JPH0346201Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の燃料制量信号形成装置、特
に非線形の空気量測定器と、特性関数発生器を備
えた制量信号形成回路とを備えた内燃機関の燃料
制量信号形成装置に関する。

従来このような燃料供給量を制御する燃料制量
装置において処理すべき重要な量は回転数と負荷
である。一般に負荷を検出するのには圧力センサ
あるいはせき止め板を備えた空気量測定器が用い
られる。最近特に熱線を用いた空気量測定器を用
いるのが好ましいことが判明した。というのはこ
のような空気量測定器には機械的な可動部分が設
けられておらず、更に吸気温度も測定結果に考慮
することができるからである。

所望の混合気をできるだけ正確に調量するため
には内燃機関のサイクル行程において吸入された
空気量を正確に求めることが必要である。しかし
現存する空気量測定器では空気流量、すなわち単
位時間当りの空気量しか測定することができない
ので吸入行程当りの空気量は間接的に空気流量を
時間に関して積分するかあるいは空気流量信号を
周波数信号に変換し、これを計数することにより
求めなければならない。以下の説明では、積分値
を求める場合について説明するが、本考案のよう
に計数値を求める場合についても同様である。

単位時間当りの空気流量は動作サイクルにわた
つて一定ではなく、個々の吸入弁の異なる開閉運
動に基づき、又吸気管の共振現象により時間的に
波型に変動する。空気量測定器が線形であつて電
気的な出力信号が空気量ないし空気流量に比例す
るような空気量測定器の場合にはこのように空気
量が時間的に変動することは問題とならない。と
いうのは電気的な信号の積分値も又空気流量（空
気量に等しい）の積分値に比例するからである。
従つてこの積分値により燃料噴射装置の時限素子
を直接制御させることができる。

空気流量の積分値と電気信号の積分値は空気量
測定器が例えば熱線を用いた空気量測定器のよう
な非線形の測定器によつて構成される場合には一
般的に比例しない。従つてこのような非線形性が
メモリに記憶された特性関数によつて補正するこ
とができないような場合に問題となる。というの
は空気流速ｇ、即ち時間ｔとエンジンに関係した
駆動状態xi（x1＝負荷、x2＝回転数など）の関数
である電気信号ｆの積分値は駆動状態xiの一義的
な関数とならないからであり、従つてそれぞれの
エンジンの状態を特徴づけたり、供給すべき燃料
供給量を決めるために用いることはできない。す
なわち、 Ｉ（x1，x2，……，xi）＝fg（x1，x2，……xi，
ｔ）dtは一義的な関数（x1，x2，……xi）と等
しくなくなる。

この積分値Ｉの一義性は、これ迄従来の燃料制
御装置のように空気量測定信号をできるだけ理想
的に線形化させることによつて得ることができる
ので、空気流量と線形化された電気信号の間に正
確な比例関係が得られる。

このようなできる限り正確に線形化させるよう
にした回路が米国特許第4043196号に記載されて
いる。この装置の場合熱線の空気量測定器の後段
に関数発生器が接続され、それによつて（ｙ／
ｚ）のｎ乗の関数を発生させ、ｚとｎの値を所定
の値に調節できるように構成している。

また特開昭48−103924号公報に非線形な熱線式
空気量センサの出力信号を複雑で高価な２乗回路
を用いて線形な空気量信号として噴射信号を形成
する装置が開示されている。燃料制量装置を大量
に製造しなければならないことを考えると、この
ような正確な線形化装置を用いることはコストの
面から見て問題となる。更に線形化を正確にする
という問題並びにこれと関連して個々の装置を困
難な調節作業を行うことなく出来る限り簡単に交
換させたい場合に問題が発生する。

従つて、本考案の課題は、空気量に対してほぼ
比例する信号が得られ、精度の高い燃料供給量信
号を得ることが可能な内燃機関の燃料制量信号形
成装置を提供することである。

本考案によれば、この課題を解決するために、
非線形の空気量測定器と、前記空気量測定器から
の電圧信号を周波数信号に変換する電圧周波数変
換器と、特性関数発生器を備えた燃料制量信号形
成回路とを有する内燃機関の燃料制量信号形成装
置において、前記電圧周波数変換器が、空気量測
定器からの信号が入力されるコンデンサと、コン
デンサの充電電圧と基準電圧を比較する比較回路
と、前記比較器からの信号に従つてコンデンサを
充放電させその充放電に対応した周波数信号を出
力するマルチバイブレータとから構成され、前記
マルチバイブレータからの出力信号に従つてコン
デンサを充電源ないし放電源に接続し、コンデン
サが放電源と接続されたとき前記コンデンサの放
電を電圧周波数変換器の入力信号に従つて変化さ
せ、前記電圧周波数変換器からの周波数信号の計
数値を前記燃料制量信号形成回路の特性関数発生
器に入力する構成を採用した。

このような構成によれば、非線形の空気量測定
器からの電圧信号を周波数信号に変換する電圧周
波数変換器が、前記電圧信号に対応して発生する
コンデンサの充放電繰返し周波数に対応した信号
を発生する。この場合、周波数信号を出力するマ
ルチバイブレータからの出力信号に従つてコンデ
ンサを充電源ないし放電源に接続するようにして
いるので、コンデンサの充放電が空気量測定器か
らの電圧信号と充電源ないし放電源により制御さ
れるようになり、空気量に対してほぼ比例する周
波数信号を発生するようにコンデンサを充放電さ
せることが可能になる。従つて、空気量に対して
ほぼ比例する周波数信号を得ることが可能にな
り、精度の高い燃料供給量信号を得ることが可能
な内燃機関の燃料制量信号形成装置を得ることが
できる。

次に添付図面を参照して本考案の実施例を詳細
に説明する。以下に説明するものは燃料噴射装置
に関する例であるが、本考案は噴射装置だけでな
くアナログ信号値を処理する方法にも関するもの
で、この理由から本考案は例えば電子的に制御さ
れるキヤブレタあるいはデイーゼルエンジンの噴
射装置にも用いられるものである。

第１図には内燃機関の燃料噴射装置の電気部分
が概略ブロツク図として図示されている。同図に
おいて１０，１１は回転速度測定器並びに空気量
測定器（LMN）をそれぞれ示す。空気量測定器
は例えば熱線あるいは熱フイルムによつて構成さ
れる。両測定器の出力は間接的にあるいは直接的
に後続の特性関数を記憶したメモリ（特性関数発
生器）１２を有する燃料制量信号形成回路に供給
され噴射弁１３を制御する噴射パルスtpが形成さ
れる。空気量測定器１１とメモリ１２との間に非
線形な熱線の特性値をほぼ線形化する電圧周波数
変換器１４ｂとカウンタ１５ｂから成る直列回路
が接続される。その場合カウンタ１５ｂの計数領
域は回転速度測定器１０の信号によつて定められ
る。

第１図に図示された回路装置の場合、吸気管に
流れる動作サイクル当りの空気量と一義的に関連
した量がカウンタ１５ｂで求められ、そのカウン
タの計数値並びに回転速度測定器の出力信号に基
づいて例えばメモリ１２に格納された３次元の特
性関数を介して燃料噴射値tpが読み出される。更
にメモリ１２と噴射弁１３との間に接続線を設
け、それによつて例えば加速濃厚化のような補正
を行うようにすることもできる。

第２図には熱線による空気量測定器の特性が図
示されている。即ち熱線を備えた空気量測定器の
出力信号の値が吸気管に流れる単位時間当りの空
気流量に対して図示されている。理想的な場合は
原点を通る正の直線となるものである。しかしこ
のような理想的な場合は種々の理由で実現される
ものではなく、その特性は空気流量が零の時熱線
の電圧値が零でない値から始まる放物線状の特性
曲線となる。

第３図には非線形の空気量測定器を用いた場合
空気量を正しく把握する場合の問題点が図示され
ている。座標系の第１の象限には熱線の特性曲線
が図示されており、又時計方向にみて第２番目の
象限にはそれぞれ実際の空気流量が図示されてお
り、その特性カーブは個々の吸気弁の開閉運動が
異なるために波形の形状をしている。第１象限に
図示された特性曲線を介して空気流量を求めてみ
ると第４番目の象限に図示された熱線の出力電圧
が得られ、その形状は第２象限に図示された形状
に比較して変形している。第２と第４番目の象限
に図示された特性曲線の斜線部分はそれぞれ空気
量を示す。

デジタル的に信号を処理するためにはそれぞれ
単位時間当りの空気量を求め、それに対応する電
圧値と時間間隔を掛け合わせたものを加算する方
法が好ましい。この場合も熱線の非線形性に基づ
くエラーが発生する。

熱線からなる空気量測定器の非線形特性によ
り、正確な空気量を求めることができないので、
さらに信号を処理した場合にエラーが発生する。
これを避けるために第１図に示した実施例の場合
非線形な電圧周波数変換器１４ｂを用いて空気量
測定器の信号をほぼ線形にしている。これを第４
図を参照して説明する。第４図には第１図の実施
例に対応して非線形電圧周波数変換器によつて実
現される準線形化回路の伝達特性が熱線の空気量
測定器の特性に合わされる状態が図示されてい
る。第４ａ図には吸気管に流れる単位時間当りの
空気量に対する空気量測定器の出力信号が図示さ
れており、同様に第４ｂ図には第１図の非線形な
電圧周波数変換器１４ｂの伝達特性が図示されて
おり、さらに第４ｃ図にはこの電圧周波数変換器
１４ｂの出力信号が単位時間当りの空気流量に関
して図示されている。

非線形電圧周波数変換器の２つの例を第５図お
よび第６図に図示する。

第５図に図示した電圧周波数変換器の主要部は
コンデンサ２０、比較回路２１並びにＤフリツプ
フロツプ２２である。入力端子２３には空気量測
定器１１からの信号が入力される。入力端子２３
は抵抗２４を介して比較回路２１のマイナス入力
と又アースに一端が接続されたコンデンサ２０の
他方の端子に接続される。比較回路２１のプラス
入力はコンデンサ２５と抵抗２６の並列回路を介
してアースと接続され、さらに抵抗２７を介して
基準電圧源（詳細には図示されていない）に接続
される。比較回路２１の出力は抵抗２８を介して
プラスの電源線２９と接続され、又同時にＤフリ
ツプフロツプ２２の入力信号となる。このフリツ
プフロツプ２２のＱ出力は電圧周波数変換器の出
力端子３０と接続され、一方Ｑ出力の信号は切り
替えスイツチ３１を制御する。出力端子３０は第
１図のカウンタ１５ｂに接続される。スイツチ３
１により抵抗３２を介して２つの端子３３，３４
からの信号がコンデンサ２０に接続される。端子
３３には基準電源３５からの信号が印加される。
一方端子３４は入力端子２３とアース間に形成さ
れる分圧器を構成する２つの抵抗３６，３７の接
続点と接続される。

第５図の実施例において本質的なことは、他の
電圧源と独立した２つの信号源、すなわち、充電
源３５と放電源３６，３７によりＤフリツプフロ
ツプ２２の出力信号に応じてコンデンサ２０が充
放電されることである。その場合空気量測定器か
らの非線形信号を補償する電圧周波数変換器の特
性は入力３４に一定でない電圧値を印加させるこ
とによつて得られる。

第５図に図示した電圧周波数変換器の動作は次
の通りである。即ち空気量測定器からの電圧信号
の大きさに従つた比較回路２１の動作によりそれ
ぞれ変換器の出力端子３０に現われる電位が変化
し、又Ｄフリツプフロツプ２２の出力信号に従つ
てコンデンサ２０が充放電される。例えば、端子
２３に入力される空気量測定器からの信号が大き
いとコンデンサ２０が早く充電されそれによりＤ
フリツプフロツプ２２、スイツチ３１が切り替わ
りコンデンサ２０が放電される。コンデンサ２０
が放電されると、Ｄフリツプフロツプ２２、スイ
ツチ３１が逆に切り替わり今度はコンデンサ２０
が充電される。このコンデンサの充放電の繰返し
頻度は端子２３に入力される電圧信号の大きさに
関係するので、空気量測定器からの電圧信号をそ
れに対応した周波数信号に変換することができ
る。

今、端子２３に入力される電圧信号が線形性か
らずれて大きくなつた場合、それに対応して周波
数信号も大きくなるが、コンデンサ２０の放電
は、端子３４に一定でない電圧、すなわち抵抗３
７間の電圧を介して行なわれるので、放電時間が
長くなる。この長くなる時間は端子２３に入力さ
れる電圧信号の大きさに関係するので、線形性か
らのずれによつて大きくなつた周波数信号を減少
させる働きをする。このように、他の電圧源と独
立した２つの信号源３５と３６，３７を介し空気
量に対してほぼ比例する周波数信号を発生するよ
うにコンデンサ２０の充放電を制御することが可
能になる。

第５図の実施例の場合には比較回路２１の出力
電位の変化と、Ｄフリツプフロツプ２２を制御す
るクロツク周波数と切り替えスイツチ３１の切り
替え時点との間には不動の関係が発生する。この
関係は入力信号と出力信号を連続的に関連させた
い場合には好ましくない。このような場合には第
５図のＤフリツプフロツプ２２をデジタル的に時
間を量子化した単安定マルチバイブレータで置き
換えるのが好ましい。この例が第６図に図示され
ている。

第６図は第５図とほぼ同様な構成であるが、第
５図に図示されたＤフリツプフロツプ２２が同期
化回路４０とデジタル動作する単安定マルチバイ
ブレータ４１の直列回路によつて置き換えられて
いる。同期化回路４０は直列に接続された２つの
インバータ（シユミツトトリガー）４２，４３を
有し、これらのインバータは比較回路２１の出力
と同期化回路４０を構成するＤフリツプフロツプ
４４のＤ入力との間に接続される。このＤフリツ
プフロツプの出力は双安定マルチバイブレータ４
５、Ｄフリツプフロツプ４６、カウンタ４７およ
びデコーダ装置４８の直列回路を備えた単安定マ
ルチバイブレータ４１と接続される。双安定マル
チバイブレータ４５の両出力は後段のＤフリツプ
フロツプ４６並びに切り替えスイツチ３１の制御
入力と接続される。Ｄフリツプフロツプ４６のＱ
出力はカウンタ４７のリセツト入力と接続され
る。デコーダ装置４８はほぼNANDゲート４９
から構成され、その出力は双安定マルチバイブレ
ータ４５の第２の入力にフイードバツクされる。
このNANDゲード４９の入力の１つはさらに双
安定マルチバイブレータ４５の第１の入力と接続
され、その第１の入力に又同期化回路４０の出力
信号が印加される。それによつて前もつて比較回
路２１ないし同期化回路４０が切り替わつた場合
に初めてデコーダ装置４８は双安定マルチバイブ
レータ４５の第２の入力にリセツトパルスを供給
する。変換器の出力３０はリード線５０を介して
カウンタ４７のMSB端子と接続される。

第６図の実施例の場合において本質的なことは
カウンタおよびデコーダ回路によつて実現される
単安定マルチバイブレータであり、それによつて
クロツク周波数に対応してデジタル的に量子化さ
れた時間が得られる。この単安定マルチバイブレ
ータによつてパルス時間を調節することができ、
出力３０に現われる出力信号の周期は入力端子２
３に現われる信号に関係する。

上に説明した２つの電圧周波数変換器は特に第
１図に図示した回路図の実施例に対して好ましく
用いられる。空気量信号を部分的に線形化し、残
りメモリ１２の特性関数を介して補正するように
しているので伝達特性は数学的に規定された関数
に対応させる必要はなく、単に復元性のある性質
のものでありさえすればよく、それによつて顕著
に安価に大量生産を行なうことができるという利
点が得られる。

以上説明したように、本考案では、非線形の空
気量測定器からの電圧信号を周波数信号に変換す
る電圧周波数変換器が、電圧信号に対応して発生
するコンデンサの充放電繰返し周波数に対応した
信号を発生し、この場合、周波数信号を出力する
マルチバイブレータからの出力信号に従つてコン
デンサを充電源ないし放電源に接続するようにし
ているので、コンデンサの充放電の制御が充電源
ないし放電源により可能になり、空気量に対して
ほぼ比例する周波数信号を発生するようにコンデ
ンサを充放電させることが可能になる。従つて、
空気量に対してほぼ比例する周波数信号を得るこ
とが可能になり、精度の高い燃料供給量信号を得
ることが可能な内燃機関の燃料制量信号形成装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の燃料噴射装置の電気部分
を概略的に示したブロツク図、第２図は熱線によ
る空気量測定器の特性を示した線図、第３図は空
気量測定器の非線形性による空気量と電気出力信
号の関係を説明した線図、第４図ａ〜ｃは第１図
の実施例に用いられる準線形化回路の伝達特性を
説明した線図、第５図は非線形の電圧周波数変換
器の第一の実施例を示した回路図、第６図は非線
形性の電圧周波数変換器の第二の実施例を示した
回路図である。 １０……回転速度測定器、１１……空気量測定
器、１２……メモリ、１３……噴射弁、１４ｂ…
…電圧周波数変換器、１５ｂ……カウンタ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 非線形の空気量測定器１１と、前記空気量測
   定器からの電圧信号を周波数信号に変換する電
   圧周波数変換器１４ｂと、特性関数発生器１２
   を備えた燃料制量信号形成回路とを有する内燃
   機関の燃料制量信号形成装置において、 前記電圧周波数変換器１４ｂが、空気量測定
   器からの信号が入力されるコンデンサ２０と、
   コンデンサの充電電圧と基準電圧を比較する比
   較回路２１と、前記比較器からの信号に従つて
   コンデンサを充放電させその充放電に対応した
   周波数信号を出力するマルチバイブレータ２
   ２，４１とから構成され、 前記マルチバイブレータからの出力信号に従
   つてコンデンサを充電源ないし放電源３５，３
   ６，３７に接続し、 コンデンサが放電源と接続されたとき前記コ
   ンデンサの放電を電圧周波数変換器の入力信号
   に従つて変化させ、 前記電圧周波数変換器からの周波数信号の計
   数値を前記燃料制量信号形成回路の特性関数発
   生器１２に入力することを特徴とする内燃機関
   の燃料制量信号形成装置。 ２ 前記マルチバイブレータ４１がカウンタおよ
   びデコーダによつて時間を量子化できる単安定
   マルチバイブレータを用いて構成されることを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項に記
   載の内燃機関の燃料制量信号形成装置。 ３ 前記空気量測定器１１を熱線又は熱フイルム
   で構成することを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の内燃機関の燃
   料制量信号形成装置。