DE3826408A1

DE3826408A1 - Drosselklappen-winkelsensor in verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE3826408A1
Application number: DE3826408A
Authority: DE
Inventors: Masanori Kubota; Sadayasu Ueno; Kanemasa Sato; Kiyoshi Miura
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1987-08-03
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1989-02-16
Also published as: DE3826408C2; KR890004062A; GB2208549B; GB2208549A; GB8818175D0; US4893502A

Description

Die Erfindung betrifft einen Drosselklappen-Winkelsensor, der den Winkel einer Drosselklappe in einem Verbrennungs motor mißt und den Meßwert als elektrisches Signal abgibt.

In der Anmeldung JP-Y2-61-40 931, die am 12. Dezember 1980 als Japanische Gebrauchsmusteranmeldung eingereicht und am 21. November 1986 offengelegt wurde, wird ein Drosselklap pen-Winkelsensor offenbart, der ein an einem Ende der Welle einer Drosselklappe befestigtes Potentiometer besitzt. In dem offenbarten Drosselklappen-Winkelsensor wird in Abhän gigkeit der Drehung der Drosselklappe eine Schiebeklemme oder ein Schleifkontakt verschoben und dadurch der Wider standswert des Potentiometers geändert. Daher ist der Dros selklappen-Winkelsensor mechanischen Beschädigungen ausge setzt, wenn die Drosselklappenwelle und das Potentiometer nicht mit hoher Genauigkeit eingebaut sind. Ferner besteht bei diesem Drosselklappen-Winkelsensor das Problem des Ver schleisses und des schlechten Kontaktes am Schleifkontakt.

In der Anmeldung JP-A-56-1 07 119, die am 30. Januar 1980 als Japanische Patentanmeldung eingereicht und am 25. August 1981 offengelegt wurde, ist ein kontaktloser Drosselklap pen-Winkelsensor offenbart, der das Problem des oben be schriebenen, einen Kontakt benötigenden Drosselklappen- Winkelsensors löst. Kontaktlose Drosselklappen-Winkelsenso ren, in denen für die Winkelerkennung ein Hall-Effekt-Ele ment Verwendung findet, sind ebenfalls offenbart, z.B. in der am 3. Juni 1982 als Japanische Patentanmeldung einge reichten und am 9. Dezember 1983 offengelegten Anmeldung JP- A-58-2 11 603 und in der am 28. Dezember 1983 als Japanische Patentanmeldung eingereichten und am 25. Juli 1985 offenge legten Anmeldung JP-A-60-1 40 103.

Sowohl die einen Kontakt benötigenden als auch die kontakt losen Drosselklappen-Winkelsensoren des Standes der Technik bedürfen erstens einer hohen Genauigkeit, die die Abänderung der Ausgabe in bezug auf die Änderung des Drehwinkels der Drosselklappe minimiert und zweitens sowohl eines minimalen Anpassungsaufwandes der Eingabe-Ausgabe-Charakteristik wäh rend des Herstellungsprozesses als auch möglichst weniger für die Herstellung erforderlicher Mannstunden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen kontaktlosen Drosselklappen-Winkelsensor zu schaffen, der ohne Ver schleißprobleme und ohne das Problem schlechten Kontaktes betrieben werden kann, in dem eine Anpassung der Eingabe- Ausgabe-Charakteristik mit hoher Genauigkeit leicht erreicht werden kann und für dessen Herstellung wenige Mannstunden erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Drosselklappen-Winkelsensor für Verbrennungsmotoren mit einem an einem Ende der Drosselklappenwelle angebrachten Permanentmagneten, der einen parallelen magnetischen Fluß erzeugt, dessen Richtung in Abhängigkeit von der Drehung der Drosselklappenwelle gedreht wird, mit einem die Drossel klappe aufnehmenden Drosselklappengehäuse, mit einem eintei lig mit dem Drosselklappengehäuse ausgebildeten, den Per manentmagneten frei drehbar aufnehmenden Hohlraum, der mit einer Bohrung in Verbindung steht, durch die sich die Dros selklappenwelle erstreckt, mit einem in dem Hohlraum im wesentlichen parallel zu der Hauptrichtung des außen verlau fenden magnetischen Flusses des Permanentmagneten und in einem Abstand von dem Permanentmagneten eingebauten magne tisch empfindlichen Element, mittels dessen die Änderung der magnetischen Flußdichte als Folge der Drehung des Perma nentmagneten gemessen wird, und mit einem die Ausgabe des magnetisch empfindlichen Elementes aufnehmenden und verstärken den elektrischen Stromkreis, mittels dessen die gemessene Ände rung der magnetischen Flußdichte in eine entsprechende Änderung eines elektrischen Signales umgewandelt wird.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Aufgabe gelöst durch einen Drosselklappen-Winkelsensor für Verbrennungsmotoren mit einem an einem Ende der Drossel klappenwelle angebrachten Permanentmagneten, der ein Magnet feld erzeugt, dessen Lage in Abhängigkeit von der Drehung der Drosselklappenwelle geändert wird, mit einem die Drosselklappe aufnehmenden Drosselklappengehäuse, mit einem einteilig mit dem Drosselklappengehäuse ausgebildeten, den Permanentmagneten frei drehbar aufnehmenden Hohlraum, der mit einer Bohrung in Verbindung steht, durch die sich die Drosselklappenwelle erstreckt, mit einem in dem Hohlraum in einem Abstand von dem Permanentmagneten eingebauten, das Magnetfeld des Permanentmagneten schneidenden magnetisch empfindlichen Element, mittels dessen die Änderung der Stärke des Magnetfeldes als Folge der Drehung des Permanent magneten gemessen wird, und mit einem die Ausgabe des magne tisch empfindlichen Elementes aufnehmenden und verstärkenden elektrischen Stromkreis, mittels dessen die gemessene Änderung der Stärke des Magnetfeldes in eine entsprechende Änderung eines elektrischen Signales umgewandelt wird.

Ein Drosselklappen-Winkelsensor mit einer wie oben beschrie benen Struktur enthält keinen Schleifkontakt und ist von dem dem Stand der Technik eigenen Problem des schlechten Kon taktes und des Kontaktverschleißes befreit. Da weiterhin das magnetisch empfindliche Element und der Permanentmagnet in einem einteilig mit dem Drosselklappengehäuse ausgebildeten Hohlraum aufgenommen werden, wird ein getrenntes Aufnahmege häuse unnötig, wodurch die Struktur vereinfacht und die Anzahl der für die Herstellung erforderlichen Mannstunden gesenkt werden. Da außerdem die Eingabe-Ausgabe-Charakteristik des Sensors elektrisch eingestellt wird, kann die Charakte ristik leicht mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Schließlich erleichtert die Ausstattung mit einem elektrischen Stromkreis den Temperaturausgleich der Ausgabe des magne tisch empfindlichen Elementes.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines Drosselklappen-Winkel sensors gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Querschnitte entlang der Linie II-II′ von Fig. 1;

Fig. 4 die schematische Struktur des in Fig. 1 ge zeigten magnetisch empfindlichen Elementes;

Fig. 5 ein äquivalentes Schaltbild von Fig. 4;

Fig. 6 einen Graphen, der die Änderung der Ausgabe charakteristik des magnetisch empfindlichen Elementes in Bezug auf die Richtung des Ma gnetfeldes des in Fig. 1 gezeigten Permanent magneten zeigt;

Fig. 7 das Schaltbild eines elektrischen Strom kreises für die Umwandlung der Ausgabe des in Fig. 4 gezeigten magnetisch empfindlichen Elementes in ein dem Drosselklappenwinkel entsprechendes elektrisches Signal;

Fig. 8 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des elektrischen Stromkreises, in dem vier Magnetowiderstandselemente zu einer vollstän digen Brückenschaltung verbunden sind;

Fig. 9 die in Fig. 8 gezeigte vollständige Brücken schaltung der Magnetowiderstandselemente im einzelnen;

Fig. 10 die Teilstruktur einer zweiten Ausführungs form des Drosselklappen-Winkelsensors, in dem ein Hall-Effekt-Element als magnetisch empfindliches Element zur Anwendung kommt;

Fig. 11A bis 11D verschiedene Kennlinien des Hall-Effekt- Elementes;

Fig. 11E einen vierpoligen Hall-IC;

Fig. 12 die Temperaturkennlinien eines Hall-IC, eines Permanentmagneten und der Kombination von beiden;

Fig. 13 die allgemeine Struktur der zweiten Aus führungsform des Drosselklappen-Winkelsensors, bei dem ein Hall-Effekt-Element als magne tisch empfindliches Element zur Anwendung kommt;

Fig. 14 das Schaltbild eines elektrischen Strom kreises, das bevorzugt in dem das Hall- Effekt-Element als magnetisch empfindliches Element verwendenden Drosselklappen-Winkel sensor zur Anwendung kommt;

Fig. 15A bis 15C ein für die Berechnung des Temperatukoeffi zienten verwendetes Flußdiagramm;

Fig. 16 einen die Temperaturausgleichskomponente erläuternden Graphen;

Fig. 17 ein für die Berechnung des Temperaturkoeffi zienten verwendetes Flußdiagramm, wenn die Drosselklappe in der vollständig geöffneten Position ist;

Fig. 18 ein Flußdiagramm, das verwendet wird, wenn Tabelle 1 gewählt wird; und

Fig. 19 die Grundlage für die Berechnung des Tempera turkoeffizienten, wenn der Öffnungswinkel der Drosselklappe relativ klein ist.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt, der die Struktur einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselklappen-Winkelsensors erläutert.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Welle 3 einer Drosselklappe 2 in einem Verbrennungsmotor mittels Lager 5 drehbar in einem Drosselklappengehäuse 1 gelagert. Die Drosselklappe 2 ist durch Klemmschrauben 4 an der Drosselklappenwelle 3 befe stigt. An einem Ende der Drosselklappenwelle 3 ist ein Permanentmagnet 6 angebracht. In Fig. 2, die einen Quer schnitt entlang der Linie II-II′ der Fig. 1 darstellt und in der nur das Drosselklappengehäuse 1 und der Permanent magnet 6 eingezeichnet sind, wird gezeigt, daß zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S des Permanentmagneten 6 ein paralleles Magnetfeld 7 erzeugt wird. Das Drosselklappenge häuse 1 ist mit einem Gehäuse 8 versehen, das den Permanent magneten 6 und ein magnetisch empfindliches Element 12 auf nimmt. Dieses Gehäuse 8 wird vorzugsweise im Druckgußver fahren einteilig mit dem Drosselklappengehäuse 1 ausgebildet. Durch die Seitenwände des Drosselklappengehäuses 1 erstreckt sich eine Bohrung, durch die eine Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum des Gehäuses 8 und der Drosselklappenkammer ermöglicht wird; in diese Bohrung wird die Drosselklappen welle 3 eingeführt. Die obere Wand des Gehäuses 8 wird von einem Loch 9 durchdrungen, in dem eine elektrische Steckver bindung 10 angebracht ist. Fig. 3 stellt einen dem der Fig. 2 ählichen Schnitt dar, um aufzuzeigen, daß die elektrische Steckverbindung 10 in dem Loch 9 durch Klemmschrauben 11 befestigt ist. Das Ende der Drosselklappenwelle 3, das dem Ende mit dem Permanentmagneten 6 gegenüberliegt, ist mit einem (nicht gezeigten) mechanischen Drosselklappen- Betätigungselement wie etwa einem Drosselklappenzug oder -gestänge oder mit einem (nicht gezeigten) elektromecha nischen Betätigungselement gekoppelt. Das magnetisch empfindliche Element 12 ist, beispielsweise mit einem Kle ber, an der elektrischen Steckverbindung 10 befestigt und dem Permanentmagneten 6 gegenüber in einem kleinen Abstand von ihm angeordnet. Der Abstand zwischen dem magnetisch empfindlichen Element 12 und dem Permanentmagneten 6 ist hinreichend klein gewählt, um die Erkennung einer Richtungs änderung des Magnetfeldes zu gewährleisten, sie wird aber nicht zu klein gewählt, um einen durch Schwingungen hervor gerufenen mechanischen Kontakt zu vermeiden. Wenn als magne tisch empfindliches Element 12 ein Magnetowiderstandselement gewählt wird, so wird der Abstand zwischen dem Magnetowider standselement und dem Permanentmagneten 6 so klein wie mög lich gewählt, damit in dem Magnetowiderstandselement durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 6 eine ausreichende Sättigungsmagnetisierung gewährleistet ist.

Das magnetisch empfindliche Element 12, das in der erläuter ten Ausführungsform Verwendung findet, ist ein Magnetowider standselement mit ebener Oberflächenstruktur, so daß sich sein Widerstandswert in Abhängigkeit von der Richtung des angelegten Magnetfeldes ändert. Außerdem sind der Permanent magnet 6 und das magnetisch empfindliche Element 12 in einer solchen Beziehung einander gegenüberstehend angeordnet, daß die Oberfläche des eine ebene Oberflächenstruktur aufweisen den magnetisch empfindlichen Elementes im wesentlichen par allel zu dem vom Permanentmagneten 6 erzeugten parallelen Magnetfeld 7 ist. Wenn sich daher die Welle 3 der Drossel klappe 2 dreht und dadurch den Permanentmagneten 6 dreht, so ändert sich die Richtung des an dem magnetisch empfindlichen Element 12 angelegten parallelen Magnetfeldes 7. Die Öffnung in dem Gehäuse 8 wird durch einen Deckel 13 verschlossen, um das Eindringen von Magnetpulver, Staub oder ähnlichem von außen zu verhindern. Der Deckel 13 ist an dem Gehäuse 8 durch Klemmschrauben 14 befestigt.

Das magnetisch empfindliche Element 12 ist vorzugsweise ein Magnetowiderstandselement aus einem ferromagnetischen Mate rial, so daß sich sein Widerstandswert in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen der Richtung des angelegten Magnetfeldes und der Richtung des durch das Element 12 fließenden Stromes anisotropisch ändert. In der erläuterten Ausführungsform wird auf einem Substrat in einem vorbestimmten Muster eine dünne Schicht einer ferromagnetischen Legierung, wie etwa eine Ni-Co-Legierung oder eine Ni-Fe-Legierung ("Permalloy") aufgedampft, um auf dem Substrat zwei Elemente zu bilden; diese zwei Elemente werden miteinander verbunden, um eine dreipolige Struktur zu schaffen, so daß von den zwei Elemen ten eine differentielle Ausgabe gewonnen werden kann. Für ein solches magnetisch empfindliches Element 12 ist bei spielsweise ein von der Sony Corporation hergestelltes und unter dem Handelsnamen SDME verkauftes Element verwendbar.

Fig. 4 zeigt die schematische Struktur des magnetisch empfindlichen Elementes 12, Fig. 5 ist ein äquivalentes Schaltbild von Fig. 4 und Fig. 6 zeigt die Wellenform der Ausgabe des magnetisch empfindlichen Elementes 12. Fig. 4 zeigt zum einen, daß ein erstes magnetisch empfindliches Element R _A und ein zweites magnetisch empfindliches Element R _B, welche senkrecht zueinander angeordnet sind, über einen Mittelpunkt b in Reihe geschaltet sind, und zum anderen, daß an die Anschlußklemmen (eine Spannungsklemme und eine Erd klemme) a und c des ersten bzw. des zweiten magnetisch empfindlichen Elementes R _A bzw. R _B die Spannung Vc einer Spannungsquelle angelegt wird. Daher ist das magnetisch empfindliche Element 12 ein dreipoliges Element mit den Polen a, b und c. Wenn an das erste bzw. das zweite magne tisch empfindliche Element R _A bzw. R _B das Magnetfeld 7 des Permanentmagneten 6 angelegt wird, so liegt am Punkt b die durch die folgende Gleichung (1) gegebene Ausgangsspannung Vo:

Die Widerstände R _A und R _B von Gleichung (1) sind gegeben durch

R _A = Rx sin²R + Ry cos²R (2)

und

R _B = Rx cos²R + Ry sin²R, (3)

wobei R den Winkel zwischen der Richtung des Stromes I in jedem magnetisch empfindlichen Element und der Richtung des Magnetfeldes 7 darstellt, wobei Rx den Widerstand eines jeden Elementes darstellt, wenn die Richtung des Stromflus ses senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes 7 ist, und wobei Ry den Widerstand eines jeden Elementes darstellt, wenn die Richtung des Stromflusses parallel zur Richtung des Magnet feldes 7 ist.

Wenn die Gleichungen (2) und (3) zur Vereinfachung der Gleichung (1) in die Gleichung (1) eingesetzt werden, so ergibt sich die folgende Gleichung (4):

Die Gleichung (4) kann weiterhin zu der folgenden Gleichung (5) vereinfacht werden:

Vo = A - B cos 2R · Vc. (5)

In der Gleichung (5) ist der erste Koeffizient A = Vc/2 eine von der Spannung Vc der Spannungsquelle abhängige Konstante. Der zweite Koeffizient B = (Ry-Rx)/2 (Rx+Ry) ist eben falls eine Konstante, die vom Material der Elemente R _A und R _B abhängt. In den Gleichungen (4) und (5) steht die Aus gangsspannung Vo mit dem Winkel R zwischen der Richtung des durch die Elemente fließenden Stromes und der Richtung des Magnetfeldes 7 in Beziehung, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Wenn der Winkel R im Bereich zwischen 0° und 90° liegt, dann zeigt die Ausgangsspannung Vo des magnetisch empfindlichen Elementes 12 ein 1:1-Verhältnis in bezug auf die Richtung des Magnetfeldes 7, also in bezug auf den Drehwinkel der Drosselklappe 2. Der Drosselklappen-Winkelsensor arbeitet vorzugsweise in einem Bereich zwischen R = 45° und R = 90° von Fig. 6. Das magnetisch empfindliche Element 12 ist daher so angebracht, daß die Drosselklappe 2 bei R = 45° in ihrer vollständig geschlossenen Position ist. Dies deswegen, weil in einem Verbrennungsmotor die Erkennung des Drosselklappen winkels mit höherer Genauigkeit in einem Bereich zwischen vollständig geschlossener Position und einem relativ kleinen Öffnungswinkel der Drosselklappe 2 erforderlich ist als in einem Bereich, wo der Öffnungswinkel der Drosselklappe 2 groß ist. Der in Fig. 1 gezeigte elektrische Stromkreis 15 ist ein integrierter Hybridschaltkreis, der die Funktion hat, die Spannung Vc der Spannungsquelle an das magnetisch empfindliche Element 12 zu übertragen, die Ausgangsspannung Vo des magnetisch empfindlichen Elementes 12 zu verstärken und eine Richtungsänderung des Magnetfeldes 7 in eine ent sprechende Änderung eines elektrischen Signales umzuwandeln.

Fig. 7 ist das Schaltbild des elektrischen Stromkreises 15, der ein solcher integrierter Hybridschaltkreis ist. In Fig. 7 ist der integrierte elektrische Schaltkreis in die durchgezogenen Linien 15 eingeschlossen. An die Eingangs klemme 1 des elektrischen Stromkreises 15 wird eine Batte riespannung V _B angelegt. Ein Konstantspannungsstromkreis 16 regelt die Batteriespannung V _B, indem er die Batteriespan nung V _B auf das bestimmte konstante Spannungsniveau Vc bringt. Diese geregelte Spannung Vc des Konstantspannungs stromkreises 16 wird über die Klemmen a und c des magnetisch empfindlichen Elementes 12 an das magnetisch empfindliche Element 12 angelegt. Die an der Klemme b zwischen den das magnetisch empfindliche Element 12 bildenden Reihenschal tungselementen R _A und R _B liegende Ausgangsspannung Vo wird an die Eingangsklemme eines Verstärkers 17 angelegt. Ein variabler Widerstand R _Z ist so mit der Eingangsklemme des Verstärkers 17 verbunden, daß bei geeigneter Änderung des Widerstandswertes des variablen Widerstandes R _Z das Null- Niveau des Ausgangs des Verstärkers 17 eingestellt werden kann. Ein weiterer variabler Widerstand R _S für die Einstel lung der Rückkopplungskonstante ist so mit der Ausgangsklem me des Verstärkers 17 verbunden, daß durch geeignete Ände rung des Widerstandswertes des variablen Widerstandes R _S der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 17 eingestellt werden kann. Diese variablen Widerstände R _Z und R _S sind dafür vorgesehen, die Eingangs-Ausgangs-Charakteristik des magne tisch empfindlichen Elementes 12 einzustellen und eine ge eignete Beziehung zwischen der Richtung des Magnetfeldes 7 und der elektrischen Ausgabe des magnetisch empfindlichen Elementes 12 herzustellen. Die Ausgangsspannung des Verstär kers 17 wird an einen aus einem weiteren Verstärker 19 und aus einem Thermistor 18 zusammengesetzten nachfolgenden Temperaturausgleichsschaltkreis angelegt; durch diesen Tem peraturausgleichsschaltkreis wird jede auf die Änderung der Umgebungstemperatur zurückzuführende Änderung der Ausgangs spannung ausgeglichen. Die eine Richtungsänderung des Ma gnetfeldes 7 darstellende resultierende elektrische Ausgabe V _W, also die dem gemessenen Drosselklappenwinkel entspre chende Ausgabe liegt an einer mit einem äußeren Schaltkreis verbundenen Ausgangsklemme 9. Das bedeutet, daß die Aus gabe V _W über die Steckverbindung 10 an eine (nicht gezeigte) Steuereinheit angelegt wird.

Nachdem die Steckverbindung 10 zusammen mit dem als magne tisch empfindliches Element wirkenden Magnetowiderstandsele ment 12 in das Loch 9 des Gehäuses 8 eingebracht und in seiner Lage befestigt worden ist, wird die Drosselklappe 2 vollständig geschlossen und der variable Widerstand R _Z in diesem Zustand so lange eingestellt, bis die elektrische Ausgabe V _W auf Null-Niveau ist. Dann wird die Drosselklappe 2 vollständig geöffnet und der variable Widerstand R _S in diesem Zustand so lange eingestellt, bis die elektrische Ausgabe V _W ein vorbestimmtes Spannungsniveau annimmt.

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 7 gezeigten elek trischen Stromkreises 15. In Fig. 8 sind vier magnetisch empfindliche Elemente zu einer vollständigen Brückenschal tung miteinander verbunden und bilden ein magnetisch empfindliches Element 12′; die Widerstandsänderung in der Brücke wird festgestellt, um die Richtungsänderung des Ma gnetfeldes 7 zu erkennen. Fig. 9 zeigt im einzelnen die Schaltung der Magnetowiderstandselemente R _A, R _B, R _A′ und R _B′ zu einer Brückenschaltung. Das magnetisch empfindliche Ele ment 12′ liefert seine Ausgabe Vo an eine invertierte Ein gangsklemme und an eine nicht-invertierte Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 17′. Wie im Fall des in Fig. 7 gezeigten Stromkreises werden die variablen Widerstände R _Z und R _S eingestellt, um das Null-Niveau und das maximale Niveau des Ausgangs des Verstärkers 17′ einzustellen.

Nun wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrie ben, bei der als ein Teil des Drosselklappen-Winkelsensors ein Hall-Effekt-Element Verwendung findet.

Fig. 10 zeigt schematisch die Struktur eines solchen ein Hall-Effekt-Element enthaltenden Drosselklappen-Winkelsen sors,wobei in Fig. 10 gleiche Bezugsziffern für die Teile verwendet werden, die auch in Fig. 1 auftreten.

In Fig. 10 ist eine Drosselklappe 2 fest an einer Welle 3 befestigt, eine auf einem Trägerelement 20 gelagerte Magnet feldquelle 21 aus einem Material wie etwa Eisen oder Alumi nium ist aus einem Permanentmagneten 22 und einem Rück schlußelement 23 zusammengesetzt. Das Rückschlußelement 23 hat einen Radius, der im allgemeinen gleich dem des Perma nentmagneten 22 ist, und ist mit einer seiner Seitenflächen mit dem Permanentmagneten 22 leitend verbunden. Das Rück schlußelement 23 ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und in der gleichen Richtung wie die axiale Richtung der Drosselklappenwelle 3 magnetisiert. Die Seiten fläche 21 a des Rückschlußelementes 23, die der Seitenfläche, mit der das Rückschlußelement 23 mit dem Permanentmagneten 22 leitend verbunden ist, gegenüberliegt, weist einen zuneh menden Abstand vom Permanentmagneten 22 auf, so daß sich, wie in Fig. 10 gezeigt, in Richtung der Umfangslinie die Breite des Rückschlußelementes 23 stetig von h ₁ nach h ₂ (h ₁ h ₂) ändert. Gegenüber der Seitenfläche 21 a des Rück schlußelementes 23 ist ein Hall-Effekt-Element 24 ange bracht. Die Magnetfeldquelle 21 erzeugt einen magnetischen Fluß Φ, der das Hall-Effekt-Element 24 durchdringt. Da sich die Breite des Rückschlußelementes 23 von h ₁ nach h ₂ ändert, ändert sich der Zwischenraum zwischen der Seitenfläche 21 a des Rückschlußelementes 23 und dem Hall-Effekt-Element 24 mit der Drehung der Drosselklappenwelle 3. Wenn sich daher die Drosselklappenwelle 3 dreht, um den Öffnungswinkel der Drosselklappe 2 zu ändern, so ändert sich der Zwischenraum zwischen dem Rückschlußelement 23 und dem Hall-Effekt-Ele ment 24 um einen Betrag, der dem Drehwinkel R _TH entspricht, wodurch das Hall-Effekt-Element 24 eine Ausgangsspannung erzeugt, die der Änderung der durch das Hall-Effekt-Element 24 fließenden magnetischen Flußdichte Φ entspricht.

In den Fig. 11A bis 11D sind verschiedene Kennlinien des Hall-Effekt-Elementes 24 gezeigt. Fig. 11A zeigt, wie sich die Ausgangsspannung Vo des Hall-Effekt-Elementes 24 relativ zur magnetischen Flußdichte B ändert, Fig. 11B zeigt, wie sich die magnetische Flußdichte B relativ zum Drehwinkel R _TH der Drosselklappenwelle 3 ändert. Entsprechend zeigt Fig. 11C, wie sich die Ausgangsspannung Vo des Hall-Effekt-Ele mentes 24 relativ zum Drehwinkel R _TH der Drosselklappenwelle 3 ändert. Schließlich zeigt Fig. 11D, wie sich die zur Innentemperatur des Hall-Effekt-Elementes 24 proportionale Spannung V _T relativ zur Umgebungstemperatur Ta ändert. Üb licherweise ist das Hall-Effekt-Element 24 als Hall-IC ver fügbar, in dem das Hall-Effekt-Element zusammen mit anderen Stromkreiselementen integriert ist. Die in Fig. 11D gezeigte Spannung V _T wird als Klemmenspannung eines solchen Hall-IC gemessen. Fig. 11E zeigt eine Form eines vier Klemmen besit zenden Hall-IC.

Fig. 12 zeigt ein typisches Beispiel der Temperaturkenn linien eines Permanentmagneten und eines Hall-IC. Die Kurve (a) stellt die Temperaturkennlinie der Ausgangsspannung Vo eines Silizium-Hall-IC relativ zur Umgebungstemperatur Ta dar; aus dieser Kennlinie wird deutlich, daß Δ Vo/Vo im allgemei nen einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Dieser Temperaturkoeffizient liegt beispielsweise bei +10,05%/°C. Die Kurve (b) zeigt, wie sich die magnetische Flußdichte B eines Seltenerden-Permanentmagneten relativ zur Umgebungs temperatur Ta ändert. Der Temperaturkoeffizient liegt bei spielsweise bei -0,04%/°C und zeigt keine merkliche Schwankung, verglichen mit dem des Silicium-Hall-IC. Diese Vorzeichen und Größen der Temperaturkoeffizienten des Perma nentmagneten und des Hall-IC werden in der vorliegenden Erfindung vermerkt; der Hall-IC wird mit dem Permanentmagne ten kombiniert, um so einen Drosselklappen-Winkelsensor zu schaffen, dessen Temperaturabhängigkeit sehr gering ist.

Fig. 13 zeigt die allgemeine Struktur der zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung.

In Fig. 13 ist gezeigt, daß der Hall-IC 24 auf einem Träger 25 angebracht ist und durch eine von dem Träger 25 ausgehen de Leitung mit der Eingangsklemme eines elektrischen Strom kreises 15′′ elektrisch verbunden ist. Der elektrische Strom kreis 15′′ ist mit seinem Ausgang durch eine elektrische Steckverbindung 10 mit einer externen Steuereinheit 30 ver bunden. Fig. 14 ist ein Schaltbild des elektrischen Strom kreises 15′′. Von einem Konstantstromkreis wird ein konstan ter Strom an den Hall-IC 24 geliefert. Zwei Ausgänge des Hall-IC 24 sind an den Differenzverstärker 17′′ angelegt. Für die Einstellung des Null-Niveaus bzw. des maximalen Niveaus der Ausgangsspannung V _W des elektrischen Stromkreises 15′′ sind variable Widerstände R ₁ und R ₂ vorgesehen. Die Art der Niveaueinstellung ist gleich derjenigen, die unter Bezugnah me auf die Fig. 7 bereits beschrieben worden ist.

Die in Fig. 13 gezeigte Steuereinheit 30 führt zum Zweck des Temperaturausgleichs der Ausgangsspannung V _W des elektri schen Stromkreises 15′′ eine arithmetische Bearbeitung durch, um ein temperaturkompensiertes Drosselklappen-Winkelsignal zu schaffen. Wie in Fig. 13 gezeigt, werden der auf die Umgebungstemperatur bezogene und für den Temperaturausgleich erforderliche Ausgang V _T zusammen mit dem Ausgang V _W des elektrischen Stromkreises 15′′ an eine Analogeingang-An schlußstelle 32 der Steuereinheit 30 angelegt, um in ent sprechende Digitalsignale umgewandelt zu werden. Weiterhin werden die Ausgangssignale eines Zündschalters 26 und eines die vollständig geschlossene Position der Drosselklappe 2 messenden Schalters 27 an eine Digitaleingang-Anschlußstelle 34 der Steuereinheit 30 angelegt. Eine Mikroprozessoreinheit (MPU) 36, ein Festwertspeicher (ROM) 37, ein Randomspeicher (RAM) 38 und eine Busleitung 35 bilden zusammen einen Mikro computer. Der Mikrocomputer führt gemäß einem in dem ROM 37 gespeicherten Programm zum einen die Datenverarbeitung zum Zweck des Temperaturausgleichs durch, zum anderen führt er die Datenverarbeitung zum Zweck des Ausgleichs von Säkular schwankungen der Ausgangskennlinien des Hall-IC 24 durch.

Erfindungsgemäß werden der Permanentmagnet 22 und der Hall- IC 24 so kombiniert, daß sich deren Temperaturkoeffizienten gegenseitig aufheben, wodurch ein eine gute Temperaturkenn linie aufweisender Drosselklappen-Winkelsensor geschaffen wird, wie beispielsweise durch die Kurve (c) in Fig. 12 gezeigt wird. Die Ausgangsspannung V _W ist jedoch nicht not wendig einstellungsfrei, weil der Temperaturkoeffizient der Ausgangskennlinie des Hall-IC zu Schwankungen neigt. Deswe gen wird eine Korrektur des Temperaturkoeffizienten notwen dig. Nun wird die Weise der Temperaturkoeffizienten-Korrek tur beschrieben.

Die Fig. 15A und 15B stellen ein Flußdiagramm eines in der MPU 36 abgearbeiteten Verfahrens zur Berechnung und zur Korrektur des Temperaturkoeffizienten bei vollständig ge schlossener Position der Drosselklappe 2 dar.

In einem Schritt 52 von Fig. 15A wird auf der Basis des Ausgangssignals des Zündschalters 26 entschieden, ob der Zündschlüsselschalter aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand gedreht worden ist oder nicht. Genauer wird das Ausgangs signal des in Fig. 13 gezeigten Zündschalters 26 an die Digitaleingang-Anschlußstelle 34 der Steuereinheit 30 ange legt, woraufhin die MPU 36 entscheidet, ob der Zündschlüs selschalter vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand gedreht wor den ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der im Schritt 52 durchgeführten Entscheidung zeigt, daß der Zündschlüssel schalter in den Ein-Zustand gedreht worden ist, so werden sowohl die die innere Temperatur des Hall-IC 24 darstellende Spannung V _T als auch die Ausgangsspannung V _W des elektri schen Stromkreises 15′′ von der Analogeingang-Anschlußstelle 32 der Steuereinheit 30 gelesen. Die Symbole V _Vi und V _Wi werden als allgemeine Ausdrücke dafür benutzt, um anzuzei gen, daß sie Werte sind, die zur Zeit der i-ten Aus → Ein- Betätigung des Zündschlüsselschalters gelesen werden. (In der folgenden Beschreibung wird dieser Index i im gleichen Sinne verwendet.) Nach dieser Analog-Digital-Umwandlung der Spannungen V _Ti und V _Wi wird die innere Temperatur Ti des Hall-IC 24 und der Winkel R _THi der Welle 3 der Drosselklappe 2 in der MPU 36 berechnet.

Nun beginnt der Motor zu arbeiten, wobei die innere Tempera tur des Motors ansteigt. Angenommen, Ti sei die (aus V _T berechnete) innere Temperatur des Hall-IC 24 zu diesem Zeitpunkt. Dann kann das erforderliche Ausmaß der Tempera turkompensation durch die in Schritt 64 dargestellte Spannung V _Wikomp ausgedrückt werden. Im Schritt 64 stellt α _(i-1) den zum Zeitpunkt der (i-1)-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters berechneten Temperaturkoeffizienten dar. Die zeitliche Änderung des Wertes von V _Wikomp ist in Fig. 16 dargestellt. Erst wenn der Zündschlüsselschalter vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand gedreht wird, wird die Ausgangsspannung V _W des elektrischen Stromkreises 15′′ durch die Temperaturkompensationskomponente V _Wikomp korrigiert, wobei, wie im Schritt 70 dargestellt, der korrigierte Wert durch (V _Wi) = (V _W - V _Wikomp) ausgedrückt wird.

Ausgelöst durch die i-te Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters wird der Temperaturkoeffizient α _i auf die im folgenden beschriebene Art berechnet.

In einem Schritt 56 wird R _dTH aus der Gleitung R _dTH = R _TH(i-1) - R _THi berechnet, wobei R _TH(i-1) den zum Zeitpunkt der (i-1)-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters berechneten Winkel der Welle 3 der Drosselklappe 2 darstellt. Daher stellt R _dTH die Differenz des zum Zeitpunkt der (i-1)-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters berechneten Winkels R _TH(i-1) und des im Schritt 54 berechneten Drosselklappenwinkels R _THi dar. Der obigen Berechnung liegt die Voraussetzung zugrunde, daß sich die Umgebungstemperatur oder die innere Temperatur des Hall-IC 24 nicht merklich ändern, wenn der Zündschlüsselschalter im Aus-Zustand ist. Dem Schritt 56 folgt ein Schritt 58, in dem entschieden wird, ob die Beziehung |R _dTH| ≧ R _e erfüllt ist, wobei R _e ein vorbestimmter Wert ist. Wenn das Ergebnis der Entscheidung im Schritt 58 zeigt, daß |R _dTH| ≧ R _e erfüllt ist, dann wird in einem Schritt 60 der Drosselklappenwellenwinkel R _THi zum Zeitpunkt der i-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters berechnet. Das bedeutet, daß im Schritt 60 R _THi = R _dTH + R _TH(i-1) berechnet wird. Daher stellt der im Schritt 60 erhaltene Wert R _THi den korrigierten Winkel der Drosselklappenwelle 3 dar.

Wenn andererseits das Ergebnis der Entscheidung im Schritt 58 zeigt, daß |R _dTH| < R _e erfüllt ist, so wird angenommen, daß der zum Zeitpunkt der i-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters berechnete Drosselklappenwellenwinkel R _THi dem zum Zeitpunkt der (i-1)-ten Aus → Ein-Betätigung berechneten Drosselklappenwellenwinkel R _TH(i-1) gleich ist; Dies ist im Schritt 62 dargestellt.

Daher stellt auch der im Schritt 62 erhaltene Wert R _THi den korrigierten Winkel der Drosselklappenwelle 3 dar. Der in den Schritten 60 und 62 erhaltene Drosselklappenwellenwinkel R _THi wird einerseits für die direkte Berechnung des Tempera turkoeffizienten gebraucht und wird andererseits beispiels weise im RAM 38 gespeichert, um der Berechnung zum Zeitpunkt der nächsten bzw. (i+1)-ten Aus → Ein-Betätigung des Zünd schlüsselschalters zu dienen. Das Rechenprogramm ist im ROM 37 gespeichert.

Wenn daraufhin in einem Schritt 66 der Fig. 15B die Ein → Aus-Betätigung des Zündschlüsselschalters festgestellt wird, so werden in einem Schritt 68 unmittelbar nach der Ein → Aus-Betätigung des Zündschlüsselschalters die Spannung der inneren Temperatur V _Tic und die Ausgangsspannung V _Wic des elektrischen Stromkreises 15′′ gelesen und in die entsprechende Temperatur Tic bzw. in den entsprechenden Drosselklappenwellenwinkel R _THic umgewandelt. Im Schritt 66 kann die Tatsache, daß der Zündschlüsselschalter vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand gedreht worden ist, dadurch entschieden werden, indem das logische Produkt des Ausgangssignales des Zündschalters 26 und desjenigen des die vollständig ge schlossene Position der Drosselklappe 2 feststellenden Schalters 27 berechnet wird. Dies hat den Vorzug, die Genau igkeit der Entscheidung über die vollständig geschlossene Position der Drosselklappe 2 zu verbessern.

In einem Schritt 72 wird der Temperaturkoeffizient α _i zum Zeitpunkt der i-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüssel schalters berechnet. Wie man im Schritt 72 sieht, stellt dieser Temperaturkoeffizient α _i einen Mittelwert dar, der auf der Basis von Signalen berechnet wird, die einerseits eine verhältnismäßig niedrige Temperatur Ti und einen Dros selklappenwellenwinkel R _THi zum Startzeitpunkt des Motors und andererseits eine verhältnismäßig hohe Temperatur T _ic und einen Drosselklappenwellenwinkel R _THic zum Zeitpunkt des Anhaltens des Motors darstellen. Der im Schritt 72 berechne te Temperaturkoeffizient α _i wird für die Korrektur zum Zeitpunkt der (i+1)-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüs selschalters gebraucht. In einem Schritt 74 wird der im RAM 38 gespeicherte Temperaturkoeffizient α _i-1 durch den Tempe raturkoeffizienten α _i ersetzt.

Somit werden in dem oben beschriebenen Verfahren die innere Temperatur des Hall-IC 24 und des Drosselklappenwellenwin kels in der vollständig geschlossenen Position der Drossel klappe 2 der Berechnung des Temperaturkoeffizienten α zugrundegelegt. Dieses Verfahren ist einfach und dennoch ausgezeichnet in bezug auf die Berechnung des für die Kor rektur verwendeten Temperaturkoeffizienten. Es ist anzumer ken, daß der oben beschriebene Temperaturkoeffizient α den zusammengesetzten Wert aus der Kombination von Permanent magnet 22, Rückschlußelement 23 und Hall-IC 24 darstellt. Daher heben sich die Temperaturkennlinie des Permanentmagne ten 22 aus einem Element der Seltenerden und die Temperatur kennlinie des Hall-IC 24 aus Silicium gegenseitig auf, die sich ergebende Temperaturkennlinie wird durch den in der oben beschriebenen Art berechneten Temperaturkoeffizienten α korrigiert.

Im Flußdiagramm von Fig. 15A werden die Werte V _T und V _W gelesen, nachdem entschieden worden ist, daß der Zündschlüs selschalter vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand gedreht wor den ist. Jedoch können die Werte V _T und V _W auch unmittelbar vor der Drehung des Zündschlüsselschalters vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand gelesen werden, um so auf ähnliche Weise den Temperaturkoeffizienten zu berechnen. In einem solchen Fall folgt, wie in der Fig. 15C gezeigt, dem Schritt 54 der Schritt 52. Die restlichen Schritte sind gleich denen in den Fig. 15A und 15B gezeigten, weshalb eine eingehende Be schreibung unnötig ist.

In dem in den Fig. 15A und 15B gezeigten Flußdiagramm wird der Temperaturkoeffizient bei vollständig geschlossener Position der Drosselklappe 2 berechnet. Jedoch kann, wie nun unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 17 beschrie ben wird, genauso der Temperaturkoeffizient bei vollständig geöffneter Position der Drosselklappe 2 berechnet werden.

In Fig. 17 werden die den in Fig. 15A entsprechenden Symbole mit einem Index S versehen, um anzuzeigen, daß sich die Drosselklappe 2 in der vollständig geöffneten Position be findet. Außerdem werden in Fig. 17 einzelnen Schritten, die den in Fig. 15A gezeigten entsprechen, Striche angefügt.

In einem Schritt 54′ ist die Drosselklappe 2 unmittelbar vor der Drehung des Zündschlüsselschalters vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand vollständig geöffnet; zu diesem Zeitpunkt werden die Werte V _TS und V _WS gelesen. Wenn erforderlich, kann zusätzlich zu dem in Fig. 13 gezeigten Schalter 27 ein die vollständig geöffnete Position der Drosselklappe 2 fest stellender Schalter vorgesehen werden, um so genauer ent scheiden zu können, daß die Drosselklappe 2 in ihrer voll ständig geöffneten Position ist. Die Schritte 52′ und 56′ bis 64′ entsprechen in der Art der Abarbeitung genau den in Fig. 15A gezeigten, weshalb eine eingehende Beschreibung nicht nötig ist. Die Abarbeitung, die der im Schritt 68 von Fig. 15B durchgeführten entspricht, wird besonders beschrie ben.

Die Werte der den Spannungen V _Tic und V _Wic entsprechenden Spannungen V _TS und V _WS werden gelesen, nachdem der Zünd schlüsselschalter vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand gedreht worden ist und die Drosselklappe 2 in die vollständig geöff nete Position bewegt wurde. Dann wird die dem Schritt 72 entsprechende Abarbeitung durchgeführt, um den Temperatur koeffizienten α _iS zu berechnen; dieser Temperaturkoeffizient α _iS wird für den Zeitpunkt der (i+1)-ten Aus → Ein-Betäti gung des Zündschlüsselschalters verwendet. Die Abarbeitung in den den Schritten 70 und 74 von Fig. 15B entsprechenden Schritten ist jenen in den Schritten 70 und 74 durchgeführ ten gleich, weshalb sich eine eingehende Beschreibung erüb rigt.

Wenn die oben beschriebenen Temperaturkoeffizienten α _i und α _iS bereits berechnet sind, kann der Mittelwert von α _i und α _iS als mittlerer Temperaturkoeffizient in einem veränderbar ren Temperaturbereich verwendet werden.

Ferner kann in Anbetracht der Nichtlinearität des Tempera turkoeffizienten eine Vielzahl von Temperaturkoeffizienten in einer entsprechenden Vielzahl von Temperaturbereichen berechnet und im ROM 37 gespeichert werden, so daß der dem gemessenen Temperaturbereich entsprechende Temperaturkoeffi zient für die Korrektur verwendet werden kann. Ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Temperaturkoeffizienten α und der Temperatur T ist in Tabelle 1 gezeigt.

Wenn die durch Umwandlung der Spannung V _T berechnete Tempe ratur T die Beziehung T ₁ < T ≦ T ₂ erfüllt (wobei T ₁ und T ₂ vorbestimmte Temperaturen sind und T ₁ < T ₂ ist), dann wird in Abhängigkeit davon, ob die Drosselklappe 2 in der voll ständig geschlossenen Position oder in der vollständig ge öffneten Position ist, aus Tabelle 1 der Temperaturkoeffi zient α _I oder α _IS gewählt. Genauso wird der Temperaturkoeffizient α _II oder a _IIS gewählt, wenn die Temperatur die Beziehung T₂ < T ≦ T₃ erfüllt (wobei T₃ ebenfalls eine vorbestimmte Temperatur ist und T₂ < T₃ ist). Auf die gleiche Weise wird auch der Temperaturkoeffizient α _III oder α _IIIS gewählt, wenn die Temperatur T die Beziehung T₃ < T ≦ T₄ erfüllt (wobei T₄ ebenfalls eine vorbestimmte Temperatur ist und T ₃ < T ₄ ist). Die Unterschiede zwischen den vorbe stimmten Temperaturen T ₁, T ₂, T ₃ und T ₄ können gleich groß sein oder nicht. Unter der Voraussetzung, daß sich der Temperaturkoeffizient α nicht bemerkenswert ändert, kann der Temperaturbereich dort, wo der Temperaturkoeffizient α nicht linear ist, so groß wie möglich gewählt werden.

Fig. 18 ist ein Flußdiagramm, das Anwendung findet, wenn die verschiedenen in Tabelle 1 gezeigten Werte im ROM 37 der Steuereinheit 30 gespeichert sind.

In einem Schritt 80 legt die MPU 36 den Temperaturbereich fest, in dem die gemessene Temperatur T liegt, und liest den entsprechenden Temperaturkoeffizienten α der Tabelle 1 aus dem ROM 37 aus. In einem Schritt 84 wird die Temperatur T unter Verwendung des gewählten Temperaturkoeffizienten α kompensiert. Der Temperaturkoeffizient α kann ein Mittelwert derjenigen Temperaturkoeffizienten sein, die sowohl in voll ständig geschlossener Position als auch in vollständig ge öffneter Position der Drosselklappe 2 berechnet wurden. Entsprechend dem obigen Verfahren kann die Temperatur T unter Berücksichtigung der Nichtlinearität des Temperatur koeffizienten α kompensiert werden.

Im Flußdiagramm der Fig. 18 sind im voraus verschiedene Werte für den Temperaturkoeffizienten α in Form der Tabelle 1 im ROM 37 gespeichert. Es können jedoch auch die durch eine Funktion α = f (T) angenäherten verschiedenen Werte des Tem peraturkoeffizienten α im ROM 37 im voraus gespeichert wer den; der Wert des Temperaturkoeffizienten α kann dann ent sprechend dem Wert T berechnet werden. In diesem Fall kann eine hochgradig genaue Temperaturkompensation durchgeführt werden, wenn die Funktion zufriedenstellend angenähert ist.

Die Drosselklappe 2 wird häufiger in einem Bereich verhält nismäßig kleiner Öffnungswinkel als in einem Bereich großer Öffnungswinkel benutzt. Wenn daher zusätzlich zu den auf der vollständig geschlossenen Position der Drosselklappe 2 ba sierenden Werten des Temperaturkoeffizienten α, die im Fluß diagramm der Fig. 15A und 15B beschrieben worden sind, die Werte des Temperaturkoeffizienten α im Bereich verhältnis mäßig kleiner Öffnungswinkel der Welle 3 der Drosselklappe 2 berechnet und für die Temperaturkompensation verwendet wer den, dann kann, wie nun unter Bezugnahme auf die Fig. 19 beschrieben werden wird, die Temperatur mit höherer Genauig keit kompensiert werden.

Fig. 19 zeigt die Beziehung zwischen dem Öffnungswinkel R _TH der Drosselklappe 2 und der Ausgangsspannung Vo des Hall-IC 24. Die Erkennungsempfindlichkeit in einem kleinen Drossel klappenwinkelbereich zwischen der vollständig geschlossenen Position und einem Winkel R _{TH 4} der Welle 3 der Drosselklappe 2 wird häufig verschieden vom übrigen Drosselklappenwinkel bereich gewählt. Dies kann durch eine Änderung der Gestalt der in Fig. 10 gezeigten, dem Hall-IC 24 gegenüberliegenden, Seitenfläche 21 a des Rückschlußelementes 23 erreicht werden. D.h., daß die Abmessungen h ₁ bis h ₂ der Breite des Rück schlußelementes 23 für die Erreichung dieses Zweckes geeig net geändert werden.

Ein erstes Verfahren für die Temperaturkompensation beinhal tet die Berechnung des Temperaturkoeffizienten α bei voll ständig geschlossener Position der Drosselklappe 2 (bei spielsweise gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 15A und 15B), die Berechnung des Temperaturkoeffizienten α beim Drossel klappenwellenwinkel R _{TH 4} und die Verwendung von deren Mit telwert für den Temperaturausgleich.

Das bedeutet, daß gemäß diesem ersten Verfahren bei einer Temperatur T ₂₀ eine Ausgangsspannung Vo des Hall-IC 24 gele sen wird, während der Drosselklappenwellenwinkel auf R _{TH 4} eingestellt wird. Dann wird bei einer Temperatur T₁₃₀ eine Ausgangsspannung V₁₃₀ des Hall-IC 24 gelesen, um gemäß der Gleichung α _L = ( R _{TH 4} - R _{TH 130})/(T₁₃₀ - T₂₀) einen Temperaturkoeffizienten a _L zu berechnen. Genauso werden für alle Drosselklappenwellenwinkel R _{TH 1}, R _{TH 2} und R _{TH 3} die entsprechenden Temperaturkoeffizienten α₁, α₂ und α₃ berechnet. Wenn dann für die Temperaturkompensation im Bereich kleiner Drosselklappenwinkel der Mittelwert der Temperaturkoeffi zienten α _i, α ₁, α ₂, α ₃ und a _L verwendet wird, so kann die Temperatur mit höherer Genauigkeit kompensiert werden.

In einem zweiten Verfahren wird der Drosselklappenwinkelbe reich zwischen der vollständig geschlossenen position und dem Winkel R _{TH 4} der Welle 3 der Drosselklappe 2 in eine Vielzahl von Unterbereichen unterteilt, die Temperaturkoef fizienten a _i, α ₁, α ₂, α ₃ und α _L werden diesen Unterbereichen entsprechend zugeordnet. Beispielsweise wird der Drossel klappenwellenwinkelbereich in die in Tabelle 2 gezeigten Unterbereiche unterteilt; der Temperaturkoeffizient α, der dem auf der Basis der Ausgangsspannung Vo des Hall-IC 24 berechneten Drosselklappenwellenwinkel R _TH entspricht, wird wahlweise einem der in Tabelle 2 gezeigten Unterbereiche zugeordnet.

Vo → R _TH
α
R _THi < R _TH R _{TH 1}
α _i
R _{TH 1} < R _TH R _{TH 2}	α₁
R _{TH 2} < R _TH R _{TH 3}	α₂
R _{TH 3} < R _TH R _{TH 4}	a₃
R _{TH 4} < R _TH	α _L

Die Tabelle 2 ist im voraus im ROM 37 der Steuereinheit 30 gespeichert, wobei der optimale Temperaturkoeffizient α gemäß dem mit bezug auf die Fig. 18 beschriebenen Verfahren ausgewählt wird. In diesem Fall wird der dem Drosselklappenwel lenwinkel R _TH entsprechende Temperaturkoeffizient α auf der Basis des Ergebnisses der Temperaturkompensation ausgewählt.

In dem zweiten Verfahren wird der dem Drosselklappenwellen winkel R _TH entsprechende Temperaturkoeffizient α ausgewählt. Jedoch kann irgendeiner der in Tabelle 2 gezeigten Tempera turkoeffizienten α irgendeinem Unterbereich zugeordnet wer den, wenn der Unterschied zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert der α _i, α ₁, α ₂, α ₃ und α _L kleiner ist als ein vorbestimmter Wert. In einem solchen Fall darf nur ein bestimmter der Temperaturkoeffizienten α _i, α ₁, α ₂, α ₃ und a _L gewählt werden. Beispielsweise kann der Temperaturkoeffi zient α _i zur Auswahl bestimmt werden; nur wenn der Unter schied zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert von α ₁ größer ist als ein vorgegebener Wert, werden gemäß der Tabelle 2 die Temperaturkoeffizienten α _i, a ₁, α ₂, α ₃ und α _L ausgewählt.

Die Art der oben beschriebenen Temperaturkompensation ist, wie oben, eine Temperaturkompensation gemäß einer program mierten Abarbeitung und kann in ausreichendem Maß mit den Schwankungen der Temperaturkennlinien des Permanentmagneten und des Hall-IC umgehen. In dem Flußdiagrammen der Fig. 15A, 15B und 17 wird der Temperaturkoeffizient jedesmal berech net, wenn der Zündschlüsselschalter in den Ein-Zustand ge dreht wird. Daher kann die Temperatur ungeachtet der Säku larschwankungen der Ausgangskennlinie des Hall-IC zuverläs sig kompensiert werden, so daß der Drosselklappenwellenwin kel mit hoher Genauigkeit festgestellt werden kann.

Ferner kann eine noch bessere Temperaturkompensation erzielt werden, wenn das unter Bezugnahme auf die Tabelle 2 be schriebene Verfahren, das den dem Drosselklappenwellenwinkel entsprechenden Temperaturkoeffizienten verwendet, mit dem unter Bezugnahme auf die Fig. 15A und 15B oder 17 beschrie benen Verfahren kombiniert wird.

Die genannten Ausführungsformen haben beispielhaft Bezug genommen auf die Kombination eines Magnetkreises und eines Hall-Effekt-Elementes, die Temperaturkoeffizienten verschie denen Vorzeichens besitzen, so daß sich ihre Temperaturkenn linien gegenseitig aufheben. Der Vorzug des Verfahrens für die Berechnung des Temperaturkoeffizienten des Hall-Effekt Elementes und der Kompensation der Temperatur auf der Basis der berechneten Temperaturkoeffizienten liegt jedoch nur darin, daß die oben beschriebene Kombination für die Ver kleinerung des für die Temperaturkompensation erforderlichen Faktors vorteilhaft ist. Daher ist die erfindungsgemäße Temperaturkompensation in keiner Weise auf eine solche Kom bination beschränkt.

Claims

1. Drosselklappen-Winkelsensor für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch
einen an einem Ende der Welle (3) der Drosselklappe (2) angebrachten Permanentmagneten (6), der einen parallelen magnetischen Fluß (7) erzeugt, dessen Richtung in Abhän gigkeit von der Drehung der Drosselklappenwelle (3) ge dreht wird,
ein die Drosselklappe (2) aufnehmendes Drosselklappen gehäuse (1),
einen einteilig mit dem Drosselklappengehäuse (1) ausge bildeten, den Permanentmagneten (6) frei drehbar aufneh menden Hohlraum (8), der mit einer Bohrung in Verbindung steht, durch die sich die Drosselklappenwelle (3) er streckt,
ein in dem Hohlraum (8) im wesentlichen parallel zu der Hauptrichtung des außen verlaufenden magnetischen Flusses (7) des Permanentmagneten (6) und in einem Abstand von dem Permanentmagneten (6) eingebautes magnetisch empfind liches Element (12), mittels dessen die Änderung der magnetischen Flußdichte (7) als Folge der Drehung des Permanentmagneten (6) gemessen wird, und
einen die Ausgabe des magnetisch empfindlichen Elementes (12) aufnehmenden und verstärkenden elektrischen Strom kreis (15, 15′), mittels dessen die gemessene Änderung der magnetischen Flußdichte (7) in eine entsprechende Änderung eines elektrischen Signales umgewandelt wird.

2. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das magnetisch empfindliche Element (12) ein Magneto widerstandselement ist, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Richtungsänderung des magnetischen Flusses (7) ändert, so daß der Widerstandswert sich ent sprechend der Änderung der magnetischen Flußdichte än dert, und
daß der elektrische Stromkreis (15, 15′) eine Vorrichtung (17) aufweist für die Erkennung einer Änderung im Wider standswert des Magnetowiderstandselementes (12) und für die Erzeugung eines der erkannten Änderung der Richtung des magnetischen Flusses (7) entsprechenden elektrischen Signales, indem der Widerstandswert des Magnetowider standselementes (12) in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt wird.

3. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für die Umwandlung des Widerstandswertes in ein elektrisches Signal Vorrich tungen (R _Z, R _S) für die getrennte Einstellung des Null Niveaus des Ausgangssignales eines Verstärkers (17) und die Einstellung des Verstärkungsfaktors eines Eingangs signales dieses Verstärkers (17).

4. Drosselklappen-Winkelsensor für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch
einen an einem Ende der Welle (3) der Drosselklappe (2) angebrachten Permanentmagneten (22), der ein Magnetfeld erzeugt, dessen Lage in Abhängigkeit von der Drehung der Drosselklappenwelle (3) geändert wird,
ein die Drossselklappe (2) aufnehmendes Drosselklappen gehäuse (1),
einen einteilig mit dem Drosselklappengehäuse (1) ausge bildeten, den Permanentmagneten (22) frei drehbar aufneh menden Hohlraum (8), der mit einer Bohrung in Verbindung steht, durch die sich die Drosselklappenwelle (3) er streckt,
ein in dem Hohlraum (8) in einem Abstand von dem Perma nentmagneten (22) eingebautes, das Magnetfeld des Perma nentmagneten (22) schneidendes magnetisch empfindliches Element (24), mittels dessen die Änderung der magneti schen Feldstärke als Folge der Drehung des Permanent magneten (22) gemessen wird, und
einen die Ausgabe des magnetisch empfindlichen Elementes (24) aufnehmenden und verstärkenden elektrischen Strom kreis (15′′), mittels dessen die gemessene Änderung der Magnetfeldstärke in eine entsprechende Änderung eines elektrischen Signales umgewandelt wird.

5. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das magnetisch empfindliche Element (24) ein Hall-Effekt- Element ist, dessen Ausgangsspannungsniveau sich in Ab hängigkeit einer Änderung der Stärke des Magnetfeldes ändert,
eine Vorrichtung (23) vorgesehen ist für die Änderung des Abstandes zwischen dem Permanentmagneten (22) und dem Hall-Effekt-Element (24) während der Drehung der Drossel klappe (2), wodurch sich das Ausgangsspannungsniveau des Hall-Effekt-Elementes (24) entsprechend der Änderung der Magnetfeldstärke ändert, und
der elektrische Stromkreis (15′′) eine Vorrichtung (17′′) für die Erkennung einer Änderung im Ausgangsspannungs niveau des Hall-Effekt-Elementes (24) und die Erzeugung eines der erkannten Änderung der Stärke des Magnetfeldes entsprechenden elektrischen Signales aufweist.

6. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für die Erzeugung des elektrischen Signales Vorrichtungen (R ₁, R ₂) für die getrennte Einstellung des Null-Niveaus des Ausgangssigna les eines Verstärkers (17′′) und die Einstellung des Ver stärkungsfaktors des Eingangssignales des Verstärkers (17′′) aufweist.

7. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) und das Hall-Effekt-Element (24) so gewählt sind, daß sie Tempe raturkoeffizienten mit entgegengesetzten Vorzeichen auf weisen.

8. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Permanentmagnet (22) ein Selten erden-Permanentmagnet und als Hall-Effekt-Element (24) ein Hall-IC aus Silizium gewählt wird.

9. Verfahren für die Bestimmung des Temperaturkompensations koeffizienten in einem Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Schritte

(a) der Berechnung des Winkels der Drosselklappenwelle (3) auf der Basis der zum Zeitpunkt des Drehens des Zündschlüsselschalters aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand festgestellten Temperatur und Ausgangs spannung des Hall-Effekt-Elementes (24);
(b) der Berechnung des Winkels der Drosselklappenwelle (3) auf der Basis der zum Zeitpunkt der Drehung des Zündschlüsselschalters vom Ein-Zustand in den Aus- Zustand festgestellten Temperatur und Ausgangsspan nung des Hall-Effekt-Elementes (24) während des Be triebes des Motors nach Schritt (a); und
(c) der Berechnung eines Temperaturkoeffizienten zum Zeitpunkt der i-ten Motorstart-Betätigung auf der Basis der Temperaturwerte des Hall-Effekt-Elementes und der in den Schritten (a) und (b) festgestellten und berechneten Winkelwerte der Drosselklappenwelle (3), wobei der zum Zeitpunkt der i-ten Motorstart- Betätigung berechnete Temperaturkoeffizient als Tem peraturkoeffizient für den Zeitpunkt einer (i+1)-ten Motorstart-Betätigung verwendet wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) der Winkel der Drosselklappenwelle (3) auf der Basis der unmittelbar vor der Drehung des Zünd schlüsselschalters vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand festgestellten Temperatur und Ausgangsspannung des Hall- Effekt-Elementes (24) berechnet wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Hall-Effekt-Elementes (24) auf der Basis einer die Innentemperatur des Hall-Effekt-Elemen tes (24) darstellenden Spannung berechnet wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient zum Zeitpunkt der i-ten Motor start-Betätigung berechnet wird durch die Schritte

(a) der Berechnung des Winkels der Drosselklappenwelle (3) auf der Basis der Temperatur und Ausgangsspan nung des Hall-Effekt-Elementes (24), die dann, wenn die Drosselklappe (2) vollständig geöffnet ist, unmittelbar vor der Drehung des Zündschlüsselschal ters vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand festgestellt werden;
(b) der Berechnung des Winkels der Drosselklappenwelle (3) auf der Basis der Temperatur und Ausgangsspan nung des Hall-Effekt-Elementes (24), die dann, wenn die Drosselklappe (2) vollständig geöffnet ist, unmittelbar vor der Drehung des Zündschlüsselschal ters vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand während des Betriebes des Motors nach Schritt (a) festgestellt werden; und
(c) der Berechnung des Temperaturkoeffizienten auf der Basis der Temperaturwerte des Hall-Effekt-Elementes (24) und der in den Schritten (a) und (b) festge stellten und berechneten Winkelwerte der Drossel klappenwelle (3), wobei der berechnete Temperatur koeffizient als Temperaturkoeffizient zum Zeitpunkt einer (i+1)-ten Motorstart-Betätigung verwendet wird.

13. Verfahren zur Temperaturkompensation in einem Drossel klappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Schritte
der Unterteilung des Betriebstemperaturbereiches des Motors in eine Vielzahl von Unterbereichen und der vor herigen Berechnung und Speicherung eines Temperaturkoef fizienten in jedem dieser Unterbereiche;
des Auslesens eines dieser gespeicherten Temperaturkoef fizienten, der einer während des Betriebes des Motors festgestellten Temperatur entspricht; und
der Verwendung des ausgelesenen Temperaturkoeffizienten für die Temperaturkompensation in dem entsprechenden Unterbereich.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient den bei vollständig geschlos sener Drosselklappe (2) berechneten oder den bei voll ständig geöffneter Position der Drosselklappe (2) be rechneten Temperaturkoeffizienten darstellt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient den Mittelwert jener Tempera turkoeffizienten darstellt, die bei vollständig geöffne ter Position oder bei vollständig geschlossener Position der Drosselklappe (2) berechnet werden.

16. Verfahren zur Temperaturkompensation in einem Drossel klappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 5 oder 6,
gekennzeichnet durch die Schritte
der vorherigen Berechnung des Temperaturkoeffizienten bei vollständig geschlossener Position bzw. bei einer vorge gebenen kleinen Wellenwinkelposition der Drosselklappe (2) und der Speicherung des Mittelwertes dieser beiden Temperaturkoeffizienten; und
der Verwendung dieses gespeicherten Mittelwertes der Temperaturkoeffizienten für die Temperaturkompensation im Bereich zwischen der vollständig geschlossenen Posi tion und der vorgegebenen Position kleinen Wellenwinkels der Drosselklappe (2).

11. Verfahren zur Temperaturkompensation in einem Drossel klappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 5 oder 6,
gekennzeichnet durch die Schritte
der Unterteilung eines kleinen Wellenwinkelbereiches zwischen der vollständig geschlossenen Position und einer vorgegebenen Position kleinen Wellenwinkels der Drosselklappe (2) in eine Vielzahl von Unterbereichen;
der vorherigen Berechnung und Speicherung eines Tempera turkoeffizienten in jedem dieser Unterbereiche;
des Auslesens des vorher gespeicherten Temperaturkoeffi zienten, der einem Wellenwinkel der Drosselklappe (2) entspricht, wenn der Winkel der Drosselklappenwelle (3) in einem Bereich kleiner Winkel liegt; und
der Verwendung des ausgelesenen Temperaturkoeffizienten für die Erzielung der Temperaturkompensation in jedem der Unterbereiche.

18. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkoeffizienten in dem Bereich kleiner Wel lenwinkel im voraus als eine Funktion der Winkel der Drosselklappenwelle (3) gespeichert werden und daß der gemäß dieser Funktion berechnete Temperaturkoeffizient für die Temperaturkompensation verwendet wird.

19. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die für die vorgegebenen vielen Unterbereiche berechne ten Temperaturkoeffizienten durch eine Funktion angenä hert werden, die gespeichert wird, und daß der gemäß dieser gespeicherten Funktion berechnete Temperaturkoef fizient in Abhängigkeit von der festgestellten Tempera tur ausgelesen wird und für die Temperaturkompensation verwendet wird.