DE3431952C2

DE3431952C2 -

Info

Publication number: DE3431952C2
Application number: DE3431952A
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Abe; Atsushi Oobu Aichi Jp Suzuki
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1984-08-30
Publication date: 1992-10-08
Also published as: JPS6053813A; DE3431952A1; US4578996A; JPH0356408B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses, nach dem Oberbegriff des Patenanspruches 1. Dabei werden mittels eines thermischen Prozesses die Arbeitsbedingungen beispielsweise einer Steuervorrichtung für die Brennstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors überwacht, indem die Menge von Ansaugluft, die dem Motor zugeführt wird, gemessen wird.

Bei bekannten elektronischen Brennstoffeinspritz-Steuervorrichtungen für Verbrennungsmotoren werden Daten bezüglich der Arbeitsweise des Verbrennungsmotors, wie die Drehzahl oder die Menge der Ansaugluft überwacht und gemessen. Die Grundmenge von pro Umdrehung des Verbrennungsmotores einzuspritzenden Brennstoffes wird in Abhängigkeit von dem Erkennungs-/ Meßsignal berechnet. Diese Grundmenge wird in Übereinstimmung mit Parameterdaten, wie z. B. Daten über die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotores korrigiert. Damit wird die endgültige Menge von einzuspritzendem Brennstoff berechnet, um ein Brennstoff-Einspritzventil zu steuern.

Diese bekannten Steuervorrichtungen für die Brennstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor benötigen im allgemeinen eine hochpräzise Gasfluß-Meßvorrichtung, die in der Lage ist, den Gasfluß über einen weiten Bereich hin zu messen.

Beispiele derartiger Steuervorrichtungen für die Brennstoffeinspritzung sind in den US-PS 43 84 484, 43 93 702 und 43 99 697 beschrieben. Jede der daraus bekannten Gasfluß-Meßvorrichtungen weist ein Heizelement auf, das mit einem Heizstrom versorgt wird und eine Temperatur-Widerstandscharakteristik aufweist, sowie ein Widerstandselement, das von dem Heizelement beheizt wird, wobei das Widerstandselement ebenfalls eine Temperatur- Widerstands-Charakteristik aufweist. Das Heizelement und das Widerstandselement sind in einem Ansaugstutzen des Motors angeordnet. Die Temperaturen des Heizelementes und des Widerstandselementes werden mittels deren Widerstandswerte ermittelt und die Wärmestrahlungsbedingungen des Heizelementes und des Widerstandselementes, die durch den Gasfluß beeinflußt werden, werden ebenfalls ermittelt. Ein Signal entsprechend der gemessenen Gasflußmenge wird erzeugt.

Bei derartigen Gasfluß-Meßvorrichtungen, die thermisch arbeiten, muß das Heizelement eine bezüglich der Umgebungstemperatur höhere Temperatur aufweisen. Unmittelbar nachdem der Heizstrom durch das Heizelement zu fließen beginnt, ist die Temperatur des Heizelementes noch nicht auf dem benötigten Wert. So lange, bis das Heizelement thermisches Gleichgewicht erreicht hat, wird ein Ausgangssignal von dem Heizelement erzeugt, das unabhängig von der Menge des Gasflusses ist.

Das Heizelement und das Widerstandselement, welche zusammen die Meßvorrichtung bilden, können um einen hitzebeständigen Trägerrahmen gewickelt sein, um gute mechanische Stabilität zu erreichen. Der Rahmen muß ebenfalls thermisches Gleichgewicht erreichen, um sicherzustellen, daß die Meßvorrichtung ordnungsgemäß arbeitet. Die Temperatur des Rahmens ist unter normalen Umständen gleich der des Gases. Wenn der Heizstrom dem Heizelement zugeführt wird, muß der Rahmen auf die gleiche Temperatur wie das Heizelement aufgeheizt werden. Da die Temperatur des Rahmens gleich der des Gases ist, werden das Heizelement und der Rahmen auf den gleichen festgelegten Temperaturwert aufgeheizt. Daher zeigt das Ausgangssignal unmittelbar nachdem der Heizstrom durch das Heizelement zu fließen begonnen hat, fälschlicherweise an, daß die Menge des Gasstromes größer als tatsächlich ist.

Wenn ein derartiges falsches Ausgangssignal von der Gasfluß- Meßvorrichtung der Brennstoffeinspritz-Steuervorrichtung zugeführt wird, welche die Einspritzmenge berechnet, kann das Luft/Brennstoffverhältnis unmittelbar nach dem Anlassen des Verbrennungsmotores zu hoch werden. Dies hat zur Folge, daß der Verbrennungswirkungsgrad verringert wird, die Emissionswerte ansteigen und die Fahrleistungen nach dem Anlassen des Verbrennungsmotores unbefriedigend werden.

Um diesen Nachteil zu umgehen, ist es aus der US-PS 43 22 970 oder der EP-OS 00 78 427 bekanntgeworden, bei thermisch arbeitenden Gasfluß-Meßvorrichtungen besondere Maßnahmen zu ergreifen, um Fehler im Meßvorgang während der Startphase zu korrigieren. Hierzu wird bei der EP-OS 00 78 427 unmittelbar nach Beginn des Meßvorganges, also im Falle einer Gasflußmessung im Ansaugstutzen eines Verbrennungsmotores unmittelbar nach dem Anlassen dieses Motors durch eine vorübergehende Kurzschlußschaltung dem Widerstandselement ein überhoher Heizstrom zugeführt, um dieses schnell auf die korrekte Betriebstemperatur zu bringen. Im Falle der US-PS 43 22 970 wird ein Startsignal-Schaltkreis verwendet, um einen Meßkomparator in der Start- und Aufheizphase mit einem Schein-Ausgangssignal von dem Widerstandselement zu versorgen. Allerdings sind auch diese beiden bekannten Vorrichtungen nicht in der Lage, während der Start- oder Aufheizphase den auftretenden Meßfehler hinreichend genau zu kompensieren.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, das den exakten Wert des Gasflusses anzeigt, wenn der Heizstrom durch das Heizelement zu fließen beginnt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einer Gasfluß-Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses, mit einem Gasfluß-Meßelement, das ein Heizelement, das von einem Heizstrom geheizt wird, sowie einen Widerstandsdraht mit einem temperaturbestimmten elektrischen Widerstand aufweist, der als Temperaturmeßvorrichtung dient und auf den von dem Heizelement erzeugte Wärme übertragen wird, wobei das Gasfluß-Meßelement in einem zu messenden Gasfluß angeordnet ist, wobei eine Gasflußmenge unter Berücksichtigung der Temperatur des Gasflusses und aufgrund des elektrischen Widerstands des Widerstandsdrahtes erkannt wird, zeichnet sich demnach aus durch einen Startsignal-Generator, der veranlaßt, dem Gasfluß-Meßelement den Heizstrom zuzuführen, eine Zeitzählvorrichtung zum Setzen eines Zeitintervalls zwischen dem Beginn des Zuführens des Heizstromes zu dem Heizelement, was durch den Startsignal-Generator signalisiert wird, und dem Zeitpunkt, zu dem die Temperaturen des Heizelementes, des Widerstandsdrahtes und eines Trägerrahmens für das Heizelement und den Widerstandsdraht stabil sind, und eine Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung, die während des Zeitintervalls, das von der Zeitzählvorrichtung gesetzt wurde, derart betätigt wird, daß das Gasfluß-Meßsignal von dem Gasfluß-Meßelement verringerbar ist.

Die Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses gemäß der vorliegenden Erfindung basiert auf der Annahme, daß unmittelbar nachdem der Heizstrom dem Heizelement zugeführt wird, ein Fehler im Ausgangssignal vorliegt. Das Ausgangssignal wird für ein festgelegtes Zeitintervall verringert, bis die Temperatur des Heizelementes einen Gleichgewichtszustand erreicht hat.

Solange das Heizelement auf eine spezielle Temperatur aufgeheizt wird, zeigt das Signal der Meßvorrichtung an, daß der Gasfluß größer als tatsächlich ist, da ein großer Gasfluß eine große Wärmeableitung von dem Heizelement hervorruft. Da das fehlerhafte Ausgangssignal unmittelbar korrigiert wird, nachdem der Heizstrom durch das Heizelement zu fließen beginnt, wird das Ausgangssignal entsprechend dem Fehler verringert, wodurch ein genaues Signal erhalten wird, das der Gasflußmenge entspricht. Wenn das korrigierte Meßsignal beispielsweise der Brennstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotores zugeführt wird, kann eine genaue Brennstoffeinspritzung von Anfang an, d. h. vom ersten Moment der Arbeitsaufnahme des Verbrennungsmotores an berechnet werden. Somit kann die Brennstoffeinspritzung ordnungsgemäß in Übereinstimmmung mit dem tatsächlichen Arbeitszustand eines Verbrennungsmotores unmittelbar nach dem Anlassen des Motors gesteuert werden.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß eine Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses geschaffen wird, welche die Menge von Ansaugluft in Übereinstimmung mit den Startbedingungen eines Verbrennungsmotores exakt mißt und welche eine genaue Berechnung der Brennstoff-Einspritzmenge unmittelbar nach dem Anlassen des Verbrennungsmotores durchführt.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt einen Teil eines Ansaugstutzens eines Verbrennungsmotores, um die Arbeitsweise einer Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses zu erläutern;

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht ein Gasfluß-Meßelement zur Messung des Gasflusses, das in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Anwendung gelangt;

Fig. 3 und 4 in graphischer Darstellung die Arbeitscharakteristika des Gasfluß-Meßelementes;

Fig. 5 in graphischer Darstellung die Charakteristika des Ausgangs-Meßsignales;

Fig. 6 in graphischer Darstellung den Motorsteuer- Vorgang unter Verwendung des Ausgangssignales von dem Gasfluß-Meßelement;

Fig. 7 in Blockschaltbild-Darstellung eine Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses auf der Grundlage eines thermischen Prozesses;

Fig. 8 eine Motorsteuereinheit;

Fig. 9A ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Motorsteuereinheit gemäß Fig. 8;

Fig. 9B ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Unterbrechungs- Modus der Motorsteuereinheit gemäß Fig. 8;

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Korrektur- Modus zur Korrektur des Ausgangssignales des Gasfluß-Meßelements;

Fig. 11 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise, wie das Meß-Ausgangssignal das Gasfluß-Element verringert wird;

Fig. 12 in graphischer Darstellung den Motor-Steuerzustand, wenn die Meßvorrichtung gemäß Fig. 8 verwendet wird;

Fig. 13 in graphischer Darstellung den Zustand des Heizstromes, wenn dieser nur für einen kurzen Zeitraum ausgeschaltet ist;

Fig. 14 ein elektrisches Schaltbild zur Darstellung einer Vorrichtung, welche erkennt, wenn der Heizstrom für einen kurzen Zeitraum abgeschaltet ist;

Fig. 15 in graphischer Darstellung das Ausgangssignal von dem Schaltkreis gemäß Fig. 14; und

Fig. 16 ein elektrisches Schaltbild einer anderen Vorrichtung zur Erkennung, daß der Heizstrom abgeschaltet ist.

Fig. 1 zeigt ein eingebautes Gasfluß-Meßelement 10 einer Gasfluß-Meßvorrichtung, welche die Menge von Ansaugluft, die einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, mißt. Das Meßelement 10 ist im Inneren einer Leitung 11 angeordnet, welche Teil eines Ansaugstutzens ist. Die Leitung 11 erhält Gas, im Beispielsfalle Luft, von einem Luftfilter (nicht dargestellt) aus der Richtung, die in Fig. 1 durch einen Pfeil dargestellt ist und führt dann diese Luft den entsprechenden Zylindern des Verbrennungsmotores über einen Drosselventil-Mechanismus zu.

Ein zylindrischer Sensorkörper 12 ist koaxial innerhalb der Leitung 11 angeordnet. Das Meßelement 10 wird durch Wickeln eines Heizelementes und eines temperaturempfindlichen Widerstandselementes um einen Trägerrahmen erhalten, der beispielsweise aus keramischem Material ist und in dem Sensorkörper 12 gelagert ist. Der Sensorkörper 12 ist derart angeordnet, daß er gegenüber der Luftströmung keinen Widerstand bildet und die Luftströmung den Sensorkörper 12 in der Leitung 11 durchströmt.

Ein Heizstrom-Schaltkreis zum Zuführen eines Heizstromes zu dem Meßelement 10 und ein Startsignal-Generator hierfür sind gemeinsam über einen Leitungsdraht 13 mit einem Steuerschaltkreis verbunden, der außerhalb der Leitung 11 angeordnet ist. Das Luftstrom-Signal, das von dem Steuerschaltkreis geliefert wird, wird über einen Anschluß 14 einer Verbrennungsmotor-Steuereinheit (nicht dargestellt) zugeführt.

Fig. 2 zeigt das Gasfluß-Meßelement 10 in demontiertem Zustand. Erste und zweite Trägerrahmen 15 und 16 aus keramischen Platten sind im Abstand und parallel zueinander entlang der Gasflußrichtung, die durch den Pfeil dargestellt ist, angeordnet. Ein Heizelement 17 besteht aus einem Platindraht (d. h. einem Widerstandsdraht), der als Wärmequelle dient und um den ersten Rahmen 15 gewickelt ist. Ein Widerstandsdraht 18 aus Platin, der als Thermometer dient und dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von Temperaturänderungen ändert, ist ebenfalls um den ersten Rahmen 15 gewickelt. Die Windungslagen des Heizelementes 17 und des Widerstandsdrahtes 18 sind alternierend angeordnet, so daß Hitze von dem Heizelement 17 wirksam auf den Widerstandsdraht 18 übertragen wird. Ein Widerstandsdraht 19, der wie der Widerstandsdraht 18 als Thermometer dient, ist um den zweiten Rahmen 16 gewickelt. Von dem Heizelement 17 wird keine Wärme auf den Widerstandsdraht 19 übertragen. Der Widerstandsdraht 19 wird verwendet, um die Temperatur der Ansaugluft zu messen.

Das Gasfluß-Meßelement 10 ist im Arbeitszustand, wenn dem Heizelement 17 Heizstrom zugeführt wird. Der Widerstandswert des Widerstandsdrahtes 18, der um den ersten Rahmen 15 und um das Heizelement 17 gewickelt ist, wird durch die Wärmemenge bestimmt, die von dem Heizelement 17 erzeugt wird, sowie von der Gasflußmenge und der Temperatur/ Widerstands-Charakteristik des Widerstandsdrahtes 18. Der Widerstandswert des Widerstandsdrahtes 19, der um den zweiten Rahmen 16 gewickelt ist, wird durch die Gastemperatur und die Temperatur/Widerstands-Charakteristik des Widerstandsdrahtes 19 unabhängig von dem Heizelement 17 bestimmt. Es kann somit durch Messung der Widerstandswerte der Widerstandsdrähte 18 und 19 ein Ausgangssignal entsprechend der Gasflußmenge erhalten werden. Ein Gasflußsignal kann durch eine Vorrichtung erhalten werden, wie sie beispielsweise in der US-PS 43 93 702 beschrieben ist.

Wird beispielsweise das Gasfluß-Meßelement 10 bei Umgebungs- oder Raumtemperatur verwendet, liegt die Temperatur des Heizelementes 17 im Bereich zwischen 100°C und 250°C und die Temperatur des Widerstandsdrahtes 18 liegt im Bereich zwischen 50°C und 80°C. In diesem Falle wird der erste Rahmen 15 auf eine Temperatur aufgeheizt, die höher ist als Umgebungs- oder Raumtemperatur.

Die Temperaturen des Heizelementes 17, des Widerstandsdrahtes 18 und des Rahmens 15 liegen vor der Zuführung von Heizstrom bei Raumtemperatur. Wenn nun Heizstrom durch das Heizelement 17 fließt, wird Wärme erzeugt, die das Gas und den Rahmen 15 aufheizt. Die Wärme, die von dem Heizelement 17 erzeugt wird, wird durch die Größe des Heizstroms bestimmt. Um das Heizelement 17, den Widerstandsdraht 18 und den Rahmen 15 auf eine festgelegte Temperatur aufzuheizen, muß das Heizelement 17 in dieser Anfangsperiode sehr viel Wärme erzeugen. Das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 liegt als Spannung vor, die dem Heizstrom durch das Heizelement 17 entspricht. Das Gasfluß-Meßelement 10 zeigt daher als Ausgangssignal fälschlicherweise, daß die Gasmenge größer als tatsächlich ist. Dieses Ausgangssignal wird dann der Motorsteuereinheit zugeführt.

Fig. 3 zeigt eine derart überhöhtes Ausgangssignal. Das Gasfluß- Meßelement 10 wird in einen konstanten Gasfluß eingeführt. Das Ausgangssignal nach ungefähr 60 Sekunden ist gleich 1,0 gesetzt. Eine Sekunde nach der Zuführung des Heizstromes übersteigt das Ausgangssignal das stationäre Ausgangssignal, das dem eigentlichen Gasfluß entspricht, um 80%. 20 Sekunden nach der Zuführung des Heizstromes übersteigt das Ausgangssignal das stationäre Ausgangssignal um 20%.

Die Beziehung zwischen dem stationären Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 und dem tatsächlichen Gasfluß ist nicht direkt proportional und in Fig. 4 dargestellt. Die Beziehungen der Fig. 3 und 4 können zur Beziehung gemäß Fig. 5 zusammengefaßt werden, zu deren Herleitung die Ausgangsspannung des Gasfluß-Meßelements 10 in die Größe des Gasflusses als Funktion der Zeit umgewandelt ist. Unmittelbar nachdem der Heizstrom begonnen hat, durch das Gasfluß-Meßelement 10 zu fließen, ist der Umwandlungsfehler größer als 200%. Wenn dieses Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 ohne Korrektur verwendet wird, kann eine ordnungsgmäße Steuerung nicht durchgeführt werden, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird.

In Fig. 6 ist graphisch das Ausgangssignal V_s des Gasfluß-Meßelements 10 im Vergleich zur Konzentration von Kohlenmonoxid (CO) im Auspuffgas und im Vergleich zur Motordrehzahl N dargestellt. Da in diesem Falle dem Motor ein stark angereichertes Gemisch zugeführt wird umd 15% Kohlenmonoxid ausgestoßen wird, wird die Motordrehzahl stark verringert.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses, in welcher das Gasfluß-Meßelement 10 zur Anwendung kommt und in welcher die oben genannten Probleme berücksichtigt wurden, um das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelementes 10 zwischen dem Startzeitpunkt und einem festgelegten Zeitpunkt zu verringern.

Der Heizstrom fließt von einer Strom/Spannungsquelle 20 zu dem Gasfluß-Meßelement 10 und ein Ausgangssignal des Gasfluß- Meßelements 10 wird einer Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung 21 zugeführt. Ein korrigiertes Signal von der Verringerungsvorrichtung 21 wird über einen Auswahlschaltkreis 22 ausgegeben. In diesem Falle wird das erkannte Signal von dem Gasfluß-Meßelement 10 direkt mit dem Auswahlschaltkreis 22 verbunden. Der Auswahlschaltkreis 22 wählt entweder das korrigierte Signal von der Verringerungsvorrichtung 21 oder das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 aus. Eine Zeitzählvorrichtung 24 erkennt ein Startsignal von einem Startsignal- Generator 23, der mit der Betätigung eines Zündschalters oder dergleichen zusammenhängt. Die Verringerungsvorrichtung 21 wird während eines Zeitintervalles betätigt, welches nach dem Einschalten der Strom/Spannungsquelle 20 beginnt. Die Zeitzählvorrichtung 24 liefert dann ein Signal an den Auswahlschaltkreis 22, um den Auswahlschaltkreis 22 dazu zu veranlassen, ein Signal A, das von der Verringerungsvorrichtung 21 erzeugt wird, auszuwählen.

Die Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung 21 verringert das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelementes 10 innerhalb eines Zeitintervalles, welches von der Zeitzählvorrichtung 24 gesetzt wird, so daß ein Ausgangssignal erhalten wird, welches der tatsächlichen Menge von Ansaugluft entspricht.

Wenn das von der Zeitzählvorrichtung 24 festgelegte Zeitintervall verstrichen ist und die Temperaturen des Heizelementes des Gasfluß-Meßelementes 10 und des Rahmens angestiegen und stabilisiert sind, wählt der Auswahlschaltkreis 22 ein Signal B direkt von dem Gasfluß-Meßelement 10.

Fig. 8 zeigt eine Motorsteuereinheit 30 mit der Startsignal- Verringerungsvorrichtung, die das Ausgangssignal des Gasfluß- Meßelements 10 erhält. Die Motorsteuereinheit 30 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 31 zur Erzeugung eines Einspritzsignales auf. Ein Gasflußmengensignal des Gasfluß- Meßelements 10 wird auf einen Analog/Digitalwandler 32 über einen Eingangspuffer gelegt. Der A/D-Wandler 32 erhält weiterhin ein Wassertemperatursignal, ein Klimaanlagen- Temperatursignal etc. Der A/D-Wandler 32 führt eine Analog/Digital-Wandlung in Abhängigkeit von Anweisungen der CPU 31 aus, wobei die CPU 31 durch ein Steuerprogramm in einem ROM 33 gesteuert wird. Das Gasflußsignal wird von dem A/D-Wandler 32 in ein digitales Signal umgewandelt. Dieses digitale Signal wird der CPU 31 zugeführt.

Die Motorsteuereinheit 30 weist weiterhin Eingangsschaltkreise 34 und 35 auf. Der Eingangsschaltkreis 34 erhält ein Luft/Brennstoff-Sensorsignal, ein Signal von einem Drehmomentwandler und ein Signal von einem Luftfilter. Der Eingangsschaltkreis 35 empfängt ein Kurbelwellen- Drehwinkelsignal, ein voll-offen/voll-geschlossen-Drosselventilsignal, ein Anlassersignal, ein Geschwindigkeitssignal und ein Zündaussetzer-Signal. Die Signale der Eingangsschaltkreise 34 und 35 werden von der CPU 31 in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm aufgenommen. Die CPU 31 berechnet die Brennstoffeinspritzmenge und die Zündzeitpunkte in Übereinstimmung mit den Eingangsdaten.

Das Einspritzsignal und das Zündsignal von der CPU 31 werden einem back-up-Schaltkreis 36 zur Ausführung von kleineren Vorgängen zu Zeiten eines fehlerhaften Arbeitens der CPU 31 zugeführt. Sie werden dann durch Ausgangspuffer 37 und 38 verstärkt. Die verstärkten Einspritz- und Zündsignale werden einem elektromagnetischen Brennstoff-Einspritzventil (nicht dargestellt) und einer Zündeinheit (nicht dargestellt) zugeführt. Mit dem Bezugszeichen 39 ist ein RAM bezeichnet, das für zeitweise Datenspeicherung verwendet wird.

Die CPU 31 in der Motorsteuereinheit 30 führt ein Motorsteuerprogramm durch, nachdem sie durch ein Resetsignal zurückgesetzt wurde. In Fig. 9A ist ein Flußdiagramm dargestellt, das die Arbeitsweise des Motorsteuerprogrammes erläutert. Zunächst wird in einem Schritt 101 eine Initialisierung vorgenommen. Die Anfangswerte der entsprechenden Parameter und der Arbeitszustand der CPU 31 werden festgelegt. Wenn die Initialisierung beendet ist, wird eine Hauptschleife 102 durchgeführt. Ein Zähler in der CPU 31 wird von einem Zählerüberwachungsmodul 103 überwacht, um den Beginn von periodischen Abläufen 104, 105, 106 und 107, die alle 4 ms, 16 ms, 100 ms und 1,5 s beginnen, zu überwachen. Wenn die periodischen Abläufe nicht durchgeführt werden, wird der Grundprozeß 108 durchgeführt.

Wie in Fig. 9B dargestellt, wird eine Unterbrechung eingeleitet, wenn von einem Drehzahlensor (nicht dargestellt) ein normales Kurbelwinkelsignal zugeführt wird, um die Drehzahl des Motors zu berechnen und zur Erkennung der Zeitpunkte für Einspritzung oder Zündung. Mit anderen Worten, die CPU 31 führt einen Unterbrechungsprozeß 110 für normalen Kurbelwellenwinkel durch. Im Schritt 111 überprüft die CPU 31, ob ein Schritt 112 zur Zündungsberechnung oder ein Schritt 113 zur Einspritzungsberechnung ausgeführt werden soll. Das Unterbrechungsprogramm wird aufgehoben, nachdem ein Ablauf entsprechend dem Ergebnis der Entscheidung vollständig durchgeführt wurde.

Fig. 10 zeigt das Flußdiagramm zur Korrektur 121 eines Gasflußsignales von dem Gasfluß-Meßelement 10. Dieser Korrekturablauf wird durch einen Teil der Modulgruppen des periodischen Ablaufes 105 ausgeführt, welche alle 16 ms in dem Zählerüberwachungsmodul 103 gestartet werden.

Im Schritt 122 wird das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 A/D-gewandelt. Das analoge Ausgangssignal des Meßelementes 10 wird in ein digitales Signal umgewandelt, das dann innerhalb der CPU 31 verarbeitet wird. Das digitale Gasflußsignal wird durch das Startkorrektur-Modul in Schritt 123 entsprechend korrigiert und im Schritt 124 linearisiert. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 in einen Wert umgewandelt, der proportional zu dem tatsächlichen Betrag des Gasflusses ist. Diese Umwandlung wird mittels einer Tabelle durchgeführt. Wenn jedoch die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal und der Menge des Gasflusses durch eine einfache Funktion ausgedrückt werden kann, kann diese Umwandlung durch eine Berechnung durchgeführt werden.

Das Gasflußsignal, das somit erhalten wird, wird einer weiteren Korrektur unterworfen, bei welcher eine Transientenkorrektur in einem Transientenkorrekturprozeßschritt 125 vorgenommen wird. Dies hat zur Folge, daß ein Wert in dem RAM 39 gespeichert wird, der praktisch der gleiche ist, wie das wahre Gasflußsignal. Andere Berechnungen werden alle 16 ms durchgeführt und das Flußdiagramm kehrt zu dem Zählerüberwachungsmodul 103 zurück, in welchem eine Brennstoff-Einspritz-Grundmenge in dem Grundprozeßmodul 108 in Übereinstimmung mit dem berechneten Wert von Schritt 125 und der Motordrehzahl berechnet wird. Verschiedene Korrekturwerte (z. B. Aufwärm-Daten und Beschleunigungs- Daten) werden zu dem Einspritzmengen-Grundwert hinzuaddiert, um eine abschließende Brennstoff-Einspritzzeitperiode (Pulsbreite eines Pulssignales) zu erhalten und um die Öffnungs-Zeit des Brennstoff-Einspritzventiles und somit die Brennstoff-Einspritzmenge zu steuern.

Wenn der Motor angelassen und der Heizstrom dem thermischen Gasfluß-Meßelement 10 zugeführt wird, wird ein Gasfluß-Signal erzeugt, das größer ist als der tatsächliche Wert des Gasflusses. Um dies zu verhindern, ist ein Korrekturschritt 123 für das A/D- gewandelte Startsignal vorgesehen, um den erkannten Wert des Gasflusses zu verringern.

Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm des Schrittes 123, in welchem die Korrektur des Gasflußsignals beim Start durchgeführt wird. Ein Software-Zähler, der in dem periodischen Ablauf 106 eingesetzt wird, und welcher alle 100 ms startet, wird in dem Initialisierungsschritt 102 von 9A auf "0" gesetzt. Alle 100 ms wird der Zählwert des Software-Zählers um 1 inkrementiert, bis der Zählstand 200 erreicht hat. Somit wird die Zeit, seit der das Gasfluß-Meßelement 10 eingeschaltet ist, in einer 20-Sekunden-Periode, die beginnt, wenn der Zündschalter eingeschaltet wird, von diesem Zähler gezählt. In dem Startsignal-Korrekturmodul 130 wird diese Zeit in einem Schritt 131 erkannt. Dieses Modul ist gesperrt, bis eine Zeitdauer von 0,5 Sekunden nach der Zuführung von Energie zum Heizelement verstrichen ist. Im Schritt 132 wird ein Wert V_SC, der nach dem Prozeß erhalten wird, mit einem Ausgangswert V_S von dem Gasfluß-Meßelement 10 angeglichen. Der Grund dafür ist, daß eine präzise Steuerung kaum unter Verwendung nur einer einfachen Steuerschaltkreisanordnung ausgeführt werden kann, da der Korrekturkoeffizient R_S unmittelbar nach dem Starten sehr groß ist und da kein gegenteiliger Einfluß auftritt, selbst wenn eine spezielle Steuerung nicht durchgeführt wird, da die Brennstoff- Einspritzmenge unabhängig von der Menge des Gasflusses unmittelbar nach dem Starten des Motors bestimmt wird.

Zwischen 0,5 s und 20 s nach der Versorgung des Gasfluß-Meßelementes 10 mit Energie geht das Programm zum Schritt 133 weiter. Da der Korrekturkoeffizient R_S auf "0" initialisiert wurde, erkennt die CPU 31, daß der Schritt 133 zum ersten Mal ausgeführt wird, wenn R_S=0 ist. In diesem Falle geht das Programm weiter zum Schritt 134, und ein Anfangswert wird dem Korrekturkoeffizient R_S zugewiesen. Wenn jedoch die CPU 31 im Schritt 133 erkennt, daß der Korrekturkoeffizient R_S nicht 0 ist, wird ein Wert, der kleiner als 1 ist, mit dem Korrekturkoeffizient R_S multipliziert, wodurch der Korrekturkoeffizient R_S verkleinert wird.

Bei dieser Ausführungsform wird das Verkleinern in dem System zur Verarbeitung des Gasflußsignales ausgeführt. Dieser Verkleinerungsvorgang kann jedoch auch innerhalb einer kurzen Zeitdauer ausgeführt werden.

Unter Verwendung des sich ergebenden Korrekturkoeffizienten R_S wird das bisher nicht verarbeitete Gasflußsignal V_S korrigiert, um im Schritt 136 den verarbeiteten Wert V_SC zu erhalten. Diese Korrektur wird vorzugsweise wie folgt ausgeführt:

V_SC = V_S/(1 + R_S).

Bei dieser Ausführungsform wird die obige Berechnung einfach durch Verwendung der Software wie folgt ausgeführt:

V_SC = V_S × (1 - R_S).

Wenn der Korrekturkoeffizient R_S klein ist, wird der Fehler, der sich aus der oben erwähnten Gleichung ergibt, klein und kann während des Motorsteuervorganges vernachlässigt werden.

Wenn die CPU 31 im Schritt 131 erkennt, daß eine 20sekündige Zeitdauer verstrichen ist, wird der Fehler des Gasflußsignales V_S als unwesentlich beachtet. In diesem Falle geht das Programm weiter zum Schritt 137 und V_S wird so behandelt, als ob es V_SC wäre.

Auf diese Weise wird das Gasflußsignal V_SC, das durch das Startsignalkorrekturmodul 130 erhalten wird, anstelle des Gasflußsignales V_S verwendet, wodurch der Motor unter Verwendung eines Gasflußsignales mit einem minimalen Fehlerbetrag präzise gesteuert werden kann, und zwar für einen festgelegten Zeitraum nach dem Zuführen des Heizstromes zu dem Gasfluß-Meßelement 10.

Fig. 12 zeigt in graphischer Darstellung die Konzentration von Kohlenmonoxid (CO) in dem Verbrennungsgas zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors, die Motordrehzahl N und das Gasflußsignal V_SC, wenn der oben erwähnte Startsignal- Korrekturvorgang ausgeführt wird. In diesem Falle wird, wie der Vergleich zu dem Signal V_S in Fig. 6 zeigt, ein übermäßiger Ausgangsfehler des korrigierten Signales V_SC ausgeschaltet, die CO-Konzentration wird verringert und die Motordrehzahl N wird ideal. Die Resultate gemäß Fig. 12 werden erhalten, wenn das Drosselventil voll offen ist. Selbst wenn unmittelbar nach dem Anlassen des Motors das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird, kann der Motor in Übereinstimmung mit dem Gasflußsignal präzise gesteuert werden.

Ein spezieller Fall tritt ein, wenn das Gasfluß-Meßelement 10 nach einer sehr kurzen Unterbrechung wieder gestartet wird. Dabei wird die CPU 31 in der Motorsteuereinheit 30 zurückgesetzt und der Schritt 130 des Startsignalkorrigierens (Fig. 11) ausgeführt.

Da jedoch die Temperatur des Trägerrahmens, um welchen das Heizelement 17 und das Widerstandselement 18 gewickelt sind, noch nicht auf die Umgebungs- oder Raumtemperatur gesunken ist, würde das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelementes 10 auch ohne Korrektur nur einen kleinen Fehler aufweisen. Wenn unter diesem Umständen der Startkorrekturvorgang, wie oben beschrieben wurde, ausgeführt wird, kann eine überhöhte Korrektur zu einer Verringerung des Brennstoffes unmittelbar nach dem Anlassen des Motors führen. Unvollständige Verbrennung, langsames Ansteigen der Motordrehzahl oder Fehlzündungen können auftreten. Fig. 13 zeigt Charakteristika dieses Falles.

In diesem Zustand hat der überkorrigierte Ausgang V_SC einen großen Fehler. Das Ansteigen der Motordrehzahl N erfolgt sehr langsam und eine mangelhafte Verbrennung aufgrund des fehlenden Brennstoffes erzeugt einen großen Anteil von Kohlenwasserstoffen (HC). Obwohl dieser Zustand nur sehr selten auftritt, ist eine Gegenmaßnahme vorgesehen.

Fig. 14 zeigt einen Schaltkreis 40, der die Zeit mißt, seit der die Energieversorgung des Heizelements abgeschaltet ist, und der zur Durchführung besagter Gegenmaßnahme verwendet wird. Der Schaltkreis weist einen Zeitkonstanten-Schaltkreis auf, der aus zwei Widerständen 41 und 42 und aus einem Kondensator 43 besteht. Eine Energiequelle ist an einem Anschluß 44 für das Gasfluß-Meßelement 10 angeschlossen. Bei diesem Schaltkreis wird die Spannung an einem Punkt A durch die Widerstände 41 und 42 und durch die Spannung am Gasfluß-Meßelement 10 festgesetzt.

Wenn, wie in Fig. 15 dargestellt, das Gasfluß-Meßelement 10 nicht mehr mit Energie versorgt wird, wird der Kondensator 43 über die Widerstände 41 und 42 entladen, so daß die Spannung am Punkt A absinkt. Wenn das Gasfluß- Meßelement 10 unmittelbar nach dem Abschalten wieder gestartet wird (Ein (1)), ist die Spannung am Punkt A nicht weit abgesunken, wie durch die ausgezogene Linie in Fig. 15 dargestellt. Wenn andererseits das Gasfluß-Meßelement 10 nach einer relativ langen Zeit wieder gestartet wird (Ein (2)), ist die Spannung am Punkt A stark abgesunken, wie mit der gestrichelten Linie dargestellt. Wenn diese Spannung durch den A/D-Wandler 32 gewandelt wird und das umgewandelte Signal abgetastet wird, kann bestimmt werden, wie lange der Motor abgeschaltet war. Wenn beispielsweise der Anfangswert des Korrekturkoeffizienten R_S durch die Spannung am Punkt A beeinflußt wird, können die Probleme, die auftauchen, wenn nur kurzzeitig abgeschaltet wurde (siehe Fig. 13) wirksam vermieden werden.

Fig. 16 zeigt einen Schaltkreis zur Bestimmung, daß der Motor abgeschaltet ist, ohne daß der A/D-Wandler 32 und die Software beansprucht wird. Die Spannung am Punkt A eines Zeitkonstanten-Schaltkreises, der wie in Fig. 14 aufgebaut ist, wird durch einen Puffer 45 verstärkt und das verstärkte Signal wird mittels eines Komparators 46 mit einer Referenzspannung verglichen. Die Referenzspannung wird erhalten, indem eine Spannung, die an einem Anschluß 49 anliegt, von Widerständen 47 und 48 geteilt wird. Wenn die Spannung am Punkt A höher als die Referenzspannung ist (Zeit ist kurz), erzeugt der Komparator 46 ein Ausgangssignal mit einem hohen Pegel. Wenn eine Korrektur unter Berücksichtigung dieses Pegels ausgeführt wird, kann eine überhohe Korrektur wirksam vermieden werden.

Auch kann ein back-up-Zähler für den Eingangsschaltkreis 35 in Fig. 8 vorgesehen sein, der zu laufen beginnt, wenn die Energieversorgung für das Heizelement abgeschaltet wird. In diesem Falle ist die Energieversorgung für diesen Zähler nicht eine beliebige Spannungsquelle, sondern eine Batterie. Auf diese Weise kann der Zähler auch betrieben werden, wenn alle anderen Komponenten der Motorsteuerung angehalten werden. Wenn der Motorsteuereinheit wieder Spannung zugeführt wird, wird der Zählzustand des back-up-Zählers abgelesen, um es der CPU 31 zu ermöglichen, abzulesen, wie lange der Motor abgeschaltet war.

Die Notwendigkeit einer Startsignalkorrektur kann auch in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 unmittelbar nach der Versorgung des Elementes mit Energie erkannt werden. In diesem Falle kann ein einfacher Schaltkreisaufbau verwendet werden. Wenn die Aus-Zeit ausreichend lang ist, weist das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements 10 einen großen Fehler auf. Die Startsignalkorrektur wird somit begonnen, wenn das Ausgangssignal einen vorher festgelegten Wert zum Zeitpunkt des Motorstartes übersteigt. Dieser Erkennungsvorgang wird durchgeführt, wenn der Steuerschaltkreis des Gasfluß-Meßelementes 10 nach einer festgelegten Zeitdauer (z. B. nach 0,1 bis 0,4 Sekunden) stabil wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen eines Gasflusses, mit:
einem Gasfluß-Meßelement (10), das ein Heizelement (17), das von einem Heizstrom geheizt wird, sowie einen Widerstandsdraht (18) mit einem temperaturbestimmten elektrischen Widerstand aufweist, der als Temperaturmeßvorrichtung dient und auf den von dem Heizelement (17) erzeugte Wärme übertragen wird, wobei das Gasfluß-Meßelement (10) in einem zu messenden Gasfluß angeordnet ist, wobei eine Gasflußmenge unter Berücksichtigung der Temperatur des Gasflusses und aufgrund des elektrischen Widerstands des Widerstandsdrahtes (18) erkannt wird,
gekennzeichnet durch
einen Startsignal-Generator (23), der veranlaßt, dem Gasfluß- Meßelement (10) den Heizstrom zuzuführen;
eine Zeitzählvorrichtung (24) zum Setzen eines Zeitintervalls zwischen dem Beginn des Zuführens des Heizstromes zu dem Heizelement (17), was durch den Startsignal- Generator signalisiert wird, und dem Zeitpunkt, zu dem die Temperaturen des Heizelementes (17), des Widerstandsdrahtes (18) und eines Trägerrahmens (15) für das Heizelement und den Widerstandsdraht (18) stabil sind; und
eine Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung (21), die während des Zeitintervalls, das von der Zeitzählvorrichtung (24) gesetzt wurde, derart betätigt wird, daß das Gasfluß-Meßsignal von dem Gasfluß-Meßelement (10) verringerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasfluß-Meßelement (10) aufweist:
eine erste Erkennungsvorrichtung mit dem Heizelement (17) aus einem Widerstandsdraht, der eine Temperatur/ Widerstands-Charakteristik aufweist und dem Widerstandsdraht (18), wobei das Heizelement (17) und der Widerstandsdraht (18) alternierend um den hitzebeständigen Trägerrahmen (15) parallel zueinander gewickelt sind; und
eine zweite Erkennungsvorrichtung mit einem zweiten Widerstandsdraht (19) mit einer Temperatur/Widerstands- Charakteristik, der um einen anderen Trägerrahmen (16) derart gewickelt ist, daß er eine Temperatur des zu messenden Gasflusses mißt, wobei die erste und zweite Erkennungsvorrichtung zueinander parallel in der Strömungsrichtung des Gasflusses ausgerichtet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Startsignal-Generator (23) mit einem Zündschalter zur Erzeugung eines Motorstart-Befehles zusammengeschaltet ist, und daß das Gasfluß-Meßelement (10) in einem Ansaugstutzen (11) eines Motors angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung (21) aufweist:
eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Anfangs-Ausgangssignales, das zu Beginn der Zuführung des Heizstromes zu dem Heizelement (17) des Gasfluß-Meßelements (10) festgesetzt wird;
eine Vorrichtung zur aufeinanderfolgenden Steuerung eines Absenkens dieses Ausgangssignals während eines Zeitintervalls, das von dem Anfangszustand aus beginnt; und
eine Vorrichtung zur Subtraktion des Absenkungsbetrags von dem Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelementes, wobei das subtrahierte Ausgangssignal als korrigiertes Gasfluß-Meßsignal definiert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung (21) eine Vorrichtung aufweist, die einen Korrekturkoeffizienten festsetzt, wobei der Korrekturkoeffizient aufeinanderfolgend durch Multiplikation mit einem Wert, der nicht größer als 1 ist, erneuert wird, wobei diese Erneuerung für jede festgelegte Periode innerhalb des Zeitintervalles erfolgt, das durch die Zeitzählvorrichtung (24) gesetzt wird und wobei der erneuerte Korrekturkoeffizient verwendet wird, um das Ausgangssignal des Gasfluß-Meßelements (10) zu verringern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
eine Meßvorrichtung (40) zum Feststellen, wie lange dem Heizelement (17) des Gasfluß-Meßelementes (10) nach seinem Abschalten keine Energie zugeführt wird; und
eine Korrekturvorrichtung zur Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung (21), und das Gasfluß-Meßsignal in Abhängigkeit von der Zeitperiode, die durch die Meßvorrichtung (40) festgestellt wurde, zu verringern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (40) einen Zeitkonstanten-Schaltkreis (41, 42, 43) aufweist, um eine Zeitperiode zu messen, die verstrichen ist, seit das Gasfluß-Meßelement ohne Energiezufuhr ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (40) einen back-up- Zähler aufweist, der von einer Batterie versorgt wird, und einen Zählvorgang beginnt, wenn das Gasfluß-Meßelement (10) abgeschaltet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung (21) einen verringerten Anfangswert des Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit von der Zeitperiode festsetzt, die durch die Zählvorrichtung, die die Zeit seit der Abschaltung der Energieversorgung des Gasfluß-Meßelements (10) ermittelt wurde.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitzählvorrichtung (24) zum Zählen der Zeit, seit der die Energieversorgung des Gasfluß-Meßelements (10) abgeschaltet ist, einen Zeitkonstanten-Schaltkreis aufweist, der einen Kondensator (43), der aufgeladen wird, wenn das Gasfluß-Meßelement (10) mit Energie versorgt wird und einen Widerstandsschaltkreis (42) aufweist, der einen Entladeschaltkreis für den Kondensator (43) bildet, wobei ein Signal entsprechend der Spannung über dem Kondensator (43) als Korrektursignal zur Korrektur des Korrekturkoeffizientens der Signalhöhen-Verringerungsvorrichtung (21) zugeführt wird.