DE4205050A1

DE4205050A1 - Steuergeraet fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4205050A1
Application number: DE4205050A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Wachi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1992-08-27
Anticipated expiration: 2012-02-20
Also published as: KR920016708A; KR940010729B1; DE4205050C2; JPH04272443A; US5201217A; JP2569978B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für einen Verbrennungsnotor, das eine optimale Steuerung des Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Heißdrahtluftdurchflußsensors auf der Basis eines temperaturabhängigen Widerstandes durchführt.

Fig. 5 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung der allgemeinen Struktur eines Steuergerätes für einen Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Heißdrahtluftdurchflußsensors (im folgenden mit AFS abgekürzt) auf der Basis eines temperaturabhängigen Widerstandes dar. In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - einen Luftreiniger; 2 - einen Heißdrahtluftdurchflußsensor; 3 - ein Drosselventil zur Steuerung der Ansaugluftmenge des Motors; 4 - einen Ausgleichstank; 5 - eine Einlaßrohrverzweigung (Luftansaugen); 6 - ein Einlaßventil, das von einem Nocken (nicht dargestellt) gesteuert wird und 7 - einen Zylinder.

Im Diagramm ist der Einfachheit halber nur ein Teil eines einzelnen Zylinders des Motors dargestellt.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Einspritzdüse in dem betreffenden Zylinder 7, während 9 eine elektronische Steuerinheit (im folgenden als ECU bezeichnet) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge der Einspritzdüse 8 bezeichnet, so daß die Kraftstoffeinspritzmenge und die angesaugte Luftmenge ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoffverhältnis (A/F) ergeben.

Die ECU 9 ermittelt die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der Ausgangssignale des Luftdurchflußsensors 2, des Kurbelwinkelsensors 10, des Anlaßschalters 11 und des Kühlwassertemperatursensors 12 des Motors, und sie steuert die Kraftstoffeinspritzimpulsbreite der Einspritzdüse 8 synchron mit dem Signal des Kurbelwinkelsensors 10.

Der Kurbelwinkelsensor 10 kann ein bekannter Sensor sein, der ein Rechteckwellensignal erzeugt, das beim Drehen des Motors im oberen Totpunkt (TDC) abfällt und im unteren Totpunkt (BDC) ansteigt.

Fig. 6 stellt ein Blockschaltbild zur näheren Erläuterung der Betriebsweise der elektronischen Steuereinheit ECU 9 dar. In einer Umdrehungszahlerfassungseinheit 9a wird die Umdrehungszahl durch Messen der zwischen den oberen Totpunkten ablaufenden Periode des vom Kurbelwinkelsensors 10 gelieferten Rechteckwellensignals erhalten. Eine Durchschnittsluftmengenerfassungseinheit 9b bildet den Mittelwert des Ausgangssignals von Totpunkt zu Totpunkt des Rechteckwellenausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 10. In einer Einheit 9c zur Berechnung der Basisimpulsbreite wird die Basisimpulsbreite durch Dividieren des Durchschnittsluftmengenausgangssignals der Durchschnittsluftmengenerfassungseinheit 9b durch das Umdrehungszahlausgangssignal der Umdrehungszahlerfassungseinheit 9a erhalten.

Eine Aufwärmkorrektureinheit 9d bestimmt einen Korrekturkoeffizienten hinsichtlich der Wassertemperatur des Motors, die als Ausgangssignal des Wassertemperatursensors 12 geliefert wird. Eine Korrekturberechnungseinheit 9e führt die Korrektur durch Addieren oder Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit einer Basisimpulsbreite durch, die von der Basisimpulsbreitenberechnungseinheit 9c ermittelt wird.

Die Anlaßimpulsbreitenberechnungseinheit 9a berechnet die Anlaßimpulsbreite, die von der erfaßten Kühlwassertemperatur des Motors abhängt. Der Schalter 9c stellt eine Einspritzimpulsbreite bzw. eine Anlaßimpulsbreite als Antwort auf ein vom Anlaßschalter 11, der die Anlaßzeit des Motors ermittelt, geliefertes Ausgangssignal ein. Ein Zeitgeber 9h aktiviert die Impulsbreite in einer einzelnen Momentanoperation in dem Zeitpunkt, in welchem das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 10 im oberen Totpunkt abfällt. Eine Einspritzdüsentreiberschaltung 9i steuert die Einspritzdüse 8.

Fig. 7 veranschaulicht die Anderung der Ansaugluftmenge im Anlaßzeitpunkt unmittelbar nach der Inbetriebnahme (power ON) dar, wobei die durchgezogene Kurve das Ausgangssignal des AFS 2 darstellt, während die strichpunktierte Kurve das Ergebnis der Durchschnittsbildung des AFS-Signals zwischen aufeinanderfolgenden Totpunkten darstellt und dem Ausgangssignal der Durchschnittsluftmengenerfassungseinheit 9b entspricht, auf dessen Basis die Kraftstoffeinspritzmenge berechnet wird. Die gestrichelte Kurve C stellt die aktuelle Luftmenge dar.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, übersteigt das Luftmengensignal des Luftdurchflußsensors 2 (Kurve A) die aktuelle Luftmenge (Kurve C) unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors.

Da beim Heißdrahtluftmengensensor die Luftmenge durch Erfassen des Durchflußstroms, zu einem temperaturabhängigen und auf konstante Temperatur geregelten Widerstand gemessen wird, und da der temperaturabhängige Widerstand unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors abgekühlt wird, muß der Widerstand auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden, was den Durchflußstrom vergrößert. Das Luftmengensignal des AFNs 2 steigert sich also auf einen anormalen Wert, der größer als die tatsächliche Luftmenge ist.

Es ist daher nicht möglich, diejenige Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen, die zur aktuellen Luftmenge paßt, wodurch die Beherrschbarkeit des Motors beeinträchtigt wird, was beispielsweise zur Verschlechterung der Abgasqualität führt.

Insbesondere ist bei einem Heißdrahtdurchflußmengensensor, bei dem ein Platindraht um einen keramischen Spulenkörper gewickelt ist, oder bei einem Heißdrahtdurchflußmengensensor, bei dem Platin auf einem Aluminiumsubstrat oder -film aufgedampft ist, die zur Stabilisierung des temperaturabhängigen Widerstandes auf eine vorbestimmte Temperatur benötigte Zeitdauer lang (beispielsweise einige Sekunden), und zwar aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes und der Wärmeleitung oder der Wärmespeicherung in einem die Wärme zurückhaltenden Element, was in bezug auf die Steuerung des Verbrennungsmotors nicht vernachlässigbar ist.

Da die einen herkömmlichen Heißdrahtluftdurchflußmengensensor verwendende Steuereinrichtung des Verbrennungsmotors wie oben erläutert aufgebaut ist, und da weiter die Kraftstoffeinspritzmenge, etc., aufgrund des Luftdurchflußsignals des AFS berechnet wird, kann die zur tatsächlichen Luftmenge passende Steuerung nicht unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors durchgeführt werden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die eine mit der tatsächlichen Luftmenge verträgliche Steuerung durchführen kann, auch dann, wenn das Ausgangssignal des Luftdurchflußmengensensors unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors anormal ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor geschaffen, das folgende Komponenten aufweist:
einen Heißdraht-Luftmengensensor zum Messen der Luftansaugmenge eines Verbrennungsmotors durch Steuern der Wärmeerzeugungsmenge eines temperaturabhängigen Widerstandes;
einen Umdrehungsperiodenerfassungssensor zum Erfassen der Umdrehungsperiode des Verbrennungsmotors;
eine Mittelwertbildungseinrichtung zum Ermittln einer Durchschnittsluftmenge durch Tastprobennahme der Ansaugluftmenge während der durch den Umdrehungsperiodenerfassungssensor erfaßten Umdrehungsperiode;
Bestimmungseinrichtungen, die feststellen, ob seit der Inbetriebnahme des Motors eine vorbestimmte Zeitdauer abläuft; und
Einrichtungen zur Lieferung der Durchschnittsluftmenge unter Beachtung eines oberen Grenzwertes, solange, bis die von den Bestimmungsmitteln festgesetzte vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist.

Nachfolgend wird der wesentliche Gegenstand der Zeichnung kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Struktur einer Ausführungsform des Steuergerätes für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Hauptroutine für die Abwicklung des Programms des in Fig. 1 dargestellten Steuergerätes für einen Verbrennungsmotor dar;

Fig. 3 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer 1 ms-Interruptroutine für die Abwicklung des Programms des in Fig. 1 dargestellten Steuergerätes für einen Verbrennungsmotor dar;

Fig. 4 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Interruptroutine "Oberer Totpunkt" (TDC) zur Durchführung des Programms des in Fig. 1 dargestellten Steuergerätes für einen Verbrennungsmotor dar;

Fig. 5 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das die Struktur des herkömmlichen Steuergerätes für einen Verbrennungsmotor zeigt;

Fig. 6 stellt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der inneren Struktur der elektronischen Steuereinheit (ECU) für einen Verbrennungsmotor gemäß Fig. 5 dar; und

Fig. 7 stellt ein Kenngrößendiagramm zur Erläuterung der Anomalie des Ausgangssignals des Heißdrahtluftdurchflußmengensensors unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors beim Steuergerät für einen Verbrennungsmotor gemäß Fig. 5 dar.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des Steuergerätes für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es sei bemerkt, daß die Erfindung die in Fig. 5 dargestellte allgemeine Struktur des Steuergerätes ebenfalls verwendet. Die Erfindung unterscheidet sich von der herkömmlichen Ausführungsform dadurch, daß eine elektronische Steuereinheit (ECU) 90 verwendet wird, die auf einem anderen Steuersystem beruht, der Hardwarestruktur in Fig. 1 und der Softwarestruktur in den Fig. 2 bis 4 wiedergegeben ist.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 901 - eine Schnittstellenschaltung für digitale Eingangssignale des Kurbelwinkelsensors 10 und des Anlaßschalters 11; 902 - eine Schnittstellenschaltung für analoge Eingangssignale des Luftdurchflußsensors 2, des Wassertemperatursensors 12, des Außenluftdrucksensors 13 und des Ansauglufttemperatursensors 14; und 903 - einen Multiplexer, der Ausgangssignale der Schnittstellenschaltung 902 durch aufeinanderfolgendes Durchschalten derselben ausgibt, wobei die analogen Eingangssignale durch einen A/D-Umsetzer 904 nacheinander in Digitalwerte umgewandelt werden.

Das Bezugszeichen 905 bezeichnet eine Zentraleinheit (CPU), die einen Festwertspeicher ROM 905a, einen Direktzugriffspeicher RAM 905b, einen Zeitgeber 905c und einen Zähler 905d enthält, der die Kraftstoffeinspritzimpulsbreite mit Hilfe des in den Fig. 2 bis 4 dargestellten und später beschriebenen Programmablaufs aufgrund von Signalen berechnet, die von der digitalen Schnittstellenschaltung 901 und dem AD-Umsetzer 904 eingegeben werden.

Das Bezugszeichen 906 bezeichnet eine Einspritzdüsentreiberschaltung, welche die Einspritzdüse entsprechend der vorerwähnten Impulsbreite steuert. Die Einspritzdüsentreiberschaltung 906 entspricht der in Fig. 6 dargestellten Einspritzdüsentreiberschaltung 9i.

Als nächstes wird der der Erfindung zugrundeliegende Betriebsablauf anhand der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Flußdiagramme erläutert. Das Programm führt nach Stellen des Schalters auf EIN (Inbetriebnahme) die Initialisierung durch und stellt die für das Stabilisieren der Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes des Heißdrahtluftdurchflußmengensensors benötigte Zeitdauer T_F im Zähler 905d ein.

In Schritt S502 ermittelt das Programm das Anlassen des Motors durch den Anlaßschalter 11. Wenn das Programm entscheidet, daß der Motor angelassen wird, ermittelt es die Anlaßimpulsbreite τ_ST auf der Basis der Wassertemperatur, wie im Falle der Fig. 6, und geht nach Schritt S505 weiter.

Wenn in Schritt S502 das Programm feststellt, daß der Motor nicht angelassen wird, berechnet es in Schritt S504 verschiedene Korrekturkoeffizienten C, wie etwa den Aufwärmkoeffizienten, und geht nach Schritt S505 über. In Schritt S505 setzt das Programm die Zählung des Zählers 905d um einen vorbestimmten Betrag zurück und kehrt nach Schritt S502 zurück. Anschließend wiederholt das Programm die jeweilige Datenverarbeitung des Schrittes S502 und der folgenden Schritte.

Fig. 3 veranschaulicht eine Interruptbehandlungsroutine, die alle 1 ms abgewickelt wird. Das Programm gibt das Ausgangssignal des Luftdurchflußmengensensors 2 über die Schnittstelle 902 und den Multiplexer 903 an den A/D-Umsetzer 904 und wandelt es durch die A/D-Umsetzung in einen Spannungswert V_i um.

Als nächstes ermittelt das Programm in Schritt S602 eine Durchflußmenge Q_i entpsrechend dem Spannungswert V_i, indem es eine im ROM 905a gespeicherte Konversionstabelle durchmustert. In Schritt S603 akkumuliert das Programm den Durchflußmengenwert Q_i alle 1 ms, wobei es im RAM 905b die Ergebnisse als "S" und im gleichen RAM 905b die Anzahl der Akkumulationen als "i" ablegt.

In den Schritten S604 und S605 werden die Signale der Kühlwassertemperatur, des Außenluftdruckes und der Ansauglufttemperatur, die neben dem AFS-Signal ebenfalls analoge Eingangssignale sind, durch A/D-Umsetzung umgewandelt.

Fig. 4 stellt eine Interruptbehandlungsroutine dar, die bei jedem oberen Totpunkt des Kurbelwinkelsignals abgewickelt wird. In Schritt S701 berechnet das Programm die zwischen zwei oberen Totpunkten liegende Zeitperiode T und geht nach Schritt S702 über. In Schritt S702 ermittelt das Programm die Durchschnittsluftmenge A zwischen den oberen Totpunkten durch Dividieren der Luftmenge S, die durch die 1 ms-Interruptbehandlungsroutine der Fig. 3 akkumuliert wurde, durch die Anzahl der Akkumulationen i. Danach wird dieser Wert S_i in einem Speicherteil des RAM 905b gesetzt und abgespeichert.

Als nächstes ermittelt das Programm, ob nach dem Einschalten des Motors (power ON) eine vorbestimmte Zeitdauer T_f abläuft, was davon abhängt, ob der Zähler 905d in Schritt S801 rückgesetzt worden ist (Zählstand = 0). Das Programm bestimmt, daß die vorbestimmte Zeitdauer T_f abläuft, wenn der Zähler 905d rückgesetzt ist, und geht dann nach Schritt S703 über.

Weiter stellt das Programm im Falle, daß der Zähler 905d nicht rückgesetzt ist, fest, daß die vorbestimmte Zeitdauer T_f nicht abläuft und geht nach Schritt S802 über, in welchem das Programm durch Auslesen von im ROM 905a gespeicherten Daten einen oberen Grenzwert der Luftmenge A_max ermittelt, der der Umdrehungszahl des Motors entspricht. In Schritt S803 berechnet das Programm den Wert AC_max, der eine auf dem Außenluftdruck und dem Ansauglufttemperatur beruhende Korrektur hinzugefügt wird. In Schritt S804 wird der berechnete Wert mit der oben erwähnten Durchschnittsluftmenge A verglichen.

Wenn aufgrund des Vergleichs A ≧ AC_max ist, schneidet das Programm in Schritt S805 die Durchschnittsluftmenge A auf den Wert von AC_max zurück. Falls A < AC_max ist, schneidet das Programm die Durchschnittsluftmenge A nicht zurück. Nach Ablauf dieser Schritte geht das Programm nach Schritt S703 weiter.

In Schritt S703 ermittelt das Programm auf der Basis der Durchschnittsluftmenge A und der Periode T zwischen zwei oberen Totpunkten den Ladewirkungsgrad CE und geht nach Schritt S704 über. In Schritt S704 ermittelt das Programm, ob der Motor gestartet wird oder nicht. Wenn der Motor startet, geht das Programm nach Schritt S705 weiter und bestimmt die Anlaßimpulsbreite τ_ST als Einspritzimpulsbreite τ, die durch die Hauptroutine der Fig. 2 ermittelt wird.

Falls als Ergebnis der Feststellung über das Anlassen in Schritt S704 der Motor nicht angelassen wird, geht das Programm von Schritt S704 nach Schritt S706 über. In Schritt S706 berechnet das Programm die Basisimpulsbreite aufgrund des Ladewirkungsgrades CE.

Als nächstes ermittelt das Programm in Schritt S707 die Einspritzimpulsbreite τ wie im Falle der Aufwärmkorrektureinheit 9d der Fig. 6, woraufhin das Programm von Schritt S707 nach Schritt S708 übergeht. In Schritt S708 setzt das Programm die Einspritzimpulsbreite τ im Zeitgeber 905c der Zentraleinheit (CPU 905).

Bei der obigen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Datenverarbeitung im Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten. Die gleiche Wirkung kann jedoch auch durch Abwickeln der Datenverarbeitung in der Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Zündungen erzielt werden.

Weiter wird ist der obigen Ausführungsform die Beschreibung auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung als Beispiel abgestellt. Die Erfindung ist jedoch auch auf die anderen Steuerungsaufgaben bei Verbrennungsmotoren anwendbar, wie etwa die Zündsteuerung oder die Vorverdichtungsdrucksteuerung.

Wie oben erwähnt, ist die Erfindung so konzipiert, daß der Durchschnittsluftmenge ein oberer Grenzwert gesetzt wird, wobei der Durchschnittswert während einer vorbestimmten Zeitdauer unmittelbar nach dem Einschalten des Motors durch das Ausgangssignal des Heißdrahtluftdurchflußmengensensors geliefert wird. Daher besteht die Wirkung der Erfindung darin, daß die Steuerung des Verbrennungsmotors in einer mit der tatsächlichen Luftmenge kompatiblen Weise durchgeführt werden kann, auch während der Zeitperiode, in der das Ausganssignal des Heißdrahtluftdurchflußmengensensors unmittelbar nach dem Einschalten des Motors anormal ist.

Claims

Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor, der folgende Komponenten aufweist:
einen Heißdraht-Luftmengensensor zum Messen der Luftansaugmenge eines Verbrennungsmotors durch Steuern der Wärmeerzeugungsmenge eines temperaturabhängigen Widerstandes;
einen Umdrehungsperiodenerfassungssensor zum Erfassen der Umdrehungsperiode des Verbrennungsmotors;
eine Mittelwertbildungseinrichtung zum Ermitteln einer Durchschnittsluftmenge durch Tastprobennahme der Ansaugluftmenge während der durch den Umdrehungsperiodenerfassungssensor erfaßten Umdrehungsperiode;
Bestimmungseinrichtungen, die feststellen, seit ab der Inbetriebnahme des Motors eine vorbestimmte Zeitdauer abläuft; und
Einrichtungen zur Lieferung der Durchschnittsluftmenge unter Beachtung eines oberen Grenzwertes, solange, bis die von den Bestimmungsmitteln festgesetzte vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist.