DE3826408C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drosselklappen-Winkelsensor gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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 Drosselklappen-Winkelsensor
offenbart, der ein an einem Ende der Welle einer Drosselklappe
befestigtes Potentiometer besitzt. In dem offenbarten
Drosselklappen-Winkelsensor wird in Abhängigkeit der
Drehung der Drosselklappe eine Schiebeklemme oder ein Schleifkontakt
verschoben und dadurch der Widerstandswert des Potentiometers
geändert. Daher ist der Drosselklappen-Winkelsensor
mechanischen Beschädigungen ausgesetzt, wenn die Drosselklappenwelle
und das Potentiometer nicht mit hoher Genauigkeit
eingebaut sind. Ferner besteht bei diesem Drosselklappen-Winkelsensor
das Problem des Verschleißes 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 Drosselklappen-Winkelsensor
offenbart, der das Problem des oben beschriebenen,
einen Kontakt benötigenden Drosselklappen-Winkelsensors löst.
Kontaktlose Drosselklappen-Winkelsensoren, in denen für die
Winkelerkennung ein Hall-Effekt-Element Verwendung findet,
sind ebenfalls offenbart, z.B. in der am 3. Juni 1982 als
Japanische Patentanmeldung eingereichten und am 25. Juli 1985
offengelegten Anmeldung JP-A-60-1 40 103.
In der US-PS 43 92 375 (entspricht der JP-A-55/9 779) ist ein
kontaktloser Drosselklappen-Winkelsensor beschrieben. An der
Achse der Drosselklappe sind hier Permanentmagnete befestigt,
die bei Drehung der Drosselklappe ein magnetisches Meßelement
anregen, so daß die Drehbewegungen der Drosselklappe erfaßt
werden. Durch die Drehung der Drosselklappe und damit der
Permanentmagnete wird die magnetische Feldausrichtung geändert,
wobei diese dann von dem magnetischen Meßelement aufgenommen
und durch einen elektrischen Stromkreis zur Auswertung
derselben verstärkt werden kann. Die Permanentmagnete und das
magnetische Meßelement befinden sich in einem an das Drosselklappengehäuse
montierten Sensorgehäuse. Die Achse der Drosselklappe
wird hierbei durch eine Bohrung in dem Drosselklappengehäuse
in das Sensorgehäuse eingeführt.
Sowohl die einen Kontakt benötigenden als auch die kontaktlosen
Drosselklappen-Winkelsensoren des Standes der Technik
besitzen u. a. aufgrund einer mehrteiligen Sensoreinheit eine
ungenügende Meßgenauigkeit und ein schlechtes Betriebsverhalten,
bezüglich der Sensorstandzeit etc., unter schweren
Betriebsbedingungen. Zudem fordert der komplizierte Aufbau der
bekannten Sensoreinheiten einen hohen Herstellungsaufwand und
damit eine lange Herstellungsdauer.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen kontaktlosen
Drosselklappen-Winkelsensor mit einer vereinfachten
Herstellung und einem verbesserten Betriebsverhalten zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die einteilige Ausgestaltung des Gehäuses des Drosselklappen-Winkelsensors
der Erfindung hat den Vorteil einer guten Abkapselung
des Sensors. Dadurch sind die elektronischen Bauteile
des Sensors gut gegen Feuchtigkeit, Schmutz, usw. geschützt.
Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung
des Gehäuses eine bessere Abschirmung der Elektronik
erreicht. Außerdem können die gerade in diesem Bereich häufig
auftretenden starken Vibrationen die Betriebssicherheit des
Sensors nicht gefährden, da ein Losrütteln des Gehäuses durch
die einteilige Ausführung nicht möglich ist. Die einteilige Ausgestaltung
des Gehäuses vereinfacht zudem die Herstellung und den Zusammenbau des
Drosselklappen-Winkelsensors und senkt dessen Herstellungszeit.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer ersten Ausführungsform
eines Drosselklappen-Winkelsensors
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 und 3 einen Schnitt 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 Kurvenverlauf, der die Änderung der Ausgabecharakteristik
des magnetisch empfindlichen
Elementes in bezug auf die Richtung des Magnetfeldes
des in Fig. 1 gezeigten Permanentmagneten
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 Temperaturkoeffi
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
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 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 ähnlichen 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 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 RA und ein zweites magnetisch empfindliches Element
RB, 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 RA bzw. RB 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 RA bzw. RB das Magnetfeld 7 des
Permanentmagneten 6 angelegt wird, so liegt am Punkt b die
durch die folgende Gleichung (1) gegebene Ausgangsspannung
Vo:
Die Widerstände RA und RB von Gleichung (1) sind gegeben
durch
RA = Rx sin²R + Ry cos²R (2)
und
RB = 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 RA und
RB 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
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 des elektrischen Stromkreises 15 wird eine Batte
riespannung VB angelegt. Ein Konstantspannungsstromkreis 16
regelt die Batteriespannung VB, indem er die Batteriespan
nung VB 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 RA und RB liegende Ausgangsspannung Vo wird
an die Eingangsklemme eines Verstärkers 17 angelegt. Ein
variabler Widerstand RZ ist so mit der Eingangsklemme des
Verstärkers 17 verbunden, daß bei geeigneter Änderung des
Widerstandswertes des variablen Widerstandes RZ das Null-
Niveau des Ausgangs des Verstärkers 17 eingestellt werden
kann. Ein weiterer variabler Widerstand RS 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 RS der
Verstärkungsfaktor des Verstärkers 17 eingestellt werden
kann. Diese variablen Widerstände RZ und RS 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
VW, also die dem gemessenen Drosselklappenwinkel entspre
chende Ausgabe liegt an einer mit einem äußeren Schaltkreis
verbundenen Ausgangsklemme . Das bedeutet, daß die Aus
gabe VW 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 RZ in
diesem Zustand so lange eingestellt, bis die elektrische
Ausgabe VW auf Null-Niveau ist. Dann wird die Drosselklappe
2 vollständig geöffnet und der variable Widerstand RS in
diesem Zustand so lange eingestellt, bis die elektrische
Ausgabe VW ein vorbestimmtes Spannungsniveau annimmt.
Fig. 8 zeigt eine Abwandlung 15′ 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 RA, RB, RA′ und RB′
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 RZ
und RS 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 21a 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 h1 nach h2 (h1
h2) ändert. Gegenüber der Seitenfläche 21a 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 h1 nach h2 ändert,
ändert sich der Zwischenraum zwischen der Seitenfläche 21a
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 RTH 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 RTH
der Drosselklappenwelle 3 ändert. Entsprechend zeigt Fig.
11C, wie sich die Ausgangsspannung Vo des Hall-Effekt-Ele
mentes 24 relativ zum Drehwinkel RTH der Drosselklappenwelle
3 ändert. Schließlich zeigt Fig. 11D, wie sich die zur
Innentemperatur des Hall-Effekt-Elementes 24 proportionale
Spannung VT 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 VT 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 ΔVo/Vo im allgemei
nen einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Dieser
Temperaturkoeffizient liegt beispielsweise bei +0,05%/°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 VW des elektrischen Stromkreises 15′′
sind variable Widerstände R1 und R2 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 VW 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 VT zusammen mit dem Ausgang VW 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.
Der Permanentmagnet 22 und der Hall-IC 24 werden
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 VW 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 VT als auch die Ausgangsspannung VW des elektri
schen Stromkreises 15′′ von der Analogeingang-Anschlußstelle
32 der Steuereinheit 30 gelesen. Die Symbole VTi und VWi
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 VTi und VWi wird die innere Temperatur Ti des
Hall-IC 24 und der Winkel RTHi 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 VT
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 VWikomp 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 VWikomp ist
in Fig. 16 dargestellt. Erst wenn der Zündschlüsselschalter
vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand gedreht wird, wird die
Ausgangsspannung VW des elektrischen Stromkreises 15′′ durch
die Temperaturkompensationskomponente VWikomp korrigiert,
wobei, wie im Schritt 70 dargestellt, der korrigierte Wert
durch (VWi) = (VW - VWikomp) ausgedrückt wird.
Ausgelöst durch die i-te Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters
wird der Temperaturkoeffizient αi auf die
im folgenden beschriebene Art berechnet.
In einem Schritt 56 wird RdTH aus der Gleichung RdTH =
RTH(i-1) - RTHi berechnet, wobei RTH(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 RdTH die Differenz des zum Zeitpunkt
der (i-1)-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüsselschalters
berechneten Winkels RTH(i-1) und des im Schritt 54
berechneten Drosselklappenwinkels RTHi 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 |RdTH| ≧ Re erfüllt ist,
wobei Re ein vorbestimmter Wert ist. Wenn das Ergebnis der
Entscheidung im Schritt 58 zeigt, daß |RdTH| ≧ Re erfüllt
ist, dann wird in einem Schritt 60 der Drosselklappenwellenwinkel
RTHi zum Zeitpunkt der i-ten Aus → Ein-Betätigung des
Zündschlüsselschalters berechnet. Das bedeutet, daß im
Schritt 60 RTHi = RdTH + RTH(i-1) berechnet wird. Daher
stellt der im Schritt 60 erhaltene Wert RTHi den korrigierten
Winkel der Drosselklappenwelle 3 dar.
Wenn andererseits das Ergebnis der Entscheidung im Schritt
58 zeigt, daß |RdTH| < Re erfüllt ist, so wird angenommen,
daß der zum Zeitpunkt der i-ten Aus → Ein-Betätigung des
Zündschlüsselschalters berechnete Drosselklappenwellenwinkel
RTHi dem zum Zeitpunkt der (i-1)-ten Aus → Ein-Betätigung
berechneten Drosselklappenwellenwinkel RTH(i-1) gleich ist.
Dies ist im Schritt 62 dargestellt.
Daher stellt auch der im Schritt 62 erhaltene Wert RTHi den
korrigierten Winkel der Drosselklappenwelle 3 dar. Der in
den Schritten 60 und 62 erhaltene Drosselklappenwellenwinkel
RTHi 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 VTic und die Ausgangsspannung VWic des
elektrischen Stromkreises 15′′ gelesen und in die entsprechende
Temperatur Tic bzw. in den entsprechenden Drosselklappenwellenwinkel
RTHic 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 αi zum
Zeitpunkt der i-ten Aus → Ein-Betätigung des Zündschlüssel
schalters berechnet. Wie man im Schritt 72 sieht, stellt
dieser Temperaturkoeffizient αi einen Mittelwert dar, der
auf der Basis von Signalen berechnet wird, die einerseits
eine verhältnismäßig niedrige Temperatur Ti und einen Dros
selklappenwellenwinkel RTHi zum Startzeitpunkt des Motors
und andererseits eine verhältnismäßig hohe Temperatur Tic
und einen Drosselklappenwellenwinkel RTHic zum Zeitpunkt des
Anhaltens des Motors darstellen. Der im Schritt 72 berechne
te Temperaturkoeffizient αi 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 αi-1 durch den Tempe
raturkoeffizienten αi 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 VT und VW
gelesen, nachdem entschieden worden ist, daß der Zündschlüs
selschalter vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand gedreht wor
den ist. Jedoch können die Werte VT und VW 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 VTS und VWS 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 VTic und VWic entsprechenden
Spannungen VTS und VWS 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 αiS zu berechnen; dieser Temperaturkoeffizient
αiS 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 αi und
αiS bereits berechnet sind, kann der Mittelwert von αi und
αiS als mittlerer Temperaturkoeffizient in einem veränderba
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 VT berechnete Tempe
ratur T die Beziehung T1 < T ≦ T2 erfüllt (wobei T1 und T2
vorbestimmte Temperaturen sind und T1 < T2 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 αI oder αIS gewählt. Genauso wird der Temperaturkoeffizient
αII oder αIIS 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 αIII oder
αIIIS gewählt, wenn die Temperatur T die Beziehung T₃ < T ≦
T₄ erfüllt (wobei T₄ ebenfalls eine vorbestimmte Temperatur
ist und T3 < T4 ist). Die Unterschiede zwischen den vorbe
stimmten Temperaturen T1, T2, T3 und T4 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 RTH
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 RTH 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 21a des Rückschlußelementes 23 erreicht werden.
D.h., daß die Abmessungen h1 bis h2 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 RTH 4 und die Verwendung von deren Mit
telwert für den Temperaturausgleich.
Das bedeutet, daß gemäß diesem ersten Verfahren bei einer
Temperatur T20 eine Ausgangsspannung Vo des Hall-IC 24 gele
sen wird, während der Drosselklappenwellenwinkel auf RTH 4
eingestellt wird. Dann wird bei einer Temperatur T₁₃₀ eine
Ausgangsspannung V₁₃₀ des Hall-IC 24 gelesen, um gemäß der
Gleichung αL = (RTH 4 - RTH 130)/(T₁₃₀ - T₂₀) einen Temperaturkoeffizienten
αL zu berechnen. Genauso werden für alle
Drosselklappenwellenwinkel RTH 1, RTH 2 und RTH 3 die entsprechenden
Temperaturkoeffizienten α₁, α₂ und α₃ berechnet.
Wenn dann für die Temperaturkompensation im Bereich kleiner
Drosselklappenwinkel der Mittelwert der Temperaturkoeffi
zienten αi, α1, α2, α3 und αL 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 RTH 4 der Welle 3 der Drosselklappe 2 in eine
Vielzahl von Unterbereichen unterteilt, die Temperaturkoef
fizienten αi, α1, α2, α3 und αL 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 RTH entspricht, wird
wahlweise einem der in Tabelle 2 gezeigten Unterbereiche
zugeordnet.
Vo → RTH | |
α | |
RTHi < RTH RTH 1 | αi |
RTH 1 < RTH RTH 2 | α₁ |
RTH 2 < RTH RTH 3 | α₂ |
RTH 3 < RTH RTH 4 | α₃ |
RTH 4 < RTH | αL |
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 RTH entsprechende Temperaturkoeffizient α auf der
Basis des Ergebnisses der Temperaturkompensation ausgewählt.
In dem zweiten Verfahren wird der dem Drosselklappenwellen
winkel RTH 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 αi, α1, α2, α3 und αL kleiner ist als ein
vorbestimmter Wert. In einem solchen Fall darf nur ein
bestimmter der Temperaturkoeffizienten αi, α1, α2, α3 und αL
gewählt werden. Beispielsweise kann der Temperaturkoeffi
zient αi zur Auswahl bestimmt werden; nur wenn der Unter
schied zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert von α1
größer ist als ein vorgegebener Wert, werden gemäß der
Tabelle 2 die Temperaturkoeffizienten αi, α1, α2, α3 und αL
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 (8)
1. Drosselklappen-Winkelsensor für Verbrennungsmotoren,
mit
- - einem die Drosselklappe (2) aufnehmenden Drosselklappengehäuse (1),
- - einem an einem Ende der Welle (3) der Drosselklappe (2) angebrachten Permanentmagneten (6; 22) mit einer Feldausrichtung, deren Richtung in Abhängigkeit von der Drehung der Drosselklappenwelle (3) gedreht wird,
- - einem mit Abstand von dem Permanentmagneten (6; 22) eingebauten magnetisch empfindlichen Element (12, 24), mit dem die Änderung der magnetischen Feldausrichtung als Folge der Drehung des Permanentmagneten (6) gemessen wird,
- - einem das Ausgangssignal des magnetisch empfindlichen Elements (12; 24) aufnehmenden und verstärkenden elektrischen Stromkreis (15, 15′), mit dem die gemessene Änderung der magnetischen Feldausrichtung in eine entsprechende Änderung eines elektrischen Signals umgewandelt wird, und
- - einem den frei drehbaren Permanentmagneten (6; 22) aufnehmenden Gehäuse (8), in das eine von der Drosselklappenwelle durchsetzte Bohrung mündet und in dem auch das magnetische Element (12; 24) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse (8) einteilig mit dem Drosselklappengehäuse (1)
ausgebildet ist.
2. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß
der an einem Ende der Welle (3) angebrachte Permanentmagnet (6) einen parallelen magnetischen Fluß (7) erzeugt, und
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 ändert, 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.
der an einem Ende der Welle (3) angebrachte Permanentmagnet (6) einen parallelen magnetischen Fluß (7) erzeugt, und
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 ändert, 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 Vorrichtungen
(RZ, RS) für die getrennte Einstellung des
Null-Niveaus des Ausgangssignales eines Verstärkers (17)
und die Einstellung des Verstärkungsfaktors eines Eingangssignales
dieses Verstärkers (17) aufweist.
4. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 1, wobei
das magnetisch empfindliche Element (24) ein Hall-Effekt-
Element ist, dessen Ausgangsspannungsniveau sich in
Abhängigkeit einer Änderung der Stärke des Magnetfeldes
ändert,
dadurch gekennzeichnet, daß 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.
dadurch gekennzeichnet, daß 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.
5. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für die Erzeugung des
elektrischen Signales Vorrichtungen (R1, R2) für die
getrennte Einstellung des Null-Niveaus des Ausgangssignales
eines Verstärkers (17′′) und die Einstellung des
Verstärkungsfaktors des Eingangssignales des Verstärkers
(17′′) aufweist.
6. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) und das
Hall-Effekt-Element (24) so gewählt sind, daß sie Tempe
raturkoeffizienten mit entgegengesetzten Vorzeichen auf
weisen.
7. Drosselklappen-Winkelsensor gemäß Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als Permanentmagnet (22) ein Selten
erden-Permanentmagnet und als Hall-Effekt-Element (24)
ein Hall-IC aus Silizium gewählt wird.
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