JPH0356408B2

JPH0356408B2 -

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Publication number: JPH0356408B2
Application number: JP58161479A
Authority: JP
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1991-08-28
Also published as: JPS6053813A; DE3431952A1; US4578996A; DE3431952C2

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、例えばエンジンの燃料噴射制御装
置において、機関に供給される空気流量を検出す
るセンサとして用いられる熱式空気流量検出装置
に関する。

自動車用のエンジンに対する電子式燃料噴射制
御装置にあつては、燃料噴射量を決定するために
そのエンジンの回転数および吸入空気流量を測定
しまた演算して、エンジンの１回転毎の基本燃料
噴射量を求める。そして、この基本燃料噴射量に
冷却水温等の機関パラメータによつて、適当に補
正を加えるものである。

この燃料噴射量信号は、一定の燃料圧力の加え
られる電磁式燃料噴射弁の開弁時間として与えら
れるもので、通常は機関回転に同期した開弁信号
により燃料噴射制御が実行される。

ここで、吸入空気量を検出するセンサとして
は、低損失、高精度そして広い流量範囲での計測
が可能とされる熱式の空気流量計が用いられるよ
うになつてきている。

しかしながら、この熱式空気流量計は、その原
理上から通電後は熱線温度を周囲温度より高く保
たなければならないものであり、このため通電直
後は熱的平衡状態となるまで空気流量と無関係な
電流が流れるようになる。また、この空気流量計
を構成するヒータおよび温度計となる抵抗線は、
製造上、強度上の理由からエンジンの吸気通路内
に配された巻枠（支持部材）に対して巻装される
もので、この巻枠も熱的平衡状態とするために加
熱しなければならないものであり、通電開始直後
からしばらくの間は実際の空気流量よりも大きめ
の検出信号を出力するようになる。したがつて、
この信号を燃料噴射量制御装置に対する信号とし
て用いると、エンジン始動直後の空燃比が過渡と
なり、始動性、エミツシヨンレベルの悪化、始動
直後のドライバビリテイ不良等の種々の問題が生
ずるおそれがある。

熱式の空気流量検出器としては、例えばセラミ
ツク板でなる巻枠に対して白金線による抵抗線で
なるヒータ、および同じく白金線による抵抗線で
なる温度計を交互に巻装して構成される。このよ
うな検出器は、ヒータに対して加熱電流を供給し
このヒータを発熱させることによつて動作状態と
されるもので、このヒータと同じ巻枠に巻かれた
温度計の抵抗値は、ヒータの発熱量、質量流速、
自身の温度−抵抗特性で決定される。そして、温
度計の抵抗値の関係をブリツジ回路等で観測する
ことによつて、空気流量に対応した出力信号が取
り出されるようになるものである。

いま、例えば室温でこの流量検出器を用いるも
のと仮定すると、ヒータの温度は100℃〜250℃、
温度計の温度は50℃〜80℃となる。この場合巻枠
１１の温度も当然室温以上になつている。

ところで、通電開始前のヒータ、温度計、巻枠
の温度は室温と等しい状態にあり、ヒータは通電
による通常の動作時において、特に通電初期には
空気に対して与える熱に加えて、巻枠の温度を上
昇させる分の熱量までも発生することになる。ヒ
ータの発生熱量は、このヒータに流れる電流が支
配するものであるが、この検出器の出力は上記ヒ
ータ電流を電圧に変換したものであるため、通電
初期においてヒータが余分な熱量を発生すること
になる。すなわち、この検出器からは実際の空気
流量よりも過大な出力信号を発生するようにな
り、この過大な検出信号がエンジン制御装置に対
して送られるようになるものである。

第１図はこの過大出力の状態の一例を示すもの
で、空気の一定流量中にこの検出器を設置し、通
電開始後60秒の出力を1.0としたときの出力変化
の状態を、通電開始時よりの時間の経過で示して
いる。すなわち、通電後１秒で80％、20秒でも約
10％増しの出力が発生するものである。この傾向
は、自動車用エンジンが始動時に要求される空気
量の範囲でもほぼ同じものであり、気温が変化し
てもほぼ同じ状態となる。そして、これは指数関
数的変化である特徴を持つものである。

この第１図は流量検出器の出力の変化状態であ
るが、この出力と実際の空気流量とは比例の関係
ではなく、第２図に示すような関係となる。第３
図は、第１図を時間と検出器の出力電圧を空気流
量に換算したものの関係に直したものである。

このように、通電開始直後では空気流量換算で
200％以上の誤差が発生することになり、この流
量検出器の出力信号をそのまま用いたのではエン
ジン始動直後は適正な制御が不可能となるもので
ある。

第４図は実際に上記検出器を車両に搭載したと
きの始動直後の流量計出力Vs、排気ガス中のCO
濃度、エンジン回転速度Ｎの挙動の状態を示す。
すなわち、過剰な燃料がエンジンに供給される状
態となるものであるため、15％にも達するCOを
排出するようになると共に、混合気が濃すぎるた
めに回転速度が著しく低下するようになる。

このような問題点を解決する手段としては、例
えば流量検出器の出力信号を始動直後から誤差の
生じているとおもわれる時間の範囲では、用いな
いようにすることが考えられている。しかし、こ
れでは運転条件の変化を知るための手段が限られ
る状態となり、ドライバビリテイ、排気ガス濃度
等を所期のものとすることが困難となる。

この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、エンジン始動直後より吸入空気流量を正確に
測定する検出信号が得られるようにし、高精度の
燃料噴射量制御等が実行されるようにする熱式空
気流量検出装置を提供しようとするものである。

すなわち、この発明に係る空気流量検出装置
は、前述した出力誤差の３つの特徴に着目して、
始動直後から流量検出器の出力を特定する時間範
囲で減量補正するものである。すなわち、第５図
に示すように電源２０によつてヒータの加熱制御
される流量検出器１０からの出力信号は、減少補
正手段２１で減少補正し、この減少補正した信号
を出力信号として取り出すもので、この場合上記
検出器１０からの直接的な信号も適宜選択的に出
力信号として取り出されるようにすようにするこ
ともある。このように直接的な信号を使用する場
合は、上記電源２０を起動するイグニツシヨンス
イツチ等に関連する起動手段２３からの起動信号
を、タイマー回路２４で検知し（判定手段）、電
源２０が起動されてから特定される時間範囲で、
上記減少補正手段２１を動作させ、選択手段２２
で減少補正手段２１からの信号Ａを選択出力させ
るようにする。そして、電源２０が起動されてか
ら時間設定回路で設定される時間範囲では、検出
器１０からの出力信号を減少させて、吸入空気流
量に対応した出力信号が得られるようにする。ま
た、検出器１０のヒータおよび巻枠等の温度が充
分に上昇し安定した状態となつたとき、すなわち
時間設定回路２４の設定時間が経過したときに
は、検出器１０からの直接的な信号Ｂを選択し出
力するようになるものである。

以下図面を参照しながらこの発明の一実施例を
説明する。第６図は自動車用エンジンに対する制
御ユニツト３０の構成を示すもので、電磁式燃料
噴射弁に対する開弁時間に対応する噴射信号さら
に点火信号を演算するCPU３１を備える。図で
は示されない空気流量検出器からの信号は、入力
バツフアを介してＡ／Ｄ変換器３２に供給するも
ので、このＡ／Ｄ変換器３２にはさらに冷却水
温、エアコン温度等の検出信号が供給されてい
る。このＡ／Ｄ変換器３２は、ROM３３に記憶
されている制御プログラムにしたがつて動作され
るCPU３１からの指令によつてＡ／Ｄ変換動作
を開始するもので、検出流量信号はデイジタル信
号に変換されてCPU３１に送られる。また、こ
のユニツト３０には、入力回路３４および３５が
設けられ、エンジン系からの空燃比センサ出力、
トルコン信号、エアコン信号、クランク角度信
号、スロツトルの全閉あるいは全開の信号、スタ
ータ信号、車速信号、点火ミス検出信号等が供給
され、制御プログラムにしたがつてCPU３１に
取り込まれる。そして、CPU３１ではこれらデ
ータにもとづき燃料噴射量や点火時期を演算決定
する。

CPU３１から演算出力される燃料噴射および
点火時期の信号は、CPU異常作動時にその必要
最小限の機能を代行するバツクアツプ回路３６に
供給し、出力バツフア３７および３８でそれぞれ
増幅して、図では示されない電磁式燃料噴射弁、
点火装置に対して供給される。３９は一時記憶に
用いられるRAMである。

この制御ユニツト３０のCPU３１では、リセ
ツト信号でリセツトされた後にエンジン制御プロ
グラムが実行されるもので、第７図のＡはその制
御プログラムの流れを示す。すなわち、まずステ
ツプ101でイニシヤライズ処理を行なつて、各変
数の初期値、CPU３１の動作モード等の決定を
行なう。このようにイニシヤライズ処理が行われ
た後、メインループ１０２に入るもので、タイマ
ー監視モジユール１０３によつてCPU３１内蔵
のカウンタを監視して、例えば４ｍｓ、16ｍｓ、
100ｍｓ、1.5sごとに実行される定時実行タスク
１０４，１０５，１０６，１０７の起動をコント
ロールする。また、この定時実行タスクの実行さ
れないときは、ベース処理１０８が実行される。

一方、回転数の算出、噴射時期、点火時期検出
のために図では示されない回転センサから与えら
れる定クランク角信号により第７図Ｂに示す割り
込みが発生する。すなわち、CPU３１は定クラ
ンク角割り込み処理１１０に移るもので、最初の
ステツプ111で処理内容を判定し、点火処理のス
テツプ112あるいは噴射処理のステツプ113のいず
れに進むかを判定してその判定内容に対応した処
理を実行した後この割り込み処理が解除される。

第８図は、空気流量検出器１０からの空気量信
号の補正処理１２１の概略的な流れを示すもの
で、これはタイマー監視モジユール１０３で16ｍ
ｓごとに起動される定時起動タスク１０５のモジ
ユール群の一部で構成される。すなわち、まずス
テツプ122で空気流量検出器１０の出力信号の
Ａ／Ｄ変換が実行される。そして、アナログ状の
検出信号をデイジタル状の信号に変換してコンピ
ユータ内部で表現できるようにする。このデイジ
タル状の流量信号は、始動補正モジユールによる
ステツプ123により適宜補正した後ステツプ124に
よりリニアライズ処理を行ない、検出器出力値を
空気流量に比例する値に変換する。この変換の手
段は、例えばテーブル・ルツクアツプを用いれば
よいものであり、出力信号と空気流量の関係が単
純な関数で表わせるならば計算によつて行なわせ
るようにしてもよい。

このようにして得られた空気流量信号は、過渡
補正処理のステツプ125で空気流量検出器１０か
らの出力信号の過渡応答特性を補正し、より真の
空気量信号に近い値としてRAM３９にその値を
格納する。そして、次のステツプ126で16ｍｓご
とのその他の処理を行ない、タイマ監視モジユー
ル１０３に戻り、ベース処理モジユール１０８で
この値とエンジン回転速度から基本燃料噴射量を
決定して、これに種々の補正（例えば暖機増量、
加速増量等）を加え、最終的な燃料噴射パルス幅
を求めて燃料噴射弁の開弁時間すなわち燃料噴射
量を制御する。

前述したように、熱式の空気流量検出器に対す
る通電開始直後に対応する始動直後は、過大な空
気流量信号を発生する。このため前記Ａ／Ｄ変換
された信号を始動補正するステツプ123を設定す
るもので、このステツプ123では検出された空気
流信号を特に始動直後において減量補正する。第
９図は、この始動補正のステツプ123の流れを示
すもので、100ｍｓごとに起動される定時起動タ
スク１０６内に設定されるソフトウエアカウンタ
は前記イニシヤライズ処理１０２で「０」とな
り、100ｍｓごとにその値を「＋１」として
「200」でそのカウントを停止させるようにする。
このカウンタによつて、流量検出器に対する通電
開始、すなわちイグニツシヨンスイツチのオンか
ら20秒までの時間の経過を計測するようになる。

すなわち、始動補正モジユール１３０ではまず
ステツプ131でその時刻を判定する。そして、通
電後0.5秒まではこのモジユールは働かずステツ
プ132で処理後の値と定義したVscが未処理の流
量検出器出力値Vsと等しくされる。これは通電
直後は後述する補正係数Rsの値が非常に大きく、
精度の良い制御が簡単な構成で実行させることが
困難であること、さらにエンジン始動直後は燃料
噴射量が空気量と無関係に決まるものであるため
であり、この範囲では特に制御が行われなくとも
悪影響が無いためである。

そして、通電後0.5秒以上さら20秒以内の場合
は、ステツプ133に進む。ここで補正係数Rsは
「０」に初期化されるものであるため、「Rs＝０」
の場合にこのステツプ133に初めて進んだものと
判定することのできるものであり、この初期化さ
れた最初のときはステツプ134に進み、補正係数
Rsに対して初期値が与えられる。また、ステツ
プ133でRsが「０」ではないと判定されたときは
ステツプ135で補正係数Rsに「１」より小さい値
を乗じて、このRsの値を減少させる。この処理
は一定時間ごとに実行されるもので、補正係数は
明らかに指数関数的に減少される。この実施例で
は、この減衰処理を空気量信号処理内で行なつた
が、もちろん一定時間ごとに充分短い周期で実行
させるようにしてもよいものである。

このようにして求めた補正係数Rsを用いて、
ステツプ136では未処理の流量信号Vsを補正して
処理後の値Vscを求める。ここでの補正は、 Vsc＝Vs／１＋Rs とするのが妥当であるが、ここではソフトウエア
で単純化できるように、 Vsc＝Vs×（１−Rs）とした。補正係数Rsが小さければ前記式との誤
差は小さく、エンジン制御で許容できるものであ
る。

上記ステツプ131で、20秒以上経過していると
判定されたときは、流量検出信号Vsの誤差が充
分小さくなつているものと見なしてステツプ137
に進み、VsをVscとする。

このようにして始動補正モジユール１３０で求
めた空気量信号Vscを、空気量検出信号Vsの代
わりとしてリニアライズ処理より以降を実行する
ことで、始動直後から誤差の極めて小さい空気量
信号を用いたエンジン制御が可能となるものであ
る。

第１０図は上記のような始動補正処理を行なつ
た場合の、始動時の排気ガス中に含まれるCO、
回転数Ｎ、空気流量信号Vscの挙動を示してい
る。すなわち、前記第７図に示したVsと比較し
て補正された信号Vscの過大出力誤差が無くな
り、COの濃度も低くなり、また回転数Ｎの挙動
も理想的な状態となる。これは、スロツトルバル
ブが全開の場合に対応するものであるが、始動後
直ちに走行状態に移行しても、空気流の流速計の
出力を基本としているため、精度の良い制御がほ
とんど始動状態で可能である。

また特別の場合として、熱式の空気流量検出器
に対すに通電停止後、わずかな時間の経過後に再
び通電、すなわち始動状態に入る場合がある。こ
の場合、エンジン制御ユニツト３０のCPU３１
はリセツトされるものであるため、始動補正処理
１３０第９図参照）が実行される。しかし、ヒー
タ１３、温度計１４を巻装した巻枠１１の温度は
気温まで下降していないため、この流量検出器１
０の出力信号の誤差は少ない状態にある。したが
つて、このままでは過補正となつて始動直後の燃
料が不足する状態となり、始動不良、回転数上昇
のもたつき、バツクフアイア等が発生する。第１
１図はこのような場合の状態の例を示したもの
で、前記巻枠１１等の温度はほとんど下がつてい
ないものであるため、検出器１０の出力電圧Vs
は誤差の少ない状態にある。しかし、これに対し
て前述したような補正を加えると、補正後出力
Vscは逆に非常に誤差の大きいものとなり、回転
数Ｎの上昇が遅れ、さらに燃料が過少となるため
の失火で多量のHCが排出されるようになる。こ
のような始動状態は非常に稀にしか生じないこと
が予想されるが、その対策は講ずる必要があり、
これについて以下説明する。

第１２図はこのような場合に使用される修正回
路を示すもので、この回路は抵抗４１および４
２、さらにコンデンサ４３からなる時定数回路で
構成され、端子４４に対してこの流量検出器１０
に対する電源を接続する。すなわち、Ａ点の電圧
は抵抗４１，４２、検出器電源電圧で定まる。し
たがつて、第１３図に示すように、検出器に対す
る通電をオフするとコンデンサ４３の電荷は抵抗
４１，４２を通じて放電されるようになり、Ａ点
の電圧は徐々に低下する。そして、このオフの状
態から早期に再通電（オン１）した場合、実線で
示すＡ点の電位はそれ程下がつていない。また停
止期間が長く設定されて始動した場合（オン２）
には、Ａ点の電位は図に破線で示すように大きく
低下するようになり、この電圧をＡ／Ｄ変換器３
２で測定すれば、通電停止時間を知ることができ
る。例えば、補正係数Rsの初期値を上記Ａ点の
電位によつて変化させることによつて、通電停止
時間が極めて短いときに、第１１図に示したよう
な問題が生ずることを効果的に改善することがで
きる。

第１４図は、Ａ／Ｄ変換器３２およびソフトウ
エアの負担を軽くするための停止時間の判断を行
なわせるための手段の例を示すもので、第１２図
に示したと同様の時定数回路のＡ点の電圧をバツ
フア４５で増幅した後、コンパレータ４６で設定
された電圧と比較する。この設定電圧は、抵抗４
７，４８で端子４９に供給される電圧を分圧して
得られるもので、Ａ点の電圧がこの比較設定電圧
より高い場合、すなわち停止時間が短いときに
は、コンパレータ４６の出力はハイレベル(H)とな
る。そして、ソフトウエアでは、このＨレベルの
ときに始動補正を行なわないようにしておけば過
補正となる状態を確実に防止できるものである。

その他、前記入力回路３５（第６図参照）内に
バツツクアツプカウンタを設け、電源の断に対応
してカウントを開始させるようにする。このカウ
ンタの電源は通常の電源系統ではなく、バツテリ
から直接的に取るようにしてあるもので、エンジ
ン制御ユニツトの他の装置が機能停止しても動作
可能の状態にされている。そして、再通電時にそ
のカウンタ値を読み取ることで、CPU３１が通
電停止時間を判断することができるようになるも
のである。

また構成を最も簡単な状態とするものとして、
通電直後の流量検出器の出力値から始動補正の必
要性を判断するようにしてもよい。すなわち、通
電停止時間が充分に長いときには、検出器は非常
に大きな誤差を発生する状態にあり、したがつて
始動、クランキング時に妥当な出力値以上である
と検出した場合、始動補正するようにプログラム
すればよいものである。この出力値を判定するの
は、通電後流量検出器の制御回路が安定してから
であり、例えば0.1〜0.4秒後が適当である。

以上のようにこの発明によれば、例えばエンジ
ン系の吸入空気流量を測定する熱式の空気流量検
出器にあつて、通電開始直後で内部ヒータ部等の
温度が充分に上昇していない始動時にあつても、
その出力電圧信号を空気流量に正確に対応する値
に減少補正するものであり、この空気流量信号に
基づき燃料噴射量制御を実行した場合に、常にエ
ンジンの運転状況に対応した燃料噴射制御が行わ
れるものであり、内燃機関の制御を特に始動時に
おいて効果的に実行させるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ熱式空気流量検出
器の動作特性を説明する曲線図、第４図は上記検
出器からの出力信号を用いてエンジン制御した場
合の状態を説明する図、第５図はこの発明の概略
を説明する図、第６図はこの発明の一実施例に係
る熱式空気流量検出装置を説明するための構成
図、第７図および第８図はそれぞれ上記実施例の
動作を説明するフローチヤート、第９図は同じく
上記検出信号の減少補正状態を説明するフローチ
ヤート、第１０図は上記検出装置を用いた場合の
エンジン制御状態を説明する曲線図、第１１図は
特に通電停止時間の短い場合の状態を説明する曲
線図、第１２図は通電停止時間の短い場合を検出
する手段を説明する回路図、第１３図は第１２図
の回路における出力信号の状態を示す図、第１４
図は通電停止時間を観測する他の手段を説明する
構成図である。１０……空気流量検出器、１３……ヒータ、１
４，１５……温度計、２０……電源、２１……減
少補正手段、３０……エンジン制御ユニツト。

Claims

【特許請求の範囲】

１エンジンの吸気通路内に配された支持部材に
抵抗体よりなるヒータおよび抵抗体よりなる温度
計を装着し、前記温度計の温度を所定値に制御す
べく電源より前記ヒータに供給する電流を制御す
るとともに前記ヒータに供給される電流値に基づ
きエンジンに供給される空気流量値を検出する流
量検出器を有する熱式空気流量検出装置におい
て、上記エンジンの始動を判定する判定手段と、
エンジンの始動後所定期間は上記流量検出器にて
検出される空気流量値を減少補正する減少補正手
段とを備えたことを特徴とする熱式空気流量検出
装置。