EP0889213A2 - Sensoranordnung und Motorsteuerungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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EP0889213A2
EP0889213A2 EP98111377A EP98111377A EP0889213A2 EP 0889213 A2 EP0889213 A2 EP 0889213A2 EP 98111377 A EP98111377 A EP 98111377A EP 98111377 A EP98111377 A EP 98111377A EP 0889213 A2 EP0889213 A2 EP 0889213A2
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sensor
throttle valve
control device
engine
module unit
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Hans Hubert Hemberger
Matthias Scherer
Winfried Stiltz
Günther ALBERTER
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DaimlerChrysler AG
Daimler Benz AG
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Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement and a motor control device for an internal combustion engine, the Engine control device Sensor means for detecting engine load indicative Quantities, means for determining the engine load based on the measured values supplied by the sensor means and a Throttle valve position control circuit with a throttle valve position controller, a throttle valve actuator and a throttle valve position sensor includes.
  • the Throttle valve actuator is usually e.g. as a DC servomotor with a potentiometer that functions as a throttle position sensor serves.
  • Throttle position sensors are in addition to potentiometers
  • a large number of other types have already been proposed, in particular those based on a non-contact measuring principle, like optical, magnetic and capacitive scanning. Sensors these types are e.g. in DE 38 26 408 A1, DE 42 43 778 A1 and DE 42 43 779 A1 and the patent specifications DE 40 14 885 C2, DE 40 34 991 C2, DE 41 18 218 C2 and US 4,994,739.
  • the invention is a technical problem of providing a sensor arrangement and an engine control device of type mentioned at the beginning, which requires little wiring require and are therefore fail-safe, compact build a precise and therefore optimized fuel consumption and exhaust emissions Enable engine control and if necessary a multisensorial measurement data processing using redundant Allow sensor information.
  • the invention solves this problem by providing a Sensor arrangement with the features of claim 1 and one Motor control device with the features of claim 2.
  • At least two of the four sensors intake air temperature sensor, intake manifold pressure sensor, Air mass sensor and throttle position sensor in one Module unit arranged micro-integrated.
  • Prefers are all four sensors in this way in micro technology in the Integrated module unit.
  • This micro integration of multiple sensors which are particularly those that are engine load indicative Capturing sizes saves cabling effort one, allows a compact structure of the sensor arrangement and offers the prerequisite for multi-sensor data processing, where redundant sensor information is used if necessary can be used, for example, to increase accuracy and reliability in obtaining engine load estimates.
  • the engine control device includes Motor control device a module unit in which not only the two to four sensors mentioned in this sensor arrangement, but also the means for engine load determination, preferably in the form of an engine load estimate, and / or the throttle position controller are arranged micro-integrated.
  • the means for engine load determination preferably in the form of an engine load estimate, and / or the throttle position controller are arranged micro-integrated.
  • the Engine control device eliminates the wiring effort for the components integrated in the module unit, preferably all four named sensors of the sensor arrangement, the engine load determining means and the throttle position controller in Microtechnology are integrated in the module unit, which then as a micro-integrated, intelligent throttle position and Load detection module can be called.
  • engine control device is the throttle position sensor on the microintegration involved, for which he is relatively simple in a special way, However, it is constructed so that it still has the required measurement accuracy offers.
  • a further developed according to claim 4 engine control device has a brushless synchronous motor as a throttle valve actuator, which is conventional in such an engine Hall sensor elements provided for detecting its position at the same time as one involved in microintegration Throttle position sensor can be used. This allows comparatively accurate throttle position measurements across the entire setting range.
  • engine control device is also power electronics in the module unit integrated in microtechnology to power the power consuming Components of the module unit and possibly one Throttle valve servo serves.
  • engine control device is also a safety processor unit in the module unit arranged micro-integrated to carry out of required safety functions for the electrical Throttle valve 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 of cabling effort and signal transmission processes at, especially when the engine load determination means and the throttle valve position controller integrated in the module unit are.
  • the engine control device shown schematically in FIG. 1 includes an engine control unit 1 and an intelligently designed Throttle valve position and Load detection module 2, which with the engine control unit 1 via a serial, digital data line 3 in data exchange connection stands.
  • the throttle position and load sensing module 2 is designed as a ring-shaped component, which on the circumference of a Air intake pipe 4 of a motor-controlled device controlled Motor vehicle internal combustion engine not shown is arranged in the region of a throttle valve 5, the Suction pipe 4 is pivotally mounted.
  • the throttle valve adjustment 5 takes place by means of a servomotor 6, for which purpose preferably a brushless synchronous motor is used.
  • module 2 contains all hardware and software components for recording the engine load and the setting of the throttle valve 5 in micro-integrated Construction included, i.e. all for recording engine load indicators Sizes required sensors, means for determination, i.e. Estimate the engine load based on the measured values of this Sensors and a throttle position control loop.
  • module 2 contains a sensor block 7, a signal processing block 8, power electronics 9 and one from the sensor block 7 separately arranged, non-contact measuring Throttle position sensor 10.
  • the sensor block 7 includes an air mass flow sensor 7a, one Intake air temperature sensor 7b and an intake manifold pressure sensor 7c, which protrude from the module 2 into the suction pipe 4 in a suitable manner.
  • the signal processing block 8 contains means for determining the engine load by making a load estimate for which in particular the three engine load indicative output signals of the Sensors 7a, 7b, 7c of the sensor block 7 are used. Of others are in the signal processing block 8 a throttle position controller and contain a security processor unit. Of the Throttle position controller forms together with that of him controlled throttle valve actuator 6 and the throttle valve position sensor 10 the throttle position control loop.
  • Module 2 receives the throttle valve adjustment required Information regarding the air mass setpoint or the Target speed of the internal combustion engine via data line 3 from Engine control unit 1 and gives over this bidirectional data line 3 the information about that measured by the air mass flow sensor 7a Forward air mass actual value to engine control unit 1.
  • the Security processor unit within the signal processing block 8 is used to execute required, e.g. legal prescribed, safety functions for the electrical Throttle valve control.
  • the signal processing block 8 contains the hardware and hardware required to perform the functions mentioned Software with the appropriate intelligence, for which it is particularly useful has a suitable microprocessor.
  • the also in that Module 2 micro-integrated power electronics 9 supplies the power-consuming components of module 2 and the throttle valve servomotor 6 with the required electrical energy.
  • Module 2 is implemented using microsystem technology familiar expert using the module described above 2 functions to be fulfilled easily, so this no further explanation is required here.
  • module 2 both the engine load determining means and the throttle position controller including the associated output stage for controlling the throttle valve servomotor 6 and beyond the security processor and contains the required power electronics 9, need these components are no longer as conventional in the engine control unit 1 can be accommodated.
  • Throttle valve position and load sensing module 2 in all 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 enables of sensors 7a, 7b, 7c relevant for load detection 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 readings. There is also no need for a separate one Temperature compensation for each individual sensor.
  • the signal processing block 8 together with the safety processor unit as well as the power electronics 9 in that Module 2 also results in a significant reduction in Cabling effort and thus increase system security, since the sensor output signals are no longer sent to engine control unit 1 must be performed.
  • the internal combustion engine can be operated with module 2 comparatively accurate and reliable in the desired Control way, for example so that the lowest possible Fuel consumption and exhaust emission values result.
  • Throttle position sensor 10 instead of the conventional one fault-prone throttle potentiometer preferably Non-contact measuring sensor used, one of which is a sensor part together with the associated evaluation electronics in the Module 2 is micro-integrated. Two such throttle sensors, which can be implemented with relatively little effort are in 2 and 3 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 of about a pivot axis 12 throttle valve 5 pivotally mounted in the intake manifold 4 is arranged.
  • the evaluation electronics 13 can be part of the Signal processing blocks 8 be.
  • the throttle position sensor 10a has a magnetic pill 14 which is on a peripheral point of the throttle valve 5 is pressed in, which is adjacent to the position of the Hall sensor element 11 on the intake pipe 4 , the distance between Hall sensor element 11 and magnetic pill 14 at small throttle valve angles close to The closed position is small and with larger throttle valve angles grows.
  • This fulfills this throttle position sensor 10a with low implementation effort, especially the smaller throttle valve angle in the range between to measure around 0 ° and 20 ° with high accuracy, while with larger throttle valve angles, the upper part of the load range and correspond to the full load range of the internal combustion engine, comparatively larger measurement inaccuracies are accepted can.
  • a sensor can be used instead the Hall sensor element 11 a carrier frequency generator and instead of the pressed magnetic pill 14, an associated, absorber element implemented as a resonant circuit for the carrier frequency generator has emitted electromagnetic waves.
  • the analog evaluation electronics 13 are suitable for this Modification adjusted by the distance from the carrier frequency generator and absorber element dependent degree of absorption and thus to record the set throttle valve angle can
  • FIG. 3 shows a simple implementation of a throttle valve position sensor 10b in the event that as a throttle valve servomotor a brushless synchronous motor 6a is used, whose shaft via a gear, not shown, gear is rotatably coupled to the shaft of the throttle valve 5.
  • the brushless synchronous motor 6a used has a plurality Hall sensor elements 15a, 15b, 15c, which are usually used for this purpose serve to detect the exact position of the servomotor 6a.
  • This Hall sensor elements 15a, 15b, 15c on the motor side are used in the example 3 simultaneously as the one sensor part of a non-contact measuring throttle position sensor 10b used, whose other sensor part an associated, suitably designed Evaluation electronics 16, e.g.
  • an ASIC module contains, which is microintegrated into module 2 of FIG. 1 and for this purpose arranged at a suitable location on the circumference of the air intake pipe 4 is.
  • this evaluation electronics 16 be part of the signal processing block 8 again.
  • guided signal lines 17 the evaluation electronics 16 are guided signal lines 17 the evaluation electronics 16, the output signals of the Hall sensor elements 15a, 15b, 15c fed.
  • Throttle potentiometer comes into consideration in the signal processing block 8 of module 2 of FIG. 1 is an indirect estimate the throttle valve position based on the engine load indicative sensor signals and in this way the entirety of the Sensors that measure the engine load indicative quantities together with the engine load estimation means as a throttle position sensor to use.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung und eine Motorsteuerungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Motorsteuerungseinrichtung Sensormittel zur Erfassung motorlastindikativer Großen, Mittel zur Bestimmung der Motorlast anhand der von den Sensormitteln zugeführten Meßwerte sowie einen Drosselklappenstellungs-Regelkreis aufweist.
Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei der Sensoren Luftmassensensor, Ansauglufttemperatursensor, Saugrohrdrucksensor und Drosselklappenstellungssensor in einer Moduleinheit mikrointegriert angeordnet. Die Sensormittel der Motorsteuerungseinrichtung sind von einer solchen Sensoranordnung gebildet, wobei in der Moduleinheit zusätzlich zu den wenigstens zwei Sensoren die Mittel zur Motorlastbestimmung und/oder ein im Drosselklappenstellungs-Regelkreis verwendeter Drosselklappen-Lageregler mikrointegriert angeordnet sind.
Verwendung z.B. zur Steuerung von Ottomotoren in Kraftfahrzeugen.

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.
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.
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.
Der Wunsch zunehmender Integration und mikrotechnischer Realisierung von fahrzeugelektrischen Komponenten, wie z.B. Sensoren 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.
Als Drosselklappenstellungssensoren 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.
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.
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.
Bei der Sensoranordnung nach Anspruch 1 sind wenigstens zwei der vier Sensoren Ansauglufttemperatursensor, Saugrohrdrucksensor, Luftmassensensor und Drosselklappenstellungssensor in einer gemeinsamen 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.
Bei der Motorsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2 ist eine Sensoranordnung gemaß 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 Motorlastermittlung, 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 Drosselklappenstellungs- und 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Sicherheltsprozessor und die benötigte Leistungselektronik 9 enthält, brauchen diese Komponenten nicht mehr wie herkömmlich im Motorsteuergerät 1 untergebracht werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims (6)

  1. Sensoranordnung für einen Verbrennungsmotor,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    wenigstens zwei Sensoren (7a, 7b, 7c, 10) aus einer Sensormenge, die aus einem Luftmassensensor, einem Ansauglufttemperatursensor, einem Saugrohrdrucksensor und einem Drosselklappenstellungssensor besteht, in einer Moduleinheit (2) mikrointegriert angeordnet sind.
  2. Motorsteuerungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit
    Sensormitteln (7a, 7b, 7c) zur Erfassung motorlastindikativer Größen,
    Mitteln (8) zur Ermittlung der Motorlast anhand der von den Sensormitteln zugeführten Meßwerte und
    einem Drosselklappenstellungs-Regelkreis mit einem Drosselklappen-Lageregler (8), der ein Drosselklappenstellsignal unter Verwendung der ermittelten Motorlast erzeugt, einer Drosselklappen-Stelleinheit 6 und einem Drosselklappenstellungssensor (10),
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Sensormittel aus einer Sensoranordnung nach Anspruch 1 bestehen, wobei in der Moduleinheit (2) zusätzlich zu den wenigstens zwei Sensoren (7a, 7b, 7c, 10) die Mittel (8) zur Motorlastermittlung und/oder der Drosselklappen-Lageregler (8) mikrointegriert angeordnet sind.
  3. Motorsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2, weiter
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Drosselklappenstellungssensor (10a) aus einem mit einer Auswerteelektronik (13) verbundenen, ersten Sensorteil in Form eines Hallsensorelementes (11) oder eines Senders elektromagnetischer Wellen und einem zweiten Sensorteil in Form eines Magnetkörpers (14) oder eines Absorberelementes für elektromagnetische Wellen besteht, wobei der zweite Sensorteil an einer peripheren Stelle einer in einem Luftansaugrohr (4) schwenkbeweglich gelagerten Drosselklappe (5) und der erste Sensorteil an einer gegenüberliegenden Stelle des Luftansaugrohres positioniert sind und der erste Sensorteil sowie die Auswerteelektronik in der Moduleinheit (2) mikrointegriert angeordnet sind.
  4. Motorsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, weiter
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Drosselklappen-Stelleinheit von einem bürstenlosen Synchronmotor (6a) mit positionserfassenden Hallsensorelementen (15a, 15b, 15c) gebildet ist, wobei die Ausgangssignale der Hallsensorelemente einer mit diesen einen Drosselklappenstellungssensor (10b) bildenden, in der Moduleinheit (2) mikrointegriert angeordneten Auswerteelektronik (16) zuführbar sind.
  5. Motorsteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in der Moduleinheit (2) eine Leistungselektronik (9) mikrointegriert angeordnet ist, von welcher die leistungsverbrauchenden Komponenten der Moduleinheit (2) und ein Drosselklappen-Stellmotor (6) gespeist werden.
  6. Motorsteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiter
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in der Moduleinheit (2) eine Sicherheits-Prozessoreinheit (8) mikrointegriert angeordnet ist, die zur Durchführung von Sicherheitsfunktionen für die Drosselklappeneinstellung eingerichtet ist.
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