EP0889213B1 - Sensor arrangement and motor control for an internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a sensor arrangement and a motor control device for an internal combustion engine, wherein the Engine control device Sensor means for detecting engine load indicative Sizes, means for determining the engine load the measured values supplied by the sensor means and a Throttle position control loop with a throttle position controller, a throttle actuator and a throttle position sensor includes.
- sensor arrays and motor control devices of internal combustion engines designed so that all the sensors arranged on the engine and the Throttle actuator housed in separate housings and individually connected to an engine control unit, which is the contains complete intelligence for the engine control.
- an engine control unit e.g. a main processor, an associated with this engine load calculation unit, one the main processor coupled security processor to perform mandatory safety functions for an electric controlled throttle, a throttle position controller and an associated output stage for controlling the Throttle actuator.
- the engine load calculation unit are the output signals of an intake manifold pressure sensor, an intake air temperature sensor and an air mass sensor supplied.
- the output of the throttle position sensor both the engine load calculation unit and the throttle position controller supplied to the engine control unit. All said sensors are separated from each other at appropriate Positions of the air intake tract positioned.
- the throttle actuator is usually e.g. as a DC servomotor performed with a potentiometer, which serves as a throttle position sensor serves.
- a special Throttle valve adjusting device for a motor vehicle internal combustion engine it is known to one of a Processor controlled throttle actuator, an associated Throttle position sensor, a throttle body, in which on a throttle shaft the Throttle valve is arranged, the electronic components of a Input stage from which a setpoint signal is fed to a position control loop can be fed, the position control loop itself and a Output stage, which can be fed to an output signal of the position control loop is and fed to the servomotor via the control signals can be integrated in a common assembly to arrange. Through this component integration of the Cabling effort can be reduced.
- DE 44 43 502 A1 shows an engine control unit, in which For reasons of saving plug connections a throttle gan, a control unit and an air mass meter in a housing are housed as a preassembled unit.
- air flow sensor with temperature sensor, mass flow meter the Robert Bosch GmbH of 1995 shows on page 115 a micromechanical hot-film air mass flow meter, the one for the realization of his measuring function a heating resistor, two on both sides closely adjacent Temperature sensors and a slightly further air temperature sensor integrated contains.
- throttle position sensor are in addition to potentiometers already a variety of other types have been proposed in particular those based on a non-contact measuring principle based, such as optical, magnetic and capacitive sensing. Sensors of these types are e.g. in the publications DE 38 26 408 A1, DE 42 43 778 A1 and DE 42 43 779 A1 and the patents DE 40 14 885 C2, DE 40 34 991 C2, DE 41 18 218 C2 and US 4,994,739.
- the invention is the provision as a technical problem a sensor arrangement and a motor control device of the type mentioned, the only little cabling require and accordingly fail-safe are, compact build, a precise and therefore fuel consumption and exhaust emission optimized engine control enable and, if necessary, multisensor data processing taking advantage of redundant sensor information allow.
- the invention solves this problem by providing a sensor arrangement with the features of claim 1 and an engine control device having the features of the claim Second
- a sensor amount that consists of an air mass sensor, an intake air temperature sensor, an intake manifold pressure sensor and a throttle position sensor consists of at least two sensors in the form of a Saugrohr horrsensors and an air mass sensor or in the form of a throttle position sensor and at least one further sensor microintegrated in a module unit arranged.
- all four sensors are in this way in microtechnology integrated into the module unit.
- a Sensor arrangement provided according to claim 1. It includes the engine control device is a module unit in which not only the two to four mentioned sensors of this sensor arrangement, but in addition the means for engine latter mitt ment, preferably in the form of an engine load estimate, and / or the throttle position controller microintegrated arranged are.
- this engine control device eliminates the cabling for those integrated into the module unit Components, preferably all four said sensor array sensors, the engine load determining means and the throttle position controller in Microtechnology are integrated into the module unit, which then as a micro-integrated, intelligent throttle position and Load detection module can be called.
- the entire engine control device through the Microintegration of said components in the module unit be constructed comparatively compact.
- engine control device is the throttle position sensor at the microintegration what he does in a special way relatively simply, However, it is constructed so that it still has the required accuracy offers.
- a further developed according to claim 4 engine control device has a brushless synchronous motor as the throttle actuator, which in such a motor conventionally for the purpose of detecting its parking position provided Hall sensor elements at the same time as one involved in micro-integration Throttle position sensor can be used. This allows comparatively accurate throttle position measurements over the entire adjustment range.
- engine control device is in the module unit further a power electronics integrated in microtechnology, which feeds the power consuming Components of the module unit and possibly one Throttle actuator serves.
- engine control device is in the module unit additionally a security processor unit microintegrated arranged to carry out of required safety features for the electrical Throttle control is set up.
- the outsourcing this processor unit usually contained in the engine control unit out of this into the module unit carries on to simplify the engine control unit and, above all, to save money of cabling and signal transmission processes in particular, although the engine load determining means and the throttle position controller integrated into the module unit are.
- the engine control device shown schematically in Fig. 1 includes an engine control unit 1 and an intelligently designed, in mikrotechnik realized Drosselklappengnagnagnates- and Load detection module 2, with the engine control unit 1 via a serial, digital data line 3 in data exchange connection stands.
- the throttle position and load detection module 2 is designed as an annular member which is on the circumference of a Lucasansaugrohres 4 of a controlled by the engine control device, not shown motor vehicle internal combustion engine is arranged in the region of a throttle valve 5, in the Suction tube 4 is pivotally mounted.
- the adjustment of the throttle 5 takes place by means of a servomotor 6, for which preferably a brushless synchronous motor is used.
- module 2 Into the throttle position and load sensing module 2 are all hardware and software components for engine load detection and the adjustment of the throttle valve 5 in micro-integrated Construction included, i. all for recording motor load-indicative Sizes required sensors, means of determination, i.e. Estimation of the engine load based on the measured values of these Sensors and a throttle position control loop.
- module 2 includes a sensor block 7, a signal processing block 8, a power electronics 9 and a separated from the sensor block 7, non-contact measuring Throttle position sensor 10.
- the sensor block 7 includes an air mass flow sensor 7a, a Intake air temperature sensor 7b and an intake manifold pressure sensor 7 c, which protrude in a suitable manner from the module 2 in the suction pipe 4.
- the signal processing block 8 includes means for determining the engine load by making a load estimate for which in particular the three engine load-sensitive output signals of Sensors 7a, 7b, 7c of the sensor block 7 are used.
- a throttle position controller and a security processor unit is employed in the signal processing block 8.
- the Throttle position controller forms along with that of him controlled throttle actuator 6 and the throttle position sensor 10 the throttle position control loop.
- Module 2 receives the throttle valve setting needed Information regarding the air mass setpoint or the Target speed of the engine via the data line 3 from Engine control unit 1 and gives over this bidirectional data line 3, the information about the measured by the air mass flow sensor 7a Air mass actual value to the engine control unit 1 on.
- the Security processor unit within the signal processing block 8 is used to carry out required, e.g. legally prescribed, safety functions for the electrical Throttle control.
- the signal processing block 8 contains the hardware and hardware necessary to fulfill the functions mentioned above Software with appropriate intelligence, what he especially has a suitable microprocessor.
- the same in the Module 2 micro-integrated power electronics 9 supplies the power-consuming components of the module 2 and the throttle actuator 6 with the required electrical energy.
- module 2 A realization of the module 2 is that with the microsystem technology familiar expert on the basis of the above-described, from the module 2 to be fulfilled functions readily possible, so that this no further explanation is needed here.
- module 2 both the engine load determining means as well as the throttle position controller including associated output stage for controlling the throttle actuator motor 6 and beyond the security processor and the required power electronics 9 contains need these components no longer as usual in the engine control unit 1 are housed.
- Throttle position and load sensing module 2 in all the hardware and software components for engine load detection and throttle valve adjustment integrated in microsystem technology are a number of advantages. This is how microintegration makes it possible the relevant for the load detection sensors 7a, 7b, 7c in Sensor block 7 the use of multi-sensor data processing, i.e. Sensor fusion to increase accuracy and reliability the engine load estimates derived from the sensor measurements. It also eliminates the need for a separate Temperature compensation for each individual sensor.
- the signal processing block 8 together with security processor unit and the power electronics 9 in the Module 2 also results in a significant reduction of the Cabling effort and thus increase system security, because the sensor output signals no longer to the engine control unit 1 must be led. With the module 2 can be the internal combustion engine comparatively accurate and reliable in the desired Control manner, for example so that the smallest possible Fuel consumption and exhaust emissions.
- Throttle position sensor 10 instead of the conventional, fault-prone throttle potentiometer preferably a used non-contact measuring sensor, whose one sensor part together with an associated transmitter in the Module 2 is micro-integrated.
- Two such throttle sensors, which are feasible with relatively little effort are in Figs. 2 and 3 are shown.
- the throttle position sensor 10a shown in FIG. 2 includes as a first sensor part, a Hall sensor element 11, the on the circumference of the air intake pipe 4 in the region around a pivot axis 12 pivotally mounted in the intake pipe 4 throttle valve. 5 is arranged.
- a Hall sensor element 11 To the Hall sensor element 11 is an associated, analog evaluation 13 coupled, as well as the Hall sensor element 11 microintegrated into the module 2 of Fig. 1 is.
- a second sensor part comprises the throttle position sensor 10a a magnetic pill 14, the on a circumferential point of the throttle valve 5 is pressed, which is adjacent to the position of the Hall sensor element 11 on the intake pipe 4 is, wherein the distance between Hall sensor element 11 and magnetic pill 14 at small throttle angles near the Closed position is small and with larger throttle angles increases.
- a sensor can be used instead the Hall sensor element 11 is a carrier frequency generator and instead of the pressed-in magnetic pill 14, an associated, An absorber element realized as a resonant circuit for the carrier frequency generator having emitted electromagnetic waves.
- the analog transmitter 13 is suitable for this Modification adjusted by the distance between carrier frequency generator and absorber element-dependent absorptivity and thus to detect the set throttle angle can.
- Fig. 3 shows a simple realization of a throttle position sensor 10b in the event that as a throttle actuator a brushless synchronous motor 6a is used, its shaft via a not shown, translating gear is rotatably coupled to the shaft of the throttle valve 5.
- brushless synchronous motor 6a has a plurality Hall sensor elements 15a, 15b, 15c, which are usually to serve to detect the exact position of the servo motor 6a.
- This Hall-side Hall sensor elements 15a, 15b, 15c are in the example of Fig. 3 at the same time as the one sensor part of a contactless measuring throttle position sensor 10b used the other sensor part an associated, suitably designed Evaluation electronics 16, e.g. in the form of an ASIC module, which microintegrates into the module 2 of FIG.
- this evaluation electronics 16 again be part of the signal processing block 8.
- 4 signal lines 17 are guided on the circumference of the suction tube the transmitter 16, the output signals of the Hall sensor elements 15a, 15b, 15c supplied.
- Throttle potentiometer As another possibility of waiving a failure-prone Throttle potentiometer is considered in the signal processing block 8 of module 2 of FIG. 1 is an indirect estimate the throttle position based on the engine load sensor signals and in this way the entirety of Sensors, which measure the engine load-indicative sizes together with the engine load estimation means as the throttle position sensor use.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung und eine Motorsteuerungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Motorsteuerungseinrichtung Sensormittel zur Erfassung motorlastindikativer Größen, Mittel zur Ermittlung der Motorlast anhand der von den Sensormitteln zugeführten Meßwerte und einen Drosselklappenstellungs-Regelkreis mit einem Drosselklappen-Lageregler, einer Drosselklappen-Stelleinheit und einem Drosselklappenstellungssensor beinhaltet.The invention relates to a sensor arrangement and a motor control device for an internal combustion engine, wherein the Engine control device Sensor means for detecting engine load indicative Sizes, means for determining the engine load the measured values supplied by the sensor means and a Throttle position control loop with a throttle position controller, a throttle actuator and a throttle position sensor includes.
Herkömmlicherweise sind Sensoranordnungen und Motorsteuerungseinrichtungen von Verbrennungsmotoren, z.B. für Kraftfahrzeuge, so ausgelegt, daß alle am Motor angeordneten Sensoren und die Drosselklappen-Stelleinheit in eigenen Gehäusen untergebracht und einzeln mit einem Motorsteuergerät verkabelt sind, das die gesamte Intelligenz für die Motorsteuerung enthält. So beinhaltet ein typisches Motorsteuergerät z.B. einen Hauptprozessor, eine mit diesem verbundene Motorlastberechnungseinheit, einen an den Hauptprozessor angekoppelten Sicherheitsprozessor zur Durchführung vorgeschriebener Sicherheitsfunktionen für eine elektrisch angesteuerte Drosselklappe, einen Drosselklappen-Lageregler und eine zugehörige Endstufe zur Ansteuerung der Drosselklappen-Stelleinheit. Der Motorlastberechnungseinheit sind die Ausgangssignale eines Saugrohrdrucksensors, eines Ansauglufttemperatursensors und eines Luftmassensensors zugeführt. Außerdem wird das Ausgangssignal des Drosselklappenstellungssensors sowohl der Motorlastberechnungseinheit als auch dem Drosselklappen-Lageregler des Motorsteuergeräts zugeführt. Alle genannten Sensoren sind voneinander separiert an geeigneten Stellen des Luftansaugtraktes positioniert. Die Drosselklappen-Stelleinheit ist üblicherweise z.B. als Gleichstrom-Stellmotor mit einem Potentiometer ausgeführt, der als Drosselklappenstellungssensor dient.Conventionally, sensor arrays and motor control devices of internal combustion engines, e.g. for motor vehicles, designed so that all the sensors arranged on the engine and the Throttle actuator housed in separate housings and individually connected to an engine control unit, which is the contains complete intelligence for the engine control. So includes a typical engine control unit e.g. a main processor, an associated with this engine load calculation unit, one the main processor coupled security processor to perform mandatory safety functions for an electric controlled throttle, a throttle position controller and an associated output stage for controlling the Throttle actuator. The engine load calculation unit are the output signals of an intake manifold pressure sensor, an intake air temperature sensor and an air mass sensor supplied. In addition, the output of the throttle position sensor both the engine load calculation unit and the throttle position controller supplied to the engine control unit. All said sensors are separated from each other at appropriate Positions of the air intake tract positioned. The throttle actuator is usually e.g. as a DC servomotor performed with a potentiometer, which serves as a throttle position sensor serves.
Aus der Patentschrift DE 34 05 935 C2, die eine spezielle Drosselklappenstelleinrichtung für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor offenbart, ist es bekannt, einen von einem Prozessor angesteuerten Drosselklappen-Stellmotor, einen zugehörigen Drosselklappenstellungssensor, einen Drosselklappenstutzen, in welchem auf einer Drosselklappenwelle die Drosselklappe angeordnet ist, die elektronischen Bauteile einer Eingangsstufe, von der ein Sollwertsignal einem Lageregelkreis zuführbar ist, den Lageregelkreis selbst sowie eine Endstufe, der ein Ausgangssignal des Lageregelkreises zuführbar ist und über die dem Stellmotor Ansteuersignale zugeführt werden können, in einer gemeinsamen Baugruppe integriert anzuordnen. Durch diese Bauteilintegration soll der Verkabelungsaufwand verringert werden.From the patent DE 34 05 935 C2, a special Throttle valve adjusting device for a motor vehicle internal combustion engine it is known to one of a Processor controlled throttle actuator, an associated Throttle position sensor, a throttle body, in which on a throttle shaft the Throttle valve is arranged, the electronic components of a Input stage from which a setpoint signal is fed to a position control loop can be fed, the position control loop itself and a Output stage, which can be fed to an output signal of the position control loop is and fed to the servomotor via the control signals can be integrated in a common assembly to arrange. Through this component integration of the Cabling effort can be reduced.
Die DE 44 43 502 A1 zeigt ein Motorsteuergerät, bei dem aus Gründen der Einsparung von Steckverbindungen ein Drosselor gan, ein Steuergerät und ein Luftmassenmesser in einem Gehäuse als vormontierte Baueinheit untergebracht sind.DE 44 43 502 A1 shows an engine control unit, in which For reasons of saving plug connections a throttle gan, a control unit and an air mass meter in a housing are housed as a preassembled unit.
Der Wunsch zunehmender Integration und mikrotechnischer Realisierung von fahrzeugelektrischen Komponenten, wie z.B. Sen soren und Aktoren, kommt in dem Zeitschriftenaufsatz K. Ehlers, Mikrosystemtechnik - Voraussetzung für Funktionsverdichtung und Aufwärtsintegration im Kraftfahrzeug, tm - Technisches Messen 60 (1993) 9, Seite 347 zum Ausdruck.The desire for increasing integration and microtechnical realization of vehicle electrical components, such as e.g. Sen Soren and Aktoren, comes in the journal article K. Ehlers, Microsystem technology - prerequisite for functional compression and upward integration in motor vehicle, tm - technical Messen 60 (1993) 9, page 347 for expression.
Das Dokument "air flow sensor with temperature sensor, Massen-Durchflussmesser" der Robert Bosch GmbH von 1995 zeigt auf Seite 115 einen mikromechanischen Heißfilm-Luftmassendurchflussmesser, der zur Realisierung seiner Messfunktion einen Heizwiderstand, zwei diesen beidseitig eng benachbarte Temperatursensoren und einen etwas weiter entfernten Lufttemperatursensor integriert enthält.The document "air flow sensor with temperature sensor, mass flow meter" the Robert Bosch GmbH of 1995 shows on page 115 a micromechanical hot-film air mass flow meter, the one for the realization of his measuring function a heating resistor, two on both sides closely adjacent Temperature sensors and a slightly further air temperature sensor integrated contains.
Als Drosselklappenstellungssensor sind neben Potentiometern bereits eine Vielzahl weiterer Typen vorgeschlagen worden, insbesondere solche, die auf einem berührungslosen Messprinzip beruhen, wie optischer, magnetischer und kapazitiver Abtastung. Sensoren dieser Typen sind z.B. in den Offenlegungsschriften DE 38 26 408 A1, DE 42 43 778 A1 und DE 42 43 779 A1 sowie den Patentschriften DE 40 14 885 C2, DE 40 34 991 C2, DE 41 18 218 C2 und US 4.994.739 beschrieben.As throttle position sensor are in addition to potentiometers already a variety of other types have been proposed in particular those based on a non-contact measuring principle based, such as optical, magnetic and capacitive sensing. Sensors of these types are e.g. in the publications DE 38 26 408 A1, DE 42 43 778 A1 and DE 42 43 779 A1 and the patents DE 40 14 885 C2, DE 40 34 991 C2, DE 41 18 218 C2 and US 4,994,739.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Sensoranordnung und einer Motorsteuerungseinrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die nur wenig Verkabelungsaufwand erfordern und dementsprechend ausfallsicher sind, kompakt bauen, eine präzise und damit kraftstoffverbrauchs- und abgasemissionsoptimierte Motorsteuerung ermöglichen und bei Bedarf eine multisensorielle Messdatenverarbeitung unter Ausnutzung redundanter Sensorinformationen erlauben.The invention is the provision as a technical problem a sensor arrangement and a motor control device of the type mentioned, the only little cabling require and accordingly fail-safe are, compact build, a precise and therefore fuel consumption and exhaust emission optimized engine control enable and, if necessary, multisensor data processing taking advantage of redundant sensor information allow.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Motorsteuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2.The invention solves this problem by providing a sensor arrangement with the features of claim 1 and an engine control device having the features of the claim Second
Bei der Sensoranordnung nach Anspruch 1 sind aus einer Sensormenge, die aus einem Luftmassensensor, einem Ansauglufttemperatursensor, einem Saugrohrdrucksensor und einem Drosselklappenstellungssensor besteht, wenigstens zwei Sensoren in Form eines Saugrohrdrucksensors und eines Luftmassensensors oder in Form eines Drosselklappenstellungssensors und mindestens eines weiteren Sensors in einer Moduleinheit mikrointegriert angeordnet. Bevorzugt sind alle vier Sensoren in dieser Weise in Mikrotechnik in die Moduleinheit integriert. Diese Mikrointegration mehrerer Sensoren, bei denen es sich insbesondere um solche handelt, die Motorlastindikative Größen erfassen, spart Verkabelungsaufwand ein, erlaubt einen kompakten Aufbau der Sensoranordnung und bietet die Voraussetzung einer multisensoriellen Messdatenverarbeitung, bei der bei Bedarf redundante Sensorinformationen ausgenutzt werden können, beispielsweise zur Erhöhung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Gewinnung von Motorlastschätzwerten.In the sensor arrangement according to claim 1 are from a sensor amount, that consists of an air mass sensor, an intake air temperature sensor, an intake manifold pressure sensor and a throttle position sensor consists of at least two sensors in the form of a Saugrohrdrucksensors and an air mass sensor or in the form of a throttle position sensor and at least one further sensor microintegrated in a module unit arranged. Preferably, all four sensors are in this way in microtechnology integrated into the module unit. This micro integration of multiple sensors that are especially those that are engine load indicative sizes capture, saves cabling, allows one compact design of the sensor arrangement and provides the prerequisite a multisensorial data processing, at if necessary redundant sensor information can be used can, for example, to increase accuracy and Reliability in obtaining engine load estimates.
Bei der Motorsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2 ist eine
Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Dabei beinhaltet
die Motorsteuerungseinrichtung eine Moduleinheit, in der
nicht nur die zwei bis vier genannten Sensoren dieser Sensoranordnung,
sondern zusätzlich die Mittel zur Motorlastermitt
lung, vorzugsweise in Form einer Motorlastschätzung, und/oder
der Drosselklappen-Lageregler mikrointegriert angeordnet
sind. Bei dieser Motorsteuerungseinrichtung entfällt der Verkabelungsaufwand
für die in die Moduleinheit integrierten
Komponenten, wobei vorzugsweise
alle vier genannten Sensoren der Sensoranordnung, die Motorlastbestimmungsmittel
und der Drosselklappen-Lageregler in
Mikrotechnik in die Moduleinheit integriert sind, das dann als
ein mikrointegriertes, intelligentes Drosselklappenstellungsund
Lasterfassungmodul bezeichnet werden kann. Durch die Integration
der Motorlastbestimmungsmittel und/oder des Drosselklappen-Lagereglers
in die Moduleinheit und damit deren Auslagerung
aus dem herkömmlichen Motorsteuergerät brauchen die zugehörigen
Sensordaten nicht mehr zum Motorsteuergerät übermittelt werden.
Außerdem kann die gesamte Motorsteuerungseinrichtung durch die
Mikrointegration der genannten Komponenten in die Moduleinheit
vergleichsweise kompakt aufgebaut werden.In the engine control device according to
Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Motorsteuerungseinrichtung
ist der Drosselklappenstellungssensor an der Mikrointegration
beteiligt, wozu er in spezieller Weise relativ einfach,
jedoch so aufgebaut ist, daß er noch die geforderte Meßgenauigkeit
bietet.In a further developed according to
Eine nach Anspruch 4 weitergebildete Motorsteuerungseinrichtung besitzt einen bürstenlosen Synchronmotor als Drosselklappen-Stelleinheit, wobei die bei einem solchen Motor herkömmlicherweise zwecks Erfassung seiner Stellposition vorgesehenen Hallsensorelemente gleichzeitig als ein in die Mikrointegration einbezogener Drosselklappenstellungssensor verwendet werden. Dies erlaubt vergleichsweise genaue Drosselklappenstellungsmessungen über den gesamten Einstellbereich hinweg.A further developed according to claim 4 engine control device has a brushless synchronous motor as the throttle actuator, which in such a motor conventionally for the purpose of detecting its parking position provided Hall sensor elements at the same time as one involved in micro-integration Throttle position sensor can be used. This allows comparatively accurate throttle position measurements over the entire adjustment range.
Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Motorsteuerungseinrichtung ist in die Moduleinheit des weiteren eine Leistungselektronik in Mikrotechnik integriert, die zur Speisung der leistungsverbrauchenden Komponenten der Moduleinheit und ggf. eines Drosselklappen-Stellmotors dient.In a further developed according to claim 5 engine control device is in the module unit further a power electronics integrated in microtechnology, which feeds the power consuming Components of the module unit and possibly one Throttle actuator serves.
Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten Motorsteuerungseinrichtung
ist in der Moduleinheit zusätzlich eine Sicherheits-Prozessoreinheit
mikrointegriert angeordnet, die zur Durchführung
von erforderlichen Sicherheitsfunktionen für die elektrische
Drosselklappensteuerung eingerichtet ist. Die Auslagerung
dieser üblicherweise im Motorsteuergerät enthaltenen Prozessoreinheit
aus dieser heraus in die Moduleinheit trägt weiter
zur Vereinfachung des Motorsteuergerätes und vor allem zur Einsparung
von Verkabelungsaufwand und Signalübertragungsprozessen
bei, insbesondere dann, wenn auch die Motorlastbestimmungsmittel
und der Drosselklappen-Lageregler in die Moduleinheit integriert
sind.In a further developed according to
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Motorsteuerungseinrichtung mit zugehöriger Sensoranordnung für einen Verbrennungsmotor,
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines in der Einrichtung von Fig. 1 verwendbaren Drosselklappenstellungssensors und
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines in der Einrichtung von Fig. 1 verwendbaren Drosselklappenstellungssensors.
- Fig. 1
- a schematic representation of an engine control device with associated sensor arrangement for an internal combustion engine,
- Fig. 2
- a schematic representation of a first embodiment of a usable in the device of FIG. 1 throttle position sensor and
- Fig. 3
- a schematic representation of a second example of a usable in the device of Fig. 1 throttle position sensor.
Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Motorsteuerungseinrichtung
beinhaltet ein Motorsteuergerät 1 und ein intelligent ausgelegtes,
in Mikrotechnik realisiertes Drosselklappenstellungs- und
Lasterfassungsmodul 2, das mit dem Motorsteuergerät 1 über eine
serielle, digitale Datenleitung 3 in Datenaustauschverbindung
steht. Das Drosselklappenstellungs- und Lasterfassungsmodul 2
ist als ringförmiges Bauteil ausgeführt, das am Umfang eines
Luftansaugrohres 4 eines von der Motorsteuerungseinrichtung gesteuerten,
nicht weiter gezeigten Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
im Bereich einer Drosselklappe 5 angeordnet ist, die im
Saugrohr 4 schwenkbar gelagert ist. Die Verstellung der Drosselklappe
5 erfolgt mittels eines Stellmotors 6, wofür vorzugsweise
ein bürstenloser Synchronmotor zum Einsatz kommt.The engine control device shown schematically in Fig. 1
includes an engine control unit 1 and an intelligently designed,
in mikrotechnik realized Drosselklappenstellungs- and
In das Drosselklappenstellungs- und Lasterfassungsmodul 2 sind
alle Hardware- und Softwarekomponenten für die Erfassung der Motorlast
und die Einstellung der Drosselklappe 5 in mikrointegrierter
Bauweise enthalten, d.h. alle zur Erfassung motorlastindikativer
Größen erforderlichen Sensoren, Mittel zur Bestimmung,
d.h. Schätzung, der Motorlast anhand der Meßwerte dieser
Sensoren und ein Drosselklappenstellungs-Regelkreis. Speziell
beinhaltet das Modul 2 hierzu einen Sensorblock 7, einen Signalverarbeitungsblock
8, eine Leistungselektronik 9 und einen
vom Sensorblock 7 getrennt angeordneten, berührungslos messenden
Drosselklappenstellungssensor 10.Into the throttle position and
Der Sensorblock 7 beinhaltet einen Luftmassenstromsensor 7a, einen
Ansauglufttemperatursensor 7b und einen Saugrohrdrucksensor
7c, die in geeigneter Weise vom Modul 2 in das Saugrohr 4 hineinragen.
Der Signalverarbeitungsblock 8 enthält Mittel zur Motorlastbestimmung
durch Vornahme einer Lastschätzung, für welche
insbesondere die drei motorlastintikativen Ausgangssignale der
Sensoren 7a, 7b, 7c des Sensorblocks 7 verwendet werden. Des
weiteren sind im Signalverarbeitungsblock 8 ein Drosselklappen-Lageregler
und eine Sicherheits-Prozessoreinheit enthalten. Der
Drosselklappen-Lageregler bildet dabei zusammen mit dem von ihm
angesteuerten Drosselklappen-Stellmotor 6 und dem Drosselklappenstellungssensor
10 den Drosselklappenstellungs-Regelkreis.
Das Modul 2 erhält die für die Drosselklappeneinstellung benötigten
Informationen bezüglich des Luftmassensollwertes bzw. der
Solldrehzahl des Verbrennungsmotors über die Datenleitung 3 vom
Motorsteuergerät 1 und gibt über diese bidirektionale Datenleitung
3 die Information über den vom Luftmassenstromsensor 7a gemessenen
Luftmassenistwert an das Motorsteuergerät 1 weiter. Die
Sicherheits-Prozessoreinheit innerhalb des Signalverarbeitungsblocks
8 dient der Ausführung von geforderten, z.B. gesetzlich
vorgeschriebenen, Sicherheitsfunktionen für die elektrische
Drosselklappenansteuerung. Der Signalverarbeitungsblock 8 enthält
die zur Erfüllung der genannten Funktionen nötige Hard- und
Software mit entsprechender Intelligenz, wozu er insbesondere
einen geeigneten Mikroprozessor aufweist. Die gleichfalls in das
Modul 2 mikrointegrierte Leistungselektronik 9 versorgt die
stromverbrauchenden Komponenten des Moduls 2 sowie den Drosselklappen-Stellmotor
6 mit der erforderlichen elektrischen Energie.The sensor block 7 includes an air mass flow sensor 7a, a
Intake air temperature sensor 7b and an intake manifold pressure sensor
7 c, which protrude in a suitable manner from the
Eine Realisierung des Moduls 2 ist dem mit der Mikrosystemtechnik
vertrauten Fachmann anhand der oben beschriebenen, vom Modul
2 zu erfüllenden Funktionen ohne weiteres möglich, so daß dies
hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Indem das Modul 2 sowohl
die Motorlastbestimmungsmittel als auch den Drosselklappen-Lageregler
samt zugehöriger Endstufe zur Ansteuerung des Drosselklappen-Stellmotors
6 und darüber hinaus den Sicherheitsprozessor
und die benötigte Leistungselektronik 9 enthält, brauchen
diese Komponenten nicht mehr wie herkömmlich im Motorsteuergerät
1 untergebracht werden.A realization of the
Insgesamt ergeben sich durch die Verwendung des intelligent ausgelegten
Drosselklappenstellungs- und Lasterfassungsmoduls 2, in
das alle Hard- und Softwarekomponenten zur Motorlasterfassung
und Drosselklappeneinstellung in Mikrosystemtechnik integriert
sind, eine Reihe von Vorteilen. So ermöglicht die Mikrointegration
der für die Lasterfassung relevanten Sensoren 7a, 7b, 7c im
Sensorblock 7 den Einsatz multisensorieller Meßdatenverarbeitung,
d.h. Sensorfusion, zur Erhöhung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit
der aus den Sensormeßwerten abgeleiteten Motorlastschätzwerte.
Es entfällt zudem die Notwendigkeit einer separaten
Temperaturkompensation für jeden einzelnen Sensor. Zusammen mit
der Integration des Signalverarbeitungsblocks 8 samt Sicherheits-Prozessoreinheit
sowie der Leistungselektronik 9 in das
Modul 2 ergibt sich zudem eine beträchtliche Reduzierung des
Verkabelungsaufwandes und damit Erhöhung der Systemsicherheit,
da die Sensorausgangssignale nicht mehr zum Motorsteuergerät 1
geführt werden müssen. Mit dem Modul 2 läßt sich der Verbrennungsmotor
vergleichsweise genau und zuverlässig in gewünschter
Weise steuern, beispielsweise so, daß sich möglichst geringe
Kraftstoffverbrauchs- und Abgasemissionswerte ergeben.Overall, this results from the use of the intelligently designed
Throttle position and
Als weiterer Vorteil wird in der Motorsteuerungseinrichtung als
Drosselklappenstellungssensor 10 anstelle des herkömmlichen,
störungsanfälligen Drosselklappenpotentiometers vorzugsweise ein
berührungslos messender Sensor verwendet, dessen einer Sensorteil
zusammen mit einer zugehörigen Auswerteelektronik in das
Modul 2 mikrointegriert ist. Zwei derartige Drosselklappensensoren,
die mit relativ geringem Aufwand realisierbar sind, sind in
den Fig. 2 und 3 dargestellt.Another advantage is in the engine control device as
Der in Fig. 2 gezeigte Drosselklappenstellungssensor 10a beinhaltet
als einen ersten Sensorteil ein Hallsensorelement 11, das
am Umfang des Luftansaugrohres 4 im Bereich der um eine Schwenkachse
12 schwenkbar im Ansaugrohr 4 gelagerten Drosselklappe 5
angeordnet ist. An das Hallsensorelement 11 ist eine zugehörige,
analoge Auswerteelektronik 13 angekoppelt, die ebenso wie das
Hallsensorelement 11 in das Modul 2 von Fig. 1 mikrointegriert
ist. Insbesondere kann die Auswerteelektronik 13 Bestandteil des
Signalverarbeitungsblocks 8 sein. Als zweiten Sensorteil umfaßt
der Drosselklappenstellungssenor 10a eine Magnetpille 14, die an
einer umfangsseitigen Stelle der Drosselklappe 5 eingepreßt ist,
die der Position des Hallsensorelementes 11 am Ansaugrohr 4 benachbart
ist, wobei der Abstand zwischen Hallsensorelement 11
und Magnetpille 14 bei kleinen Drosselklappenwinkeln nahe der
Geschlossenstellung klein ist und mit größeren Drosselklappenwinkeln
anwächst. Damit erfüllt dieser Drosselklappenstellungssensor
10a bei geringem Realisierungsaufwand die Forderung, besonders
die kleineren Drosselklappenwinkel im Bereich zwischen
etwa 0° und 20° mit hoher Genauigkeit messen zu können, während
bei größeren Drosselklappenwinkeln, die dem oberen Teillastbereich
und dem Vollastbereich des Verbrennungsmotors entsprechen,
vergleichsweise größere Meßungenauigkeiten akzeptiert werden
können. The
Als eine mögliche Variante des Drosselklappenstellungssensors
10a von Fig. 2, welche im wesentlichen dieselben, oben genannten
Eigenschaften besitzt, kann ein Sensor verwendet werden, der anstelle
des Hallsensorelementes 11 einen Trägerfrequenzerzeuger
und anstelle der eingepreßten Magnetpille 14 ein zugehöriges,
als Schwingkreis realisiertes Absorberelement für die vom Trägerfrequenzerzeuger
emittierten elektromagnetischen Wellen aufweist.
Die analoge Auswerteelektronik 13 ist geeignet an diese
Modifikation angepaßt, indem sie den vom Abstand zwischen Trägerfrequenzerzeuger
und Absorberelement abhängigen Absorptionsgrad
und damit den eingestellten Drosselklappenwinkel zu erfassen
vermag.As a possible variant of the
Fig. 3 zeigt eine einfache Realisierung eines Drosselklappenstellungssensors
10b für den Fall, daß als Drosselklappen-Stellmotor
ein bürstenloser Synchronmotor 6a verwendet wird,
dessen Welle über ein nicht gezeigtes, übersetzendes Getriebe
mit der Welle der Drosselklappe 5 drehfest gekoppelt ist. Der
verwendete, bürstenlose Synchronmotor 6a besitzt eine Mehrzahl
von .Hallsensorelementen 15a, 15b, 15c, die üblicherweise dazu
dienen, die genaue Position des Stellmotors 6a zu erfassen. Diese
motorseitigen Hallsensorelemente 15a, 15b, 15c werden im Beispiel
von Fig. 3 gleichzeitig als der eine Sensorteil eines berührungslos
messenden Drosselklappenstellungssensors 10b verwendet,
dessen anderer Sensorteil eine zugehörige, geeignet ausgelegte
Auswerteelektronik 16, z.B. in Form eines ASIC-Bausteins,
enthält, die in das Modul 2 von Fig. 1 mikrointegriert und dazu
an einer geeigneten Stelle am Umfang des Luftansaugrohres 4 angeordnet
ist. Insbesondere kann auch diese Auswerteelektronik 16
wieder Teil des Signalverarbeitungsblocks 8 sein. Über zugehörige,
am Umfang des Saugrohres 4 geführte Signalleitungen 17 werden
der Auswerteelektronik 16 die Ausgangssignale der Hallsensorelemente
15a, 15b, 15c zugeführt.Fig. 3 shows a simple realization of a throttle position sensor
10b in the event that as a throttle actuator
a brushless
Als weitere Möglichkeit des Verzichts auf ein störanfälliges
Drosselklappenpotentiometer kommt in Betracht, im Signalverarbeitungsblock
8 des Moduls 2 von Fig. 1 eine indirekte Schätzung
der Drosselklappenstellung anhand der motorlastindikativen Sensorsignale
vorzunehmen und auf diese Weise die Gesamtheit der
Sensoren, welche die motorlastindikativen Größen messen, zusammen
mit den Motorlastschätzmitteln als Drosselklappenstellungssensor
einzusetzen.As another possibility of waiving a failure-prone
Throttle potentiometer is considered in the
Claims (6)
- A sensor arrangement with at least two micro-integrated sensors for an internal combustion engine,
characterised in that
of a quantity of sensors consisting of a mass air flow sensor (7a), a manifold air temperature sensor (7b), an induction pipe pressure sensor (7c) and a throttle valve position sensor (10), at least two sensors in the form of the induction pipe pressure sensor (7c) and the mass air flow sensor (7a) and where appropriate at least one further sensor are micro-integrated in a module unit (2); or at least two sensors in the form of the throttle valve position sensor (10) and at least one further sensor (7a, 7b, 7c) are micro-integrated in a module unit (2). - An engine control device for an internal combustion engine havingsensor means (7a, 7b, 7c) for measuring engine load-indicating values,means (8) for determining engine load using the measured values provided by the sensor means anda throttle valve position closed loop with a throttle valve position regulator (8) which generates a throttle valve position regulating signal using the engine load value determined, a throttle valve adjusting unit (6) and a throttle valve position sensor (10),the sensor means consist of a sensor arrangement in accordance with claim 1, the means (8) for determining the engine load and/or the throttle valve position regulator (8) being micro-integrated in the module unit (2) in addition to the at least two sensors (7a, 7b, 7c, 10).
- An engine control device in accordance with claim 2, further
characterised in that
the throttle valve position sensor (10a) consists of a first sensor part in the form of a hall sensor element (11) or a transmitter of electromagnetic waves which is connected to an electronic evaluation device (13) and a second sensor part in the form of a magnet body (14) or an absorber element for electromagnetic waves, the second sensor part being positioned at a peripheral point of a throttle valve (5) mounted in an induction pipe (4) in such a manner that it is able to pivot and the first sensor part being positioned at an opposing point of the induction pipe, and both the first sensor part and the electronic evaluation device being micro-integrated in the module unit. - An engine control device in accordance with claim 2 or 3, further
characterised in that
the throttle valve adjusting unit takes the form of a brushless synchronous motor (6a) with position-measuring hall sensor elements (15a, 15b, 15c), it being possible to feed the output signals from the hall sensor elements to an electronic evaluation device (16) micro-integrated in the module unit (2) which forms a throttle valve position sensor (10b) with said hall sensor elements. - An engine control device in accordance with one of claims 2 to 4, further
characterised in that
micro-integrated in the module unit (2) is an electronic power device (9) from which the power-consuming components of the module unit (2) and a throttle valve adjusting motor (6) are fed. - An engine control device in accordance with one of claims 2 to 5, further
characterised in that
micro-integrated in the module unit (2) is a safety processor unit (8) which is set up to implement safety functions for throttle valve adjustment.
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