JPH0536176Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関の吸気通路内に設けられたパ
ルス駆動型熱式エアフローセンサの吸入空気重量
補正装置、特に機関の吸気状態すなわち脈動状態
による吸入空気重量の誤差を補正する吸入空気重
量補正装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電子制御式内燃機関においては、燃料
噴射量、点火時期等の演算のために機関の吸入空
気重量は重要な運転状態パラメータの１つであ
る。最近、このような吸入空気重量を検出するた
めのエアフローセンサとして、小型、応答性が良
い等の利点を有する熱式エアフローセンサが実用
化されつつあり、そのうち、パルス駆動型エアフ
ローセンサは消費電力が小さいという利点も有す
る。

パルス駆動型熱式エアフローセンサは、機関の
吸気通路内に設けられた温度検知抵抗および発熱
抵抗体を含むブリツジ回路、およびこのブリツジ
回路に定電圧を印加するための定電圧発生回路を
具備している。定電圧発生回路はトリガ信号によ
つてトリガされて定電圧をブリツジ回路に印加
し、発熱抵抗体の温度が温度検知抵抗の温度より
一定温度だけ高くなつたときにリセツトされて定
電圧の印加を停止する。このため、発熱抵抗体の
温度が温度検知抵抗の温度より一定温度だけ高く
なつたことを検出するための電圧検出回路が設け
られている。この結果、吸入空気重量はブリツジ
回路への定電圧印加時間にもとづいて演算され
る。つまり、吸入空気の流速が大きければ、発熱
抵抗体の温度が温度検知抵抗の温度より一定温度
だけ高い値に到達する時間は大きくなり、逆に、
吸入空気の流速が小さければ、発熱抵抗体の温度
が温度検知抵抗の温度より一定温度だけ高い値に
到達する時間は小さくなることを利用して吸入空
気重量は演算されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来、内燃機関の吸気通路内に設けられたパル
ス駆動型熱式エアフローセンサは１気筒当りの吸
入空気重量の積分値を計測することができるが、
脈動があるときと脈動がないときでは、発熱抵抗
体と吸入空気との伝熱係数が異なるために、脈動
がない場合の校正曲線で吸入空気重量を演算する
と、実際の吸入空気重量より小さくなつて誤差を
生ずるという問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の目的は、上述の問題点に鑑み、脈動半
周期たとえば４気筒機関であれば、360°クランク
角（CA）／気筒数のトリガ信号による定電圧印
加時間の偏差により脈動の大きさすなわち発熱抵
抗体と空気との伝熱係数の変化を検出し、これに
より、吸入空気重量を補正することにあり、その
手段は、第１図に示される。

すなわち、機関の吸気通路内に設けられた温度
検知抵抗および発熱抵抗体を含むブリツジ回路、
トリガ信号によつてトリガされてブリツジ回路に
定電圧を印加するための定電圧発生回路、および
発熱抵抗体の温度が温度検知抵抗の温度より一定
温度だけ高くなつたことを検出して定電圧発生回
路をリセツトする電圧検出回路を具備し、定電圧
発生回路によるブリツジ回路への定電圧印加時間
にもとづいて吸入空気重量を得るようにしたパル
ス駆動型熱式エアフローセンサにおいて、吸入空
気重量演算手段は吸入空気重量の脈動周期のトリ
ガ信号T_io1による定電圧印加時間Ｔにもとづいて
吸入空気重量を演算し、定電圧印加時間偏差演算
手段は吸入空気重量の脈動半周期のトリガ信号
T_io2による定電圧印加時間T₁，T₂（T₁≦T₂）の
比（T₂−T₁）／（T₁＋T₂）を演算する。この結
果、吸入空気重量補正手段はこの比により吸入空
気重量を補正するものである。

〔作用〕

上述の手段によれば、脈動周期たとえば720℃
Ａ／気筒数周期のトリガ信号T_io1により１気筒当
りの平均吸入空気重量すなわち脈動周期の吸入空
気重量の積分値を得ることができ、脈動半周期た
とえば360℃Ａ／気筒数周期のトリガ信号T_io2に
より脈動半周期の吸入空気重量の積分値を得るこ
とができる。従つて、あるトリガ信号T_io2によつ
て得られる脈動半周期の吸入空気重量の積分値が
流速が大きい脈動の半周期に相当すれば、次のト
リガ信号T_io2によつて得られる脈動半周期の吸入
空気重量の積分値は流速が小さい脈動の半周期に
相当することになり、この結果、その比（T₂−
T₁）／（T₁＋T₂）は脈動による伝熱係数の変化
を示すことになる。従つて、この比（T₂−
T₁）／（T₁＋T₂）に応じて平均吸入空気重量を
補正することにより吸入空気重量の検出精度は向
上する。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の実施例を説明する。

第２図は本考案に係るパルス駆動型熱式エアフ
ローセンサの吸入空気重量補正装置の一実施例を
示す全体構成図である。第２図において、機関の
吸気通路の一部であるセンサボデイ１の上流には
吸入空気の流速分布を均一にするための金網２が
設けられている。センサボデイ１の中央部のステ
イ３にはセンシングダクト４が設けられ、このセ
ンシングダクト４には吸入空気温度を検出するた
めの温度検知抵抗５および発熱抵抗体６が組込ま
れている。

なお、温度検知抵抗５および発熱抵抗体６は薄
膜式でもワイヤ式でもよいが温度検知抵抗５は発
熱抵抗体６の熱に影響されない位置、たとえば発
熱抵抗体６の上流側に設けられる必要がある。

温度検知抵抗５、発熱抵抗体６、センサ駆動回
路１０の調整用抵抗R₁，R₂，R₃（図示せず）は、
後述のごとく、ブリツジ回路を構成している。セ
ンサ駆動回路１０は、パワートランジスタ１０
ａ、ハイブリツド基板１０ｂ等により構成され
る。さらに、センサ駆動回路１０はたとえばマイ
クロコンピユータにより構成される制御回路１１
によつて制御される。なお、制御回路１１には、
デイストリビユータ（図示せず）の軸がたとえば
クランク角に換算して720°毎に基準位置検出用パ
ルス信号を発生するクランク角センサ１２および
クランク角に換算して30°毎に角度位置検出用パ
ルス信号を発生するクランク角センサ１３等が接
続されており、燃料噴射弁１４の噴射量、点火コ
イル１５の点火時期等の制御をも行うものであ
る。

第３図を参照して第２図のセンサ駆動回路１０
について説明する。第３図において、１０１（１
０ａ）はパワートランジスタ、１０２はブリツジ
回路の印加電圧を一定電圧にフイードバツクする
ためのオペアンプ、１０３は基準電圧を発生する
オペアンプ、１０４は比較器、１０５はフリツプ
フロツプである。パワートランジスタ１０１、オ
ペアンプ１０２，１０３はブリツジ回路に定電圧
を印加する定電圧発生回路を構成している。この
定電圧の印加はトランジスタ１０６によつて制御
され、さらにトランジスタ１０６はフリツプフロ
ツプ１０５によつて制御される。なお、＋Ｂはバ
ツテリ電圧を示す。

第４図のタイミング図を参照して第３図のセン
サ駆動回路１０の一般的動作を説明する。ブリツ
ジ回路への通電すなわち発熱抵抗体６への通電は
第４図Ａに示す制御回路１１からのトリガ信号
T_ioの入力によつて行われる。つまり、トリガ信
号T_ioが入力されると、フリツプフロツプ１０５
がセツトされ、第４図Ｂに示すように、トランジ
スタ１０６のベース電位はハイレベルからローレ
ベルとなつてトランジスタ１０６はオフとなる。
この結果、ブリツジ回路に定電圧の印加が開始さ
れる。つまり、発熱抵抗体６の通電が開始して発
熱抵抗体６の温度は第４図Ｃに示すごとく上昇す
る。そして、発熱抵抗体６の温度が温度検知抵抗
５すなわち吸入空気の温度により決定される温度
より一定温度だけ高い値に到達したときに、第４
図Ｄに示すごとく、比較器１０４の２入力の電圧
は一致し、その出力は第４図Ｅに示すごとくロー
レベルからハイレベルに切替わる。この結果、フ
リツプフロツプ１０５はリセツトされ、従つて、
トランジスタ１０６がオンとなつて定電圧の印加
は停止され、発熱抵抗体６の温度は第４図Ｃに示
すごとく下降する。

このように、発熱抵抗体６の温度はトリガ信号
T_ioの入力と共に温度上昇し、通電停止と共に温
度降下する。従つて、通電開始時の発熱抵抗体６
の温度は通電周期すなわち一周期の空気量の積分
値の関数となり、結局、発熱抵抗体６に与えた熱
量、すなわち、第４図Ｆに示す通電時間T_pは積
分値を示すことになる。なお、通電時間T_pから
吸入空気重量g_aへの変換は制御回路１１によつて
行われる。

４サイクル機関において安定した積分値を得る
には720／気筒数（℃Ａ）の周期でトリガすれば
よい。つまり、これは吸気行程が720℃Ａ／気筒
数毎に１回行なわれ、これに伴い吸気脈動が発生
するため720／気筒数を一周期にすれば１気筒当
りの吸入空気重量を計測できると共に計測値も安
定した値になるからである。たとえば、４気筒機
関であれば、第５図に示すごとく、180℃Ａ周期
で気筒の吸入工程に対してピークが現われ、吸入
空気重量g_aはおおよそ正弦波に近い形で現われて
いる。従つて、180℃Ａ周期でトリガすると、脈
動周期の積分値を計測しているので、各通電時間
Ｔはほぼ一定である。これに対し、90℃Ａ周期で
トリガすると、脈動半周期の積分値を計測してい
るので、積分タイミングとして吸入空気重量の脈
動の谷側、山側に分かれ、従つて、小さい通電時
間T₁および大きい通電時間T₂が繰返される。な
お、第５図、第６図においては、 ＴＮ＝T₁＋T₂なる関係が存在する。

第７図、第８図は脈動と伝熱係数との関係を説
明するための図である。すなわち、脈動がない場
合、発熱抵抗体６と吸入空気との伝熱係数h_pは、 h_p＝λ／Ｄ〔0.35＋0.47｛Ｄ（μρ）／μ｝^0.52〕r^0
.3 であり、脈動がある場合、上記伝熱係数ｈは、 ＝λ／Ｄ〔0.35＋0.47／Ｔ∫^T／₀Ｄ｛（μρ）_p＋Δ
（μρ）cos2π／Ｔｔ｝^0.52dt／μ〕Pr^0.3 である。ただし、 λ ：空気熱伝導率 Ｄ ：発熱抵抗体６の直径 μ ：空気粘性係数 Pr：プラントル数 Ｔ ：脈動周期 である。なお、μρは吸入空気重量g_aに相当する。

第８図に示すごとく、脈動の大きさとして、Δ
（μρ）／（μρ）_pすなわち脈動幅の平均流速に対す
る比に対する脈動時の平均伝熱係数と脈動のない
時の伝熱係数との比ｈ／h_pを調べると、Δ
（μρ）／（μρ）_p＝0.5では約２％、Δ（μρ）／（
μρ）
_p＝1.0では約８％小さくなる。この影響は空気重
量の誤差に換算すると４倍程度になり、８％〜32
％の誤差となる。実際の機関での脈動は通常は
0.3程度であり、大きいときには、0.8〜1.0とな
り、従つて、この誤差は見逃すことはできない。

本考案においては、脈動の大きさを検出する手
段として、第６図に示した90℃Ａ周期トリガ、す
なわち360℃Ａ／気筒数のトリガにより通電時間
の比（T₂−T₁）／（T₁＋T₂）（ただし、T₁≦
T₂）から脈動の大きさを判定するものである。
この場合の特性を第９図に示すが、ほぼ比（T₂
−T₁）／（T₁＋T₂）と脈動の大きさΔ（μρ）／
（μρ）_pは比例し、従つて、この値により脈動の大
きさを検出できる。従つて、脈動流に対する補正
は第１０図に示す特性で行えば、ほぼ問題ないレ
ベルまで抑え込め、脈動における誤差消去が実施
できる。

第１１図〜第１４図のフローチヤートを参照し
て第２図の制御回路１１の動作を説明する。

第１１図は脈動周期、すなわち４サイクル４気
筒の場合、180℃Ａ毎にセンサ駆動回路１０をト
リガするためのフローチヤートであり、第１２図
は脈動半周期、すなわち４サイクル４気筒の場
合、90℃Ａ毎にセンサ駆動回路１０をトリガする
ためのフローチヤートである。なお、第１１図の
ルーチンと第１２図のルーチンとは同時には実行
されないように条件ステツプを組込んであるもの
とする。第１１図のルーチンにおいては、ステツ
プ１１０１にてトリガ信号T_ioをセンサ駆動回路
１０に送出し、ステツプ１１０２にて第１１図の
ルーチンは終了する。同様に、第１２図のルーチ
ンにおいては、ステツプ１２０１にてトリガ信号
T_ioをセンサ駆動回路１０に送出し、ステツプ１
２０２にて第１２図のルーチンは終了する。

第１３図はセンサ駆動回路１０からの通電信号
すなわちフリツプフロツプ１０５の出力の立下り
にてスタートする。ステツプ１３０１では、前回
のカウンタ値T₂をT₁とし、ステツプ１３０２に
てT₂←CNTとする。ここで、T₁，T₂は第６図に
おける脈動半周期における通電時間T₁，T₂に相
当する。なお、カウンタCNTは第１１図もしく
は第１２図のルーチンの実行毎に立上がり第１３
図のルーチンの実行終了後に立下るパルスによつ
て駆動される。つまり、カウンタCNTはこのパ
ルスの立上りにて０にリセツトされ、このパルス
がハイレベルである間、所定クロツク（たとえば
1μs）によつてカウントアツプされる。ステツプ
１３０３では、Ｔ←T₁＋T₂とする。従つて、値
Ｔは第５図における脈動周期における通電時間Ｔ
に相当する。

ステツプ１３０４では、脈動周期における吸入
空気重量の積分値を第１４図に示す較正曲線g_aを
用いて補間計算してメモリに格納しておく。

ステツプ１３０５にて、T₁≦T₂か否かを判別
し、T₁≦T₂であればステツプ１３０６にてγ←
（T₂−T₁）／（T₁＋T₂）とし、T₁＞T₂であれ
ば、ステツプ１３０７にてγ←（T₁−T₂）／
（T₁＋T₂）とする。

ステツプ１３０８では、比γにもとづいて第１
０図に示す１次元マツプにより補正係数Ｋを補間
計算し、ステツプ１３０９では吸入空気重量を補
正する。つまり、G_a←Kg_a（Ｋ＞１）とし、メモ
リに格納する。そして、ステツプ１３１０にてこ
のルーチンは終了する。このようにして求められ
た吸入空気重量G_aは燃料噴射量、点火時期等の
演算に用いられる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、脈動の大
きさすなわち発熱抵抗体と吸入空気との伝熱係数
の変化を検出して吸入空気重量を補正しているの
で、パルス駆動型熱式エアフローセンサの検出精
度の向上を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示す全体ブロツク図、
第２図は本考案に係るパルス駆動型熱式エアフロ
ーセンサの吸入空気重量補正装置の一実施例を示
す全体概要図、第３図は第２図のセンサ駆動回路
の回路図、第４図は第３図の一般的な回路動作を
示すタイミング図、第５図は脈動状態でのトリガ
信号による第３図の回路動作を示すタイミング
図、第６図は脈動半周期のトリガ信号による第３
図の回路動作を示すタイミング図、第７図は脈動
を説明する図、第８図は脈動と伝熱係数との関係
を示す図、第９図は比（T₂−T₁）／（T₁＋T₂）
と脈動との関係を示す図、第１０図は比（T₂−
T₁）／（T₁＋T₂）との補正係数Ｋとの関係を示
す図、第１１図〜第１３図は第２図の制御回路の
動作を示すフローチヤート、第１４図は通電時間
と吸入空気重量との関係を示す図である。 ２……金網、５……温度検知抵抗、６……発熱
抵抗体、１０……センサ駆動回路、１１……制御
回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 内燃機関の吸気通路内に設けられた温度検知
   抵抗および発熱抵抗体を含むブリツジ回路、ト
   リガ信号によつてトリガされて前記ブリツジ回
   路に定電圧を印加するための定電圧発生回路、
   および前記発熱抵抗体の温度が前記温度検知抵
   抗の温度より一定温度だけ高くなつたことを検
   出して前記定電圧発生回路をリセツトする電圧
   検出回路を具備し、前記定電圧発生回路による
   前記ブリツジ回路への定電圧印加時間にもとづ
   いて吸入空気重量を得るようにしたパルス駆動
   型熱式エアフローセンサにおいて、前記吸入空
   気重量の脈動周期のトリガ信号による定電圧印
   加時間Ｔにもとづいて前記吸入空気重量を演算
   する吸入空気重量演算手段、前記吸入空気重量
   の脈動半周期のトリガ信号による定電圧印加時
   間T₁，T₂（T₁≦T₂）の比（T₂−T₁）／（T₁＋
   T₂）を演算する定電圧印加時間比演算手段、
   および該比により前記演算された吸入空気重量
   を補正する吸入空気重量補正手段を設けたこと
   を特徴とするパルス駆動型熱式エアフローセン
   サの吸入空気重量補正装置。 ２ 前記機関が４サイクル式の場合、前記吸入空
   気重量演算手段は720℃Ａ／気筒数周期による
   トリガ信号による定電圧印加時間にもとづいて
   前記吸入空気重量を演算し、前期印加時間比演
   算手段は360℃Ａ／気筒数周期によるトリガ信
   号による定電圧印加時間の比を演算する実用新
   案登録請求の範囲第１項に記載の吸入空気重量
   補正装置。