DE3835113A1

DE3835113A1 - Elektronisches ueberwachungssystem fuer eine brennkraftmaschine mit innerer verbrennung

Info

Publication number: DE3835113A1
Application number: DE3835113A
Authority: DE
Inventors: Shoso Ishii; Minoru Kuriyama; Yukinobu Nishimura; Setsuhiro Shimomura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1989-04-27
Anticipated expiration: 2008-10-15
Also published as: JPH01100336A; JP2602031B2; KR910006558B1; DE3835113C2; KR890006964A; US4907556A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Überwachungs system für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, bei dem vom Atmosphärendruck abhängige Werte durch Berechnung anderer Überwachungsparameter der Brennkraftmaschine herausgefunden werden, wobei die berechneten Werte als Hilfsparameter für die Überwachung der Brennkraftmaschine dienen.

Nachstehend ist eine herkömmliche Überwachungsvor richtung für eine Brennkraftmaschine unter Bezug nahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen erläutert, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen Überwachungs systems darstellen.

In Fig. 1 sind folgende Elemente dargestellt: eine Brennkraftmaschine 1 mit innerer Verbrennung beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, wobei nur ein einziger einer Vielzahl von Zylindern dargestellt ist; ein Zylinder 2 der Brennkraftmaschine; ein mittels eines Nockens (nicht gezeigt) zu betätigendes Lufteinlaßventil 3; ein Lufteinlaßkanal 4 der Brenn kraftmaschine 1; ein Einspritzer 5 in jedem Zylinder des Lufteinlaßkanals 4; ein Schwallraum 6, der stromaufwärts des Lufteinlaßkanals 4 angeschlossen ist; eine Drosselklappe 7 in dem Lufteinlaßweg oberhalb des Schwallraums 6 zum Überwachen der Menge der von der Brennkraftmaschine 1 angesaugten Luft; ein mit der Drosselklappe 7 verbundener Sensor 8 zum Erfassen des Öffnungsgrades der Drosselklappe 7, ein Bypass 9, der sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Drosselklappe 7 als Umleitung dient; ein Bypass-Luftmengenregulator 10 in dem Bypass 9; ein Hitzdraht-Luftmassensensor (nachstehend mit "AFS" abgekürzt) 11 weiter stromaufwärts der Drosselklappe 7 zum Erfassen des Durchsatzes der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft, beispiels weise mittels eines temperaturabhängigen Widerstands; ein Lufttemperatursensor 12 zum Erfassen der Temperatur der angesaugten Luft vor Passieren des AFS 11; ein Luftfilter 13 am Einlaßanschluß weiter stromauf wärts des AFS 11 und des Temperatursensors 12; ein Wassertemperatursensor 14 in dem Kühlwasserkreis lauf der Brennkraftmaschine 1 zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers; ein Kurbelwinkelsensor 15 zum Erfassen eines vorbestimmten Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine 1; ein Leerlauferfassungsschalter zum Feststellen, daß die Brennkraftmaschine 1 ohne Last läuft; und eine elektronische Überwachungs einheit (nachstehend mit "ECU" abgekürzt) 17, die auf der Grundlage von Ausgangssignalen hauptsächlich von dem AFS 11, dem Wassertemperatursensor 14 und dem Kurbelwinkelsensor 15 eine Kraftstoffeinspritz menge bestimmt und den Einspritzer 15 synchron mit dem Ausgangssignal von dem Kurbelwinkelsensor überwacht, um Kraftstoff einzuspritzen, wobei die Ausgangssignale von dem Sensor 8 zum Erfassen des Öffnungsgrades der Drosselklappe, dem Lufttemperatur sensor 12 und dem Leerlauferfassungsschalter 14 in der ECU als Hilfsparameter verwendet werden. Die ECU 17 überwacht ferner den Bypass-Luftmengen regulator 10. Die Details dieser Funktion sind nicht weiter erläutert.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung des Luftansaugabschnittes nach Fig. 1. Dabei steht Ta für eine Atmosphärentemperatur; Pa für einen Atmosphärendruck; Qa für einen mittels des AFS zu messenden Luftdurchsatz; R für den Öffnungsgrad der Drosselklappe 7; S(R) für einen Bereich zum Hindurchlassen von Luft durch den Drosselklappen bereich für den Fall, daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe R ist; und Ps für den Innendruck im Schwallraum 6.

Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus der ECU in einem herkömmlichen elektronischen Über wachungssystem, während Fig. 9 ein Diagramm dar stellt, in dem ein Druckverhältnis Pa/Ps auf der Abszisse und ein später noch zu erläuternder Wert "f" auf der Ordinate abgetragen sind.

Das herkömmliche elektronische Überwachungssystem mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist beispiels weise in der JP-OS 1 62 341/1984 offenbart.

Nachstehend ist der Betrieb des herkömmlichen elek tronischen Überwachungssystems beschrieben. Ein Funktionsgenerator 17 a, an den ein von dem Drossel klappenöffnungsgradsensor 8 abgegebenes Eingangssignal R des mittels des Sensors 8 erfaßten Öffnungsgrades der Drosselklappe gegeben wird, gibt an seinem Ausgangsanschluß ein Signal des Verhältnisses eines Luftdurchsatzes Q₀ zu dem Atmosphärendruck P₀ unter atmosphärischen Bezugsbedingungen entsprechend dem Eingangssignal an den Funktionsgenerator. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 17 a wird zusammen mit einem Luftdurchsatzsignal Qa an eine Dividierschaltung 17 b gegeben, die Qa : (Q₀/P₀) berechnet. Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 17 b entspricht einem Wert Pa×f. Es gilt die folgende Gleichung mit K=normierte spezifische Wärme:

Der Wert von Pa×f wird zusammen mit einem Drucksignal Ps betreffend den Lufteinlaßkanal an eine weitere Dividierschaltung 17 d gegeben. Das Drucksignal Ps wird an einem Eingangsanschluß 17 c gewonnen. Das mittels der Dividierschaltung 17 d gewonnene Signal wird an eine nachgeschaltete Vergleichseinheit 17 e gegeben, wo ein Druckverhältnis Ps/(Pa×f) und ein fester Wert "a" von beispielsweise 0,52828 miteinander verglichen werden. Wie Fig. 9 zeigt, tritt in einem Bereich von M (Mach′sche Zahl)=1 (unterhalb des festen Wertes "a" in den Bereich bis Ps/Pa=a) ein Schallschock auf und der Wert "f" ist konstant, in einem Bereich M<1 (oberhalb des Wertes "a") ist der Wert "f" nicht konstant. Deshalb wird ein Schalter 17 f ent sprechend dem Ergebnis des Vergleichs mittels der Vergleichseinheit 17 e geöffnet oder geschlossen. Ist Ps/(Pa×f)<a, ergibt sich entsprechend dem Diagramm nach Fig. 9 beispielsweise die Annahme, daß f=1, und der Schalter 17 f wird geschlossen, wodurch die Dividierschaltung 17 b mittels des Schalters 17 f ein Ausgangssignal entsprechend dem atmosphärischen Druck Pa abgibt. Ist Ps/(Pa×f)≧a, wird der Schalter 17 f geöffnet, weil nicht angenommen wird, daß beispielsweise f=1.

Gemäß dem herkömmlichen elektronischen Überwachungs system für die Brennkraftmaschine wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß der Wert "f" in dem Bereich von M=1 konstant ist, um den atmosphärischen Druck zu ermitteln. Somit ist der Wert auf einen Bereich von Ps/Pa<0,52828 beschränkt, i. e. auf den Leerlauf. Es ergab sich jedoch während des Leerlaufs das Problem, daß der Betrieb der Brennkraftmaschine entscheidend von der Temperatur, der Schwankung des Öffnungsgrades der Drosselklappe, der Schwankung des Luftdurchsatzes durch den Bypass, während die Drosselklappe ganz geschlossen ist, beeinflußt wird, wobei die Genauigkeit, mit der der atmosphärische Druck ermittelt wird, nicht zufriedenstellend war. Beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine mit einem Hubraum von 2 Litern beträgt der Luftdurchsatz während des Leerlaufs der Maschine 3 g/s, wohingegen der Durchsatz infolge von Leckagen in dem Bereich der Drosselklappe bis zu etwa 0,5 g/s beträgt. Darüber hinaus ist eine Konstante in der Gleichung zum Ermitteln des Luftdurch satzes aus dem Öffnungsgrad der Drosselklappe und dem Innendruck des Schwallraums abhängig von der Lufttemperatur, welche im wesentlichen der Wurzel aus einem Lufttemperaturverhältnis proportional ist. Darüber hinaus führt eine Abweichung des Öffnungsgrades der Drosselklappe zu einem erheblichen Fehler, weil der Luftdurchsatz im Leerlauf gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Unzugänglichkeiten des beschriebenen herkömmlichen elektronischen Überwachungssystems zu beseitigen und ein verbessertes elektronisches Überwachungs system für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung anzugeben, bei dem die auf den Atmosphären druck bezogenen Werte mit hoher Genauigkeit mittels einer kostengünstigen Anordnung gewonnen werden können, ohne daß ein teurer Atmosphärendrucksensor nötig ist.

Das erfindungsgemäße Überwachungssystem dient dazu, mittels Datenverarbeitungsmitteln die auf den Atmosphärendruck bezogenen Werte aus einem Ladewirkungsgrad usw. zu bestimmen, welcher durch selektive Verwendung von Signalen betreffend eine angesaugte Luftmenge und die Maschinendrehzahl gewonnen werden. Dabei werden vorher in einem Speicher in Form einer zwei dimensionalen Matrix der Ladewirkungsgrad usw. entsprechend dem Öffnungsgrad der Drosselklappe und der Maschinendrehzahl bei atmosphärischen Bezugs bedingungen gespeichert.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem Überwachungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch den Gesamtaufbau eines elektronischen Überwachungssystems nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus einer elektronischen Überwachungseinheit ECU innerhalb des Gesamtaufbaus des Systems nach Fig. 1;

Fig. 3 schematisch den Luftansaugabschnitt des Systems nach Fig. 1;

Fig. 4-7 Flußdiagramme des Betriebs des Systems nach bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen elektronischen Überwachungssystems, welches ein Signal für den Atmosphärendruck erzeugt; und

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einem Druckverhältnis und einem Wert "f".

Die erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsmittel ermitteln auf den Atmospährendruck bezogene Werte unter Verwendung des Phänomens, daß das Verhältnis folgender Werte unter atmosphärischen Bezugsbedingungen und unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen bei demselben Öffnungsgrad der Drossel klappe und derselben Maschinendrehzahl einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt, wodurch ein Bereich mit M<1 in Fig. 9 abgedeckt wird:

Fig. 1 zeigt ein elektronisches Überwachungssystem für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und insbesondere den Gesamtaufbau eines Kraftstoffein spritzüberwachungssystems der Hitzdrahtbauart. Da der Aufbau dieses Systems mit Ausnahme der ECU 17 im Zusammenhang mit der Beschreibung des Standes der Technik erläutert worden ist, sei hier nicht weiter auf Details eingegangen.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus der in Fig. 1 dargestellten ECU 17. Bezugszahl 171 bezeichnet ein digitales Interface zum Einspeisen digitaler Signale etwa von dem Kurbel winkelsensor 15, dem Leerlauferfassungsschalter 16 usw. Ein Ausgangssignal des digitalen Interfaces wird an einen Eingangs- oder Unterbrechungsanschluß einer CPU (Zentrale Verarbeitungseinheit) 172 gegeben, welche einen als solchen bekannten Mikroprozessor mit einem ROM 1721, in dem Überwachungsprogramme und Daten für die Flußdiagramme nach den Fig. 4 bis 7 gespeichert sind, einen RAM 1722 als Arbeits speicher usw. und einem Zeitgeber 1723 umfaßt, wobei der Mikroprozessor mittels eines Ausgangs signals eines Zeitgebers beispielsweise eine Kraft stoffeinspritzimpulsbreite erzeugt, welche mittels eines vorbestimmten Überwachungsprogramms ermittelt worden ist. Bezugszahl 173 bezeichnet ein analoges Interface, an das verschiedene analoge Signale von dem Sensor 8 für den Öffnungsgrad der Drossel klappe, dem AFS 11, dem Lufttemperatursensor 12, dem Wassertemperatursensor 14 usw. gegeben werden. Die Ausgangssignale des analogen Interfaces werden sequentiell von einem Multiplexer 174 ausgewählt, mittels eines A/D-Wandlers 175 gewandelt und als digitale Signal an die CPU 172 gegeben. Eine erste Steuerschaltung 176 steuert einen Einspritzer 5 mit einer Kraftstoffeinspritz-Impulsbreite an, welche mittels der CPU 172 gewonnen worden ist. Eine zweite Steuerschaltung 177 steuert den Bypass- Luftmengenregulator 10 mit einer ISC-Steuerimpuls breite an, welche mittels der CPU 172 unter Verwendung eines vorbestimmten Überwachungsprogramms errechnet und mittels eines Ausgangssignals eines Zeitgebers erzeugt wird.

Die CPU 172 speichert in ihrem ROM 1721 in Form einer zweidimensionalen Matrix den Ladewirkungsgrad η _c0 unter atmosphärischen Bezugsbedingungen (Atmosphären druck P₀ und Lufttemperatur T₀) mit der Maschinen drehzahl und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe als Parameter. Ferner speichert er vorher gewonnene Werte für Abfragen und Datenverarbeitungen. Die CPU 172 speichert in ihrem ROM 1721 ferner in Form einer Matrix beispielsweise den maximalen Luftdurchsatz Q _max0 unter atmosphärischen Bezugsbedingungen mit der Maschinendrehzahl als Parameter.

Bevor der Betrieb der CPU 172 erläutert wird, sei zuvor der theoretische Hintergrund eines Verfahrens zum Erfassen des Atmosphärendrucks nach der Erfindung dargelegt.

Das Prinzip der Erfassung des Atmosphärendrucks ist wie folgt: in Fig. 3 wird angenommen, daß der Atmosphärdruck Pa, die (atmosphärische) Luft temperatur Ta, der von dem AFS gemessene Ansaugluft durchsatz Qa, der Öffnungsgrad der Drosselklappe R, ein Durchlaßbereich für Luft im Drosselklappenab schnitt S(R) und der Innendruck des Schwallraums Ps sind.

Der Durchsatz Qt von Luft durch den Drosselklappenab schnitt berechnet sich gemäß Gleichung (1) zu:

K steht für eine normierte spezifische Wärme von Luft und R für eine Gaskonstante von Luft.

Der Ansaugluftdurchsatz Qe der Brennkraftmaschine berechnet sich gemäß Gleichung (2) zu:

Qe = N/30 · V _H · ρ₀ · η _C (2)

N steht für die Maschinendrehzahl (U/min), V _H für einen Hubraum; ρ₀ für die Luftdichte unter atmos phärischen Bezugsbedingungen und η _C für einen Ladewirkungsgrad.

Bei gleichförmigem Lauf der Brennkraftmaschine gilt die folgende Gleichung (3):

Qa = Qt = Qe (3)

Aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich Gleichung (4) für den Ladewirkungsgrad η _C:

Wenn Qt=Qe, ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2) die folgende Gleichung (5):

Da unter atmosphärischen Bezugsbedingungen Pa=P₀, Ta=T₀ ergibt sich Gleichung (6):

P _S0 steht für den Innendruck des Schwallraums unter atmosphärischen Bezugsbedingungen und η _C0 für den Ladewirkungsgrad unter denselben Bedingungen.

Für den Fall, daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe und die Maschinendrehzahl die gleichen sind, ergibt sich durch Dividieren von Gleichung (6) durch Gleichung (5) die folgende Gleichung (7):

Der dritte Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (7) kann mittels einer Funktion mit der atmosphärischen Temperatur Ta als einzige Variable angenähert werden, was weiter unten erläutert ist. Der dritte Ausdruck hat einen geringeren Einfluß als der erste Ausdruck auf der rechten Seite, so daß die folgenden ange näherten Ausdrücke (8a), (8b) und (8c) gewonnen werden können.

g(Ta) steht für eine Funktion mit Ta als Parameter.

Bei Verwendung von auf den Atmosphärendruck bezogenen Werten können die folgenden angenäherten Ausdrücke (8d) und (8e) gewonnen werden, in denen die Außen temperatur Ta nicht mehr vorkommt:

Pa/P₀ ≒ η _C/η _{C 0} (8d)

Pa ≒ P₀ · η _C/η _{C 0} (8e)

Nachstehend ist der angenäherte Ausdruck des dritten Terms auf der rechten Seite von Gleichung (7) erläutert.

Unter Verwendung eines Volumenwirkungsgrades η _V ergibt sich aus Gleichung (2) die folgende Gleichung (2a):

Qe = (N/30) · V _H · ρ _S · η _V (2a)

ρ _S steht für die Luftdichte in dem Schwallraum.

η _V ergibt sich aus der folgenden Gleichung (9):

η _V = ε/ε-1 · {1 - Pr/Ps · 1/K ε} (9)

ε steht für ein Verdichtungsverhältnis und Pr für einen Abgasdruck.

ρ _S berechnet sich zu:

ρ _S = p₀ · T₀/Ts · Ps/P₀ (10)

ρ₀ steht für eine atmosphärische Bezugsdichte, T₀ für eine atmosphärische Bezugstemperatur und P₀ für einen atmosphärischen Bezugsdruck.

In der Praxis werden der Abgasdruck Pr durch den Atmosphärendruck Pa in Gleichung (9) und die Temperatur Ts in dem Schwallraum durch die Atmosphärentemperatur Ta in Gleichung (10) angenähert, wodurch Gleichung (2a) wie folgt geschrieben werden kann:

Qe = N/30 · V _H · ρ₀ · T₀/Ta · Ps/P₀ · ε/ε-1 · {1-Pr/Ps · 1/K e} (11)

Unter der Annahme, daß die Gleichungen (1) und (11) äquivalent sind, ergibt sich Gleichung (12) zu:

In Gleichung (12) ist Ps/Pa=f(R, N, Ta) und somit nicht vom Atmosphärendruck Pa abhängig. Werden also der Öffnungsgrad R der Drosselklappe und die Maschinendrehzahl festgelegt, besteht nur noch eine Abhängigkeit von der Außentemperatur Ta.

Wird der Wert Ps/Pa mit demselben Öffnungsgrad der Öffnungsklappe und derselben Maschinendrehzahl aus der Gleichung (12) mit dem Öffnungsgrad 0 der Drosselklappe, der Maschinendrehzahl N und der Außentemperatur Ta als Parameter berechnet, verändert sich dieses Verhältnis um ca. 6%, wenn die Außen temperatur sich um 50°C ändert. Mit dem folgenden dritten Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (7) ändert sich unter denselben Bedingungen das Verhältnis um weniger als 2%:

Der beschriebene Fehler in der Erfassung des Atmosphären drucks ist normalerweise unbeachtlich. Daher kann der dritte Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (7) ignoriert werden, wodurch die Näherungsausdrücke (8b) und (8c) erhalten werden können.

Nachstehend ist das Flußdiagramm nach Fig. 4 zum Ermitteln eines korrekten Wertes Pa/P₀ in Überein stimmung mit dem Atmosphärendruck auf der Grundlage des Näherungsausdrucks (8b) erläutert. Schritt S 1 ist eine Routine zum Festlegen eines Arbeitsbereiches, in dem der Atmosphärendruck erfaßt wird. Die entsprechenden Details sind nachstehend im Zusammenhang mit dem Flußdiagramm nach Fig. 5 erläutert. Ist es der Arbeitsbereich, wird zu Schritt S 2 übergegangen, während anderenfalls die Verarbeitungs abfolge nach Fig. 4 beendet wird. Schritt S 2 steht für eine Routine zum Abfragen, ob die Brennkraftmaschine stabil arbeitet. Arbeitet die Brennkraftmaschine stabil, wird unter Verwendung von Gleichung (3) zu Schritt S 3 übergegangen, während dann, wenn die Maschine nicht stabil arbeitet, das Flußdiagramm nach Fig. 4 beendet wird. In Schritt S 3 werden zweidimensionale Matrizen des Öffnungsgrades der Drosselklappe und der Maschinendreh zahl unter Verwendung der Signale betreffend den Öffnungsgrad R der Drosselklappe, der mittels des Sensors 8 erfaßt wird, und der Maschinendrehzahl N, die mittels des Kurbelwinkelsensors 15 ermittelt wird, abgefragt, um den Ladewirkungsgrad η _C0 unter atmosphärischen Bezugsbedingungen zu erhalten. In Schritt S 4 wird der aktuelle Ladewirkungsgrad η _C auf der Grundlage der Gleichung (4) unter Verwen dung des genannten Signals N für die Maschinendrehzahl, des Luftdurchsatz-Signals von dem AFS 11 (oder der Luftdurchsatz nach Fig. 7 auf der Grundlage des von dem AFS 11 erfaßten Wertes) und der vorher gespeicherten Werte V _H und ρ₀ gewonnen. In Schritt S 5 wird der korrekte, auf den Atmosphärendruck bezogene Wert Pa/P₀ auf der Grundlage des Näherungs ausdrucks (8b) unter Verwendung der vorher ermittelten Werte η _C0 und η _C, der mittels des Lufttemperatur sensors 12 erfaßte Temperatur Ta und der entsprechend den atmosphärischen Bedingungen vorher gespeicherte Lufttemperatur T₀ ermittelt.

Während das Flußdiagramm nach Fig. 4 ein Beispiel zum Ermitteln des korrigierten Wertes Pa/P₀ ent sprechend dem Atmosphärendruck zeigt, ist es auch möglich, daß in Schritt S 3 ein Wert für den Bezugsluft durchsatz Q₀ unter Atmosphärenbedingungen gewonnen wird, der von 0 und N abhängt, und dann in Schritt S 5 der korrigierte Wert Pa/P₀ entsprechend dem Atmosphärendruck zu √×Qa/Q₀ ermittelt und Schritt S 4 übersprungen wird. Die Berechnungen in Schritt S 5 erfolgen unter Verwendung des Näherungs ausdrucks (8b). Sie können jedoch auch unter Verwendung des Näherungsausdrucks (8a) oder (8d) erfolgen. Insbesondere dann, wenn der Ausdruck (8d) verwendet wird, muß die Lufttemperatur nicht gemessen werden, weshalb der Temperatursensor 12 nach Fig. 1 nicht erforderlich ist, was den Aufbau des Systems verein facht.

Nachstehend ist der Entscheidungsprozeß für den Erfassungsbereich unter Bezugnahme auf das Fluß diagramm nach Fig. 5 erläutert. Schritt S 11 stellt eine Routine dar, in der abgefragt wird, ob der mittels des Sensors 8 erfaßte Öffnungsgrad R der Drosselklappe in einem vorbestimmten Bereich liegt. Der untere Grenzwert R _L wird größer als der Öffnungs grad der Drosselklappe im Leerlauf gewählt. Der obere Grenzwert R _H wird in einen Bereich gelegt, in dem keine Gefahr besteht, daß die Brennkraft maschine stottert. Wird beispielsweise der Öffnungsgrad der Drosselklappe im Leerlauf auf 10° festgelegt, sollte R _L vorzugsweise zu 15° und R _H zu 30° gewählt werden. Liegt der Öffnungsgrad R der Drosselklappe in einem vorbestimmten Bereich zwischen R _L und R _H, wird zu Schritt S 12 übergegangen. Anderenfalls wird in Schritt S 16 festgestellt, daß der momentane Betriebsbereich außerhalb des Erfassungsbereiches liegt. In Schritt S 12 wird abgefragt, ob die mittels eines Ausgangssignals von dem Kurbelwinkelsensor 15 erfaßte Maschinendrehzahl N innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Während keine bestimmte Begrenzung auf einen oberen oder einen unteren Grenzwert N _H bzw. N _L vorgenommen wird, ist es jedoch wünschenswert, die Maschinendrehzahl in einen normalen Bereich von N _L=ca. 1000 U/min und N _H=ca. 4000 U/min liegt. Liegt die Maschinendrehzahl in einem vorbestimmten Bereich zwischen N _L und N _H wird zu Schritt S 13 übergegangen. Anderenfalls wird in Schritt S 16 festgestellt, daß der momentane Betriebs bereich außerhalb des Erfassungsbereiches liegt.

In Schritt S 13 wird abgefragt, ob die mittels des Wassertemperatursensors 14 erfaßte Wassertemperatur T _W oberhalb eines vorbestimmten Wertes T _WT liegt. Normalerweise liegt der Wert T _WT in einem Bereich von 60°C bis 80°C. Die Wassertemperatur ist in dem Fall zu berücksichtigen, daß der Brennkraft maschine 1 Luft von einem nicht mit dem Drosselklappen abschnitt übereinstimmenden Abschnitt zugeführt wird und den Bypass 9 und den Bypass-Luftmengen regulator 10 bei niedriger Wassertemperatur passiert.

Liegt die Wassertemperatur T _W oberhalb des vorbe stimmten Wertes T _WT, wird zu Schritt S 14 überge gangen. Anderenfalls wird in Schritt S 16 festgestellt, daß der momentane Betriebsbereich außerhalb des Erfassungsbereiches liegt. In Schritt S 14 wird auf der Grundlage eines Ausgangssignals von dem Leerlauferfassungsschalter 16 festgestellt, ob daß Kraftübertragungsgetriebe in der Neutralstellung oder der Übertragungsstellung ist. Die Entscheidung kann im Falle eines (Hand) Schaltgetriebes (M/T) mittels eines Leerlaufschalters erfolgen. Im Falle des Automatikgetriebes (A/T) kann die Abfrage durch eine Abfrage ersetzt werden, ob das Getriebe in der D-Stellung oder in der N-Stellung steht. Die Abfrage wird so durchgeführt, daß Schwankungen des Betriebszustands der Maschine im Leerlauf eliminiert werden, so daß im Leerlauf der Betriebsbereich außerhalb des Erfassungsbereiches liegt.

Ist der Leerlauferfassungsschalter 16 in der AUS- Stellung, aber das Getriebe nicht in der Leerlauf stellung, wird zu Schritt S 15 übergegangen, um festzustellen, daß der momentane Betriebsbereich innerhalb des Erfassungsbereiches liegt. Ist jedoch der Leerlauferfassungsschalter 16 in EIN-Stellung und das Getriebe in der Leerlaufstellung, wird in Schritt S 16 festgestellt, daß der momentane Betriebsbereich außerhalb des Erfassungsbereiches liegt.

Nachstehend ist unter Bezugsnahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 6 der Entscheidungsprozeß während des stabilen Betriebs der Brennkraftmaschine erläutert.

In Schritt S 21 wird abgefragt, ob der Betrag |ΔR| der Abweichung des Öffnungsgrades der Drossel klappe zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt, der mittels einer Routine (in Fig. 6 nicht gezeigt) ermittelt worden ist, oberhalb eines vorbestimmten Wertes R _T liegt. Liegt der Betrag oberhalb des vorbestimmten Wertes R _T, wird in Schritt S 22 eine feste Zeitspanne in einen ersten Zeitgeber gesetzt. Erreicht der Betrag den vorbestimmten Wert R _T nicht, wird in Schritt S 23 abgefragt, ob der erste Zeitgeber auf Null steht. Steht der erste Zeitgeber auf Null, wird zu Schritt S 25 übergegangen. Steht der erste Zeitgeber jedoch nicht auf Null, wird er in Schritt S 24 abgesenkt. In den Schritten S 25 bis S 28 wird die Maschinendrehzahl in derselben Art und Weise wie in den Schritten S 21 bis S 24 ermittelt, wobei |Δ N| den Betrag einer Abweichung der Maschinendrehzahl und N _T einen vorbestimmten Wert darstellen.

In Schritt S 29 wird abgefragt, ob sowohl der erste als auch der zweite Zeitgeber auf Null stehen. Ist die Bedingung erfüllt, wird in Schritt S 2 A festgestellt, daß die Maschine stabil arbeitet. Ist die Bedingung jedoch nicht erfüllt, wird in Schritt S 2 B festgestellt, daß sich der Betriebszu stand der Maschine ändert. Während einer vorbestimmten Zeitspanne vom Auftreten einer Änderung des Öffnungs grades der Drosselklappe oder der Maschinendrehzahl stellen der beiden Zeitgeber somit fest, daß sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändert.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm einer Routine zum Ermitteln des Luftdurchsatzes Qa unter Verwendung des korrigierten Wertes entsprechend dem Atmosphären druck. In Schritt S 71 wird der Maximalwert des Luftdurchsatzes Q _max0 entsprechend der jeweiligen Maschinendrehzahl unter atmosphärischen Bezugsbe dingungen ermittelt, wobei f(N) eine Wertetabelle für den Maximalwert des Luftdurchsatzes Q _max0 mit der Maschinendrehzahl als Argument darstellt, aus der ein entsprechender Maximalwert Q _max0 des Luft durchsatzes auf der Grundlage der mittels eines Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 15 gewonnenen Maschinendrehzahl N ermittelt wird.

In Schritt S 72 wird auf der Grundlage der Maschinen drehzahl festgestellt, ob die Brennkraftmaschine in einem Bereich betrieben wird, in dem sie stottert oder spuckt. Liegt die Maschinendrehzahl in einem Stotter- bzw. Spuckbereich zwischen N₁ und N₂, wird zu Schritt S 73 übergegangen, anderenfalls zu Schritt S 74. In Schritt S 73 wird der genannte Maximalwert Q _max0 des Luftdurchsatzes bei atmosphärischen Bezugsbedingungen entsprechend dem Atmosphären druck und der Atmosphärentemperatur korrigiert, um so den Maximalwert Q _max des Luftdurchsatzes unter den aktuellen atmosphärischen Bedingungen aus der folgenden Gleichung (13) zu ermitteln:

Q _max = Q _max0 · Pa/P₀ T₀/Ta (13)

T₀ steht für einen Lufttemperaturwert unter atmosphärischen Bezugsbedingungen und Ta für einen mittels des Lufttemperatursensors 12 erfaßten aktuellen Lufttemperaturwert.

Der dritte Term für die Lufttemperaturkorrektur auf der rechten Seite von Gleichung (13) kann zum Zwecke der Vereinfachung des elektronischen Über wachungssystems fortgelassen oder unter Verwendung des Wassertemperatursensors 14 durch die korrigierte Wassertemperatur ersetzt werden.

In Schritt S 74 wird der Maximalwert Q _max des Luftdurch satzes durch den Maximalwert Q _max0 unter atmosphärischen Bezugsbedingungen ersetzt. Dieser Verfahrens schritt ist für den Fall vorgesehen, daß ein AFS verwendet wird, der den Luftmassendurchsatz in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine messen kann, der außerhalb des Spuck- bzw. Stotterbereichs liegt. Anderenfalls wird in den Schritten S 72 und S 74 keine Verarbeitung vorgenommen. Es ist ebenfalls möglich, die Verarbeitungsschritte S 72 und S 74 dann fortzulassen, wenn ein AFS verwendet wird, der den Luftmassendurchsatz exakt messen kann.

In Schritt S 75 werden der gemessene Luftdurchsatz Qa und der genannte Maximalwert Q _max0 des Luftdurch satzes miteinander verglichen. Ist Qa≧Q _max0 wird Qa in Schritt S 76 durch Q _max ersetzt. Ist Qa<Q _max, wird keine Verarbeitung vorgenommen und die Ver arbeitung nach Fig. 7 ist abgeschlossen.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Hitzdraht-Luftmassensensor 11 als AFS gezeigt. Es ist jedoch darüber hinaus auch möglich andere Arten von AFS zum Messen der Luftmenge zu verwenden. Ferner kann die Erfindung auch auf einen AFS angewendet werden, der das Volumen der Luft mißt. Beispielsweise gilt bei Verwendung eines AFS mit Flügelrad die folgende Beziehung:

Qa = √ · Q _U (14)

Qa steht für einen Massendurchsatz, ρ für einen atmosphärischen Dichtewert und Q _U für einen Volumen durchsatz. Aus den Gleichungen (4), (8b) und (14) kann die folgende Beziehung hergeleitet werden:

Somit gilt:

Pa/P₀ = (Q _U/Q _U0)² (15)

Pa = P₀ · (Q _U/Q _U0)² (16)

Q _U0 steht für einen Volumendurchsatz von Luft unter atmosphärischen Bezugsbedingungen - ein Wert, der vorher in einer zweidimensionalen Matrix mit dem Öffnungsgrad R der Drosselklappe und der Maschinen drehzahl gespeichert ist. Es kann somit der korrigierte Wert entsprechend dem Atmosphärendruck mittels der Gleichung (15) gewonnen werden.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden keine Maßnahmen zum Korrigieren des Einflusses von Luft vorgenommen, die durch den Bypass-Luft mengenregulator 10 strömt. Der Wert für den Atmosphärendruck kann jedoch entsprechend der Luftmenge, die durch den Bypass-Luftmengenregulator 10 strömt oder einen diesbezüglichen Schätzwert korrigiert werden.

Während nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein korrigierter Wert Pa/P₀ entsprechend dem Atmosphärendruck verwendet wird, kann ferner der Atmosphärendruck Pa durch Multiplizieren von P₀ mit einem in Schritt S 5 gewonnenen Wert oder durch Verwendung von Gleichung (8a) multipliziert mit P₀ (8c), (8e) und (16) anstelle von Schritt S 5 gewonnen werden. Der Atmosphärendruck Pa kann wie vorstehend beschrieben beispielsweise durch Dividieren durch P₀ usw. verwendet werden. Ferner kann der Atmosphärendruck für die Überwachung der Kraftstoff zuführmenge an die Brennkraftmaschine, des Zünd zeitpunkts, der gewünschten Maschinendrehzahl, der Bypass-Luftmenge in die und aus der Brennkraft maschine und anderer charakteristischen Betriebs werte verwendet werden.

Das elektronische Überwachungssystem für die Brenn kraftmaschine mit innerer Verbrennung nach der Erfindung ist so aufgebaut, daß der Ladewirkungsgrad oder dessen bezogene Wert unter atmosphärischen Bezugsbedingungen vorher in Form zweidimensionaler Matrizen des Öffnungsgrades der Drosselklappe und der Maschinendrehzahl gespeichert werden und daß die auf den Atmosphärendruck bezogenen Werte aus dem Ladewirkungsgrad, der unter definierten atmosphärischen Bedingungen ermittelt worden ist, oder aus dessen bezogenen Werten und den vorher gespeicherten Werten ermittelt werden, wodurch das erfindungsgemäße elektronische Überwachungssystem bei geringen Herstellungskosten mit hoher Genauigkeit arbeitet.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombi nationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. Elektronisches Überwachungssystem für eine Brenn kraftmaschine mit innerer Verbrennung, bei dem für die Überwachung der Brennkraftmaschine not wendige Parameter unter Verwendung von Hilfsgrößen ermittelt werden, wodurch charakteristische Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine überwacht werden, gekennzeichnet durch Speicher mittel (1721) zum vorherigen Speichern eines Ladewirkungsgrades selbst oder darauf bezogener Werte entsprechend dem Öffnungsgrad einer Drossel klappe (7) und der Maschinendrehzahl unter atmosphärischen Bezugsbedingungen in Form einer zwei dimensionalen Matrix; und Verarbeitungsmittel (172) zum Verarbeiten von auf den Atmosphärendruck bezogenen Werten, welche mindestens den Atmos phärendruck beinhalten und von dem Atmosphären druck abhängen, entsprechend einer vorbestimmten Verarbeitungsgleichung, in welche das Verhältnis zwischen dem Ladewirkungsgrad selbst oder eines auf den Ladewirkungsgrad bezogenen Wertes, der unter selektiver Verwendung von Signalen betreffend einen Ansaugluftdurchsatz zu gewinnen ist, und der Maschinendrehzahl eingeht.

2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs mittel (172) die auf den Atmosphärendruck bezogenen Werte entsprechend der Temperatur unter Verwendung eines Temperatursignals eines Lufttempe ratursensors (12) und eines vorher unter atmosphärischen Bezugsbedingungen festgelegten atmosphärischen Bezugstemperatursignals korrigieren.

3. Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Begrenzungsmittel, die beinhalten: einen oberen Grenzwert, der mittels Korrektur mit den auf den Atmosphärendruck bezogenen Werten des maximalen Ladewirkungsgrades, welcher vorher bei der entsprechenden Maschinendrehzahl unter atmosphärischen Bezugsbedingungen gewonnen ist, oder des auf den maximalen Wirkungsgrad bezogenen maximalen Wertes bei dem entsprechenden Luftdurch satz aus einem Luftmassensensor gewonnen ist, und zwar zum Zeitpunkt der Ermittlung des Ansaug luftdurchsatzes der Brennkraftmaschine, als Überwachungsparameter.

4. Überwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungs mittel einen Korrekturbereich, der mit den auf dem Atmosphärendruck bezogenen Werten korrigiert werden soll, innerhalb eines Bereiches der Maschinendrehzahl festlegen, der einen Aussetzbereich beinhaltet, innerhalb dessen die Brennkraftmaschine mit Aussetzern läuft bzw. stottert.

5. Überwachungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel (172) die auf den Atmosphärendruck bezogenen Werte ermitteln, wenn der Betriebsbereich der Brennkraftmaschine innerhalb eines Teilabschnittes liegt.