DE3902303A1 - Kraftstoffsteuerung fuer einen verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffsteuerung für einen Verbrennungsmotor, welche den Luftansaugdurchsatz in den Motor unter Verwendung eines Luftdurchsatzsensors mißt und die Zuführung von Kraftstoff zum Motor auf der Basis des Ausgangssignals vom Luftdurchsatzsensor steuert. Genauer gesagt, die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffsteuerung, welche einen Luftdurchsatzsensor mit Karman'scher Wirbelstraße verwendet.

In einem Verbrennungsmotor, der ein Kraftstoffeinspritzsystem verwendet, ist es üblich, einen Luftdurchsatzsensor, der auch kurz als AFS bezeichnet wird, in einem Luftansaugrohr stromaufwärts von der Drosselklappe des Motors anzubringen und die Luftdurchsatzrate für jede Motorumdrehung auf der Basis des Ausgangssignals vom Luftdurchsatzsensor zu berechnen. Die Zuführung von Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzdüsen des Motors wird dann auf der Basis der berechneten Luftansaugrate gesteuert.

Da der Luftdurchsatzsensor stromaufwärts von der Drosselklappe angeordnet ist, stimmt die vom Luftdurchsatzsensor gemessene Luftdurchsatzrate nicht immer mit der tatsächlichen Luftdurchsatzrate in die Motorzylinder überein. Insbesondere dann, wenn die Drosselklappe abrupt geöffnet wird, gibt es eine plötzliche Zunahme beim Luftdurchsatz durch den Luftdurchsatzsensor, aber aufgrund des vorgesehenen Druckausgleichsbehälters zwischen der Drosselklappe und den Motorzylindern erfolgt die Zunahme der Luftdurchsatzrate in die Zylinder allmählicher und mit einem kleineren Wert als demjenigen beim Luftdurchsatzsensor selbst.

Dementsprechend ist die vom Luftdurchsatzsensor gemessene Luftdurchsatzrate größer als die tatsächliche Luftdurchsatzrate in den Motor, und wenn die Kraftstoffzuführung ausschließlich auf der Basis des vom Luftdurchsatzsensor gemessenen Wertes gesteuert würde, so wäre während einer kurzen Periode, wenn die Luftdurchsatzrate sich in einer Übergangsphase befindet, das Luft-Kraftstoff-Gemisch übermäßig fett.

Daher wird die tatsächliche Luftdurchsatzrate in die Motorzylinder als gewichteter Mittelwert des Wertes berechnet, der von dem Luftdurchsatzsensor über mehrere Perioden gemessen wird, beispielsweise während zwei aufeinanderfolgenden Halbumdrehungen des Motors, und es kann eine genauere Kraftstoffsteuerung durchgeführt werden.

Bei vielen Motoren wird das Kurbelgehäusegas, welches durch Lecks von den Zylindern in das Kurbelgehäuse eintritt, und zwar durch Spalte zwischen den Kolben und den Zylindern, über eine Gasrückführungsleitung zu einem Bereich des Luftansaugrohres zwischen dem Luftdurchsatzsensor und der Drosselklappe zurückgeführt und wieder in den Motor eingesaugt.

Der Luftdurchsatzsensor ist üblicherweise von der Bauart mit Karman'scher Wirbelstraße. Wenn der Motor bei niedriger Drehzahl läuft, wie z. B. im Leerlauf, sind die Karman'schen Wirbel nicht sehr stark, die von dem Luftdurchsatzsensor erzeugt werden. In diesem Falle kann das Kurbelgehäusegas, das in das Luftansaugrohr eingeleitet wird, die Wirbel erheblich stören und es dem Luftdurchsatzsensor unmöglich machen, eine Messung durchzuführen. Infolgedessen wird die Kraftstoffmenge, die dem Motor zugeführt wird, die auf der Basis des Ausgangssignals vom Luftdurchsatzsensor berechnet wird, ungenau, mit der Folge, daß das Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis stark schwanken wird. Dies führt in der Praxis zu Problemen, beispielsweise zu unrundem und unregelmäßigem Leerlauf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftstoffsteuerung für einen Verbrennungsmotor anzugeben, die einen Luftdurchsatzsensor von der Bauart mit Karman'scher Wirbelstraße aufweist und die die Zuführung von Kraftstoff zum Motor auch dann genau steuern kann, wenn der Motor bei niedriger Drehzahl läuft, ohne daß die Steuerung in nachteiliger Weise durch Blowby-Gas oder Kurbelgehäusegas beeinträchtigt wird.

Eine Kraftstoffsteuerung gemäß der Erfindung weist einen Luftdurchsatzsensor auf, der mit Karman'schen Wirbeln arbeitet und der elektrische Ausgangsimpulse mit einer Frequenz erzeugt, welche der Durchsatzrate entspricht, mit der die Luft in das Luftansaugrohr des Motors einströmt. Ein Kurbelwinkelsensor erzeugt elektrische Ausgangsimpulse jedesmal dann, wenn die Kurbelwelle des Motors sich an einem vorgegebenen Kurbelwinkel befindet. Ein Lastsensor erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, entsprechend der Anzahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchsatzsensors zwischen einer vorgegebenen Anzahl von Ausgangsimpulsen des Kurbelwinkelsensors.

Ein Bestimmungsmechanismus, der auf den Lastensensor anspricht, bestimmt, ob das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors zuverlässig ist oder nicht. Ein Rechner, der auf den Lastsensor und den Bestimmungsmechanismus anspricht, berechnet die Luftdurchsatzrate in den Motor und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal, und eine Steuerung steuert die Kraftstoffzuführung zu den Kraftstoffeinspritzdüsen in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal vom Rechner.

Wenn der Bestimmungsmechanismus feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors zuverlässig ist, berechnet der Rechner die Luftdurchsatzrate unter Verwendung einer ersten Formel, welche das neueste Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors verwendet. Wenn jedoch der Bestimmungsmechanismus feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors nicht zuverlässig ist, berechnet der Rechner die Luftansaugrate unter Verwendung einer zweiten Formel, die nicht das neueste Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors verwendet. Wenn daher die Karman'schen Wirbel, die vom Luftdurchsatzsensor erzeugt werden, vom Kurbelgehäusegas gestört werden und das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors nicht zuverlässig ist, wird das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors bei den Berechnungen nicht verwendet, und es kann eine genauere Steuerung der Kraftstoffzuführung durchgeführt werden.

Der Lastsensor erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal AN (t), entsprechend der Anzahl von Ausgangsimpulsen, die von dem Luftdurchsatzsensor zwischen einer vorgegebenen Anzahl von Ausgangsimpulsen des Kurbelwinkelsensors erzeugt wurden. Die Recheneinrichtung berechnet die tatsächliche Rate des Luftansaugdurchsatzes in den Motor jedesmal dann, wenn der Lastsensor ein Ausgangssignal erzeugt, und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal AN (n) mit dem Wert

AN (n) = K × AN (n-1) + (1-K) × AN (t),

wenn die Bestimmungseinrichtung feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors zuverlässig ist, bzw. ein Ausgangssignal AN (n) mit dem Wert

AN (n) = AN (n-1) - Y,

wenn die Bestimmungseinrichtung feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors nicht zuverlässig ist, wobei der Wert AN (n-1) der Wert des Ausgangssignals ist, der von der Recheneinrichtung beim vorherigen Mal erzeugt wurde, als der Lastsensor ein Ausgangssignal erzeugt hatte, und wobei K und Y Konstanten sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung stellt der Bestimmungsmechanismus fest, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors nicht zuverlässig ist, wenn die Beziehungen

AN (n-1) ein erster Wert und
[AN (n-1) - AN (t) ] ein zweiter Wert

erfüllt sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Lastsensor, der Bestimmungsmechanismus, der Rechnung und die Steuerung in Form eines Mikroprozessors ausgebildet.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus einer Kraftstoffsteuerung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur näheren Erläuterung des Aufbaus der Ausführungsform gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Hauptprogramms, das von der Zentraleinheit oder CPU 40 gemäß Fig. 2 abgearbeitet wird;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Ausgangsfrequenz Fa des Luftdurchsatzsensors gemäß Fig. 2 und einer Funktion f₁ zur Bestimmung eines fundamentalen Einspritzzeit-Umwandlungskoeffizienten;

Fig. 5 und 6 Flußdiagramme zur Erläuterung von Unterbrechnungsbehandlungsroutinen, die von der CPU 40 gemäß Fig. 2 durchgeführt werden;

Fig. 6 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Werte von verschiedenen Parametern während des Betriebes der Ausführungsform gemäß Fig. 1;

Fig. 8 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors und des Luftdurchsatzsensors der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sowie des berechneten Wertes von AN (n), wenn der Luftdurchsatzsensor von Kurbelgehäusegas gestört wird;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Luftansaugsystems eines Verbrennungsmotors unter Verwendung der erfindungsgemäßen Steuerung;

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Ansaugluft in den Luftdurchsatzsensor gemäß Fig. 9 sowie der Ansaugluft in die Zylinder des Motors; und in

Fig. 11 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Änderungen bei den Ansaugluftdurchsatzraten in das Luftansaugsystem gemäß Fig. 9, wenn die Drosselklappe plötzlich geöffnet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer Ausführungsform der Kraftstoffsteuerung bei der Anwendung auf einen 4-Zylinder-Verbrennungsmotor 1. Der Motor 1 hat ein Luftansaugrohr 13, an dessen stromaufwärtigem Ende ein Luftdurchsatzsensor 10 eingebaut ist, der mit Karman'schen Wirbeln arbeitet. Der Luftdurchsatzsensor 10 erzeugt elektrische Ausgangsimpulse mit einer Frequenz, die der Ansaugluftdurchsatzrate durch den Luftdurchsatzsensor 10 entspricht. Ein Luftfilter 16 ist stromaufwärts vom Luftdurchsatzsensor 10 vorgesehen. Das Luftansaugrohr 13 ist mit einem Druckausgleichsbehälter 12, einer Drosselklappe 11, die sich zwischen dem Luftdurchsatzsensor 10 und dem Druckausgleichsbehälter 12 befindet, sowie vier Kraftstoffeinspritzdüsen 14 ausgerüstet, die jeweils einem der vier Zylinder des Motors 1 Kraftstoff zuführen.

Abgas wird aus dem Motor 1 durch einen Auspuffkrümmer 15 abgeführt. Der Motor 1 ist ferner mit einem Kurbelwinkelsensor 17 ausgerüstet, der den Winkel der Drehung der Kurbelwelle des Motors abtastet und elektrische Ausgangssignale an vorgegebenen Kurbelwinkeln erzeugt, beispielsweise einen Impuls für jeweils 180° der Kurbelwellendrehung.

Eine Gasrückführungsleitung 18 zur Rückführung von Kurbelgehäusegas ist zwischen den Motor 1 und einen Bereich des Ansaugrohres 13 zwischen dem Luftdurchsatzsensor 10 und dem Druckausgleichsbehälter 12 geschaltet. Diese Gasrückführungsleitung 18 ist mit einem Ventil 18 A versehen, um diese Leitung zu öffnen bzw. zu schließen. Die Temperatur des Motorkühlwassers wird von einem Wassertemperatursensor 19 gemessen, der einen Thermistor oder dergleichen aufweist und der ein der Temperatur entsprechendes elektrisches Ausgangssignal liefert.

Ein Lastsensor 20 ist an den Luftdurchsatzsensor 10 und den Kurbelwinkelsensor 17 angeschlossen. Der Lastsensor 20 zählt die Anzahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchsatzsensors 10 zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des Kurbelwinkelsensors 17 und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal, das in einen Bestimmungsmechanismus 21 sowie einen Rechner 22 eingegeben wird. Der Bestimmungsmechanismus 21 stellt fest, ob der Luftdurchsatzsensor 10 ordnungsgemäß funktioniert, und zwar auf der Basis der Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lastsignalen vom Lastsensor 20, also dem neuesten Signal und dem vorherigen Signal.

Wenn das neueste Lastsignal unter einem ersten vorgegebenen Wert W liegt (der angibt, daß der Motor bei niedriger Drehzahl läuft) und wenn die Differenz zwischen dem neusten und dem vorherigen Lastsignal größer ist als ein vorgegebener zweiter Wert X, dann stellt der Bestimmungsmechanismus 21 fest, ob das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors 10 zuverlässig ist. Der Rechner 22 berechnet die Luftdurchsatzrate, mit der Luft in den Motor 1 eintritt, und zwar auf der Basis des Ausgangssignals des Lastsensors 20 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Bestimmungsmechanismus 21, und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal.

Der Rechner hat einen ersten und einen zweiten Rechenbereich, die beide nicht dargestellt sind. Der erste Rechenbereich berechnet die Ansaugluftdurchsatzrate unter Verwendung einer ersten Formel, wenn der Bestimmungsmechanismus 21 feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors 10 zuverlässig ist; und der zweite Rechenbereich berechnet die Ansaugluftdurchsatzrate unter Verwendung einer zweiten Formel, wenn der Bestimmungsmechanismus 21 feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors 10 nicht zuverlässig ist. Eine Steuerung 23 steuert die Antriebszeit der Kraftstoffeinspritzdüsen 14 auf der Basis der Ausgangssignale vom Rechner 22 und vom Wassertemperatursensor 19.

Fig. 2 zeigt den Aufbau dieser Ausführungsform mit näheren Einzelheiten. Die Komponenten 20 bis 23 gemäß Fig. 1 werden von einer Steuereinheit 30 gebildet, welche die vier Kraftstoffeinspritzdüsen 14 steuert. Die Steuereinheit 30 wird von einer Zentraleinheit oder CPU 40 mit einem ROM 41 und einem RAM 42 gesteuert. Die Ausgangssignale des Luftdurchsatzsensors 10 werden in einen Frequenzteiler 31 eingegeben, der ein Ausgangssignal erzeugt, das die halbe Frequenz des Ausgangssignals vom Luftdurchsatzsensor 10 hat.

Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31 wird an den einen Eingang eines Exklusiv-ODER-Gatters 32 angelegt. Der andere Eingang dieses Exklusiv-ODER-Gatters 32 ist mit einem Ausgang P 1 der CPU 40 verbunden, dessen Ausgang den Zustand eines Frequenzteilerflags im RAM 42 entspricht. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 32 ist einerseits mit einem Zähler 33 und andererseits mit einem Unterbrechungs-Eingang P 3 der CPU 40 verbunden. Das Ausgangssignal des Wassertemperatursensors 19, das einen analogen Wert darstellt, wird über eine Schnittstelle 34 an einen Analog/Digitalwandler 35 angelegt, und sein digitalisierter Wert in die CPU 40 eingegeben. Das Ausgangssignal vom Kurbelwinkelsensor 17 wird in eine Wellenformungsschaltung 36 eingegeben, und die geformte Wellenform wird einerseits an einen Unterbrechungs-Eingang P 4 der CPU 40 und andererseits an einen Zähler 37 angelegt.

Eine Zeitsteuerung 38 ist an einen Unterbrechungs-Eingang P 5 der CPU 40 angeschlossen. Eine nicht dargestellte Batterie für den Motor 1 ist mit einem Analog/Digitalwandler 39 verbunden, der ein digitales Ausgangssignal erzeugt, das der Batteriespannung VB der Batterie entspricht, und legt dieses Ausgangssignal an die CPU 40 an. Eine Zeitsteuerung 43 wird von der CPU 40 auf einen Anfangswert gesetzt und von einem Ausgangssignal vom Ausgang P 2 der CPU 40 getriggert. Das Ausgangssignal der Zeitsteuerung 43 wird an einen Treiber 44 angelegt, der an die jeweiligen vier Kraftstoffeinspritzdüsen 14 angeschlossen ist.

Im folgenden wird der Betrieb der Ausführungsform gemäß Fig. 2 näher erläutert. Das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors 10 wird frequenzmäßig vom Frequenzteiler 31 geteilt, und sein Ausgangssignal, mit der halben Frequenz des Ausgangssignals vom Luftdurchsatzsensor 10, wird über das Exklusiv-ODER-Gatter 32 an den Zähler 33 angelegt, der von der CPU 40 gesteuert wird. Der Zähler 33 mißt die Periode zwischen den Abfallflanken des Ausgangssignals des Exklusiv-ODER-Gatters 32.

Jedesmal dann, wenn ein Abfall im Ausgangssignal des Exklusiv- ODER-Gatters 32 stattfindet, das über den Unterbrechungs- Eingang P 3 eingegeben wird, führt die CPU 40 eine Unterbrechungsbehandlung durch, und die Periode des Zählers 33 wird gemessen. Die Unterbrechungsbehandlung wird einmal alle ein oder zwei Perioden des Ausgangssignals des Luftdurchsatzsensors 10 durchgeführt, in Abhängigkeit vom Zustand des Ausganges P 1 der CPU 40, der vom Zustand des Frequenzteilerflags in dem RAM 42 abhängt.

Das Ausgangssignal des Wassertemperatursensors 19 wird von der Schnittstelle 34 in eine Spannung umgewandelt, wobei das Ausgangssignal der Schnittstelle 34 vom A/D-Wandler 35 in vorgegebenen Intervallen in einen Digitalwert umgewandelt wird, und das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 35 wird in die CPU 40 eingegeben. Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 wird an den Unterbrechungs-Eingang P 4 der CPU 40 und den Zähler 37 über eine Wellenformungsschaltung 36 angelegt.

Die CPU 40 führt eine Unterbrechungsbehandlungsroutine bei jeder Anstiegsflanke des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 durch, und die Periode zwischen den Anstiegsflanken des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 wird auf der Basis des Ausgangssignals vom Zähler 37 bestimmt. In vorgegebenen Intervallen erzeugt die Zeitsteuerung 38 eine Unterbrechungsanfrage, die an den Unterbrechungs-Eingang P 5 der CPU 40 angelegt wird.

Der A/D-Wandler 39 führt eine Analog/Digital-Umwandlung der Batteriespannung VB der nicht dargestellten Batterie durch, und in vorgegebenen Intervallen liest die CPU 40 diese Batteriespannungsdaten. Die Zeitsteuerung 43 wird von der CPU 40 vorher gesetzt und von dem Ausgang P 2 der CPU 40 getriggert. Die Zeitsteuerung 43 gibt die Ausgangsimpulse mit einer vorgegebenen Breite, und dieses Ausgangssignal treibt die Kraftstoffeinspritzdüsen 14 über den Treiber 44.

Bevor der Betrieb der CPU 40 näher beschrieben wird, sollen die Prinzipien anhand der Fig. 9 bis 11 näher beschrieben werden, die den Berechnungen zugrundeliegen, welche von der CPU 40 durchgeführt werden. Fig. 9 zeigt ein Modell eines Luftansaugsystems für den Verbrennungsmotor 1 gemäß Fig. 1. Der Hubraum des Motors 1 beträgt Vc pro Zylinder, während das Volumen zwischen der Drosselklappe 11 und den Einspritzventilen des Motors 1 den Wert Vs hat.

Fig. 10 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Luftdurchsatz Qa in den Luftdurchsatzsensor 10 und dem Luftdurchsatz Qe in die Zylinder des Motors 1. Fig. 10(a) zeigt das Ausgangssignal SGT des Kurbelwinkelsensors 17, der alle 180° der Kurbelwellendrehung einen Impuls abgibt, Fig. 10(b) zeigt den Luftdurchsatz Qa durch den Luftdurchsatzsensor 10, Fig. 10(c) zeigt den Luftdurchsatz Qe in die Zylinder des Motors, und Fig. 10(d) zeigt das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors 10.

Die Zeitdauer zwischen dem (n-2)-ten Anstieg und dem (n-1)-ten Anstieg des Signals SGT beträgt tn-1, während die Zeitdauer zwischen dem (n-1)-ten Anstieg und dem n-ten Anstieg tn beträgt. Die Ansaugluftmengen, die durch den Luftdurchsatzsensor 10 während der Perioden tn-1 und tn strömen, betragen Qa (n-1) bzw. Qa (n), und die Luftmengen, die in die Zylinder des Motors 1 während derselben Periode tn-1 und tn eintreten, betragen Qe (n-1) bzw. Qe (n).

Weiterhin sind der Durchschnittsdruck und die Durchschnitts- Ansauglufttemperatur in dem Druckausgleichsbehälter 12 während der Periode tn-1 und tn gegeben durch Ps (n-1) und Ps (n) bzw. Ts (n-1) und Ts (n). Der Wert Qa (n-1) entspricht der Anzahl von Ausgangsimpulsen von dem Luftdurchsatzsensor 10 in der Periode tn-1. Wenn die Änderungsrate der Ansauglufttemperatur klein ist, ist Ts (n-1) ungefähr gleich Ts (n), und wenn die Ladeeffizienz des Motors 1 konstant ist, so gelten die folgenden Gleichungen:

Ps (n-1) × Vc = Qe (n-1) × R × Ts (n) (1)
Ps (n) × Vc = Qe (n) × R × Ts (n) (2)

wobei R eine Konstante ist.

Wenn die Luftmenge, die in dem Druckausgleichsbehälter 12 und dem Luftansaugrohr 13 während der Periode tn bleibt, mit δ Qa (n) beträgt, dann gilt die nachstehende Beziehung gemäß Gleichung (3):

δ Qa (n) = Qa (n) - Qe (n)
= Vs × (1/RTs) × (Ps (n) - Ps (n-1)) (3)

Kombiniert man die Gleichungen (1) bis (3), so ergibt sich die nachstehende Gleichung (4):

Qe (n) = [1/(1+Vc/Vs) ] × Qe (n-1)
+ [1 - 1/(1+Vc/Vs) ] × Qa (n).

Dementsprechend kann die Luftmenge Qe (n), die in die Zylinder des Motors 1 in der Periode tn eintritt, aus der Gleichung (4) berechnet werden, und zwar auf der Basis der Luftmenge Qa (n), die durch den Luftdurchsatzsensor 10 strömt. Gilt die Beziehung

1/(1+Vc/Vs) = K,

dann ergibt sich

Qe (n) = K × Qe (n-1) + (1-K) × Qa (n) (5).

Fig. 11 zeigt einen Zustand innerhalb des Luftansaugrohres 13, wenn die Drosselklappe 11 plötzlich geöffnet wird. Fig. 11(a) zeigt den Grad der Öffnung der Drosselklappe 11, und Fig. 11(b) zeigt den Luftdurchsatz Qa durch den Luftdurchsatzsensor 10. Wie aus Fig. 11(b) ersichtlich, nimmt der Luftdurchsatz Qa abrupt zu und schießt über einen stationären Wert hinaus, woraufhin er auf den stationären Wert abnimmt. Fig. 11(c) zeigt, wie der Luftdurchsatz Qe in die Zylinder des Motors allmählich zum gleichen stationären Wert ansteigt, ohne zu überschwingen, und Fig. 11(d) zeigt die Änderung des Druckes P innerhalb des Druckausgleichsbehälters 12.

Als nächstes wird der Betrieb der Zentraleinheit oder CPU 40 unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme in den Fig. 3, 5 und 6 näher erläutert. Fig. 3 zeigt das Hauptprogramm der CPU 40. Wenn ein Rücksetzsignal an die CPU 40 angelegt wird, dann werden der RAM 42, die Eingänge und die entsprechenden Komponenten beim Schritt 100 initialisiert. Beim Schritt 101 erfolgt eine A/D-Wandlung des Ausgangssignals des Wassertemperatursensors 19, und das Ergebnis wird im RAM 42 als Wassertemperatur WT gespeichert. Beim Schritt 102 erfolgt eine A/D-Umwandlung der Batteriespannung, und das Ergebnis wird im RAM 42 als Batteriespannung VB gespeichert.

Beim Schritt 103 wird die Drehzahl Ne in min^-1 des Motors 1 bestimmt, indem man den Wert von 30/TR berechnet, wobei TR die Periode in Sekunden des Ausgangssignals vom Kurbelwinkelsensor 17 ist und gleich der Zeit ist, die die Kurbelwelle für eine Drehung von 180° benötigt. Beim Schritt 104 wird die Frequenz Fa des Ausgangssignals des Luftdurchsatzsensors 10 berechnet mit der Gleichung AN × Ne/30. Die Werte von AN werden als Lastdaten bezeichnet; sie sind gleich der Anzahl von Ausgangsimpulsen, die von dem Luftdurchsatzsensor 10 zwischen den Anstiegsflanken von zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Kurbelwinkelsensors 17 erzeugt werden, und geben die Motorlast an.

Beim Schritt 105 wird auf der Basis der Ausgangsfrequenz FA ein Basiswert des Einspritzzeit-Umwandlungskoeffizienten Kp berechnet unter Verwendung einer Funktion f₁, die einen von der Ausgangsfrequenz Fa abhängigen Wert hat, wie es Fig. 4 zeigt. Beim Schritt 106 wird der Basiswert des Einspritzzeit-Umwandlungskoeffizienten Kp mit einer Funktion f₂ korrigiert, die eine Funktion der Wassertemperaturdaten WT ist, und der korrigierte Wert wird im RAM 42 als Einspritzzeit-Umwandlungskoeffizient KI gespeichert. Beim Schritt 107 wird auf der Basis der Batteriespannungsdaten VB eine Datentabelle f₃ gelesen, die vorher im ROM 41 gespeichert worden ist, und die Totzeit, also die Zeitverzögerung beim Ansprechen der Kraftstoffeinspritzdüsen 14, wird berechnet und im RAM 42 gespeichert. Nach dem Schritt 107 kehrt das Programm zum Schritt 101 zurück.

Fig. 5 zeigt eine Unterbrechungsbehandlungsroutine, die von der CPU 40 jedesmal dann durchgeführt wird, wenn das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 32 abfällt. Beim Schritt 201 wird das Ausgangssignal TF des Zählers 33 gelesen, und dann wird der Zähler 33 gelöscht. TF ist die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Anstiegen des Ausgangssignals des Exklusiv-ODER-Gatters 32. Wenn beim Schritt 202 das Frequenzteilerflag des RAM 42 gesetzt ist, dann wird beim Schritt 203 die Periode TF durch zwei geteilt und im RAM 42 als Periode TA des Ausgangssignals des Luftdurchsatzsensors 10 gespeichert.

Als nächstes wird beim Schritt 204 das doppelte eines Wertes PD, der als Restimpulswert bezeichnet wird, zu dem kumulativen Impulswert PR addiert, um einen neuen Wert für den kumulativen Impulswert PR zu erhalten. Der kumulative Impulswert PR ist die Gesamtzahl von Impulsen, die von dem Luftdurchsatzsensor 10 zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 abgegeben werden. Zur Vereinfachung der Verarbeitung wird der kumulative Impulswert PR für jeden Impuls vom Luftdurchsatzsensor 10 um 156 inkrementiert, so daß der Wert von PR gleich dem 156fachen Wert der tatsächlichen Anzahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchsatzsensors 10 ist.

Wenn beim Schritt 202 das Frequenzteilerflag zurückgesetzt ist, so wird beim Schritt 205 der gespeicherte Wert für die Periode TA des Ausgangssignals vom Luftdurchsatzsensor 10 gleich TF gesetzt, und beim Schritt 206 wird der kumulative Impulswert PR um den Restimpulswert PD inkrementiert. Beim Schritt 207 wird der Restimpulswert PD auf 156 gesetzt.

Beim Schritt 208 wird die Periode TF des Exklusiv-ODER-Gatters 32 mit einem vorgegebenen Wert N verglichen, der 2 ms beträgt, wenn das Frequenzteilerflag zurückgesetzt ist, und der 4 ms beträgt, wenn das Frequenzteilerflag gesetzt ist. Wenn TF N ms gilt, so wird beim Schritt 210 das Frequenzteilerflag gelöscht; ferner wird beim Schritt 211 der Ausgang P 1 invertiert. Wenn TF N ms gilt, dann wird beim Schritt 209 das Frequenzteilerflag gesetzt.

Wenn somit der Schritt 209 durchgeführt wird, bleibt der Pegel des Ausgangs P 1 konstant, das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 32 ändert sich mit derselben Geschwindigkeit wie der Frequenzteiler 31, und es wird eine Unterbrechungsanfrage bei jedem anderen Ausgangsimpuls des Luftdurchsatzsensors 10 an den Unterbrechungs-Eingang P 3 angelegt.

Wenn im Gegensatz dazu die Schritte 210 und 211 durchgeführt werden, so wird der Pegel des Ausganges P 1 nach jedem Abfall des Ausgangssignales des Exklusiv-ODER-Gatters 32 invertiert; das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 32 fällt daher jedesmal dann ab, wenn das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31 entweder ansteigt oder fällt, und eine Unterbrechungsanfrage wird an den Unterbrechungs-Eingang P 3 bei jedem Ausgangsimpuls des Luftdurchsatzsensors angelegt.

Mit anderen Worten, wenn der Schritt 209 durchgeführt wird, erhält die CPU 40 ein Ausgangssignal vom Luftdurchsatzsensor 10, das frequenzmäßig geteilt ist, und wenn die Schritte 210 und 211 durchgeführt werden, erhält sie ein Ausgangssignal, das frequenzmäßig nicht geteilt ist. Nach der Verarbeitung der Schritte 209 oder 211 ist die Unterbrechungsbehandlung beendet.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm einer Unterbrechungsbehandlungsroutine, die dann durchgeführt wird, wenn eine Unterbrechungsanfrage an den Unterbrechungs-Eingang P 4 der CPU 40 angelegt wird, jedesmal dann, wenn das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 ansteigt. Dieses Flußdiagramm für den Fall erläutert, wo eine Unterbrechungsanfrage zum Zeitpunkt t 13 gemäß Fig. 7 an den Unterbrechungs-Eingang P 4 angelegt wird.

Fig. 7 zeigt ein Wellenformdiagramm, wobei Fig. 7(a) das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31 zeigt, Fig. 7(b) das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 angibt, Fig. 7(c) den jeweiligen Wert des Restimpulswertes PD angibt, und Fig. 7(d) den jeweiligen Wert des kumulativen Impulswertes PR angibt, wenn das Frequenzteilerflag in der CPU 40 gelöscht ist.

Wie in Fig. 7 dargestellt, wird der Wert des Restimpulswertes PD jedesmal dann auf 156 gesetzt, wenn das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31 ansteigt oder abfällt, entsprechend dem jeweiligen Anstieg des Ausgangssignals des Luftdurchsatzsensors 10. Bei jedem Anstieg im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 wird der Wert des Restimpulswertes PD um einen Wert δ P verringert, der gegeben ist durch 156 × TS/TA, und der kumulative Impulswert PR wird um den Restimpulswert PD bei jedem Anstieg oder Abfall des Ausgangssignals des Frequenzteilers 31 erhöht.

Beim Schritt 301 wird die Periode zwischen dem neuesten Anstieg (zum Zeitpunkt t 13) und dem vorherigen Anstieg (beim Zeitpunkt t 7) im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 vom Zähler 37 gelesen und dann im RAM 42 als Periode TR gespeichert. Dann wird der Zähler 37 gelöscht. Beim Schritt 302 wird dann festgestellt, ob während der Periode TR ein Ausgangsimpuls von dem Exklusiv-ODER-Gatter 32 vorgelegen hatte.

Falls ja, dann wird beim Schritt 303 die Zeitdifferenz TS zwischen dem Zeitpunkt des neuesten Ausgangsimpulses des Exklusiv-ODER-Gatters 32 (zum Zeitpunkt t 12) und dem Zeitpunkt der neuesten Unterbrechungsanfrage (Zeitpunkt t 13) berechnet. Im Falle von Fig. 7 gilt TS = t 13-t 12. Wenn während der Periode TR kein Ausgangsimpuls von dem Exklusiv-ODER-Gatter 32 vorgelegen hat, dann wird beim Schritt 304 die Periode TS gleich der Periode TR gesetzt.

Beim Schritt 305 wird die Zeitdifferenz TS in einen Impulswert δ P umgewandelt, und zwar unter Verwendung der Formel δ P = 156 × TS/TA. Der Impulswert δ P ist der Wert, um den der kumulative Impulswert PR für die Dauer der Zeitspanne TS erhöht werden sollte. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist der exakte Wert von δ P gegeben durch 156 × TS/(t 14-t 12). Da jedoch der Zeitpunkt t 14 erst noch kommen muß, wird angenommen, daß (t 14-t 12) gleich TA ist, mit anderen Worten, es wird angenommen, daß das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 32 über zwei Zyklen im wesentlichen konstant bleiben wird.

Wenn beim Schritt 306 der Wert des Impulswertes δ P kleiner oder gleich 156 ist, dann geht die Routine zum Schritt 308 weiter, und wenn der Wert dieses Impulswertes δ P größer ist, dann wird beim Schritt 307 der Impulswert δ P auf 156 reduziert. Beim Schritt 308 wird der Restimpulswert PD um den Impulswert δ P verringert, und der verringerte Wert wird zum neuen Restimpulswert PD gemacht.

Wenn beim Schritt 309 der Restimpulswert PD positiv oder Null ist, dann geht die Routine zum Schritt 312 weiter; anderenfalls ist der berechnete Wert des Impulswertes δ P wesentlich größer als der Ausgangsimpuls des Luftdurchsatzsensors 10, so daß beim Schritt 310 der Impulswert δ P gleich PD gesetzt wird, und beim Schritt 311 wird der Restimpulswert PD gleich Null gesetzt.

Beim Schritt 312 wird der kumulative Impulswert PR um den Impulswert δ P erhöht, und es wird ein neuer Wert für den kumulativen Impulswert PR erhalten. Der kumulative Impulswert PR ist proportional zur Anzahl von Impulsen, von denen man annimmt, daß der Luftdurchsatzsensor 10 sie zwischen aufeinanderfolgenden Anstiegen des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 abgibt, also zwischen den Zeitpunkten t 7 und t 13.

Beim Schritt 313 wird festgestellt, ob der alte Wert von AN (= AN (n-1)), der bis zur vorherigen Anstiegsflanke des Kurbelwinkelsensors 17 (zum Zeitpunkt t 7) berechnet wurde, kleiner als ein oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert W ist. Wenn dies nicht der Fall ist, dann wird beim Schritt 316 ein neuer Wert von AN (= AN (n)) auf der Basis des alten Wertes von AN (= AN (n-1)) berechnet, und zwar gemäß Gleichung (5).

Wenn jedoch beim Schritt 313 der alte Wert von AN kleiner als der oder gleich dem ersten vorgegebenen Wert W ist, dann wird beim Schritt 314 die Differenz zwischen dem alten Wert von AN und dem kumulativen Impulswert PR mit einem zweiten vorgegebenen Wert X verglichen. Wenn die Differenz kleiner als der zweite vorgegebene Wert X ist, dann wird der Schritt 316 durchgeführt. Wenn jedoch die Differenz größer als der oder gleich dem zweiten vorgegebenen Wert X ist, dann wird festgestellt, daß die Karman'schen Wirbel des Luftdurchsatzsensors 10 durch Kurbelgehäusegas gestört worden sind.

In diesem Falle würde die Verwendung von Gleichung (5) zur Berechnung von AN einen viel zu kleinen Wert ergeben, so daß statt dessen beim Schritt 315 ein neuer Wert von AN erhalten wird, indem man einen dritten vorgegebenen Wert Y von dem alten Wert von AN subtrahiert. Wenn beim Schritt 317 der neue Wert AN größer ist als ein vierter vorgegebener Wert Z, dann wird beim Schritt 318 der Wert von AN auf Z reduziert, so daß auch dann, wenn die Drosselklappe des Motors 1 völlig geöffnet ist, der Wert von AN den tatsächlichen Wert nicht übermäßig überschreiten wird.

Beim Schritt 319 wird der kumulative Impulswert PR auf Null gesetzt. Beim Schritt 320 werden die Einspritzzeitdaten TI auf der Basis der Lastdaten AN, des Einspritzzeit-Umwandlungskoeffizienten KI und der Totzeit TD berechnet, und zwar gemäß der Gleichung

TI = (AN × KI) + TD.

Beim Schritt 321 wird die Zeitsteuerung 43 auf den Wert von TI gesetzt, und beim Schritt 322 wird die Zeitsteuerung 43 getriggert und dadurch dafür gesorgt, daß die vier Kraftstoffeinspritzdüsen 14 vom Treiber 44 entsprechend den Einspritzzeitdaten TI gleichzeitig betrieben werden. Nachdem der Schritt 322 durchgeführt ist, ist die Unterbrechungsbehandlung beendet, und der Ablauf kehrt zum Hauptprogramm zurück.

Fig. 8 zeigt ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung von Änderungen des berechneten Wertes von AN, wenn die vom Luftdurchsatzsensor 10 erzeugten Karman'schen Wirbel durch Kurbelgehäusegas gestört werden. Fig. 8(a) zeigt das Ausgangssignal SGT des Kurbelwinkelsensors 17, Fig. 8(b) zeigt das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors 10, und Fig. 8(c) zeigt den berechneten Wert von AN in Impulsen pro Hub (pps) für den Fall, wo der zweite vorgegebene Wert X gemäß Schritt 314 einen Wert von 0,5 pps hat und der dritte vorgegebene Wert Y gemäß Schritt 315 einen Wert von 0,1 pps hat.

Während der mit T angegebenen Periode stört Kurbelgehäusegas, das in das Luftansaugrohr 13 eingeleitet wird, die Karman'schen Wirbel, die von dem Luftdurchsatzsensor 10 erzeugt werden. Infolgedessen fehlen einige der Impulse im Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors 10. Wenn dieses Ausgangssignal verwendet würde, um AN mit Gleichung (5) zu berechnen, wäre AN in hohem Maße ungenau und würde so schwanken, wie es mit den gestrichelten Linien in Fig. 8 angedeutet ist.

Anstatt jedoch die Gleichung (5) während der Periode T zu verwenden, wird AN in der im Schritt 315 dargestellten Weise berechnet. Somit ändert sich sein Wert weitaus weniger und entspricht wesentlich genauer der tatsächlichen Ansaugluftdurchsatzrate in dem Motor. Da die Zuführung von Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzdüsen 14 in Abhängigkeit von dem Wert von AN gesteuert wird, wie es mit den ausgezogenen Linien angedeutet ist, kann die Kraftstoffzuführung in genauer und stabiler Weise bei niedrigen Drehzahlen gesteuert werden, so daß sich unrunder Leerlauf vermeiden läßt. Da weiterhin die Zuführung von Kraftstoff synchron mit dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 berechnet wird, ist das Ansprechverhalten der Steuerung gut.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Ausgangsimpulse des Luftdurchsatzsensors 10 gezählt zwischen den Anstiegsflanken des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17, aber sie können auch zwischen abfallenden Flanken gezählt werden. Außerdem können die Anzahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchsatzsensors 10 über mehrere Perioden des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 gezählt werden, anstatt nur über eine einzige Periode.

Obwohl die tatsächliche Anzahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchsatzsensors 10 gezählt wurde, kann auch ein Wert gezählt werden, der gleich der Anzahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchsatzsensors 10 multipliziert mit einer Konstanten ist, die der Ausgangsfrequenz des Luftdurchsatzsensors 10 entspricht. Außerdem braucht nicht unbedingt der Winkel der Kurbelwelle von einem Kurbelwinkelsensor 17 abgetastet zu werden, vielmehr können gleiche Wirkungen auch erzielt werden, wenn man das Zündsignal für den Motor verwendet.

Claims (5)

1. Kraftstoffsteuerung für einen Verbrennungsmotor, der mit einer Gasrückführungsleitung (18) versehen ist, die Kurbelgehäusegas von dem Motor (1) zu einem Luftansaugrohr (13) zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffsteuerung folgendes aufweist:

• - einen mit Karman'schen Wirbeln arbeitender Luftdurchsatzsensor (10), der elektrische Ausgangsimpulse mit einer Frequenz erzeugt, die der Ansaugluftdurchsatzrate entspricht, die in das Luftansaugrohr (13) des Motors (1) einströmt;
• - einen Kurbelwinkelsensor (17) zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangsimpulses bei einem oder mehreren vorgegebenen Kurbelwinkeln des Motors (1);
• - einen Lastsensor (20), der ein elektrisches Ausgangssignal AN (t) erzeugt, daß der Anzahl von Ausgangsimpulsen entspricht, die von dem Luftdurchsatzsensor (10) zwischen einer vorgegebenen Anzahl von Ausgangsimpulsen des Kurbelwinkelsensors (17) erzeugt wurden;
• - einen Bestimmungsmechanismus (21), der auf den Lastsensor (20) anspricht, um festzustellen, ob das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors (10) zuverlässig ist, und um ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen;
• - eine Recheneinrichtung (22), die auf den Bestimmungsmechanismus (21) und den Lastsensor (20) anspricht, um die tatsächliche Ansaugluftdurchsatzrate in den Motor (1) jedesmal dann zu berechnen, wenn der Lastsensor (20) ein Ausgangssignal erzeugt, und der ein entsprechendes Ausgangssignal AN (n) erzeugt, das den Wert von AN (n) = K × AN (n-1) + (1-K) × AN (t)hat, wenn der Bestimmungsmechanismus (21) feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors (10) zuverlässig ist, und das den WertAN (n) = AN (n-1) - Yhat, wenn der Bestimmungsmechanismus (21) feststellt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors (10) nicht zuverlässig ist,
  wobei AN (n-1) der Wert des Ausgangssignals ist, der von der Recheneinrichtung (22) beim vorherigen Mal erzeugt wurde, als der Lastsensor (20) ein Ausgangssignal erzeugt hat, und wobei K und Y Konstanten sind; und
• - eine Steuerung (23) zum Steuern der Kraftstoffzuführung zu den Kraftstoffeinspritzdüsen (14) des Motors (1) auf der Basis des Ausgangssignals AN (n) der Recheneinrichtung (22).

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastsensor (20) einen Impulszähler (33) aufweist, der die Anzahl von Ausgangsimpulsen von dem Luftdurchsatzsensor (10) zwischen einer vorgegebenen Anzahl von Ausgangsimpulsen des Kurbelwinkelsensors (17) zählt, und der ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestimmungsmechanismus (21) eine Einrichtung aufweist, um festzustellen, ob AN (n-1) ein erster Wert oder ob
[AN (n-1) - AN (t) ] ein zweiter Wertgilt, und um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das angibt, daß das Ausgangssignal des Luftdurchsatzsensors (10) nicht zuverlässig ist, wenn beide obigen Bedingungen erfüllt sind.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwinkelsensor (17) einen Ausgangsimpuls für jede 180° der Kurbelwellendrehung erzeugt.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastsensor (20), der Bestimmungsmechanismus (21), die Recheneinrichtung (22) und die Steuerung (23) von einem Mikroprozessor (30) gebildet werden.