis 4c zeigen die Temperaturübertragungscharak
teristiken mit Blick auf verschiedene Komponenten und Faktoren
gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Formen, vergleichbar zu
jenen, gemäß der Fig. 11a bis 11c, die die Temperaturüber
tragungscharakteristiken des konventionellen Sensors darstel
len. Die Kompensation der Temperaturcharakteristiken des Sen
sors gemäß dem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend mit Bezug
auf die Fig. 4a bis 4c beschrieben.
Unter der Annahme, daß ein Fahrzeug einen Berg erklimmt, zeit
weilig stoppt und anschließend hinabfährt, so stellt dies ein
beispielhafter Fall dar, in welchem die Motorraumtemperatur
sich rapide ändert. Wenn das Fahrzeug gestoppt wird, nachdem
es den Berg erklommen hat, verbleibt die Motorraumtemperatur
auf einem hohen Niveau, da der Motor nach wie vor heiß ist.
Nachdem das Fahrzeug mit der Bergabfahrt begonnen hat, verrin
gert sich die Motorraumtemperatur schnell, wie in der Fig. 4A
dargestellt wird, da verhältnismäßig kalte Luft in den Motor
raum einströmt, wenn das Fahrzeug bergab fährt. Die Graphen
gemäß der Fig. 4a und der Fig. 11c zeigen die gleiche Fahr
situation. Folglich erfährt der Sensor gemäß diesem Ausfüh
rungsbeispiel, wie es in der Fig. 1 gezeigt wird, eine Wärme
übertragung, welche vom Drosselkörper (nicht gezeigt) in Rich
tung zum Motorraum (Atmosphäre) erfolgt, wie durch die Pfeile
F1 und F2 in der Fig. 8 gezeigt wird. Insbesondere tritt die
Kühlung in der folgenden Reihenfolge auf:
die Motorraumatmosphäre ⇒ das Sensorgehäuse 6 ⇒ (der Deckel 8 ⇒ die Schaltungskammer 7 ⇒ das Silikongel 30) ⇒ das Schal tungsbauteil 20 ⇒ das Sensorgehäuse 6 ⇒ das Halleffektelement 10 ⇒ die Permanentmagneten 5 ⇒ der Rotor 3 (das Joch 3b ⇒ das Verbindungsteil 3a) ⇒ die Drosselwelle 1 ⇒ der Drossel körper (nicht gezeigt).
die Motorraumatmosphäre ⇒ das Sensorgehäuse 6 ⇒ (der Deckel 8 ⇒ die Schaltungskammer 7 ⇒ das Silikongel 30) ⇒ das Schal tungsbauteil 20 ⇒ das Sensorgehäuse 6 ⇒ das Halleffektelement 10 ⇒ die Permanentmagneten 5 ⇒ der Rotor 3 (das Joch 3b ⇒ das Verbindungsteil 3a) ⇒ die Drosselwelle 1 ⇒ der Drossel körper (nicht gezeigt).
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel verzögert jedoch die zweite
Konstruktion die Temperaturänderung in dem Schaltungsbauteil
20, wobei die ersten Konstruktion zu einer Beschleunigung der
Temperaturänderung in dem Permanentmagneten 5 führt. Der Sen
sor gemäß diesem Ausführungsbeispiel nähert folglich die
zeitabhängigen Temperaturübertragungscharakteristiken des
Schaltungsbauteils 20 und der Permanentmagneten 5 an jene des
Hall-Effekt-Elements 10 an, so daß die Temperaturdifferenzen
unter diesen Komponenten klein bleiben werden, selbst wenn die
Motorraumtemperatur sich schnell ändert, wie in der Fig. 4B
gezeigt wird.
Gemäß vorstehender Beschreibung führt das Schaltungsbauteil 20
gemaß dem Ausführungsbeispiel immer eine ausgezeichnete Kom
pensation der Temperaturcharakteristiken der Permanentmagneten
5 und des Hall-Effekt-Elements 10 durch, obgleich die Tempera
turkompensation mit Bezug auf die Temperatur des Schaltungs
bauteils 20 ausgeführt wird. Hierdurch wie der Erfassungsfeh
ler des Sensors sehr klein, wie in Fig. 4C gezeigt wird. Die
Niveaulinie ACR in Fig. 4C zeigt die Präzision, welche für
elektronische Drosseln erforderlich ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erreicht der Drosselventil
öffnungssensor zahlreiche Vorteile, wie nachstehend aufgeli
stet werden:
- (1) Die Temperaturdifferenzen zwischen den Permanent magneten 5 und dem Halleffektelement 10 werden in signifikan ter Weise verringert oder eliminiert, selbst wenn die Umge bungstemperatur sich rapide ändert.
Als ein Ergebnis hiervon führt das Schaltungsbauteil 20 immer
eine gute Kompensation der Temperaturcharakteristiken der Per
manentmagneten 5 sowie des Halleffektelements 10 durch, ob
gleich die Temperaturkompensation mit Bezug auf die Temperatur
des Schaltungsbauteils 20 ausgeführt wird.
- (2) Die gute Temperaturkompensation verringert den Erfassungsfehler des Drosselventilöffnungssensors auf ein Mini mum, d. h., er erfaßt die Drosselventilöffnung mit einer ho hen Präzision unbeeinflußt von Änderungen in der Umgebungstem peratur.
- (3) Die Halleffektelement-Treiberschaltung, der in dem Schaltungsbauteil 20 vorgesehen ist, gibt dem Halleffek telement-Treiberstrom I positive Temperaturcharakteristiken durch den Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis 23 und den Aus gangsspannungs-Steuerschaltkreis 24, der die Dioden D1 und D2 enthält. Folglich ist die Treiberschaltung gemäß dem Aus führungsbeispiel in der Lage, die Temperaturcharakteristiken des Halleffektelements 10 sowie der Permanentmagneten 5 mit einer höheren Präzision zu kompensieren, als der herkömmliche Schaltkreis, wie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 5-157506 offenbart ist, der ein Temperaturkompensa tionselement verwendet, wie beispielsweise ein Heißleiter, dessen Temperaturcharakteristiken dazu neigen, sich um ein großes Maß zu verändern.
- (4) Mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion er laubt der Halleffektelement-Treiberschaltkreis den Temperatur charakteristik-Kompensationswert (die Steigung der Kennlinie L4 in Fig. 3) auf einen gewünschten Wert eingestellt zu werden in Übereinstimmung mit dem Strom und dem Spannungssteuerwerten (Widerstandsverhältnis R4/R3) des Feedbackstrom-Steu erschaltkreises 23 und des Ausgangsspannungs-Steu erschaltkreises 24 oder in Übereinstimmung mit den Span nungsteilungsverhältnis (R2/(R1+R2)) des Spannungsteilers 21. Aus diesem Grunde wird es einfach, mit den Änderungen bezüglich der Temperaturcharakteristiken des Halleffektele ments 10 sowie der Permanentmagneten 5 fertig zu werden, falls überhaupt vorhanden.
- (5) Da der Halleffektelement-Treiberschaltkreis die Temperaturcharakteristiken durch die Dioden D1 und D2 ohne Ver wendung von Thermistoren (Heißleiter) oder ähnliches kompen siert, ist es einfach, den Schaltkreis mit dem Signalverarbei tungsschaltkreis 26 in einen einzelnen Monolithik-IC zu in tegrieren.
- (6) Durch die Integration des Halleffektelements-Trei berschaltkreis in einen einzelnen Chip sind die Dioden D1 und D2 natürlich nahe zueinander in dem IC angeordnet, wodurch die Basis für die Konvertierung in die Gleichung (10) geschaf fen wird, in der die Vorwärtsspannungen VF1 (25) und VF2 (25) durch VF (25) ersetzt werden und die Temperaturkoeffizienten K1 und K2 durch K ersetzt werden. Das heißt, daß es möglich wird, die Gleichung in der Praxis anzuwenden.
- (7) Neben dem Versehen mit den gleichen Charakteris tiken sind die Dioden D1 und D2 im wesentlichen frei von einem Problem bezüglich Produktänderungen, da diese Halbleiterein richtungen durch gut etablierte Verfahren unter einer Hochpräzisionskontrolle hergestellt werden. Aus diesem Grunde kann praktisch jede Fabrikversandte Diode verwendet werden, um einen Halleffektelement-Treiberschaltkreis zu bilden, der die vorstehend genannte Temperaturcharakteristikkompensation mit einer sehr hohen Präzision durchführt solange das Halleffek telement und die Magnete die gewünschte negativen Temperatur charakteristiken haben.
- (8) Die Widerstände gemäß der Fig. 2, welche in dem Schaltungsbauteil 20 angeordnet sind und ein Aluminiumsubstrat oder ähnliches verwenden, können als dicke Filmwiderstände ausgebildet sein, welche einer feinen Justierung ihrer Wider standswerte unterzogen werden können, beispielsweise durch La sertrimming, selbst nachdem das Schaltungsbauteil 20 in der Schaltungskammer 7 montiert ist. Beispielsweise wird ein Ein stellen der Widerstände R1, R2, R3 oder R4 den Temperatur charakteristik-Kompensationswert einstellen, der durch den Halleffektelement-Treiberschaltkreis erzielt wird, wobei die Einstellung der Widerstände R6 und R7 und R8 die Ausgangsver stärkung des Signalverarbeitungsschaltkreises 26 einstellt, wobei die Einstellung der Widerstände R9 oder R10 den Ausgangs offset des Signalverarbeitungsschaltkreises 26 einstellt.
Bei Verwendung eines Drosselventilöffnungssensors gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wurde normalerweise eine Beziehung
zwischen dem Erfassungsfehler und der Dicke (bzw. Quantität)
des Silikongels 30, das in die Schaltungskammer des Sensorge
häuses 6 eingefüllt ist, bestimmt, wie in der Fig. 5
dargestellt wird, wobei die Niveaulinie ACR das Präzisionsver
fordernis der elektronischen Drosseln darstellt. Wie aus dem
Graphen gemäß der Fig. 7 zu ersehen ist, erzielt eine Dicke
des Silikongels 30 von einem Millimeter oder mehr eine gute
Temperaturcharakteristikkompensation mit einer Genauigkeit in
nerhalb des Präzisionserfordernisses der elektronischen
Drossel. Die Fig. 4A bis 4C zeigen die Temperaturbedin
gungskompensation und den Erfassungsfehler des Sensors, bes
timmt unter Bedingungen, wonach die Dicke des Silikongels 30
zwei Millimeter beträgt. Obgleich die erforderliche Dicke des
Silikongels 30 geringfügig variiert in Abhängigkeit von der
Konstruktion der Drossel, an die der Drosselventilöffnungssen
sor angeordnet ist und anderen Bedingungen, sollte eine Silik
ongeldicke von zwei Millimeter oder mehr geeignet sein, um zu
verlässig die Temperaturzustände der verschiedenen Komponen
ten, insbesondere des Schaltungsbauteils 20 zu kompensieren,
unter Miteinbeziehung der Auswirkung bzgl. der Konstruktion
des Rotors 3.
Das Wärmerückhaltebauteil, welches in die Schaltungskammer
eingefüllt ist, ist nicht auf das Silikongel 30 beschränkt,
sondern kann auch aus einem Gießmaterial hergestellt sein, das
nach dessen Einspritzung trocknet.
Wie vorstehend erwähnt wurde ist gemäß dem Ausführungsbeispiel
das Schaltungsbauteil 20 aus einem Substrat wie beispielsweise
ein Aluminiumsubstrat ausgebildet, das die direkte Montage des
Halleffektelements 10 darauf schwierig macht, wobei das Schal
tungsbauteil 20 und das Halleffektelement 10 durch das Gehäuse
6 voneinander getrennt werden, wie in der Fig. 1 gezeigt ist.
Das Design, wonach die Schaltungskammer mit einem Isola
tionsmaterial bzw. Bauteil gefüllt ist, um die Temperatur
zustände des Schaltungsbauteils 20 zu kompensieren, kann auch
bei einer Konstruktion angewendet werden, in welcher das
Schaltungsbauteil 20 und das Halleffektelement 10 angeordnet
werden, wie in der Fig. 8 dargestellt ist. Das heißt, durch
Anwenden eines Silikongels oder eines Gießmaterials an dem
Schaltungsbauteil 20 sowie das Übernehmen der Konfiguration
des Rotors 3 können die vorstehend erwähnten Temperaturbedin
gungs-Kompensationsfunktionen auch in einem Sensor realisiert
werden, wie er in der Fig. 8 gezeigt wird. In einem Fall,
wonach die strukturelle Beziehung zwischen dem Schaltungsbau
teil 20 und dem Halleffektelement 10 gemäß diesem Aus
führungsbeispiel übernommen wird, kann das Halleffektelement
10 und das Gehäuse auf unterschiedliche Weise befestigt wer
den, wie beispielsweise:
- - Ausbilden des Halleffektelements integral mit der Bodenwand des Gehäuses 6,
- - Ankleben des Halleffektelements an die Bodenwand des Ge häuses 6, das separat hiervon ausgeformt ist, und
- - Montieren des Halleffektelements 10 an einen Halter, der an dem Gehäuse 6 ausgebildet ist.
Obgleich das Ausführungsbeispiel sowohl die Konstruktion bzgl.
des Rotors 3 als auch die Konstruktion verwendet, welche sich
auf die gehäuseseitige Schaltungskammer 7 bezieht, kann auf
eine der Konstruktionen bei einer praktischen Anwendung gemäß
der Erfindung verzichtet werden. Mit lediglich einer der Kon
struktionen ist es nach wie vor möglich, die vorstehend
beschriebene Temperaturzustandskompensation in Abhängigkeit
von der Drosselkonstruktion und den Installationsbedingungen
zu kompensieren.
Was die Konstruktion bzgl. des Rotors 3 anbetrifft, ist es
selbst dann, wenn das Verbindungsteil 3a aus einem Material
mit niedriger Wärmekapazität wie beispielsweise Kunstharz ver
wendet wird, möglich, eine signifikant gute Wärmeübertragungs-Ver
hinderungswirkung zu erzielen. Obgleich das Aus
führungsbeispiel die Permanentmagneten 5 als Mittel für das
Erzeugen eines Magnetfeldes für das Halleffektelement 10 ver
wendet, können diese durch Elektromagnete ersetzt werden.
Obgleich das Ausführungsbeispiel das Halleffektelement als
eine magnetoelektrische Einrichtung für das Konvertieren der
Magnetfeldinformation, erzeugt durch die Magneteinrichtungen
n elektrische Signale verwendet, so kann das Halleffektele
ment durch eine Magnetwiderstandseinrichtung oder ähnliches
ersetzt werden.
Obgleich gemäß dem Ausführungsbeispiel der Halleffektelement-Trei
berschaltkreis, der auf dem Schaltungsbauteil 20 vorgese
hen ist, die Vorwärtsspannungen der Dioden D1 oder D2 verwen
det, um die Temperaturcharakteristiken des Halleffektelements
und der Magnete zu kompensieren, so können Einrichtungen an
dersartig als die Dioden verwendet werden für die Temperatur
charakteristik-bzw. Temperaturkennlinienkompensation. Insbe
sondere kann jede Einrichtung verwendet werden, solange sie
eine Spannungsabfalleinrichtung darstellt, welche deren Span
nungsabfall in Abhängigkeit einer Temperatur variiert.
Beispielsweise kann ein Transistor anstelle von Dioden verwen
det werden. In NPN Transistoren variiert der Spannungsabfall
der Basis-Emitterspannung (VBE) in Abhängigkeit von der Tem
peratur, wie in dem Vorwärtsspannungsabfall von Dioden. Fol
glich kann unter Verwendung der Basis-Emitterspannung eines
NPN-Transistors die Temperaturcharakteristiken des Halleffek
telements und der Magnete kompensiert werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung vollständig beschrieben
wurde in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
von diesem mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, sollte
darauf hingewiesen werden, daß zahlreiche Änderungen und Modi
fikationen für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich werden
können. Solche Änderungen und Modifikationen fallen jedoch un
ter den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die
nachfolgenden Ansprüche definiert wird.
Ein Sensor hat einen Rotor 3, der an einer Drosselwelle 1 mon
tiert ist, Permanentmagneten 5, die an einem Ende des Rotors 3
montiert sind und zusammen mit dem Rotor 3 und der Drosselwel
le 1 drehbar sind, ein Hall-Effekt-Element 10, das auf einer
Drehachse der Magnete 5 fixiert ist für das Ausgeben eines
elektrischen Signals VH entsprechend der Richtung des Magnet
felds, sowie ein Schaltungsbauteil 20 für das Kompensieren der
Temperaturcharakteristiken der Magnete 5 und des Hall-Effekt-Ele
ments 10 sowie für das Betreiben des Hall-Effekt-Elements
10 und das Verarbeiten des Ausgangssignals VH des Hall-Effekt-Ele
ments 10. Eine Schaltungskammer 7 für den Sensor ist mit
Silikongel 30 gefüllt, um Wärmekapazität zur Wärmekapazität
des Schaltungsbauteils 20 zu addieren. Ein Kunstharzbauteil 3a
mit Einkerbungen 3c um eine Peripherie von diesem, ist in ei
nem Verbindungsabschnitt 3a des Rotors 3 angeordnet, in wel
chem der Rotor 3 an der Drosselwelle 1 befestigt ist, um einen
Wärmeübergang von der Welle 1 auf die Magnete 5 zu blockieren.
Folglich werden die Temperaturzustände des Schaltungsbauteils
20, der Magnete 5 und des Hall-Effekt-Elements 10 im wesentli
chen vergleichmäßigt um eine hohe Präzision bei der Erfassung
der Drosselventilöffnung ungeachtet externer Temperaturände
rungen zu erzielen.
Claims (12)
1. Ein Drosselventilöffnungssensor mit
einem Rotor (3), der an einer Drosselwelle (1) montiert ist sowie ein Drosselventil trägt, so daß der Rotor (3) im An sprechen auf ein Umdrehen der Drosselwelle (1) umdreht,
einem Magneten (5), der an dem Rotor (3) montiert ist und zusammen mit dem Rotor (3) drehbar ist, wobei der Magnet (5) im allgemeinen in senkrechter Richtung zu einer Drehachse des Rotors (3) magnetisiert ist,
einem magnetoelektrischen Element (10), das an einem Ge häuse (6) fixiert ist und in einem Hohlraum positionierbar ist, der durch den Magneten (5) ausgebildet wird, wobei das magnetoelektrische Element (10) vorgesehen ist, für das Ausge ben eines elektrischen Signals (VH) in Abhängigkeit der Rich tung eines Magnetfelds des Magneten (5),
einem Schaltungsbauteil (20), in einer Schaltungskammer (7), die in dem Gehäuse (6) ausgebildet ist, für das Kompen sieren von Temperaturcharakteristiken des Magneten (5) und Temperaturcharakteristiken des magnetoelektrischen Elements (10) und für das Verarbeiten des elektrischen Signals (VH) vom elektromagnetischen Element (10) in einer erforderlichen Weise und
einer Temperaturübertragungs-Kompensationseinrichtung (3a, 30) für das im wesentlichen Vergleichmäßigen von zeitabhängi gen Temperaturübertragungscharakteristiken des Magneten (5), des magnetoelektrischen Elements (10) und des Schaltungsbau teils (20).
einem Rotor (3), der an einer Drosselwelle (1) montiert ist sowie ein Drosselventil trägt, so daß der Rotor (3) im An sprechen auf ein Umdrehen der Drosselwelle (1) umdreht,
einem Magneten (5), der an dem Rotor (3) montiert ist und zusammen mit dem Rotor (3) drehbar ist, wobei der Magnet (5) im allgemeinen in senkrechter Richtung zu einer Drehachse des Rotors (3) magnetisiert ist,
einem magnetoelektrischen Element (10), das an einem Ge häuse (6) fixiert ist und in einem Hohlraum positionierbar ist, der durch den Magneten (5) ausgebildet wird, wobei das magnetoelektrische Element (10) vorgesehen ist, für das Ausge ben eines elektrischen Signals (VH) in Abhängigkeit der Rich tung eines Magnetfelds des Magneten (5),
einem Schaltungsbauteil (20), in einer Schaltungskammer (7), die in dem Gehäuse (6) ausgebildet ist, für das Kompen sieren von Temperaturcharakteristiken des Magneten (5) und Temperaturcharakteristiken des magnetoelektrischen Elements (10) und für das Verarbeiten des elektrischen Signals (VH) vom elektromagnetischen Element (10) in einer erforderlichen Weise und
einer Temperaturübertragungs-Kompensationseinrichtung (3a, 30) für das im wesentlichen Vergleichmäßigen von zeitabhängi gen Temperaturübertragungscharakteristiken des Magneten (5), des magnetoelektrischen Elements (10) und des Schaltungsbau teils (20).
2. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperaturübergangs-Kompensationseinrichtung (3a, 30) ein
Wärmerückhaltebauteil (30) hat, das zumindest teilweise in der
Schaltungskammer (7) eingefüllt ist.
3. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperaturübergangs-Kompensationseinrichtung (3a, 30) ein
Wärmeisolationsbauteil (3a) in einer Verbindung zwischen dem
Rotor (3) und der Drosselwelle (1) hat.
4. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperaturübergangs-Kompensationseinrichtung (3a, 30) fol
gende Elemente hat:
ein Wärmerückhaltebauteil (30), das zumindest in der Schaltungskammer (7) eingefüllt ist und
ein Wärmeisolationsbauteil (3a) in einer Verbindungsstelle zwischen dem Rotor (3) und der Drosselwelle (1).
ein Wärmerückhaltebauteil (30), das zumindest in der Schaltungskammer (7) eingefüllt ist und
ein Wärmeisolationsbauteil (3a) in einer Verbindungsstelle zwischen dem Rotor (3) und der Drosselwelle (1).
5. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach einem der
Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Wärmerückhaltebauteil (30) aus einem der nachfolgenden Ma
terialien nämlich einem Gelmaterial oder einem Gießmaterial
gefertigt ist.
6. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das eine Material aus dem Gelmaterial oder einem Gießmaterial
eine Schicht auf einer Oberfläche des Schaltungsbauteils (20)
bildet, wobei diese Schicht zumindest einen Millimeter dick
ist.
7. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 3
oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Wärmeisolationsbauteil (3a) ein Kunstharzbauteil (3a) ist,
welches einen Jochabschnitt (3b) des Rotors (3), auf welchem
der Magnet (5) montiert ist, mit einem Verbindungsabschnitt
(2) der Drosselwelle (1) verbindet.
8. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kunstharzbauteil (3a) Einkerbungen bzw. Spalte (3c) an
einer peripheren Oberfläche von diesem hat, um einen Quer
schnittsbereich des Kunstharzbauteils (3a) zu verringern.
9. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das magnetoelektrische Element (10) ein Halleffektelement ist,
das Schaltungsbauteil (20) folgende Elemente hat:
einen rückgekoppelten Verstärker (22) für das Ausführen einer Rückkopplungsverstärkung einer Referenzspannung (V1),
einen Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis (23), der an eine Rückkopplungsleitung des Rückkopplungsverstärkers (22) angeschlossen ist und ein Spannungsabfallelement (D1) hat, dessen Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Temperatur var iiert, wobei der Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis (23) den Strom steuert, der durch die Rückkopplungsleitung strömt und
einen Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis (24), der an eine Rückkopplungsleitung des Rückkopplungsverstärkers (22) angeschlossen ist und ein Spannungsabfallelement (D2) hat, dessen Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Temperatur var iiert, wobei der Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis (24) ein Spannungsausgangssignal (V2) von dem Rückkopplungsverstärker (22) steuert und
das Halleffektelement (10), das mit einem Treibersignal basierend auf einem Ausgangssignal (V2) von dem Rückkop plungsverstärker (22) beaufschlagt wird, dessen Ausgangsspan nungssignal (V2) durch den Rückkopplungsstrom-Steu erschaltkreis (23) und den Ausgangsspannungs-Steu erschaltkreis (24) gesteuert wird.
das Schaltungsbauteil (20) folgende Elemente hat:
einen rückgekoppelten Verstärker (22) für das Ausführen einer Rückkopplungsverstärkung einer Referenzspannung (V1),
einen Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis (23), der an eine Rückkopplungsleitung des Rückkopplungsverstärkers (22) angeschlossen ist und ein Spannungsabfallelement (D1) hat, dessen Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Temperatur var iiert, wobei der Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis (23) den Strom steuert, der durch die Rückkopplungsleitung strömt und
einen Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis (24), der an eine Rückkopplungsleitung des Rückkopplungsverstärkers (22) angeschlossen ist und ein Spannungsabfallelement (D2) hat, dessen Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Temperatur var iiert, wobei der Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis (24) ein Spannungsausgangssignal (V2) von dem Rückkopplungsverstärker (22) steuert und
das Halleffektelement (10), das mit einem Treibersignal basierend auf einem Ausgangssignal (V2) von dem Rückkop plungsverstärker (22) beaufschlagt wird, dessen Ausgangsspan nungssignal (V2) durch den Rückkopplungsstrom-Steu erschaltkreis (23) und den Ausgangsspannungs-Steu erschaltkreis (24) gesteuert wird.
10. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rückkopplungsstrom-Steuerschaltkreis (23) eine erste
Diode (D1) und einen ersten Widerstand (R3) hat, die in Serie
geschaltet sind, wobei der Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis
(24) eine zweite Diode (D2) sowie einen zweiten Widerstand
(R4) hat, die in Serie geschaltet sind und wobei das Aus
gangssignal (V2) vom Rückkopplungsverstärker (A1) auf eine
positive Temperaturkennlinie eingestellt ist, bei der der Wid
erstandswert des ersten Widerstands (R3) größer ist als der
Widerstandswert des zweiten Widerstands (R4).
11. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach Anspruch
10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Widerstandswert des ersten Widerstands (R3) des Rückkopp
lungsstrom-Steuerschaltkreises (23) derart eingestellt ist,
daß der Strom, welcher durch die Rückkopplungsleitung des
rückgekoppelten Verstärkers (22) fließt, im wesentlichen in
nerhalb eines Bereichs von 10 mA bis 1 mA geregelt wird.
12. Ein Drosselventil-Öffnungssensor nach einem der
Ansprüche 9, 10 und 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Schaltungsbauteil (20) einen Konstant-Strom-Steu
erschaltkreis (25) hat, der folgende Elemente aufweist:
einen Widerstand (R5), der in Serie mit dem Hall-Effekt Element (10) geschaltet ist und
einen Operationsverstärker (A2) für das Vergleichen des Spannungsabfalls quer zum Widerstand (R5) mit dem Ausgangs signal (V2) von dem rückgekoppelten Verstärker (A1) und für das Regeln einer Spannung, die an das Hall-Effekt-Element (10) angelegt wird, so daß der Spannungsabfall quer zum Widerstand (R5) konstant wird, wobei der Konstantstrom-Steuerschaltkreis (25) das Treibersignal an das Hall-Effekt-Element (10) anlegt.
einen Widerstand (R5), der in Serie mit dem Hall-Effekt Element (10) geschaltet ist und
einen Operationsverstärker (A2) für das Vergleichen des Spannungsabfalls quer zum Widerstand (R5) mit dem Ausgangs signal (V2) von dem rückgekoppelten Verstärker (A1) und für das Regeln einer Spannung, die an das Hall-Effekt-Element (10) angelegt wird, so daß der Spannungsabfall quer zum Widerstand (R5) konstant wird, wobei der Konstantstrom-Steuerschaltkreis (25) das Treibersignal an das Hall-Effekt-Element (10) anlegt.
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