JP3743008B2

JP3743008B2 - 内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置

Info

Publication number: JP3743008B2
Application number: JP22453093A
Authority: JP
Inventors: 恭士梶; 淳志鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-02-08
Also published as: JPH0777094A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用熱線式エアフローメータは、通過する空気の温度に対し、ある温度分だけ高い温度になるように、ヒータ（感温抵抗体）を制御している。つまり、通過する空気が少ない時は、ヒータに供給する電流を減らし、多い時には電流を増やし、ヒータから空気への放熱に対しそれに見合った量だけ電流を流すように構成されている。そして、このエアフローメータの異常検出装置が、例えば、特開昭５５−１６４３１２号公報に開示されている。この種の装置は、エアフローメータの出力が許容範囲内にあるか否か判定し、エアフローメータの出力が許容範囲から外れると、異常と判定して警報ランプ等により異常を知らせるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に車両に搭載した場合での環境条件の中には浸水した道路を走行したり雨の日の追従走行等により多量の雨水がエアクリーナに浸水する場合があり、この状態で加速等を行うと空気量が増えるため水が飛散しヒータ部分に水滴が付着する場合がある。この時もやはりエアフローメータは一定の温度を保とうと水が蒸発するまで大電流を流すため、この気化熱に要する分だけエアフローメータは誤計測したことになりエアフローメータの出力は過大なものとなる。そして、ＥＣＵにこの出力を取り込むとＥＣＵでは通常ではあり得ない過大出力電圧のためエアフローメータの異常と判断してしまいエアフローメータは故障している訳ではないが故障と誤判定し、エアフローメータ故障を記憶し表示してしまう。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、熱線式エアフローメータの抵抗体への水付着に対して故障の誤判定を防止するとともに精度よく吸入空気流量を求めることができる内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内燃機関の吸気通路に設けられた熱線式エアフローメータと、前記内燃機関が定常状態か否かを検出する機関状態検出手段と、所定時間での前記熱線式エアフローメータの出力値の変化量を検出する出力値変化量検出手段と、前記機関状態検出手段により内燃機関が定常状態の時において、前記出力値変化量検出手段による所定時間での前記熱線式エアフローメータの出力値の変化量が水滴が付着したと判断するための所定値より大きいと、前記出力値変化量検出手段の所定時間での前記熱線式エアフローメータの出力の最小値を基に吸入空気量を求める吸入空気量算出手段とを備えた内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置をその要旨とするものである。
【０００６】
ここで、前記機関状態検出手段は、スロットルバルブの開度の変化率が所定値より小さく、かつ、内燃機関の回転数の変化率が所定値より小さいとき内燃機関が定常状態であると判断するようにしてもよい。
【０００７】
又、前記吸入空気量算出手段は、所定時間毎の最小値の平均値にて吸入空気量を求めるようにしてもよい。
【０００８】
【作用】
機関状態検出手段は内燃機関が定常状態か否かを検出する。出力値変化量検出手段は、所定時間での熱線式エアフローメータの出力値の変化量を検出する。吸入空気量算出手段は、機関状態検出手段により内燃機関が定常状態の時において、出力値変化量検出手段による所定時間での熱線式エアフローメータの出力値の変化量が水滴が付着したと判断するための所定値より大きいと、出力値変化量検出手段の所定時間での熱線式エアフローメータの出力の最小値を基に吸入空気量を求める。
【０００９】
つまり、熱線式エアフローメータのヒータ（抵抗体）に水が付着すると、エアフローメータは一定の温度を保つべく水滴が蒸発するまで大電流を流しこの気化熱に要する分だけエアフローメータの出力が大きくなるが、これを故障と判定せずに、ある時間間隔での出力値のうちの最小値を基に吸入空気量を算出する。
【００１０】
【実施例】
以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説明する。
図１には、熱線式エアフローメータを使用した内燃機関の概略システムを示す。
【００１１】
４サイクル４気筒火花点火式ガソリンエンジン１は自動車に搭載されている。エンジン１には吸気通路を構成する吸気管２が接続され、吸気管２の最上流部にはエンジン１内へ吸入される空気を濾過するエアクリーナ３が設けられている。又、吸気管２にはスロットルバルブ４が設けられ、スロットルバルブ４によりシリンダ内に吸入される吸気量が調整される。ガソリンエンジン１の各気筒の吸気ポートにはインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが配置されている。又、エンジン１における各気筒には点火プラグ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが配設されている。
【００１２】
吸気管２におけるスロットルバルブ４の上流側には、熱線式エアフローメータ７が配置されている。この熱線式エアフローメータ７の配置部分の詳細を、図２に示す。図２において、吸気管２が水平方向に延設され、吸気管２の先端開口部には熱線式エアフローメータ７の円筒状のケース７ａが嵌入されている。又、熱線式エアフローメータ７のケース７ａの他端開口部にはエアクリーナ３のケース８が取り付けられている。エアクリーナ３のケース８内には水平方向にエアクリーナエレメント３ａが配置されている。エアクリーナ３のケース８には空気取入口８ａが形成され、空気取入口８ａから水平方向に空気がケース８内に吸入され、その空気はエアクリーナエレメント３ａを通過し熱線式エアフローメータ７のケース７ａ内に吸入される。
【００１３】
熱線式エアフローメータ７のケース７ａ内において、同ケース７ａの内壁から延びる複数のステー１０によりケース７ａの中央部にボディ９が固定支持されている。ボディ９には空気通路１１が形成され、その一端がボディ９の上流側中央部に開口しているとともに他端がボディ９の側面に開口している。この空気通路１１の途中には、感熱抵抗体（ヒータ）１２と温度補償用抵抗体１３とが配置されている。
【００１４】
図３には、熱線式エアフローメータ７の電気的構成を示す。前述の感熱抵抗体１２と温度補償用抵抗体１３と抵抗体１４，１５，１６を用いてブリッジ回路が形成されている。このブリッジ回路における接続点ａには電源電圧Ｖccが印加され、接続点ｂはアースされている。そして、ブリッジ回路における接続点ｃと接続点ｄとの間の不平衡電圧が零になるように電源電圧Ｖccを制御して温度を一定に保つようになっている。つまり、電流加熱した感熱抵抗体１２と温度補償用抵抗体１３とを空気の流れに置き、空気流量によって抵抗体温度が変化するが、この温度を一定に保つように電流を制御して、この電流を電圧（アナログ電圧）として取り出すようになっている。
【００１５】
又、図１において、エンジン１には排気マニホールド１７が配置され、排気マニホールド１７は排気管１８が接続されている。燃料は、図示しない燃料系から各気筒に対応して設けられたインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから供給される。又、燃焼用空気はエアクリーナ３、吸気管２、スロットルバルブ４を経てエンジン１の燃焼室に吸入される。そして、燃焼後の排気ガスは排気マニホールド１７、排気管１８、図示しない触媒コンバータを経て大気に放出される。
【００１６】
又、エンジン１にはサーミスタ式の水温センサ１９が設けられ、水温センサ１９は冷却水温の検出およびその冷却水温に応じたアナログ電圧（アナログ検出信号）を出力する。又、エンジン１には回転センサ２０が設けられ、回転センサ２０はエンジンのクランク軸の所定の回転角度位置を検出し回転速度に比例した周波数のパルス信号を出力する。この回転センサ２０としては、例えば、点火装置の点火コイルを用いればよく、点火コイルの一次側端子からの点火パルス信号を回転速度信号とすればよい。又、電磁ピックアップにより磁束変化を電気信号に変換するものなどであってもよい。
【００１７】
機関状態検出手段、出力値変化量検出手段、吸入空気流量算出手段としてのエンジンコントロール用ＥＣＵ２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェイス等により構成されている。ＥＣＵ２１にはスタータスイッチ２２およびキースイッチ２３が接続されている。さらに、ＥＣＵ２１にはスロットルバルブ４の開度を検出するスロットル開度センサ２４が接続され、同スロットル開度センサ２４はスロットル全閉をも検出する。スタータスイッチ２２およびキースイッチ２３にはバッテリ２５が接続されている。ＥＣＵ２１には水温センサ１９が接続され、ＥＣＵ２１は水温センサ１９からの信号により冷却水温を検知する。ＥＣＵ２１には回転センサ２０が接続され、ＥＣＵ２１は回転センサ２０からの信号により回転数を検知する。又、ＥＣＵ２１は熱線式エアフローメータ７からの信号を入力する。さらに、ＥＣＵ２１には警報ランプ２６が接続され、この警報ランプ２６は車両のインストルメントパネルに配置されており、熱線式エアフローメータ７の異常時に点灯する。
【００１８】
さらに、ＥＣＵ２１においては基本的には熱線式エアフローメータ７および回転センサ２０の各信号に基づいて基本燃料噴射量（基本的な噴射パルス幅）と点火時期を演算する。そして、この基本燃料噴射量（基本的な噴射パルス幅）と点火時期にエンジン冷却水温等による補正を行って最終的な噴射パルス幅と点火時期を求め、これによりインジェクタ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの開弁時間と点火プラグ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの点火時期が制御される。
【００１９】
次に、このように構成した内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置の作用を、図４，５，６，７を用いて説明する。
図４，５は、ＥＣＵ２１のメインルーチンである。又、図６は、ＥＣＵ２１の４ｍｓ毎に割り込み処理されるルーチンを示す。さらに、図７には、熱線式エアフローメータ７の出力値の推移を示すものであり、熱線式エアフローメータ７の抵抗体に水滴が連続的に付着して過大な出力を出す場合を示している。
【００２０】
まず、図６の４ｍｓ毎に割り込んでくるルーチンの処理について説明する。
ＥＣＵ２１はステップ１０で４ｍｓ毎に熱線式エアフローメータ７の出力ＶＧを取り込んでＲＡＭに格納する。そして、ＥＣＵ２１はＲＡＭのデータＶＧ1 〜ＶＧk を１個ずつずらす。つまり、出力ＶＧ1 に格納していたデータはＶＧ2 に移し、ＶＧ2 に格納していたデータはＶＧ3 に移し、ＶＧk-1 のデータはＶＧk に格納する（図７参照）。ただし、ｋは１０〜３０個位が適当である。
【００２１】
次に、ＥＣＵ２１はステップ２０において最新の出力ＶＧをＶＧ1 に格納する。そして、ＥＣＵ２１はステップ３０において４ｍｓ毎に取り込んだ出力ＶＧの差の絶対値（ΔＶＧ1 〜ΔＶＧk-1 ）を積算する。ＥＣＵ２１は、これを、ΣΔＶＧとしてＲＡＭに格納する。
【００２２】
次に、ＥＣＵ２１は、ステップ４０においてカウンタＣが「ｋ」になっているか否か判定し、「ｋ」になっていない場合は、ステップ８０に移行してカウンタＣを「１」インクリメントし、この４ｍｓの処理を終了する。一方、ＥＣＵ２１は、ステップ４０においてカウンタＣが「ｋ」となると、ステップ５０に移行してカウンタＣを「０」にしてステップ６０に移行する。ＥＣＵ２１は、ステップ６０では出力ＶＧ1 〜ＶＧk の中で最も小さい値を格納するＲＡＭのデータＶＧＳ1 〜ＶＧＳm を１個ずつずらす。つまり、ＶＧＳ1 に格納していたデータをＶＧＳ2 に移し、ＶＧＳ2 に格納していたデータをＶＧＳ3 に移し、ＶＧＳm-1 のデータをＶＧＳm に格納する（図７参照）。ここで、ｍは５〜１０個位が適当である。
【００２３】
そして、ＥＣＵ２１はステップ７０ではＶＧ1 〜ＶＧk の中で最も小さい値をＶＧＳ1 に格納し、この４ｍｓの処理を終了する。
次に、図４，５のメインルーチンでの処理について説明する。
【００２４】
ＥＣＵ２１はステップ１００において４ｍｓ毎のエアフローメータ７の出力ＶＧの最新値ＶＧ1 がエアフローメータ７の出力の下限ガード値（ＶＧＭＩＮ）以下か否かする。そして、ＥＣＵ２１は最新値ＶＧ1 が下限ガード値（ＶＧＭＩＮ）以下の時は出力断線等のエアフローメータ異常が発生したとみなしてフェイル時の処理へ進む。又、ＥＣＵ２１は最新値ＶＧ1 が下限ガード値（ＶＧＭＩＮ）より大きいと、ステップ１１０に移行して４ｍｓルーチンで求めたＶＧＳ1 〜ＶＧＳm の積算値を個数ｍで除した値（＝ΣＶＧＳ／ｍ）、つまり、最小値の平均値がエアフローメータ７の出力の上限ガード値ＶＧＭＡＸより大きいか否か判定する。ＥＣＵ２１はΣＶＧＳ／ｍが上限ガード値ＶＧＭＡＸより大きいと、グランド断線等のエアフローメータ異常が発生したとみなしてフェイル時の処理へ移行する。そして、ＥＣＵ２１はフェイル時の処理としてステップ３００で燃料噴射時間ＴＡＵ及び点火時期を固定値として、ステップ３１０に移行する。ＥＣＵ２１はステップ３１０でこのフェイル処理モードに入って５秒間以上経過したかどうかを判定し、５秒間未満の場合はこの処理を終了する。又、ＥＣＵ２１は５秒間以上連続してフェイル処理モードの場合はステップ３２０でエアフローメータ７の故障を記憶し、警報ランプ２６を点灯して乗員に知らせ、この処理を終了する。
【００２５】
一方、ＥＣＵ２１はステップ１１０においてΣＶＧＳ／ｍが上限ガード値ＶＧＭＡＸ以下の時は、図５のステップ１２０に移行してスロットル開度センサ２４によるスロットル開度の変化率ΔＴＡが所定値ΔＴＡＷ（例えば、５°）以上かどうか判定し、所定値ΔＴＡＷ以上の場合は通常の演算処理を行う。又、ＥＣＵ２１は所定値ΔＴＡＷ未満の時はステップ１３０に移行して回転センサ２０によるエンジン回転数の変化率ΔＮＥが所定値ΔＮＥＷ（例えば、１００ｒｐｍ）以上かどうかを判断して所定値ΔＮＥＷ以上の場合は、通常の演算処理を行う。又、ＥＣＵ２１は所定値ΔＮＥＷ未満の時はエンジン１が定常状態にあるとみなす。即ち、ステップ１２０にてスロットルバルブ４の開度の変化率ΔＴＡが所定値ΔＴＡＷより小さく、かつ、ステップ１３０にてエンジン回転数の変化率ΔＮＥが所定値ΔＮＥＷより小さいと、エンジン１が定常状態にあると判断する。そして、ＥＣＵ２１はステップ１３０でエンジン回転数の変化率ΔＮＥが所定値ΔＮＥＷ未満の時は、ステップ１４０に移行して４ｍｓルーチンで求めたＶＧの差の絶対値を積算した値（＝ΣΔＶＧ）が所定値ΣΔＶＧＷ（例えば、０．５ボルト）以下かどうかを判断して、所定値ΣΔＶＧＷ以下の場合は通常の演算処理モードへと進む。
【００２６】
ＥＣＵ２１は通常の演算処理モードの処理としてステップ１５０において今回は４気筒を例にとっているので、１８０°ＣＡ間のエアフローメータ出力電圧値（ＶＧ1 〜ＶＧK ）を流量（Ｇ４ＭＳ1 〜Ｇ４ＭＳX ）にＶＧ−Ｇマップを用いて変換する。その１８０°ＣＡ間のＧ４ＭＳを積算してこの値をΣＧ４ＭＳに格納する。そして、ＥＣＵ２１はステップ１６０に進みエンジン１が１８０°ＣＡ回転するに要した時間を４ｍｓで除して割り込み回数ｎを求め、その期間での流量ΣＧ４ＭＳを割り込み回数ｎで除し、１８０°ＣＡ間の平均流量ＧＡを算出する。そして、ＥＣＵ２１はステップ１７０に移行して１回転当たりの吸入空気量ＧＮ（＝ＧＡ／ＮＥ）を算出しステップ１８０に進む。ＥＣＵ２１はステップ１８０では先程求めた１回転当たりの吸入空気量ＧＮに燃料噴射量への換算係数ＫＩＮＪを乗算し、さらに、各増減量系のトータル値（ＦＥＦＩ）を乗算して燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。そして、ＥＣＵ２１はステップ１９０において実際の燃料噴射弁（インジェクタ）の通電時間ＴＡＵＥを求めるために先程算出した燃料噴射時間ＴＡＵにインジェクタの無効噴射時間ＴＡＵＶを加算し、最終パルス幅ＴＡＵＥ（＝ＴＡＵ＋ＴＡＵＶ）を求め、この処理を終了する。
【００２７】
一方、ＥＣＵ２１はステップ１４０においてΣΔＶＧが所定値ΣΔＶＧＷより大きい場合、即ち、所定時間でのエアフローメータ７の出力値の変化量ΣΔＶＧが所定値ΣΔＶＧＷより大きくなると、熱線式エアフローメータ７の感熱抵抗体１２に水滴が付着したと判断して以下の処理を行う。ＥＣＵ２１はステップ２００において４ｍｓルーチンで算出したＶＧ1 〜ＶＧK の中で最も小さい値ＶＧＳ1 とその前の時の最小値ＶＧＳ2 と・・・そのｍ−１回前の最小値ＶＧＳm の積算値（＝ΣＶＧＳ）を個数ｍで除した平均最小値ＶＧＳＳ（＝ΣＶＧＳ／ｍ）を算出する。そして、ＥＣＵ２１はステップ２１０において熱線式エアフローメータ７の出力ＶＧの代わりにこの平均最小値ＶＧＳＳを用いてＶＧ−Ｇマップより平均流量ＧＡを算出する。その後、ＥＣＵ２１はステップ１７０に進み吸入空気量ＧＮの算出を行う。この後の処理は通常の演算処理と同様の処理を行いインジェクタの通電時間を求め、この処理を終了する。
【００２８】
このように本実施例の内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置においては、ＥＣＵ２１（機関状態検出手段、出力値変化量検出手段、吸入空気量算出手段）がエンジン１（内燃機関）が定常状態か否かを判定するとともに（図５のステップ１２０，１３０）、所定時間での熱線式エアフローメータ７の出力値の変化量を検出する（図５のステップ１４０）。そして、ＥＣＵ２１はエンジン１が定常状態の時において、所定時間での熱線式エアフローメータ７の出力値の変化量が所定値より大きいと、所定時間での熱線式エアフローメータ７の出力の最小値を基に吸入空気量を求めるようにした（図５のステップ２１０）。つまり、熱線式エアフローメータ７のヒータに水が付着すると、エアフローメータは一定の温度を保つべく水滴が蒸発するまで大電流を流しこの気化熱に要する分だけエアフローメータの出力が大きくなるが、これを故障と判定せずに、ある時間間隔での出力値のうちの最小値を基に吸入空気量を算出する。その結果、熱線式エアフローメータ７の抵抗体への水付着に対して故障の誤判定を防止するとともに精度よく吸入空気量を求めることができることとなる。
【００２９】
換言すれば、精度よくエアフローメータ異常とエアフローメータ水付着とを分離でき、それぞれに見合った適切な制御を与え、良好な運転状態を確保し水付着におけるエアフローメータ異常の誤検出を無くすことができる。
【００３０】
又、ＥＣＵ２１は図５のステップ２００において所定時間での最小値の平均値を求め（図５のステップ２００）、この平均値に基づいて吸入空気量を求めるようにしたので（図５のステップ２１０）、誤測定を回避することができる。
【００３１】
尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、上記実施例ではエンジンが定常状態である時とは、スロットルバルブの開度の変化率が所定値より小さく、かつ、エンジンの回転数の変化率が所定値より小さい時としたが、エンジンの吸気圧の変化率が所定値より小さいとき、あるいは、エンジンの吸気圧の変化率を含めたスロットルバルブの開度の変化率やエンジンの回転数の変化率の組み合わせにより判断してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、熱線式エアフローメータの抵抗体への水付着に対して故障の誤判定を防止するとともに精度よく吸入空気量を求めることができる優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱線式エアフローメータを使用した内燃機関の概略システム図である。
【図２】熱線式エアフローメータの配置部分の詳細図である。
【図３】熱線式エアフローメータの電気回路図である。
【図４】作用を説明するためのフローチャートである。
【図５】作用を説明するためのフローチャートである。
【図６】作用を説明するためのフローチャートである。
【図７】熱線式エアフローメータの出力の推移を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１エンジン（内燃機関）
２吸気通路を構成する吸気管
７熱線式エアフローメータ
２１機関状態検出手段、出力値変化量検出手段、吸入空気流量算出手段としてのＥＣＵ

Claims

内燃機関の吸気通路に設けられた熱線式エアフローメータと、前記内燃機関が定常状態か否かを検出する機関状態検出手段と、
所定時間での前記熱線式エアフローメータの出力値の変化量を検出する出力値変化量検出手段と、
前記機関状態検出手段により内燃機関が定常状態の時において、前記出力値変化量検出手段による所定時間での前記熱線式エアフローメータの出力値の変化量が水滴が付着したと判断するための所定値より大きいと、前記出力値変化量検出手段の所定時間での前記熱線式エアフローメータの出力の最小値を基に吸入空気量を求める吸入空気量算出手段とを備えたことを特徴とする内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置。
前記機関状態検出手段は、スロットルバルブの開度の変化率が所定値より小さく、かつ、内燃機関の回転数の変化率が所定値より小さいとき内燃機関が定常状態であると判断するものである請求項１に記載の内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置。
前記吸入空気量算出手段は、所定時間毎の最小値の平均値にて吸入空気量を求めるものである請求項１に記載の内燃機関用熱線式エアフローメータの信号処理装置。