DE19652026C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Luftmengenmessung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftmengenmessung, die in einem elektro­ nischen Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftfahrzeugmoto­ ren zur Anwendung kommen.

Die meisten thermischen Luftmengenmesser zum Messen der in den Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen strömenden Ansaugluftmenge sind im Luftansaugkanal in Strömungsrich­ tung vor einer Drosselklappe vorgesehen. In einem Motor­ betriebszustand mit großer Drosselklappenöffnung, d. h. bei großer Motorlast, tritt im Luftansaugkanal eine pulsierende Strömung auf. Wenn daher ein Luftmengensensor mit langsamer Ansprechgeschwindigkeit verwendet wird, kann ein Signal erfaßt werden, das eine anomal niedrige Luftmenge angibt. Die Ursache für die Abnahme hängt hauptsächlich vom Ansprechverhalten des verwendeten Sensors und von der Kennlinie eines nichtlinearen Aus­ gangs ab. Es ist daher möglich, dieses Problem unter Verwendung eines Linearisierers zu vermeiden, der eine hohe Ansprechgeschwindigkeit besitzt, etwa ein dünner thermischer Draht. Ein Beispiel hierfür ist aus der JP 59-17371 A (1984) (im folgenden als Dokument 1 be­ zeichnet) bekannt, in der die Abnahme der erfaßten Luft­ menge durch Erfassen der Amplitude des pulsierenden Ausgangs erfaßt wird, mit einem Korrekturkoeffizienten multipliziert wird und das Ergebnis zu einem durch­ schnittlichen Ausgang addiert wird. Das grundlegende Konzept für ein Verfahren zum Korrigieren eines Ausgangs­ signals eines thermischen Luftmengenmessers ist in dem SAE-Artikel Nr. 880561 (im folgenden als Dokument 2 bezeichnet) sowie in dem SAE-Artikel Nr. 940377 (im folgenden als Dokument 3 bezeichnet) beschrieben. Diese Dokumente basieren auf der Tatsache, daß das Ausgangs­ signal des thermischen Luftmengenmessers ein zeitlich verzögertes Ansprechverhalten sowie eine nichtlineare Ansprechkennlinie besitzt. Beispiele für thermische Luftmengenmesser, die auf der Grundlage dieses Konzepts konstruiert sind, sind aus der EP 562 904 A1 (im folgenden als Dokument 4 bezeichnet) und aus der DE 41 14 170 A1 (im folgenden als Dokument 5 bezeich­ net) bekannt.

Da es ferner unmöglich ist, die Strömungsrichtung der Luftmenge im thermischen Luftmengenmesser zu bestimmen, bestand bei der erfaßten Luftmenge die Neigung zu einer erhöhten Anomalie bei der Messung einer pulsierenden Strömung einschließlich einer Rückwärtsströmung. Eine solche pulsierenden Strömung einschließlich einer Rück­ wärtsströmung tritt durch die Reflexion des pulsierenden Drucks am Lufteinlaßventil und/oder durch die Rückblas­ wirkung aufgrund der zeitlichen Überlappung der Öffnung eines Einlaßventils und eines Auslaßventils des Motors auf. Ein Verfahren zum Erfassen der rückwärtsströmenden Luftmenge unter Verwendung eines solchen thermischen Luftmengenmessers, mit dem die Strömungsrichtung der Luftmenge bestimmt werden kann, ist beispielsweise aus der JP 2-32564 A (1990) (im folgenden als Dokument 6 bezeichnet), aus der US 5 245 837 (im folgenden als Dokument 7 bezeichnet) sowie aus der DE 35 09 118 A1 (im folgenden als Dokument 8 bezeichnet) bekannt.

Bei dem thermischen Luftmengenmesser, der in den Dokumen­ ten 4 und 5 beschrieben ist, wird dessen Ausgang lineari­ siert und dann invers transformiert, um seine Antwortver­ zögerung zu kompensieren. Während die Breite der Schwan­ kung der Luftströmung unter Verwendung jener Vorrichtun­ gen in gewissem Maß korrigiert werden kann, ist es unmög­ lich, eine durchschnittliche tatsächliche Luftmenge zu erhalten, die für die Bestimmung des Luft-/Kraftstoff- Verhältnisses des Motors wichtig ist.

Im Dokument 5 wird die inverse Transformation ausgeführt, um die Antwort zu kompensieren, wobei ein Fehler erhalten wird und dieser Fehler verstärkt wird. Daher ist es möglich, die Abnahme der durchschnittlichen Luftmenge zu korrigieren. Wie jedoch im Dokument 1 beschrieben ist, wird die Abnahme der durchschnittlichen Luftmenge durch die Verschlechterung des Antwortverhaltens und/oder des nichtlinearen Ausgangs verursacht. Diese beiden Ursachen hängen von der Luftmenge ab. Es ist daher notwendig, sie entsprechend der Frequenz und der Amplitude der pulsie­ renden Strömung und der durchschnittlichen Luftmenge zu verändern. Genauer ist es erforderlich, ein kompliziertes Kennfeld zu verwenden.

Der thermische Luftmengenmesser kann die Richtung der rückwärtsströmenden Luftmenge nicht erfassen, weshalb er die rückwärtsströmende Luftmenge fehlerhaft als vorwärts­ strömende Luftmenge (in Richtung zum Motor) erfaßt. Dies hat zur Folge, daß fehlerhaft eine erhöhte Luftmenge erfaßt wird. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß die rückwärtsströmende Luftmenge von der vorwärts­ strömenden Luftmenge unterschieden wird und daß sie anschließend summiert werden, wobei der rückwärtsströmen­ den Luftmenge ein negatives Vorzeichen (-) und der vor­ wärtsströmenden Luftmenge ein positives Vorzeichen (+) verliehen wird. Da die Luftmenge zurückströmt, nachdem sie zunächst in Vorwärtsrichtung geströmt ist, kann die durchschnittliche tatsächliche Luftmenge erhalten werden, indem die Luftmengen, die mit entsprechendem Vorzeichen versehen sind, über die Zeit integriert und gemittelt werden. Das obenbeschriebene Verfahren ist genauer in den Dokumenten 6, 7 und 8 offenbart.

Im Dokument 6 wird im voraus die Phase des Kurbelwinkels gesetzt, in der eine Luftmenge rückwärts strömt, wobei die Strömung als Rückwärtsströmung betrachtet wird, wenn der Kurbelwinkel diese Phase erreicht. Die Rückwärtsströ­ mung tritt jedoch im Luftansaugkanal von wirklichen Kraftfahrzeugmotoren nicht immer auf. Die Phase, in der die Rückwärtsströmung auftritt, kann von der Last und von der Drehzahl des Motors abhängen. Es besteht daher die Möglichkeit, daß die Rückwärtsströmung subtrahiert wird, selbst wenn diese Rückwärtsströmung überhaupt nicht auftritt. Ferner ist es selbst dann, wenn die Phase, in der die Rückwärtsströmung auftritt, im voraus festgelegt wird, unmöglich, wegen der zeitlich verzögerten Antwort des thermischen Luftmengenmessers die korrekte rückwärts­ strömende Luftmenge zu erhalten.

Ferner wird im Dokument 7 der Beginn der Rückwärtsströ­ mung durch gleichzeitiges Messen des Drucks im Ansaug­ luftkanal erhalten. Auch bei diesem Verfahren ist jedoch die Luftmenge, die während der Periode erfaßt wird, in der die Rückwärtsströmung auftritt, wegen der zeitlich verzögerten Antwort des thermischen Luftmengenmessers von der tatsächlichen Luftmenge verschieden. Daher ist es unmöglich, die korrekte rückwärtsströmende Luftmenge zu erfassen.

Ein Verfahren zum Lösen des in den Dokumenten 6 und 7 aufgetretenen Problems ist im Dokument 8 offenbart, in dem ein Verfahren beschrieben wird, in dem die Periode der Rückwärtsströmung anhand des Ausgangs des thermischen Luftmengenmessers aufgenommen wird, um hauptsächlich die Rauschwirkung zu verbessern. Es wird angenommen, daß sich die Strömungsrichtung ändert, wenn spezifische Punkte, die durch Vergleichen der abgetasteten Ausgänge mit einem Sollwert erhalten werden, kontinuierlich unterhalb und oberhalb des Sollwerts liegen. Es ist daher möglich, die rückwärtsströmende Luftmenge zu bestimmen. Da sich jedoch der Sollwert von einem Moment zum nächsten entsprechend der Last und der Drehzahl des Motors ändert, wird die Konstruktion der Vorrichtung ebenso wie ihr Betrieb kompliziert.

Wie oben beschrieben worden ist, sinkt die durchschnitt­ liche erfaßte Luftmenge oftmals unter die tatsächliche Luftmenge ab, wenn vom thermischen Luftmengenmesser die durchschnittliche pulsierende Strömung erfaßt wird. In einem solchen Fall ist es schwierig, die durchschnittli­ che tatsächliche Luftmenge zu erhalten, selbst wenn an dem Signal, das den Linearisierer durchlaufen hat, die inverse Transformation ausgeführt wird, weil im Stand der Technik die zeitliche Verzögerung der Antwort nicht berücksichtigt wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftmengenmessung zu schaffen, mit denen ein der tatsächlichen Luftmenge entsprechender Meßwert erhalten werden kann, selbst wenn eine pulsierende Strömung in den Kraftfahrzeugmotor mittels eines thermischen Luftmengenmessers gemessen wird, der ein zeitlich verzögertes Ansprechverhalten besitzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung, wie sie in den unabhängigen An­ sprüchen definiert sind. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Gemäß der Erfindung enthält ein Verfahren zum Messen der in einen Verbrennungsmotor angesaugten Luftmenge unter Verwendung eines Ausgangssignals eines thermischen Luft­ mengenmessers die folgenden Schritte: Abtasten eines Ausgangs des thermischen Luftmengenmessers, Bestimmen einer Zeitkonstante aus dem abgetasteten Signal, invers Transformieren des Ausgangssignals in ein Luftmengen­ signal unter Verwendung der Zeitkonstante, Linearisieren des invers transformierten Signals und Bestimmen einer rückwärtsströmenden Luftmenge, wodurch die Ansaugluft­ menge erhalten wird (Anspruch 1).

Unter der Annahme, daß eine Zeitperiode, während der die Größe des der Luftmenge entsprechenden Signals, das auf der Grundlage der abgetasteten Daten erhalten wird, ununterbrochen größer als ein vorgegebener Wert ist, im Schritt der Bestimmung der rückwärtsströmenden Luftmenge als Einheit definiert ist, ist in dem erfindungsgemäßen Luftmengenmeßverfahren die Strömungsrichtung einer zwei­ ten Einheit, die einer ersten Einheit folgt, der Richtung der ersten Einheit entgegengesetzt (Anspruch 2).

Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Luftmengen- Meßverfahren die linearisierten Ausgangssignale in den ungeraden Einheiten der vorgegebenen Zeitperiode und die linearisierten Ausgangssignale in den geraden Einheiten der Zeitperiode unabhängig voneinander integriert, werden die Größen der Integrationswerte miteinander verglichen und wird die rückwärtsströmende Luftmenge durch das Ausgangssignal mit kleinerem Wert bestimmt (Anspruch 3).

Vorzugsweise enthält das Luftmengen-Meßverfahren ferner den Schritt der Erfassung eines Signals synchron mit der Drehung der Kurbelwelle, wobei die Integrationszeit auf ein Intervall des erfaßten Signals gesetzt wird (Anspruch 4).

Vorzugsweise wird die Integrationszeit zwischen 0,1 ms und 2 ms gesetzt (Anspruch 5). Ferner wird bevorzugt, daß die Integra­ tionszeit in eine Zeitperiode gesetzt wird, während der sich der Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors zwischen 0,6° und 12° verschiebt (Anspruch 6).

Vorzugsweise erfolgt die Abtastung periodisch, wobei die Periode entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors geändert werden kann (Anspruch 7).

Gemäß der Erfindung enthält die, die Erfindungsaufgabe vorrichtungsbezogen lösende und die vorangehende Verfahrenslehre ausführende, Vorrichtung zur Luftmen­ genmessung, die die Menge der Ansaugluft in einen Ver­ brennungsmotor unter Verwendung eines Ausgangssignals eines thermischen Luftmengenmessers mißt, eine Korrektur­ einrichtung, die ein Ausgangssignal des thermischen Luft­ mengenmessers empfängt, um dessen zeitlich verzögerte Antwort zu korrigieren, sowie eine Linearisierungsein­ richtung, die ein Ausgangssignal der Korrektureinrichtung empfängt, um dieses Ausgangssignal auf der Grundlage der im voraus gespeicherten Charakteristik des thermischen Luftmengenmessers in ein Signal umzusetzen, dessen Wert einer Luftmenge entspricht (Anspruch 8).

Vorzugsweise enthält die Vorrichtung zur Luftmengenmes­ sung eine Rückwärtsströmungs-Bestimmungseinrichtung, die ein Ausgangssignal der Linearisierungseinrichtung emp­ fängt, um die Rückwärtsströmung zu bestimmen (Anspruch 9).

Vorzugsweise enthält die Vorrichtung zur Luftmengenmes­ sung für die Messung der in einen Verbrennungsmotor ange­ saugten Luftmenge unter Verwendung eines Ausgangssignals eines thermischen Luftmengenmessers einen A/D-Umsetzer zum Abtasten des Ausgangssignals des thermischen Luftmen­ genmessers sowie eine Linearisierungseinrichtung, in der ein im A/D-Umsetzer umgesetztes digitales Signal in erste und zweite Schaltungen eingegeben wird, das digitale Si­ gnal in der ersten Schaltung invers transformiert wird, um aus dem Ausgangssignal, das der tatsächlichen Luft­ menge entspricht, ein Fehlersignal zu erhalten, das in­ vers transformierte digitale Signal zu einem digitalen Signal von der zweiten Schaltung addiert wird und das Summensignal auf der Grundlage der im voraus gespei­ cherten Charakteristik des thermischen Luftmengenmessers in ein Signal umgesetzt wird, dessen Wert einer Luftmenge entspricht (Anspruch 10).

Vorzugsweise enthält eine Vorrichtung zur Luftmengenmes­ sung ferner eine Rückwärtsströmungs-Bestimmungseinrich­ tung, die ein Ausgangssignal der Linearisierungseinrich­ tung empfängt, um die Rückwärtsströmung zu bestimmen (Anspruch 11).

Vorzugsweise enthält die Rückwärtsströmungs-Bestimmungs­ einrichtung in der Luftmengen-Meßvorrichtung eine erste Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines Ausgangs­ signals, das der von der Linearisierungseinrichtung erhaltenen Luftmenge entspricht, mit einem vorgegebenen Schwellenwert, mehrere Integrationseinrichtungen, die in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal von der ersten Vergleichseinrichtung Integrations- und Speichervorgänge ausführen, eine zweite Vergleichseinrichtung zum Verglei­ chen der Ausgangssignale von zwei der mehreren Integra­ tionseinrichtungen sowie eine Vorzeichenhinzufügungsein­ richtung, die zu den Ausgangssignalen von den beiden Integrationseinrichtungen entsprechend einem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung ausschließlich ein positi­ ves oder ein negatives Vorzeichen hinzufügt (Anspruch 12).

Vorzugsweise enthält die Luftmengen-Meßvorrichtung eine erste Schalteinrichtung, die die Eingabe eines Ausgangs der ersten Vergleichseinrichtung in dieselbe Integra­ tionseinrichtung zuläßt, wenn der Ausgang der ersten Ver­ gleichseinrichtung ununterbrochen größer als ein vorgege­ bener Schwellenwert ist (Anspruch 13).

Ferner wird bevorzugt, daß die Rückwärtsströmungs-Bestim­ mungseinrichtung eine erste Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des der Luftströmungsrate entsprechenden Signals mit einem vorgegebenen Wert, eine erste und eine zweite Integrationseinrichtung, die das Signal während der gesamten Zeitperiode, in der es ununterbrochen größer als der vorgegebene Wert ist, empfangen und integrieren, eine Schalteinrichtung zum abwechselnden Umschalten der Integration zwischen der ersten und der zweiten Integra­ tionseinrichtung sowie eine Vorzeichenhinzufügungsein­ richtung enthält, die zum kleineren der Ausgänge von der ersten und von der zweiten Integrationseinrichtung ein negatives Vorzeichen hinzufügt (Anspruch 14).

Ferner enthält die Luftmengen-Meßvorrichtung eine Signal­ erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Signals synchron mit der Drehung der Kurbelwelle, wobei Integrationszeit­ periode der Integrationseinrichtungen auf ein Intervall des erfaßten Signals gesetzt wird (Anspruch 15).

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Luftmengen-Meß­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Luftmenge, die durch inverse Transformation erhalten wird, und der durch­ schnittlichen tatsächlichen Luftmenge, die unter veränderlichen Lastbedingungen und konstanter Drehzahl des Verbrennungsmotors gemessen wird, angibt;

Fig. 3 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Signalform der tatsächlichen Luftmenge und der Signalform der Luftmenge, die unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens invers transformiert worden ist, angibt;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung des thermischen Luftmengenmessers, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ver­ wendet wird;

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung der inversen Transformation gemäß einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm der Signalverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Luftmenge und Zeitkonstanten zeigt;

Fig. 8 eine erläuternde Darstellung des Prinzips eines Verfahrens für die Erhaltung der tatsächlichen Luftmenge;

Fig. 9 ein genaues Flußdiagramm der Signalverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 10 einen Graphen, der die Signalform eines Luftmen­ gensignals angibt, das durch inverse Transforma­ tion in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten worden ist;

Fig. 11 ein Flußdiagramm der Verarbeitung zur Erfassung der rückwärtsströmenden Luftmenge;

Fig. 12 ein Blockschaltbild der Rückwärtsströmungs-Be­ stimmungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 einen Graphen, der die Signalform eines Luftmen­ gensignals zeigt, das invers transformiert wird, wenn die Rückwärtsströmung auftritt;

Fig. 14 einen Graphen, der die Signalform zeigt, die nach Ausführung der inversen Transformation und der Bestimmung der Rückwärtsströmung erhalten wird;

Fig. 15 ein Flußdiagramm der Verarbeitung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 16 ein Flußdiagramm der Verarbeitung gemäß einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 17 ein Flußdiagramm der Verarbeitung gemäß einem weiteren modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 18 ein Flußdiagramm der Verarbeitung gemäß einem nochmals weiteren modifizierten Beispiel der vor­ liegenden Erfindung.

Zunächst wird die grundlegende Funktionsweise der vorlie­ genden Erfindung beschrieben. Wie im obengenannten Doku­ ment 1 beschrieben ist, besteht nicht die Gefahr der Abnahme der erfaßten Luftmenge, die erhalten wird, wenn das Ausgangssignal eines thermischen Luftmengenmessers mit schnellem Ansprechverhalten von einem Linearisierer empfangen wird der Ausgang des Linearisierers gemittelt wird, selbst wenn die Strömung der zu messenden Luftmenge pulsiert.

Da der Luftmengenmesser mit langsamem Ansprechverhalten und nichtlinearer Charakteristik eine Ansprechverzögerung besitzt (was bedeutet, daß die Amplitude verkleinert und die Phase verzögert wird), wird die erfaßte Luftmenge erniedrigt. Daher ist es, wie in Fig. 5 gezeigt ist, notwendig, eine inverse Transformation auszuführen, um den verzögerten Ausgang des thermischen Luftmengenmessers zu kompensieren (Schritt 251), und eine Linearisierung mittels eines Linearisierers vorzunehmen (Schritt 252), um aus dem Ausgang des thermischen Luftmengenmessers die tatsächliche Luftmenge zu erhalten. Hierbei hat die inverse Transformation die Bedeutung einer Verarbeitung, in der die Amplitude und die Phase korrigiert werden, um ein Signal ohne Ansprechverzögerung wiederherzustellen.

Mit anderen Worten, die inverse Transformation für die Kompensation der Ansprechverzögerung hat die Funktionen der Führung der Phase und der Erhöhung der Amplitude, sie hat jedoch nicht die Funktion, den Durchschnittswert zu verstärken. Es ist daher möglich, im wesentlichen das gleiche Signal wie dasjenige des thermischen Luftmengen­ messers, jedoch mit schneller Ansprechcharakteristik, zu erhalten, indem die inverse Transformation ausgeführt wird (Schritt 251). Dann wird es möglich, eine Ernied­ rigung der erfaßten Luftmenge zu verhindern, indem das obige Signal linearisiert wird, wenn die Luftmenge erhal­ ten wird. Außerdem ist es durch Subtrahieren der rück­ wärtsströmenden Luftmenge, die unter Verwendung der Rückwärtsströmungs-Bestimmungseinrichtung erhalten wird, von der vorwärtsströmenden Luftmenge in dem nach der Linearisierung erhaltenen Signal möglich, eine Erhöhung der erfaßten Luftmenge zu verhindern.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 1, 2, 6 und 7 die Verar­ beitung der Signale gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 1 ist eine schema­ tische Ansicht einer Luftmengen-Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, während Fig. 2 ein Diagramm betrifft bzw. ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der durchschnittlichen invers transformierten Luftmenge und der durchschnittlichen tatsächlichen Luftmenge angibt, die unter Bedingungen veränderlicher Last und gleichbleibender Drehzahl des Verbrennungsmotors gemessen wird. Ferner ist Fig. 6 ein Flußdiagramm der Signalverarbeitung gemäß einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung, während Fig. 7 ein Diagramm betrifft bzw. ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Luftmenge und Zeitkonstanten zeigt.

In Fig. 1 bewegt sich die in einen Motor 212 angesaugte Luft zunächst durch einen (nicht gezeigten) Luftfilter. Nachdem die Luftmenge mittels eines thermischen Luftmen­ genmessers 202 gemessen worden ist, bewegt sie sich durch ein Luftansaugrohr 214 und einen Drosselklappenabschnitt 213. Anschließend wird die Luft mit dem von einer Ein­ spritzeinrichtung 210 zugeführten Kraftstoff gemischt und dem Motor 212 zugeführt. Wenn das Kraftstoffgemisch im Motor 212 verbrannt ist, wird es durch ein Auspuffrohr 211 als Abgas an die Umgebungsluft abgegeben. Eine Motor­ steuereinheit (im folgenden mit ECU bezeichnet) gibt Hilfssignale wie etwa ein Signal 218 von einem Kurbelwin­ kelsensor 217 und verschiedene Signale 215 ein, um die Betriebsbedingungen eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen­ sors und dergleichen zu überwachen. In der ECU wird die Menge des von der Einspritzeinrichtung 210 einzuspritzen­ den Kraftstoffs bestimmt, um optimale Betriebsbedingungen beispielsweise in einem Magerverbrennungsmotor zu erhal­ ten.

Die ECU 206 enthält hauptsächlich einen Eingangsport 203, einen RAM 204, einen ROM 205, eine CPU 208 und einen Ausgangsport 207. Die in die ECU 206 eingegebenen Signale werden arithmetisch verarbeitet und vom Ausgangsport 207 als Steuersignale an verschiedene Betätigungselemente geliefert. In Fig. 1 wird beispielsweise nur ein einziges Signal 209 an die Einspritzeinrichtung 210 geliefert. Obwohl die Rechenverarbeitung für die Luftmenge in der vorliegenden Ausführungsform innerhalb der ECU ausgeführt wird, wird darauf hingewiesen, daß die in den Fig. 9, 11 und 12 gezeigten Verarbeitungen auch im thermischen Luftmengenmesser 202 selbst oder in einem Vorprozessor 216 ausgeführt werden können. Ferner wird darauf hinge­ wiesen, daß der thermische Luftmengenmesser 202 oder der Vorprozessor 216 einen Teil der Verarbeitungslast über­ nehmen können. In dem Fall, in dem der Vorprozessor 216 die Verarbeitung ausführt, ist es erforderlich, wenig­ stens ein Signal vom thermischen Luftmengenmesser 202 in den Vorprozessor 216 einzugeben.

In Fig. 6 wird ein Ausgangssignal des thermischen Luft­ mengenmessers mit einer Periode T abgetastet und in ein digitales Signal umgesetzt (Schritt 301) und somit nume­ risch ausgedrückt. Dann wird die Zeitkonstante τ unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) berechnet (Schritt 305), um die inverse Transformation auszuführen (Schritt 303), um die Antwortverzögerung zu kompensieren. Das heißt, daß die A/D-umgesetzten Werte vorübergehend durch den Linearisierer in die Luftmenge Q umgesetzt werden, wobei die Zeitkonstante τ durch die folgende Gleichung erhalten wird:

τ = C₅.Q^-C6 (1)

wobei C₅ und C₆ Konstanten sind, etwa: C₅ = 0,02 und C₆ = 0,48.

Wie im Dokument 3 beschrieben ist, gibt das thermische Element des thermischen Luftmengenmessers eine größere Wärmemenge ab, wenn die Luftmenge größer ist. Es ist daher einfach, die Wärmebilanz zu erzielen. Daher ist eine Abhängigkeit von der Luftmenge vorhanden, derart, daß die Zeitkonstante τ um so kleiner ist, je größer die Luftmenge ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Obwohl in dieser Ausführungsform die Zeitkonstante τ unter Verwen­ dung des Luftmengensignals berechnet wird, das in bezug auf die pulsierende Strömung des Motors eine Verzögerung besitzt, kann die durchschnittliche Luftmenge mit ausrei­ chender Genauigkeit erhalten werden. Durch Einsetzen der Zeitkonstante τ, der Periode T für die A/D-Umsetzung, des Wertes V₀ der laufenden A/D-Umsetzung und des Wertes V_-1 der vorhergehenden A/D-Umsetzung in die folgende Glei­ chung (2) wird die inverse Transformation (Schritt 105), die durch die folgende Gleichung (2) dargestellt ist, ausgeführt, um die Ansprechverzögerung zu kompensieren:

wobei die Ausgangscharakteristik V_INV nichtlinear ist. Daher wird die richtige Luftmenge erst erhalten, nachdem sie durch den Linearisierer linearisiert worden ist (Schritt 306).

Nun wird mit Bezug auf Fig. 8 das Prinzip der vorliegen­ den Erfindung für die Erhaltung des tatsächlichen Luft­ mengensignals erläutert. In Fig. 8 sind eine gekrümmte Linie 210 der Umsetzungscharakteristik des Linearisierers für die Kompensation der nichtlinearen Charakteristik der Eingangs- und Ausgangssignale des in der Luftmengen- Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwende­ ten thermischen Luftmengenmessers 202, eine Veränderung der tatsächlichen Ansaugluftmenge 311, ein Ausgangs­ signals 312 des thermischen Luftmengenmessers 202, ein Ausgangssignal 313 des thermischen Luftmengenmessers ohne Ansprechverzögerung, ein Ausgangssignal 314 des Lineari­ sierers, das erhalten wird, wenn der Ausgang des thermi­ schen Luftmengenmessers 202 unverändert durch den Linea­ risierer geschickt wird, sowie der Mittelwert jedes der obigen Signale gezeigt.

Wenn an dem nichtlinearen Ausgang 313 des idealen thermi­ schen Luftmengenmessers ohne Ansprechverzögerung die Linearisierungsverarbeitung ausgeführt wird, die durch die Kennlinie 310 gezeigt ist, kann ein Signal erhalten werden, das die tatsächliche Luftmenge 311 angibt. Falls jedoch das Ausgangssignal 312 des tatsächlichen thermi­ schen Luftmengenmessers mit Ansprechverzögerung unverän­ dert einer Linearisierungsverarbeitung unterworfen wird, wird das Ausgangssignal 314 erhalten. Dessen Phase, dessen Amplitude und dessen Mittelwert sind von jenen des tatsächlichen Luftmengensignals 311 verschieden. Im Ergebnis wird ein Meßfehler erzeugt.

In der Luftmengen-Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die inverse Transformation ausgeführt, um die Ansprechverzögerung zu kompensieren, bevor das Aus­ gangssignal 312 des thermischen Luftmengenmessers 202 einer Linearisierungsverarbeitung unterworfen wird. Es ist daher möglich, ein Signal mit der gleichen Amplitude und mit der gleichen Phase wie das Ausgangssignal 312, jedoch ohne Ansprechverzögerung, zu erhalten. Es ist ferner möglich, das tatsächliche Luftmengensignal 311 zu erhalten, weil die durch die Kennlinie 310 dargestellte Linearisierung am invers transformierten Signal ausge­ führt wird.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 9 eine genaue Verarbeitung erläutert. Zunächst wird für die Digitalisierung des Ausgangs des thermischen Luftmengenmessers dessen Ausgang im Schritt 320 A/D-umgesetzt und im RAM 204 als Variable V₀ gespeichert. Es wird darauf hingewiesen, daß die Periode T der A/D-Umsetzung jeweils nach einem vorgegebe­ nen, konstanten Zeitintervall oder jeweils bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel beginnen kann. Falls die A/D- Umsetzung jeweils bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel beginnt, ist es notwendig, die Periode T der A/D-Umset­ zung unter Verwendung eines Taktsignals zu messen. Falls die A/D-Umsetzung jeweils nach einem vorgegebenen, kon­ stanten Zeitintervall beginnt, ist es wünschenswert, das vorgegebene Zeitintervall zwischen 0,1 ms und 2 ms zu setzen. Falls die A/D-Umsetzung jeweils bei einem vorge­ gebenen Kurbelwinkel beginnt, ist es wünschenswert, den vorgegebenen Kurbelwinkel zwischen 0,6° und 12° zu set­ zen. Wenn die A/D-Umsetzung nach jeweils 1 ms ausgeführt wird, wird in bezug auf die tatsächliche Luftmenge ein Fehler von höchstens 3% erzeugt.

Da es notwendig ist, den Luftmengenwert jedes Zylinders zu erhalten, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu bestim­ men, ist ein Schleifenzähler (Schritt 321) als Einrich­ tung zum Berechnen der Anzahl der A/D-Umsetzungen bis zu einem Unterbrechungssignal (Schritt 334) für jeden Zylin­ der vorgesehen. Der Zählstand wird auf s gesetzt. Falls die Umsetzungsperiode unter Verwendung des Kurbelwinkels gesetzt wird, wird dieser Schritt nicht verwendet. Die Schritte 322 bis 324 entsprechen dem Schritt 102, in dem vom Linearisierer die Linearisierung ausgeführt wird. Die Luftströmung wird im allgemeinen unter Verwendung der folgenden Gleichung (3) vierter Ordnung erhalten, wenn die Linearisierung ausgeführt wird:

Q = C₀ + C₁.V₀ + C₂.V₀ ² + C₃.V₀ ³ + C₄.V₀ ⁴ (3)

wobei ein Koeffizient C_N aus der Beziehung zwischen der Luftmenge Q und dem Ausgang V in einem stationären Zu­ stand erhalten wird und im voraus im ROM 205 gespeichert wird. Ferner wird der Wiederholungsfaktor Q_N, der für die Berechnung der folgenden Gleichung (5) geeignet ist, durch Modifizieren der obigen Gleichung (3) gemäß der folgenden Gleichung (4) erhalten:

Q = C₀ + V₀(C₁ + V₀(C₂ + V₀(C₃ + C₄.V₀))) (4)

Q_N = C_N + V₀.Q_N-1 (5)

Im Schritt 322 wird zum Produkt aus dem A/D-umgesetzten Wert V und dem Wiederholungsfaktor Q_N-1 der Koeffizient C_N addiert, wobei N die Wiederholungszahl ist, die durch den Zähler ausgehend vom Ausgangswert 0 inkrementiert wird, und der Koeffizient C_N aus den im ROM 205 gespei­ cherten Daten unter Verwendung des Zählstandes N als Referenzwert für die Adresse erhalten wird. Der Wiederho­ lungsfaktor Q_N wird im RAM 204 gespeichert. Wenn festge­ stellt wird, daß der Zählstand N kleiner als 4 ist (Schritt 324), kehrt die Verarbeitung zum Schritt 322 zurück, woraufhin die Schritte 322 bis 324 wiederholt werden.

Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Wiederho­ lungszahl auf 4 gesetzt ist, weil es einfach ist, damit eine Gleichung vierter Ordnung zu linearisieren, kann die Anzahl der Koeffizienten und die Anzahl der Wiederholun­ gen entsprechend der Rechenkapazität der CPU 208 geändert werden, wenn damit die Linearisierung möglich ist. Ferner kann ein Kennfeld verwendet werden, um die Genauigkeit der Linearisierung zu verbessern. In einem solchen Fall ist es notwendig, die Kapazität des ROM 205 zu erhöhen.

Falls die Wiederholungsberechnung im Schritt 324 ausge­ führt wird und N ≧ 4 ist, wird N auf den Anfangswert 0 zurückgesetzt. Im Schritt 326 wird die Zeitkonstante τ gemäß Gleichung (1) erhalten und im RAM 204 gespeichert. Dann wird die inverse Transformation für die Kompensation der Ansprechverzögerung gemäß Gleichung (2) im Schritt 327 ausgeführt. Hierbei werden die Zeitkonstante τ, die Periode T und der Wert V der A/D-Umsetzung aus dem RAM 204 ausgelesen, in dem diese Werte im voraus gespeichert sind. Der invers transformierte Wert V_INV, der erhalten wird, wird im RAM 204 gespeichert. Danach kann die im RAM 204 gespeicherte Zeitkonstante τ gelöscht werden.

Anschließend wird der invers transformierte Wert V_INV in den Schritten 328 bis 331 linearisiert. Diese Schritte sind gleich den Schritten 322 bis 325. Das heißt, daß diese Schritte die gleiche Routine eines Computerpro­ gramms wie in den Schritten 322 bis 325 bilden, ferner sind beide Adressen die gleichen. Der durch die Lineari­ sierung erhaltene Wert Q wird zu Q_SUM, der vorhergehenden Summe, addiert. Im Schritt 333 wird der Wert V₀ der A/D- Umsetzung als V_-1 in einem Speicher gespeichert. Der obige Prozeß wird beispielsweise wiederholt, bis das Referenzsignal des Kurbelwinkelsensors erzeugt wird. Wenn das Unterbrechungssignal erzeugt wird, tritt der Prozeß beim Schritt 334 aus der Wiederholungsschleife aus. Anschließend wird im Schritt 336 die Summe Q_SUM von Q durch den Zählstand s des Schleifenzählers dividiert, so daß die durchschnittliche Luftmenge Q_OUT erhalten wird. Gleichzeitig werden die Summe Q_SUM und der Zählstand s des Schleifenzählers auf den Anfangswert 0 zurückgesetzt.

Die durchschnittliche Luftmenge Q_OUT wird für eine Rou­ tine bereitgestellt, die die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt, und auf der Grundlage der Information, die von Signalen 215 von verschiedenen Sensoren für die Überwa­ chung des Motors erzeugt werden, mit einem Koeffizienten multipliziert, um eine Korrektur entsprechend der Be­ triebsumgebung des Motors auszuführen. Nach der Bestim­ mung der Kraftstoffeinspritzmenge wird vom Ausgangsan­ schluß 207 für die Einspritzeinrichtung 210 ein Signal erzeugt, das die Kraftstoffeinspritzmenge angibt.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Signalform, die in der tatsächlichen Verarbeitung erzeugt wird. Die Signalform 355 für die in herkömmlicher Weise erfaßte Luftmenge besitzt in bezug auf die Signalform 354 der tatsächli­ chen, pulsierenden Strömung eine Zeitverzögerung, ferner besitzt die erfaßte durchschnittliche Luftmenge 351 einen kleineren Wert als die tatsächliche durchschnittliche Luftmenge 351. Die invers transformierte Signalform 356 der Luftmenge ist die Signalform, die nach Ausführung der obigen Verarbeitung an der Signalform 355 der erfaßten Luftmenge invers transformiert worden ist. Die Schwankung der Signalform aufgrund von Rauschen tritt in der Nähe der Spitze der pulsierenden Strömung auf, es ist jedoch deutlich, daß die invers transformierte Signalform 356 der tatsächlichen Luftmenge 354 folgt. Die invers trans­ formierte durchschnittliche Luftmenge 353 (Q_OUT) liegt nahe bei der tatsächlichen durchschnittlichen Luftmenge 351, sofern die Rückwärtsströmung nicht auftritt. Das heißt, daß das Problem, daß die erfaßte Luftmenge kleiner als die tatsächliche durchschnittliche Luftmenge ist, abgeschwächt wird.

In der erhaltenen durchschnittlichen Luftmenge Q_OUT ist das Problem, daß die erfaßte Luftmenge erniedrigt wird, abgeschwächt, wie durch die Kurve 221 in Fig. 2 gezeigt ist, wobei sie der tatsächlichen Luftmenge in einem weiten Bereich folgt. Das heißt, daß die Luftmenge 222 bei großer Last während der Rückwärtsströmung zu jedem Zeitpunkt durch die Werte gegeben ist, die mit Ausnahme der Rückwärtsströmungs-Zeitintervalle den längs der tatsächlichen Kurve aufgetragenen Werten entsprechen. Der Absolutwert der Luftmenge zu jedem Zeitpunkt während der Rückwärtsströmung gibt im wesentlichen die Werte an, die den längs der tatsächlichen Kurve aufgetragenen Werten entsprechen. Daher ist die durchschnittliche Luftmenge größer als die tatsächliche Luftmenge, weil die Absolut­ werte im wesentlichen einander gleich sind, ihre Vorzei­ chen sich jedoch voneinander unterscheiden. Dies ist an das tatsächliche Verhalten eines Verbrennungsmotors angepaßt, in dem bei großer Last mehr Kraftstoff ver­ braucht wird. Falls es notwendig ist, die Luftmenge auch bei großer Last genauer zu steuern, ist es wünschenswert, daß zwischen die Schritte 331 und 332 der Schritt 337 eingefügt wird, um die Rückwärtsströmung im Ansaugluft­ kanal wie in Fig. 11 gezeigt zu bestimmen. Die in Fig. 2 gezeigte Kurve 225 wird erhalten, wenn das Vorhandensein oder Fehlen der Rückwärtsströmung bestimmt wird und eine Korrektur um die rückwärtsströmende Luftmenge erfolgt. Daher ist die erfaßte Luftmenge sehr genau zur tatsächli­ chen Luftmenge analog, selbst in Bereichen, in denen die Rückwärtsströmung auftritt. Es wird darauf hingewiesen, daß ein im voraus im ROM gespeichertes Luftmengen-Kenn­ feld verwendet werden kann, aus dem die Luftmenge unter Verwendung des A/D-umgesetzten Wertes V und des invers transformierten Wertes V_INV in den Schritten 322 bis 324 und in den Schritten 328 bis 330 entnommen wird.

Nun wird ein konkretes Verfahren erläutert zur Korrektur der erfaßten Luftmenge, die aufgrund der rückwärtsströ­ menden Luftmenge verfälscht ist, durch Bestimmen der rückwärtsströmenden Luftmenge dann, wenn sie auftritt. Dieses Verfahren wird verwendet, um eine inverse Trans­ formation, eine Linearisierung und eine Umwandlung in die Luftmenge für das Signal auszuführen. Konkret wird in diesem Verfahren, das durch Verbesserung des obigen Verfahrens geschaffen worden ist, der Schritt 332 in dem obigen Prozeßablauf beseitigt, statt dessen wird der Rückwärtsströmungs-Bestimmungsschritt 337, der in Fig. 11 gezeigt ist, nach dem Schritt 333 eingefügt. Daher kann mit diesem Verfahren eine Charakteristik erhalten werden, die von derjenigen der Fig. 3 verschieden ist.

Die Bestimmung der rückwärtsströmenden Luftmenge wird nun mit Bezug auf Fig. 12 im einzelnen erläutert. Ein Block 401 ist ein Komparator, der den Wert des Ausgangs vom Linearisierer mit einem vorgegebenen Schwellenwert ver­ gleicht. Wenn in diesem Beispiel die Strömungsrate im thermischen Luftmengenmesser 1 m/s beträgt, wird die Luftmenge zu diesem Zeitpunkt als vorgegebener Schwellen­ wert gesetzt. Der Block 401 hat die Funktion des Schal­ tens der Richtung eines Ausgangssignals von einem Block 402. Falls der Eingangswert in den Block 401 kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, wird der Ausgang des Blocks 402 zu einem Block 404C geliefert und in diesem Block 404C integriert und gespeichert.

Falls jedoch der Eingangswert in den Block 401 größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, wird das Ausgangs­ signal über den Block 402 an die Blöcke 403 und 405 übertragen. Der Block 405 überwacht stets den Block 402. Wenn im Block 402 oder in der Umschaltschaltung die Richtung des Ausgangssignals vom Block 404C zum Block 403 umgeschaltet wird, wird gleichzeitig die Schaltrichtung im Block 403 geändert. Falls der Ausgang ununterbrochen Werte annimmt, die größer als der Schwellenwert sind, hat dies zur Folge, daß die Werte ohne Unterbrechung an den Block 404A oder 404B geliefert werden. Es wird festge­ legt, daß der Ausgang anfangs in Richtung zum Block 404A geschaltet wird. Wenn der Ausgang einmal einen Wert annimmt, der niedriger als der vorgegebene Schwellenwert ist, und danach einen Wert annimmt, der erneut größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, ändern der Block 403 oder die Umschaltschaltung die Schaltrichtung zum Block 404B.

Diese Operationen werden abwechselnd wiederholt. Das Zeitintervall, in dem der Ausgang ohne Unterbrechung einen Wert annimmt, der größer als der Schwellenwert ist, ist als eine Periode definiert. Die ungerade Periode ab dem Beginn wird zum Block 404A geschaltet, anschließend wird die gerade Periode zum Block 404B geschaltet. In den beiden Blöcken 404A und 404B werden die jeweiligen Ein­ gangswerte integriert.

Der Block 406 dient der Überwachung eines Referenzsignals (eines Zylindersignals) eines Kurbelwinkelsensors. Falls das Referenzsignal nicht erfaßt wird, kehrt der Prozeß zur A/D-Umsetzung zurück. Falls das Referenzsignal jedoch erfaßt wird, wird ein Schalter im Block 407, der Schalt­ funktionen hat, geschlossen, so daß Werte der Blöcke 404A, 404B und 404C an die nachfolgenden Blöcke übertra­ gen werden. Im Ergebnis werden die Inhalte der Blöcke 404A, 404B und 404C gelöscht. Falls im Schritt 321 von Fig. 9 in diesem Fall ein Zähler verwendet wird, wird der Zähler zurückgesetzt. Im Block 408 werden die Werte der Blöcke 404A und 404B miteinander verglichen, wobei die Umschaltrichtung im Block 409 anhand des Vergleichsergeb­ nisses gesteuert wird.

Im Block 409 wird zu den von den Blöcken 404A und 404B gelieferten Werten ausschließlich entweder ein positives Vorzeichen (+) oder ein negatives Vorzeichen (-) hinzuge­ fügt. Das heißt, daß einer der Werte positiv wird (+), während der andere negativ wird (-). Genauer wird der Block 408 in der Weise geschaltet, daß das Vorzeichen (+) zum größeren Wert hinzugefügt wird und das Vorzeichen (-) zum kleineren Wert hinzugefügt wird.

Im Block 411 werden die zwei Ausgangswerte vom Block 409 und der Ausgangswert vom Block 404C addiert, woraufhin die Summe ausgegeben wird. Der Summenwert ist gleich einem Wert der integrierten Luftmenge bis zum nächsten Auftreten des Referenzsignals, nachdem ein Referenzsignal vom Kurbelwinkelsensor eingegeben worden ist. Der resul­ tierende Wert kann direkt an eine Rechenstufe für eine Kraftstoffeinspritzmenge geliefert werden. Es ist mög­ lich, die durchschnittliche Luftmenge zu erhalten, indem in einer dem Block 402 vorhergehenden Stufe ein Zähler vorgesehen wird und der Ausgang des Blocks 411 durch den Zählstand des Zählers dividiert wird. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein Referenzsignal des Kurbelwinkelsensors für jeden Zeitpunkt verwendet wird, um das Umschalten im Block 407 durchzuführen, kann statt des Referenzsignals auch ein Signal verwendet werden, dessen Zeitintervall größer als die Pulsationsperiode ist. Beispielsweise ist es möglich, ein Zündintervall­ signal, in dessen Verlauf sämtliche Zylinder des Verbren­ nungsmotors gezündet werden können, oder ein Signal zu verwenden, dessen Intervall den Zündintervallen der einzelnen Zylinder entspricht.

In dem Fall, daß ein thermisches Element eines Luftmen­ genmessers des Nebenleitungstyps nicht die Hauptströmung, sondern eine Nebenströmung mißt, besteht die Gefahr, daß das Verhältnis der vorwärtsströmenden Luftmenge zur rückwärtsströmenden Luftmenge aufgrund der Wirkung eines Fluidelements in der Nebenleitung unterschiedlich ist. In einem solchen Fall können die Werte in den Blöcken 410A, 410B und 410C mit dem obigen Verhältnis entsprechenden Korrekturkoeffizienten multipliziert werden.

Fig. 13 zeigt ein Beispiel, in dem die Rückwärtsströmung auftritt, wenn ein Vierzylindermotor mit niedriger Dreh­ zahl in einem Bereich hoher Last betrieben wird. Das Bezugszeichen 415 bezeichnet eine Signalform, die nach Ausführung der inversen Transformation an der erfaßten Signalform erhalten wird. Größere Spitzen bezeichnen die Vorwärtsströmung in den Motor, während kleinere Spitzen die Rückwärtsströmung bezeichnen. Obwohl die kleineren Spitzen als negative Strömung ausgegeben werden sollten, werden sowohl die größeren als auch die kleineren Spitzen als Vorwärtsströmung ausgegeben, weil der thermische Luftmengenmesser die Strömungsrichtung nicht bestimmen kann. Das obenbeschriebene Verfahren wird auf diese Daten angewendet.

Gemäß diesem Verfahren wird nicht die momentane Luftmenge ausgegeben, statt dessen wird das Integrationsergebnis jeder der Spitzen ausgegeben. Für die Verifizierung werden die A/D-umgesetzten Werte zeitlich nacheinander gespeichert, außerdem werden die in den Block 411 einge­ gebenen Daten zu jedem Zeitpunkt verarbeitet. Das Ergeb­ nis ist in Fig. 14 gezeigt. Wie aus Fig. 14 hervorgeht, können die größeren Spitzen oberhalb des Schwellenwerts als Vorwärtsströmung bestimmt werden, während die kleine­ ren Spitzen unterhalb des Schwellenwerts als Rückwärts­ strömung bestimmt werden. Eine Linie, die durch Auftragen der durchschnittlichen Luftmenge anhand des obigen Aus­ gangssignals erhalten wird, überlappt mit einer durchge­ zogenen Linie 225, die in Fig. 2 gezeigt ist. Das heißt, daß die Linie sehr genau zur tatsächlichen Kennlinie analog ist, die durch die Strichlinie gezeigt ist.

In Fig. 15 ist der Prozeß gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform wird der Ausgang des thermischen Luftmen­ genmessers während einer Periode T einer A/D-Umsetzung unterworfen (Schritt 420) und anschließend numerisch dargestellt. Dann wird die Zeitkonstante τ erhalten, um die inverse Transformation für die Kompensation der Ansprechverzögerung auszuführen (Schritt 424). Das heißt, daß der A/D-umgesetzte Wert durch den Linearisierer vorübergehend in eine Luftmenge umgesetzt wird (Schritt 421), anschließend wird die Zeitkonstante τ gemäß Glei­ chung (1) im Schritt 422 berechnet. Obwohl im vorliegen­ den Fall die Zeitkonstante τ aus dem Luftmengensignal berechnet wird, das in bezug auf die pulsierende Strömung des Motors eine Verzögerung besitzt, ist es möglich, die Zeitkonstante τ mit ausreichender Genauigkeit für die Berechnung der durchschnittlichen Luftmenge zu erhalten. Bei Verwendung der Zeitkonstante τ, der Periode T für die A/D-Umsetzung, des vorher A/D-umgesetzten Wertes (V_-1), der im Speicher gespeichert ist, (Schritt 423) und des momentanen A/D-umgesetzten Wertes (V₀) wird die inverse Transformation (Schritt 424) für die Kompensation der Ansprechverzögerung gemäß Gleichung (2) ausgeführt. Da V_INV nichtlinear ist, muß das Signal durch den Lineari­ sierer erneut linearisiert werden (Schritt 421). Dadurch kann die tatsächliche Luftmenge erhalten werden. Im Vergleich zur vorhergehenden Ausführungsform kann die vorliegende Ausführungsform lediglich mit einem einzigen Linearisierer verwirklicht werden. Daher kann die Spei­ cherkapazität abgesenkt werden.

Fig. 16 zeigt den Prozeß in einem modifizierten Beispiel der obigen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird zunächst ein Signal des thermischen Luftmengenmes­ sers einer A/D-Umsetzung unterworfen (Schritt 431), anschließend wird das A/D-umgesetzte Signal invers trans­ formiert. Es wird darauf hingewiesen, daß das invers transformierte Signal ein nichtlineares Signal vom ther­ mischen Luftmengenmesser ist und daß das nichtlineare Signal in den Linearisierer nach Ausführung der inversen Transformation eingegeben wird, wodurch das Signal der tatsächlichen Luftmenge erhalten wird (Schritt 434). Eine Konstante, die der bei Ausführung der inversen Transfor­ mation verwendeten Zeitkonstante entspricht, wird durch Ausführen der Rückkopplung des vom Linearisierer erhalte­ nen Luftmengensignals zum Schritt 432 erhalten. Die vorliegende Modifizierung hat die gleichen Wirkungen wie die in Fig. 15 gezeigte Ausführungsform. Im Vergleich zu der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform erfolgt jedoch die Rückkopplung des Verarbeitungsergebnisses, so daß die Genauigkeit der Zeitkonstante verbessert werden kann und somit eine genaue Steuerung ausgeführt werden kann.

Fig. 17 zeigt den Prozeß gemäß einem weiteren modifizier­ ten Beispiel der vorliegenden Erfindung. In dieser Modi­ fizierung wird das A/D-umgesetzte Signal auf zwei Schal­ tungen aufgeteilt. In einer Schaltung wird die inverse Transformation ausgeführt, um einen Fehler des der tat­ sächlichen Luftmenge entsprechenden Ausgangs zu erhalten. Das invers transformierte Signal wird im letzten Schritt 478 zum Ausgang der anderen Schaltung addiert, so daß ein nichtlinearer Ausgang erhalten wird, der der tatsächli­ chen Luftmenge entspricht. Danach wird der Ausgang zum Linearisierer zurückgeführt, um ihn in die tatsächliche Luftmenge umzuwandeln.

Nun wird die Schaltung, mit der der Fehler erhalten wird, erläutert. Der A/D-umgesetzte Wert wird in den Lineari­ sierer eingegeben und linearisiert (Schritt 472). Im nächsten Schritt 473 wird die Zeitkonstante erhalten, die als Funktion der Luftmenge gegeben ist. Zwei Koeffizien­ ten, die auf die Periode der A/D-Umsetzung und auf die Zeitkonstante bezogen sind, werden im Schritt 474 be­ stimmt. Obwohl hierbei die Zeitkonstante τ durch das Luftmengensignal berechnet wird, das bezüglich der pul­ sierenden Strömung des Motors eine Verzögerung aufweist, besitzt sie eine ausreichende Genauigkeit für die Berech­ nung der durchschnittlichen Luftmenge. Hierbei wird der A/D-umgesetzte Wert in einem Speicher gespeichert (Schritt 475). Wenn die inverse Transformation ausgeführt wird, um einen Fehler des der tatsächlichen Luftmenge entsprechenden Ausgangs zu erhalten, werden die zwei Koeffizienten, der vorhergehende A/D-umgesetzte Wert, der in einem Speicher gespeichert ist, der momentane A/D- umgesetzte Wert und der vorher erhaltene Fehler verwen­ det. Der erhaltene Fehler wird mit einem Verstärkungsfak­ tor multipliziert (Schritt 477), ferner wird das nichtli­ neare Signal, das der tatsächlichen Luftströmung ent­ spricht, durch Addieren des Produkts zu dem A/D-umgesetz­ ten Wert erhalten, bevor es auf zwei Schaltungen aufge­ teilt wird. Danach wird der Ausgang zum Linearisierer zurückgeführt, um ihn in die tatsächliche Luftmenge umzusetzen. Mit dieser modifizierten Ausführungsform wird im Vergleich zu den in den Fig. 15 und 16 gezeigten Ausführungsformen eine stabilere Steuerung ausgeführt, weil die Zeitkonstante aus dem verzögerten Signal erhal­ ten wird.

In Fig. 18 ist der Prozeß gemäß einem weiteren modifi­ zierten Beispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Modifizierung wird das A/D-umgesetzte Signal (Schritt 461) auf zwei Schaltungen aufgeteilt. In einer Schaltung wird die inverse Transformation ausgeführt, um anhand des der tatsächlichen Luftmenge entsprechenden Ausgangs einen Fehler zu erhalten. Das invers transfor­ mierte Signal wird im letzten Schritt 467 zu einem Aus­ gang der anderen Schaltung addiert, wobei ein nichtlinea­ rer Ausgang erhalten wird, der der tatsächlichen Luft­ menge entspricht. Danach wird der Ausgang durch den Linearisierer linearisiert, um ihn in die tatsächliche Luftmenge umzusetzen (Schritt 468).

Im folgenden wird die Schaltung erläutert, mit der der Fehler erhalten wird. Die Rückkopplung des linearisierten Signals (Schritt 468) wird ausgeführt, nachdem die Zeit­ konstante im Schritt 463 erhalten worden ist, die als Funktion der Luftmenge ausgedrückt wird. Im Schritt 464 werden zwei Koeffizienten berechnet, die für die Periode der A/D-Umsetzung bzw. für die Zeitkonstante relevant sind. Hierbei wird der A/D-umgesetzte Wert in einem Speicher gespeichert (Schritt 462). Wenn die inverse Transformation ausgeführt wird (Schritt 465), werden die zwei Koeffizienten, der vorher A/D-umgesetzte Wert, der im Speicher gespeichert ist, der momentane A/D-umgesetzte Wert und der vorher erhaltene Fehler verwendet. Der erhaltene Fehler wird mit einem Verstärkungsfaktor multi­ pliziert (Schritt 466), schließlich wird das nichtlineare Signal, das der tatsächlichen Luftmenge entspricht, durch Addieren des Produkts zum A/D-umgesetzten Wert im Schritt 467 vor der Aufteilung auf die beiden Schaltungen erhal­ ten. Danach wird die tatsächliche Luftmenge durch den Linearisierer erhalten (Schritt 468).

Gemäß dieser Modifizierung können einerseits die gleichen Wirkungen wie mit der in Fig. 17 gezeigten Ausführungs­ form erhalten werden, andererseits ist es auch einfach, Maßnahmen gegen Fehler im Ansprechverzögerungs-Kompensa­ tionsteil zu ergreifen, weil der Ansprechverzögerungs- Kompensationsteil vollkommen getrennt ausgebildet ist.

Obwohl in den obigen Ausführungsformen die A/D-Umsetzung nach jeder Periode T ausgeführt wird, kann die Abtastung selbstverständlich auch bei konstanten Kurbelwinkeln, beispielsweise nach jeweils 12°, erfolgen.

Claims (15)

1. Luftmengen-Meßverfahren zum Messen einer in einen Verbrennungsmotor strömenden Ansaugluftmenge unter Ver­ wendung eines Ausgangssignals eines thermischen Luftmen­ genmessers (202), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Abtasten (301) eines Ausgangs des thermischen Luftmengenmessers (202),
Bestimmen (303) einer Zeitkonstante (τ) aus dem abgetasteten Signal,
invers Transformieren (305) des Ausgangssignals in ein Luftmengensignal unter Verwendung der Zeitkon­ stante (τ)
Linearisieren (306) des invers transformierten Signals und
Bestimmen einer rückwärtsströmenden Luftmenge, um dadurch die Ansaugluftmenge zu erhalten.

2. Luftmengen-Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Annahme, daß die Zeitperiode, während der die Größe des einer Luftmenge entsprechenden Signals, das auf der Grundlage der abgetasteten Daten erhalten wird, ununterbrochen größer als der vorgegebene Wert ist, im Schritt des Bestimmens der rückwärtsströmenden Luft­ menge als Einheit definiert ist, die Strömungsrichtung einer zweiten Einheit, die einer ersten Einheit folgt, zur Strömungsrichtung der ersten Einheit entgegengesetzt ist.

3. Luftmengen-Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die linearisierten Ausgangssignale in den ungera­ den Einheiten während der vorgegebenen Zeitperiode und die linearisierten Ausgangssignale in den geraden Einhei­ ten unabhängig voneinander integriert werden,
die Größen der Integrationswerte miteinander verglichen werden und
die rückwärtsströmende Luftmenge anhand des Ausgangssignals mit kleinerem Wert bestimmt wird.

4. Luftmengen-Meßverfahren nach Anspruch 3, gekenn­ zeichnet durch den Schritt des Erfassens eines Signals synchron mit der Drehung der Kurbelwelle, wobei die Integrations­ zeit auf ein Intervall des erfaßten Signals gesetzt wird.

5. Luftmengen-Meßverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationszeit auf einen Wert zwischen 0,1 ms und 2 ms gesetzt ist.

6. Luftmengen-Meßverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationszeit auf die Zeitperiode gesetzt ist, während der sich ein Kurbelwinkel des Verbrennungs­ motors zwischen 0,6° und 12° verschiebt.

7. Luftmengen-Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung periodisch ausgeführt wird und die Periode entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors geändert werden kann.

8. Luftmengen-Meßvorrichtung zum Messen der in einen Verbrennungsmotor strömenden Ansaugluftmenge unter Ver­ wendung eines Ausgangssignals eines thermischen Luftmen­ genmessers (202), zur Durchführung des Luftmengen-Meßverfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
eine Korrektureinrichtung (206, 251), die das Ausgangssignal des thermischen Luftmengenmessers (202) empfängt, um die Zeitverzögerung dieses Signals zu korri­ gieren, und
eine Linearisierungseinrichtung (206, 252), die ein Ausgangssignal der Korrektureinrichtung (206, 251) empfängt, um das Ausgangssignal auf der Grundlage der im voraus gespeicherten Charakteristik des thermischen Luftmengenmessers (202) in ein Signal umzusetzen, dessen Wert einer Luftmenge entspricht.

9. Luftmengen-Meßvorrichtung nach Anspruch 8, ge­ kennzeichnet durch eine Rückwärtsströmungs-Bestimmungseinrichtung (206), die von der Linearisierungseinrichtung (206, 252) ein Ausgangssignal empfängt, um eine Rückwärtsströmung zu bestimmen.

10. Luftmengen-Meßvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
ein A/D-Umsetzer (206, 420) zum Abtasten des Aus­ gangssignals des thermischen Luftmengenmessers (202) vorgesehen ist und
in der Linearisierungseinrichtung (206) ein vom A/D-Umsetzer (206) umgesetztes digitales Signal an eine erste und an eine zweite Schaltung geschickt wird, wobei das digitale Signal in der ersten Schaltung invers trans­ formiert wird, um aus einem Ausgangssignal, das einer tatsächlichen Luftmenge entspricht, ein Fehlersignal zu erhalten, ein Wert des invers transformierten digitalen Signals zu einem digitalen Signal der zweiten Schaltung addiert wird und das Summensignal auf der Grundlage der im voraus gespeicherten Charakteristik des thermischen Luftmengenmessers (202) in ein Signal umgesetzt wird, dessen Wert einer Luftmenge entspricht.

11. Luftmengen-Meßvorrichtung nach Anspruch 10, ge­ kennzeichnet durch eine Rückwärtsströmungs-Bestimmungseinrichtung (206), die ein Ausgangssignal der Linearisierungseinrich­ tung (206) empfängt, um eine Rückwärtsströmung zu bestim­ men.

12. Luftmengen-Meßvorrichtung nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rückwärtsströmungs-Bestim­ mungseinrichtung (206) umfaßt:
eine erste Vergleichseinrichtung (401), die ein Ausgangssignal, das einer von der Linearisierungseinrich­ tung (206) erhaltenen Luftmenge entspricht, mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht,
mehrere Integrationseinrichtungen (404A, 404B, 404C), die in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal von der ersten Vergleichseinrichtung (401) Integrations- und Speichervorgänge ausführen,
eine zweite Vergleichseinrichtung (408), die Ausgangssignale von zwei (404A, 404B) der mehreren Inte­ grationseinrichtungen (404A, 404B, 404C) vergleicht, und
eine Vorzeichenhinzufügungseinrichtung (409), die den Ausgangssignalen von den zwei Integrationseinrichtun­ gen (404A, 404B) in Übereinstimmung mit einem Ausgangs­ signal der zweiten Vergleichseinrichtung (408) aus­ schließlich ein positives oder ein negatives Vorzeichen hinzufügt.

13. Luftmengen-Meßvorrichtung nach Anspruch 12, ge­ kennzeichnet durch eine erste Schalteinrichtung (402), die in Abhän­ gigkeit vom Ausgangssignal der ersten Komparatoreinrich­ tung (401) arbeitet und die Eingabe in die erste Integra­ tionseinrichtung (404A, 404B) bestimmt, wenn das Aus­ gangssignal der ersten Komparatoreinrichtung (401) unun­ terbrochen größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.

14. Luftmengen-Meßvorrichtung nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rückwärtsströmungs-Bestim­ mungseinrichtung umfaßt:
eine erste Vergleichseinrichtung (401), die das der Luftmenge entsprechende Signal mit einem vorgegebenen Wert vergleicht,
eine erste und eine zweite Integrationseinrich­ tung (404A, 404B), die das Signal während der gesamten Zeitperiode, während der das Signal ununterbrochen größer als der vorgegeben Wert ist, empfangen und integrieren,
eine Schalteinrichtung (403), die die Integra­ tionsperiode abwechselnd von der ersten zur zweiten Integrationseinrichtung (404A, 404B) schaltet, und
eine Vorzeichenhinzufügungseinrichtung (409), die zum kleineren der Ausgänge der ersten und der zweiten Integrationseinrichtungen (404A, 404B) ein negatives Vorzeichen hinzufügt.

15. Luftmengen-Meßvorrichtung nach Anspruch 12, ge­ kennzeichnet durch eine Signalerfassungseinrichtung, die ein Signal synchron mit der Drehung einer Kurbelwelle erfaßt, wobei die Integrationszeitperiode der Integrationseinrichtungen (404A, 404B, 404C) auf ein Intervall des erfaßten Signals gesetzt wird.