![]() Device for measuring a pulsating variable in an internal combustion engine
专利摘要:
公开号:WO1989007241A1 申请号:PCT/DE1989/000062 申请日:1989-02-02 公开日:1989-08-10 发明作者:Martin Chrobaczek;Helmut Denz;Andreas Roth;Hans Heim 申请人:Robert Bosch Gmbh; IPC主号:G01D3-00
专利说明:
[0001] Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe bei einer Brennkraftmaschine [0002] Stand der Technik [0003] Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. [0004] Es ist bekannt, daß wesentliche Größen bei Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise der Unterdruck im Ansaugrohr guasikontinuierliche Größen sind, die im Arbeitstakt der Brennkraftmaschine pulsieren bzw. periodisch schwanken. Zur Regelung der Brennkraftmaschine wird jedoch der Mittelwert dieser Größen benötigt. [0005] Einrichtungen zum Erfassen einer periodisch schwankenden Größe, bei¬ spielsweise des Unterdrucks im Ansaugrohr, und zur Bestimmung des Mittelwerts dieser Größe sind bereits bekannt. So wird in der DE-OS 32 23 328 der Druck einmal pro Zündabstand zündungssynchron gemessen und aus dem so erhaltenen λugenblickswert des Druckes der Mittelwert berechnet. Bei einer Phasenverschiebung des Drucksignals die beispielsweise von Kraftstoffkondensaten, die sich im Schlauch zwischen Saugrohr und Druckgeber niederschlagen können, verursacht wird, führt die in der DΞ-OS 32 23 328 vorgeschlagene Lösung jedoch zu Fehlern bei der Mittelwertbildung. In der DE-OS 32 12 561 wird der Saugrohrdruck durch winkelfeste Zweifachabtastung pro Zündabstand ermittelt. Eine Zweifachabtastung des Saugrohrdruckes pro Zündabstand würde bei nur vorhandener Grund¬ schwingung genügen, den exakten Mittelwert des Saugrohrdruckes zu ermitteln. Bei gewissen Drehzahlen sind jedoch dem periodischen Saugrohrdruckverlauf noch höherfrequente Anteile überlagert, die dazu führen können, daß selbst bei Zweifachabtastung noch Fehler bei der Mittelwertbildung auftreten können. [0006] Vorteile der Erfindung [0007] Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch Dämpfung, entweder der pulsierenden Größe selbst oder aber des Ausgangssig¬ nales eines Sensors, der eine pulsierende Größe erfaßt, ein Signal¬ verlauf erhalten wird, der für alle Drehzahlen nahezu sinusförmig bzw. quasisinusförmig mit der Periodendauer des Zündabstandes ist. Durch die Zweifachabtastung pro Zündabstand bzw. Periodendauer der pulsierenden Größe kann damit aus diesem Signalverlauf in jedem Drehzahlbereich und bei jeder Phasenlage ein fehlerfreier Mittelwert gebildet werden. [0008] Ist die pulsierende Größe der Saugrohrdruck, so kann durch Filterung des Saugrohrdruckes mittels eines pneumatischen Filters für alle Drehzahlen ein nahezu sinusförmiger Druckverlauf am Drucksensor er¬ halten werden. [0009] Durch eine geeignete Ausgestaltung des pneumatischen Filters kann¬ verhindert werden, daß Kondensat zum Drucksensor gelangt und zu einer Zerstörung des Drucksensors führt. Ein weiterer Vorteil ist, daß der vom Drucksensor beherrschte Maximaldruck bzw. der beherrsch¬ bare Druckbereich nicht unnötig groß sein muß, da die Pulsationen nur gedämpft zum Sensor gelangen. Ist vorgesehen, den Drucksensor im Steuergerät anzuordnen, wird das pneumatische Filter mittels eines zusätzlichen Schlauches variabler Länge mit dem Saugrohr verbunden. Dadurch kann das Steuergerät an beliebiger Stelle eingebaut werden, ohne daß die Dimensionierung des pneumatischen Filters verändert werden muß. [0010] Bei Drucksensoren, die außerhalb des Steuergerätes angeordnet sind, kann ein besonders einfaches pneumatisches Filter, das lediglich aus einer Drossel und einem kurzen Schlauch besteht, verwendet werden. [0011] Anstelle eines pneumatischen Filters zur Glättung des Saugrohrdrucks am Eingang des Drucksensors kann auch ein elektrisches bzw. elek¬ tronisches Filter zur Glättung des Sensorausgangssignals verwendet werden. i — Besonders vorteilhaft ist, daß auch andere pulsierende Größen mit¬ tels eines dem jeweiligen Sensor nachgeschalteten elektrischen bzw. elektronischen Filters so gedämpft werden können, daß ein quasi¬ sinusförmiges Signal entsteht. Ein nachgeschaltetes elektronisches Filter ist jedoch nur bei Sensoren mit näherungsweise linearer Kenn¬ linie vorteihaft, da stark gekrümmte Kennlinien sonst zu einem Mit¬ telwertfehler führen. [0012] Weiterhin ist vorteilhaft, daß der Sensor selbst so ausgebildet wer¬ den kann, daß die Filtereigenschaften im Sensor selbst enthalten sind. So kann z.B. ein Heißfilm-Luftmassenmesser in seiner thermi¬ schen Eigenschaft so abgestimmt werden, daß höherfrequente Pulsa¬ tionen des Luftmassenstroms gefiltert werden und nur noch die Grund¬ schwingung im Ausgangssignal enthalten ist. Durch jede genannte Art der Filterung kann auf vorteilhafte Weise ein bei allen Drehzahlen quasi-sinusförmiges Signal erzeugt werden, aus dem durch Zweifachabtastung pro Zündabstand in jedem Drehzahl¬ bereich ein fehlerfreier Mittelwert gebildet werden kann. [0013] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrich¬ tung möglich. [0014] Zeichnung [0015] Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der fol¬ genden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren la bis c repräsentativ für andere pulsierende Größen den Verlauf des Saug¬ rohrdrucks über der Kurbelwellenwinkelstellung °KW bzw. der Zeit t bei verschiedenen Betriebsbedingungen, Figur 2 zeigt den prinzipiel¬ len Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der als Sensor ein Drucksensor innerhalb des Steuergerätes an¬ geordnet ist, Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Einrichtung mit einem Drucksensor, der außerhalb des Steuer¬ gerätes befestigt ist und Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Signalauswertung mit einem Heißfilm-Luftmassenmesser(HFM) als Sensor. [0016] Beschreibung der Ausführungsbeispiele [0017] In den Figuren la bis c ist der Saugrohrdruck einer Vierzylin¬ der-Brennkraftmaschine über dem Kurbelwellenwinkel bzw. der Zeit aufgetragen. Der Zündabstand entspricht einer Periode des Saugrohr- drucksignals, bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine also 180° KW. In einem Bereich 1 der Figuren la bis c ist das Beispiel einer zündungsynchronen Druckerfassung einmal pro Zündung in einer festen Winkellage dargestellt. In Grad KW ausgedrückt, wird bei der Vierzylinder-Brennkraftmaschine also der Druck alle 180° erfaßt. Durch die Symbole x und o sind zwei verschiedene Winkellagen mar¬ kiert, bei denen der Augenblickswert des Druckes maximal vom Mittel¬ wert abweicht. Wird der Druck bei x erfaßt, dann ist der ermittelte Wert kleiner als der Mittelwert, bei o wäre er größer. [0018] In einem Bereich 2 ist das Beispiel einer zündungssynchronen Druck¬ erfassung zweimal pro Zündung, in zwei winkelfesten Kurbelwellen¬ positionen dargestellt. Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine wird der Saugrohrdruck also alle 90° KW erfaßt. Die Symbole x und o markieren zwei verschiedene Winkellagen, bei denen der Augenblicks¬ wert des Saugrohrdrucks erfaßt werden kann, d.h. es wird entweder immer bei x oder immer bei o abgetastet. Im Bereich 3 ist der Mit¬ telwert der bei der Zweifachabtastung in dem im Bereich 2 angege¬ benen Punkten erhaltenen Meßwerte durch die Markierungen x und o angegeben. • [0019] Figur la repräsentiert den ungefilterter Saugrohrdruckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel °KW bzw. der Zeit t bei einer hohen Drehzahl, beispielsweie bei 6000 Umdrehungen pro Minute, wo bei vielen Motoren im wesentlichen nur eine Grundschwingung vorliegt. Der im Bereich 3 skizzierte Mittelwert der aus den im Bereich 2 skizzierten Meßwerten x,x bzw. o,o berechnet wird, entspricht dem tatsächlichen Mittelwert des Saugrohrdrucks. Figur lb zeigt den ungefilterten Saugrohrdruck¬ verlauf über den Kurbelwellenwinkel für eine niedrige bis mittlere Drehzahl, beispielsweise 2000 Umdrehungen pro Minute. Bei niedriger und mittlerer Drehzahl sind der Grundfreguenz der Saugrohrdruck- oszillationen noch h herfrequente Anteile überlagert, die dazu füh¬ ren, daß der durch winkelfeste Zweifachabtastung im halben Zündab¬ stand in den durch x und o repräsentierten Kurbelwinkelpositionen und anschließender Mittelwertbildung erhaltene Saugrohrdruckwert nicht unbedingt dem tatsächlichen Mittelwert entspricht. Figur lc zeigt den gefilterten Saugrohrdruckverlauf über dem Kurbelwellen- winkel für die gleiche Drehzahl wie Ib. Dieser gefilterte Saugrohr¬ druckverlauf wird entweder durch die Vorschaltung eines pneumati¬ schen Filters vor den Drucksensor oder durch elektronische Filterung des Drucksensor-Ausgangssignals erreicht. Durch geeignete Dimensio¬ nierung des Filters wird erreicht, daß auch bei kleinen Drehzahlen vo Drucksensor wieder ein nahezu sinusförmiges Ausgangssignal des Drucksensors erreicht wird. Die winkelfeste Zweifachabtastung pro Zündabstand bzw. Periodenabstand führt damit wieder zu einem korrek¬ ten Mittelwert. Figur lc zeigt zwei aus Abtastungen in den Punkten x,x bzw. 0,0 erhaltene Mittelwerte des Saugrohrdrucks. [0020] Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ein¬ richtung mit einem pneumatischen Filter, wobei die zu erfasssende pulsierende Größe der Saugrohrdruck ist. Vom Saugrohr 10 führt ein Schlauch variabler Länge 11 (<'3"m) und zur Vermeidung unerwünschter Verzögerung des Druckanstiegs ausreichend großem Durchmesser von z.B. 5 mm zu einer Drossel 12 »am Eingang des Kondensatabscheiders 13. Der Kondensatabscheider 13 und die Drossel 12 bilden dabei ein pneumatisches Filter mit einer Zeitkonstante von etwa 20 ms. Ein solcher Wert für die Zeitkonstante des Filters hat sich bei einer schnellstmöglichen Drosselklappenöffnung von 50 ms als akzeptabel erwiesen. Vom Kondensatabscheider 13 führt ein kurzer Schlauch fe¬ ster Länge (10 bis 20 cm) 14 mit einem Durchmesser von 3 mm zum Druckfühler 15, der direkt in das Steuergerät 16 eingebaut ist. [0021] Die Dimensionierung der Drossel 12 und des Kondensatabscheiders 13, die das pneumatische Filter bilden, werden so gewählt, daß der ge¬ filterte Saugrohrdruck, der am Druckfühler 15 herrscht, bei kleinen Drehzahlen eine sinusförmige Pulsation aufweist. In diesem Fall ist gewährleistet, daß bei zweimaliger Druckabtastung pro Zündung, der exakte Mittelwert des Saugrohrdrucks berechenbar ist. Die Optimie¬ rung der Maße der Drossel und des Kondensatabscheiders erfolgt auf experimentellem Wege. Da das pneumatische Filter 12, 13 zusammen mit dem kurzen Schlauch 14 unabhängig vom Einbauort des Steuergerätes eine gleichbleibende Geometrie aufweist, muß die Anpassung des pneu¬ matischen Filters nur einmal erfolgen. [0022] Der Kondensatabscheider 13 soll bevorzugt an der tiefsten Stelle der Einrichtung eingebaut werden. Für die Beseitigung eventuell anfal¬ lender Kondensate sind Mittel vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 nicht dargestellt sind (z.B. Verdunstung der Kondensate durch geeignete Wärmezufuhr). [0023] In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Druckleitung vom [0024] Steuergerät zum Saugrohr stetig fallend um eine Zerstörung des [0025] Drucksensors durch Kondensate zu vermeiden. i -• [0026] Figur 3 zeigt ein zusätzliches Ausführungsbeispiel, bei dem der Drucksensor bzw. Druckfilter 15 außerhalb des Steuergerätes 16 an der Karosserie der Brennkraftmaschine befestigt ist. Dabei ist der Drucksensor 15 über einen Schlauch 14, der dem kurzen Schlauch 14 nach Figur 2 entspricht, mit dem Saugrohr 10 verbunden, wobei am Saugrohr 10 eine Drossel 12 vorgesehen ist. [0027] Die Drossel 12 und der Schlauch 14 bilden das pneumatische Filter, das die im Saugohr auftretenden Druckschwankungen dämpft und damit dem Drucksensor 15 einen auswertbaren, etwa quasi-sinusförmigen Druckverlauf zuführt. Die Zeitkonstante des pneumatischen Filters (Filterkonstante) beträgt etwa 20 ms. [0028] Da der Drucksensor 15 nicht im Steuergerät 16 untergebracht werden muß, kann er an einer wählbaren Stelle der Karosserie der Brenn¬ kraftmaschine befestigt werden, damit kann unabhängig vom Typ der Brennkraftmaschine die Schlauchlänge des Schlauches 14 bzw. der Durchmesser und damit auch das Volumen dieses Schlauches so gewählt werden, daß für eine gegebene Brennkraftmaschine ein konstantes Schlauchvolumen erhalten wird. Mittels einer Drossel am Saugrohr in Verbindung mit dem quasikonstanten Schlauchvolumen kann demnach das pneumatische Filter auf die gewünschte Dämpfung abgestimmt werden, unabhängig vom Typ der Brennkraftmaschine. [0029] In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor über eine Druckleitung ohne spezielle Filtriereinrichtungen mit dem Saugrohr verbunden. Hier muß dem Druckfühler das erwähnte elektronische Fil¬ ter nachgeschaltet werden. [0030] Im Steuergerät wird aus den beiden, zweimal pro Zündung bzw. Periode in festen Kurbelwellenwinkellagen (winkelsynchron) abgetasteten Druckwerten der Mittelwert ermittelt, der unabhängig von eventuell auftretenden Phasenverschiebungen der Saugrohrdruckpulsationen stets dem exakten Mittelwert entspricht. Die Berechnung des Mittelwertes erfolgt unmittelbar nach Vorliegen des zweiten Druckwertes. Aus dem Mittelwert des Druckes wird dann der jeweils zugehörige Lastzustand bestimmt. [0031] In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, [0032] * bei dem der angesaugte Luftmassenstrom m , der bedingt durch die [0033] L einzelnen Saughübe eine pulsierende Größe ist, mittels eines Hei߬ film-Luftmassensensors bzw. Heißfilm-Luftmassenmessers 17 gemessen wird. [0034] Bedingt durch Resonanzen im Saugrohr ist der angesaugte Luftmassen¬ strom keine rein sinusförmige Schwingung. Daher wird der Hei߬ film-Luftmassensensor 17 so abgestimmt, daß in seinem AusgangsSignal die Oberschwingungen die dem angesaugten Luftmassenstrom überlagert sind, möglichst vollständig unterdrückt werden. Der Heißfilm-Luft¬ massensensor liefert daher ein quasi-sinusförmiges AusgangsSignal, das dem in der Amplitude gedämpften angesaugten Luftmasssenstrom m* entspricht. [0035] Die Abstimmung des Heißfilm-Luftmassensensors 17 erfolgt durch Fest¬ legung seiner thermischen Zeitkonstante. Ca. 20 bis 50 ms ist als geeeigneter Wert für diese Zeitkonstante besonders geeignet, da bei einer solchen Zeitkonstante auch gewährleistet ist, daß bei Lastän¬ derungen in ausreichend schneller Zeit eine Änderung des Ausgangs¬ signales resultiert. [0036] Die Filterung bzw. Dämpfung der zu messenden Größe erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel im Sensor, dem Heißfilm-Luftmassensensor selbst, so daß keine separate Filtriereinrichtung bzw. Dämpfungseinrichtung benötigt wird. [0037] Das vom Heißfilm-Luftmassensensor 17 gelieferte AusgangsSignal wird im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 in einer Abtast- und Lineari- siereinrichtung 19 im halben Zündabstand abgetastet. Die dazu erfor¬ derlichen winkelfesten Triggermarken werden aus dem Drehzahl/Kurbel¬ wellensignal n/KW in einer Triggereinrichtung 18 erzeugt. [0038] Wegen der stark nichtlinearen Kennlinie des Heißfilm-Luftmassen¬ sensors 17 werden die abgetasteten Werte in Einrichtung 19 lineari- siert, so daß Abtastwerte vorliegen, die direkt proportional zum Luftmassenstrom sind. [0039] Die Abtast- und Linearisierungseinrichtung 19 liefert einen Meßwert pro halben Zündabstand, aus jeweils zwei Meßwerten wird in der Mit¬ telwertstufe 20 ein Mittelwert gebildet. Durch Multiplikation mit der Periode Tn und Division durch eine Anpassungskonstante K HcM ergibt, sich das Lastsignal tr . Dabei erfolgen die beiden genannten Rechenoperationen in einem Block 22, an dessen Ausgang das Lastsig¬ nal t_ erzeugt wird und dem die in einer Stufe 21 erzeugte Periode ___ [0040] Tn zugeführt wird. Die Einrichtungen 18 bis 22 können in einen Steu¬ eerrggeerräätt eenntthhaalltteenn sseeiinn,, tt__ wwiirrdd iimm SStt<euergerät weiter verarbeitet, [0041] L L z.B.zur Berechnung der Einspritzzeit. [0042] Die in Figur 4 aufgezeigte Auswerteschaltung kann entsprechend auch für die Ausführungsbeispiele nach Figur 2 oder 3 eingesetzt werden. Dabei erfolgt in Stufe 19 neben der Abtastung auch noch eine Off¬ setkorrektur. Zur Ermittlung des Lastsignlas wird der gemittelte Saugrohrdruck in Stufe 22 mit einem von der Drehzahl abhängigen Kennfeld multipliziert und durch eine Anpassungskonstante K__ dividiert. i - [0043] Die in den Ausführungsbeispielen genannten Filtriereinrichtungen können alle auch als Dämpfungseinrichtungen verstanden werden, da die Herausfilterung von Oberwellen auch zu einer Dämpfung der Sig¬ nale führt. [0044] Anstatt eines Heißfilm-Luftmassenmessers kann auch ein anderer Sen¬ sor zur Bestimmung des Luftmasenstromes eingesetzt werden, Voraus¬ setzung ist, daß er so abstimmbar ist, d.h. daß seine Zeitkonstante so wählbar ist, daß die Oberschwingungen des Luftmassenstromes herausgefiltert werden können.
权利要求:
ClaimsAnsprüche 1. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe bei einer Brennkraftmaschine durch winkelsynchrone Meßwertabtastung im halben Periodenabstand der pulsierenden Größe, dadurch gekennzeichnet, daß einem Sensor (15, 17) eine Filtriereinrichtung und/oder eine Dämpf¬ einrichtung zugeordnet ist und daß aus zwei Meßwerten pro Periode der Mittelwert gebildet wird. i - 2. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Größe so gefiltert und/oder gedämpft wird, daß sie einen quasi-sinusförmigen Verlauf hat. 3. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtriereinrichtung und/oder Dämpfeinrichtung pneumatisch ausgeführt ist. 4. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor eine elektronische Filtriereinrichtung und/oder Dämpfeinrichtung nachgeschaltet ist. 5. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweimal pro Periode durchgeführte Messungen der pulsierenden Größe in beliebig festlegbaren Kurbei- wellenwinkelpositionen durchgeführt werden, wobei der Abstand dieser Kurbelwellenwinkelpositionen gleich der halben Periode ist. 6. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer n-Zylinder-Brennkraftma- schine die Abtastung im Abstand von (720° KW)/2n erfolgt. 7. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung ein pneumati¬ sches Filter ist, das wenigstens einen Kondensatabscheider und eine Drossel am Eingang des Kondensatabscheiders enthält, die vorzugs¬ weise an der tiefsten Stelle zwischen Saugrohr (10) und Sensor (15) eingebaut sind.. 8. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung mit einem kur¬ zen Schlauch so mit dem Sensor verbunden ist, daß das System pneuma¬ tisches Filter, kurzer Schlauch (14), Sensor (15), eine gleichblei¬ bende Geometrie aufweist. 9. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) ins Steuergerät eingebaut oder außerhalb des Steuergeräts an¬ geordnet sein kann. 10. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervor¬ richtung ein pneumatisches Filter ist, das wenigstens aus einer Drossel am Saugrohr und einem damit in Verbindung stehenden Schlauch mit wählbarer Länge und/oder wählbarem Querschnitt, zur Realisierung einer bestimmten, für eine gegebene Brennkraftmaschine immer gleich¬ bleibende Filterkonstante besteht, wobei der Schlauch mit dem Sensor (15) verbunden ist und der Sensor (15) außerhalb des Steuergerätes angeordnet ist. 11. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pul¬ sierende Größe der Saugrohrdruck ist und der Sensor (15) ein Druck¬ sensor ist. i •• 12. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pul¬ sierende Größe der angesaugte Luftmassenstrom ist und daß ein Sensor (17) eingesetzt wird, vorzugsweise ein Heißfilm-Luftmassensensor, dessen thermische Zeitkonstante so festlegbar ist, daß sein Aus¬ gangssignal quasi-sinusför ig ist.
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同族专利:
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引用文献:
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法律状态:
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