DE4205050C2 - Steuergerät für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Steuereinrichtung ist aus der Druckschrift JP 2-185 647 (A) bekannt.

Aus der US-PS 4 807 581 ist es bekannt, bei einer Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Heißdraht-Luftmengensensor und einem Sensor zur Ermittlung der Dauer einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eine Mittelwertbildungseinrichtung vorzusehen, welche aus den während der Dauer einer jeweiligen Umdrehung der Kurbelwelle ermittelten Werten für die der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmengen einen Mittelwert bildet, um so die durchschnittliche Menge der pro Periode, d. h. pro Umdrehung der Kurbelwelle angesaugten Luftmenge zu ermitteln. Ferner vermittelt diese Druckschrift die Lehre, das vom Luftmengensensor gelieferte Signal in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zu begrenzen.

Aus der Druckschrift EP 0 224 028 B1 ist es bekannt, die vom Luftmengensensor gelieferten Signale in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie in Abhängigkeit von Atmosphärendruck und Lufttemperatur zu begrenzen.

Schließlich offenbart die Druckschrift JP 62-58 038 (A), zur Bemessung der in die Brennkraftmaschine pro Umdrehung der Kurbelwelle einzuspritzenden Kraftstoffmenge die Impulsbreite der Einspritzsignale auf der Grundlage der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl bei niedriger Betriebsspannung zu steuern. Dabei wird ein Signal aus einem Heißdraht-Luftmengensensor einem Komparator zugeführt, dessen Ausgangssignal an ein Flip-Flop zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung angelegt wird.

Eine herkömmliche, im Prinzip der Steuereinrichtung nach der obengenannten Druckschrift JP 2-185 547 (A) ähnliche Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die nachfolgend mitunter auch als Motor bezeichnet ist, ist im folgenden anhand von Fig. 5 bis 7 der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 5 zeigt ein Ansaugluftfilter 1, einen Heißdraht- Luftmengensensor 2, eine Drosselklappe 3 zur Steuerung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Ansaugluftmenge, einen Ausgleichsbehälter 4, einen Ansaugstutzen 5, ein von einer nicht dargestellten Nockenwelle gesteuertes Brennstoff- Einlassventil 6 und einen in Fig. 5 nur teilweise dargestellten Zylinder 7 der Brennkraftmaschine.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in den betreffenden Zylinder 7, während 9 eine elektronische Steuereinheit (im folgenden als ECU bezeichnet) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge an 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 Luftmengensensors 2, eines Kurbelwinkelsensors 10, eines Kühlwassertemperatursensors 12 und der Betätigung eines Anlassschalters 11 des Motors, und sie steuert die Impulsbreite eines Signals für die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzdüse 8 synchron mit dem Signal des Kurbelwinkelsensors 10.

Der Kurbelwinkelsensor 10 kann ein bekannter Sensor sein, der ein Rechteckwellensignal erzeugt, das bei der Rotation der Kurbelwelle des Motors in einem 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 Drehzahl-Erfassungseinheit 9a wird die Umdrehungszahl des Motors durch Messen der zwischen oberen Totpunkten ablaufenden Periode des vom Kurbelwinkelsensor 10 gelieferten Rechteckwellensignals erhalten. Eine Durchschnitts-Luftmengen- Erfassungseinheit 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 Durchschnitts-Luftmengen-Ausgangssignals der Durchschnitts-Luftmengen-Erfassungseinheit 9b durch das Drehzahl-Asgangssignal der Drehzahl-Erfassungseinheit 9a erhalten.

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

Die Anlass-Impulsbreiten-Berechnungseinheit 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 geliefertes Ausgangssignal ein, wobei der Anlassschalter die Anlasszeit des Motors ermittelt. Ein Zeitgeber 9h aktiviert die Impulsbreite in einer einzelnen Momentanoperation zu dem Zeitpunkt, zu welchem das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 10 im oberen Totpunkt abfällt. Eine Einspritzdüsen-Treiberschaltung 9i steuert die Einspritzdüse 8.

Fig. 7 veranschaulicht die Änderung der Ansaugluftmenge zum Anlasszeitpunkt unmittelbar nach der Inbetriebnahme dar, wobei die durchgezogene Kurve das Ausgangssignal des Luftmengensensors 2 darstellt, während die strichpunktierte Kurve das Ergebnis der Durchschnittsbildung des Luftemengensensor-Signals zwischen aufeinanderfolgenden Totpunkten darstellt und dem Ausgangssignal der Durchschnitts- Luftmengen-Erfassungseinheit 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 Luftmengensensors 2 (Kurve A) die aktuelle Luftmenge (Kurve C) unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors.

Da bei Verwendung eines Heißdraht-Luftmengensensors die Luftmenge durch Erfassen des Durchflussstroms bei 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 Luftmengensensors 2 wird somit auf einen anormalen Wert erhöht, der größer ist als es der tatsächlich durchfließenden Luftmenge entspricht.

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

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

Da die einen herkömmlichen Heißdraht-Luftmengensensor verwendende Steuereinrichtung des Verbrennungsmotors wie oben erläutert aufgebaut ist, und da weiter die Kraftstoffeinspritzmenge etc. aufgrund des Luftmengendurchfluß-Signals des Luftmengensensors berechnet wird, kann die der tatsächlichen Luftmenge entsprechende Steuerung nicht unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Steuerung an die tatsächliche jeweilige Luftdurchflussmenge auch dann hinreichend angepasst ist, wenn das Ausgangssignal des Luftmengensensors unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Motors anormal ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils dieses Anspruchs gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung, bei denen zum Teil auch Merkmale verwendet werden, die aus dem eingangs genannten Stand der Technik an sich bekannt sind, ergeben sich aus den Unteransprüchen (Ansprüche 2 und 3).

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand von Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine;

Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Hauptroutine für den Programmablauf in der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung;

Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer 1-ms- Interruptroutine für den Programmablauf des in Fig. 1 in der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung;

Fig. 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Interruptroutine "Oberer Totpunkt" (TDC) beim Programmablauf in der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung;

Fig. 5 den Aufbau einer herkömmlichen Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus der elektronischen Steuereinrichtung (ECU) gemäß Figur Fig. 5; und

Fig. 7 ein Kenngrößendiagramm zur Erläuterung der Anomalie des Ausgangssignals eines Heißdraht-Luftmengensensors unmittelbar nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine bei einer Steuereinrichtung gemäß Fig. 5.

Bevor nachfolgend die vorerwähnte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine näher beschrieben wird, wird zunächst bemerkt, dass in Fig. 1 bis 4 Teile, welche Teilen der herkömmlichen, in Fig. 5 bis 7 dargestellten Steuereinrichtung entsprechen, mit gleichen Bezugszahlen versehen sind wie in Fig. 5 bis 7. Es wird also die in Fig. 5 dargestellte allgemeine Struktur der herkömmlichen Steuereinrichtung auch bei der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zum Teil ebenfalls verwendet.

Andererseits wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zum Unterschied von der herkömmlichen Steuereinrichtung eine elektronische Steuereinheit (ECU) 90 verwendet, die auf einem anderen Steuersystem beruht, sowie eine andere Hardwarestruktur gemäß Fig. 1 und eine andere Softwarestruktur gemäß Fig. 2 bis 4 verwendet.

In Fig. 1 bezeichnen das Bezugszeichen 901 eine Schnittstellenschaltung für digitale Eingangssignale des Kurbelwinkelsensors 10 und des Anlassschalters 11 und das Bezugszeichen 902 eine Schnittstellenschaltung für analoge Eingangssignale von dem Luftdurchflussmengen erfassenden Luftmengensensor 2, vom Kühlwassertemperatursensor 12, vom Außenluftdrucksensor 13 und vom Ansauglufttemperatursensor 14. Das Bezugszeichen 903 bezeichnet einen Multiplexer, der Ausgangssignale der Schnittstellenschaltung 902 durch aufeinanderfolgendes Durchschalten derselben ausgibt, wobei die analogen Eingangssignale durch einen A/D-Wandler 904 nacheinander in digitale Werte umgewandelt werden.

Das Bezugszeichen 905 bezeichnet eine Zentraleinheit (CPU), die einen Festwertspeicher ROM 905a, einen Speicher RAM für wahlfreien Zugriff 905b, einen Zeitgeber 905c und einen Zähler 905d enthält, der die Impulsbreite für das Kraftstoffeinspritzsignal 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 A/D-Wandler 904 eingegeben werden.

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

Als nächstes wird der der Steuereinrichtung nach Fig. 1 zugrundeliegende Betriebsablauf anhand der in Fig. 2 bis 4 dargestellten Flussdiagramme erläutert.

Das Programm führt nach Stellen eines Inbetriebnahme-Schalters auf EIN eine Initialisierung durch und stellt die für das Stabilisieren der Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes des Heißdraht-Luftmengensensors 2 benötigte Zeitdauer T_f am 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 ist, ermittelt es die Anlassimpulsbreite τ_ST auf der Basis der Kühlwassertemperatur, wie im Falle von Fig. 6, und geht nach Schritt S505 weiter.

Wenn in Schritt S502 das Programm feststellt, dass der Motor nicht angelassen ist, 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 Interrupt-Behandlungsroutine, die jeweils im Abstand von 1 ms abläuft. Das Programm gibt das Ausgangssignal des Luftmengensensors 2 über die Schnittstelle 902 und den Multiplexer 903 an den A/D-Wandler 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 entsprechend 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 Lufmengensensor-Signal ebenfalls analoge Eingangssignale sind, durch A/D-Umsetzung umgewandelt.

Fig. 4 stellt eine Interrupt-Behandlungsroutine 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-Interrupt- Behandlungsroutine gemäß Fig. 3 akkumuliert wurde, durch die Anzahl der Akkumulationen i. Danach wird dieser Wert S_i in ein Speicherteil des RAM 905b übertragen und abgespeichert.

Als nächstes ermittelt das Programm, ob nach dem Einschalten des Motors eine vorbestimmte Zeitdauer T_f abläuft, was davon abhängt, ob der Zähler 905d in Schritt S801 rückgesetzt worden ist (Zählerstand = 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, dem eine auf dem Außenluftdruck und der 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, führt das Programm in Schritt S805 die Durchschnittsluftmenge A auf den Wert von AC_max zurück. Falls A < AC_max ist, führt 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 gemäß 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 von Fig. 6, woraufhin das Programm von Schritt S707 nach Sehritt S708 übergeht. In Schritt S708 setzt das Programm die Einspritzimpulsbreite 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 Abarbeiten 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 andren Steuerungsmaßnahmen bei Brennkraftmaschinen anwendbar, wie etwa auf die Zündsteuerung oder die Steuerung des Vorverdichtungsdruckes.

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 Heißdraht-Luftdurchflussmengensensors geliefert wird. Daher besteht die Wirkung der Erfindung darin, dass die Steuerung der Brennkraftmaschine in einer mit der tatsächlichen Luftmenge kompatiblen Weise durchgeführt werden kann, auch während der Zeitperiode, in der das Ausgangssignal des Heißdraht-Luftdurchflussmengensensors unmittelbar nach dem Einschalten des Motors anormal ist.

Claims (3)

1. Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend

• - einen Heißdraht-Luftmengensensor (2) zum Erfassen der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge,
• - einen Drehzahlsensor (10, 9a) zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine,
• - eine Zeitdauer-Bestimmungseinrichtung (905d, Schritt S801) zur Ermittlung, ob seit Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Zeitdauer (T_f) abgelaufen ist, und
• - eine Korrektureinrichtung, welche ein Signal des Luftmengensensors (2) empfängt und während der vorbestimmten Zeitdauer (T_f) eine Korrektur der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge durchführt,

dadurch gekennzeichnet, dass

• - die Korrektureinrichtung die der Brennkraftmaschine zugeführte Ansaugluftmenge während der vorbestimmten Zeitdauer (T_f) auf einen Grenzwert (A_max) begrenzt (Schritt S805), welcher in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl der Brennkraftmaschine aus einem Speicher (905a) auslesbar ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mittelwertbildungseinrichtung (Schritt S702) zur Ermittlung einer Durchschnitts- Ansaugluftmenge (A) durch laufendes Erfassen der Ansaugluftmenge während der durch den Kurbelwellensensor erfassten Umdrehungsdauer.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung den oberen Grenzwert (A_max) für die Steuerung der Ansaugluftmenge (A) in Abhängigkeit vom Außenluftdruck und der Ansauglufttemperatur auf einen korrigierten Grenzwert (AC_max) einstellt (Schritt S805).