JPH0627509B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、特に機関に対する吸入空気流量測定手段を
改善し、例えば機関の運転状態に対応した燃料噴射量が
適正に制御されるようにする内燃機関の制御装置に関す
る。

［背景技術］ 内燃機関、例えば自動車に搭載されるエンジンを電子的
に制御する場合、このエンジンの運転状態を監視し、そ
の運転状態に対応した例えば燃料噴射量等を、マイクロ
コンピュータ等を用いた電子的な制御ユニットによって
算出し、噴射燃料量を制御するようにしている。

ここで、上記燃料噴射量は基本的に吸入空気量に基づき
算出されるようになるものであり、このため上記エンジ
ンの運転状態の監視手段として、吸入空気流量の測定手
段が重要となる。このような空気流量測定手段としては
種々のものが提案されているものであるが、例えば特開
昭５５−９８６２１号公報に示されるような熱式の空気
流量測定装置が知られている。

このような熱式の空気流量測定装置にあっては、例えば
吸気管のの中に温度に対応して抵抗値の設定される感温
素子を設定し、この感温素子に対して加熱電力を供給し
て、感温素子を発熱制御するように構成する。この場
合、感温素子は吸入空気流にさらされる状態にあるもの
であるため、加熱電力による温度上昇特性は吸入空気流
量に影響されるようになる。したがって、例えば感温素
子の温度が特定される温度状態に保たれるようにするた
めに要求される加熱電力の電流量を観測すれば、吸入空
気流量データが得られるようになるものである。

しかし、このような空気流量測定装置によって得られる
空気流量測定信号は、電流値によるアナログデータによ
って表現されている。これに対して、上記エンジンの制
御ユニットは、通常マイクロコンピュータ等のディジタ
ル回路によって構成されるものであり、上記測定信号は
高精度のＡ／Ｄ変換手段によってディジタルデータに変
換した後、制御ユニットに対して取り込まれるようにな
る。すなわち、高精度の信号変換手段を必要とするもの
であり、精度の高いエンジン制御を実行するにはその構
成が必然的に複雑高価なものとなる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたものであっ
て、特に吸入空気流量の測定信号がディジタル的に表現
されるようにして、マイクロコンピュータ等を利用した
制御ユニットに対して効果的に取り込まれるようにし
て、より精度の高い燃料噴射量制御が効果的に実行され
るようにする内燃機関の制御装置を提供しようとするも
のである。

また、この発明の目的は上記空気流量測定が機関の回転
に同期する状態で発生され、燃料噴射量制御がより効果
的に実行されるようにするものであり、またこの場合そ
の測定周期に変動が発生したような場合にあっても、常
に安定して精度の高い吸入空気流量の測定が実行され、
安定した機関制御が実行されるようにする内燃機関の制
御装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る内燃機関の制御装置にあって
は、内燃機関の吸気管に流れる空気流にさらされる状態
で設定され、温度に対応した抵抗値が設定される感温素
子と、前記空気温度に対応した抵抗値が設定された温度
測定素子とを備え、前記感温素子に上記機関の回転に同
期する状態で発生されるスタートパルス信号により立ち
上がる加熱電力を供給し、上記感温素子の温度が前記温
度測定素子で測定される吸入空気温度により特定される
温度状態まで上昇するに必要な上記加熱電力供給時間幅
に対応する時間幅Toutにより表現された測定空気量信号
Ｇを発生する空気流量測定装置と、 上記スタートパルス信号それぞれに対応してそのときの
機関回転数Ｎに対応するこのスタートパルス信号とその
前に発生されたスタートパルス信号との時間間隔Ｔ_Ｌを
算出する手段と、 上記時間間隔Ｔ_Ｌと上記空気流量測定装置で得られた出
力時間幅Toutに基づいて、機関１回転に対応する空気流
量信号Ｇ／Ｎを算出する手段と、 この手段で得られた空気流量信号に基づいて、上記機関
に対する基本燃料量を算出する手段とを具備し、 この手段で算出された基本燃料噴射量に基づき、機関に
対する燃料噴射量を決定するようにしたことを特徴とす
る。

［作用］ 上記のような制御装置の吸入空気流量測定手段にあって
は、感温素子に対して加熱電力を供給設定した場合に、
感温素子が特定される温度状態まで上昇するために必要
な加熱電力供給時間幅が、測定空気量を表現するように
なる。しかし、この加熱電力供給時間幅は加熱電力の立
上がり時の感温素子の温度状態によっても影響される。
すなわち、加熱電力の立上がりを制御するスタートパル
ス信号の時間間隔によって上記測定信号が影響されるよ
うになり、このスタートパルス信号の間隔にばらつきが
存在する場合には、各測定信号の時間幅にばらつきが発
生する。そして、この空気流量測定信号で表現される時
間幅は、その前の測定時間間隔に影響されるものである
が、ここではその測定に対応するスタートパルス信号と
その前のスタートパルス信号との時間間隔を算出し、そ
して時間間隔と上記測定空気流量を表現する時間幅信号
とに基づいて、機関１回転当りの吸入空気量Ｇ／Ｎを算
出し、このＧ／Ｎによって基本燃料噴射量が算出される
ようになる。したがって、スタートパルス信号間隔がば
らついたような場合であっても、常に安定した吸入空気
量データＧ／Ｎが得られるものであり、機関に対する噴
射燃料量の演算制御が信頼性をもって実行されるように
なるものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第１図は内燃機関の吸気管11に流れる吸入空気流量を測
定する空気流量測定装置部分の構成を示すもので、上記
吸気管11の中には感温素子12および温度測定素子13が、
吸入空気流に接触される状態で設定されている。

ここで、上記感温素子12および温度測定素子13は、共に
温度によって抵抗値が変化設定される温度−抵抗特性を
有する例えば白金線等による抵抗素子によって構成され
る。

上記感温素子12に対しては固定の抵抗14が直列に接続さ
れ、また温度測定素子13には抵抗15および16の直列回路
が接続されているもので、上記感温素子12、温度測定素
子13、および抵抗14〜16によってブリッジ回路が形成さ
れるようになっている。そして、このブリッジ回路の入
力端である感温素子12と温度抵抗素子13の接続点には、
トランジスタ17によって開閉される加熱電力が供給され
るようにする。また、感温素子12と抵抗14との接続点
ａ、および抵抗15と16との接続点ｂによる出力部分は、
コンパレータ18の入力端に接続するもので、このコンパ
レータ18では上記点ａおよびｂの電圧を比較するように
している。具体的には、感温素子12に対して加熱電力が
供給され、その温度が温度測定素子13によって測定され
る吸入空気温度に対して特定される温度差が設定される
まで上昇したときに、コンパレータ18からの出力信号が
立上がるように設定されている。そして、このコンパレ
ータ18からの出力信号は、フリップフロップ回路19をリ
セット制御する。

このフリップフロップ回路19は、エンジン制御ユニット
20から発生されるスタートパルス信号Tinによってセッ
ト制御される。このスタートパルス信号は、上記制御ユ
ニット20に対して供給されるエンジンの回転に同期する
信号、具体的にはエンジンのクランク角１８０°ＣＡ毎
に発生される信号にそれぞれ対応して発生される。

このフリップフロップ回路19からは、そのセット状態で
ハイレベルとなる信号を発生するもので、このフリップ
フロップ回路からの出力信号はバッファ21を介して取り
出され、出力回路22に対して供給すると共に、上記トラ
ンジスタ17のベースに対して供給する。すなわち、トラ
ンジスタ17はフリップフロップ回路19のセット状態のと
きにオン状態に制御され、感温素子12を含むブリッジ回
路に対して加熱電力を供給設定するようになる。

この場合、上記加熱電力の電圧はＯＰアンプ23において
基準電圧電源24で設定される基準電圧と対比され、この
ＯＰアンプ23からの出力信号によって上記トランジスタ
17のベースバイアスを制御し、感温素子12に供給される
加熱電力の電圧値が基準設定される。

上記フリップフロップ回路19からは、上記したようにそ
のセット状態でハイレベルとなるパルス上の信号が出力
されるようになるものであり、このパルス状信号のパル
ス時間幅は上記感温素子12に対する加熱電力の供給時間
幅に相当するようになる。そして、出力回路22では、上
記パルス状信号を適宜波形整形して上記パルス時間幅To
utを表現した信号となるものであり、この出力回路22か
らの出力信号は、吸入空気流量測定信号として、上記エ
ンジン制御ユニット20に取り込まれる。

ここで上記出力回路22は、例えばフリップフロップ回路
19からのパルス状信号の立上がりおよび立下がりにそれ
ぞれ対応して一対のパルス信号を発生し、この一対のパ
ルス信号の時間間隔で上記時間幅Toutを表現するように
構成してもよいものであり、要するに制御ユニットに取
り込まれる信号は、フリップフロップ回路19のセット状
態に設定される時間幅Toutを表現するものであればよ
い。

すなわち、上記のように構成される空気流量測定装置に
あっては、吸気管11にエンジンの吸入空気が流れるもの
であって、感温素子12および温度測定素子13にこの吸入
空気が接触されるようになっている。そして、温度測定
素子13の抵抗値は、この吸気温度に対応して設定される
ものであり、感温素子12は加熱電力が供給されることに
よって発熱制御されるものであるが、この感温素子12の
放熱効果が上記空気流に対応して設定され、その温度上
昇速度は吸入空気流量に反比例するようになる。

このような状態でエンジンの回転に同期してエンジン制
御ユニット20から第２図の（Ａ）に示すようなスタート
パルス信号Tinが発生されると、この信号によってフリ
ップフロップ回路19がセットされ、トランジスタ17がオ
ン制御されて、感温素子12を含むブリッジ回路に対して
加熱電力が供給設定されるようになる。すなわち、感温
素子12が発熱制御されその温度が第２図（Ｂ）に示すよ
うに吸入空気流量に反比例する状態で上昇する。

そして、感温素子12の温度が温度測定素子13によって測
定される空気温度より特定される温度差が設定されるま
で上昇すると、コンパレータ18からの出力信号が立上が
り、フリップフロップ回路19がリセットされ、トランジ
スタ17がオフされて上記加熱電力が遮断制御されるよう
になる。

すなわち、感温素子12に対しては、この感温素子12が特
定される温度状態まで温度上昇するまで加熱電力が供給
されるものであり、したがってその加熱電力供給時間幅
は、感温素子12の放熱効果を設定する吸入空気流量に対
応するようになる。

したがって、この加熱電力の供給状態を制御するフリッ
プフロップ回路19からの出力信号、すなわち第２図
（Ｃ）に示すようなセット状態でハイレベルとなるパル
ス状出力信号のパルス時間幅が、測定空気流量を表現す
るようになる。そして、この測定空気流量を表現するフ
リップフロップ回路19からの出力信号は出力回路22を介
して測定出力信号Toutとして取り出され、エンジン制御
ユニット20に対して取り込まれるようになる。

ここで出力回路22では、フリップフロップ回路19からの
パルス状出力信号を波形整形して、あるいは上記パルス
状出力信号の立上がりおよび立下がりそれぞれに対応し
て第１および第２のパルス信号を発生し、この第１およ
び第２のパルス信号の間隔で上記時間幅が表現される信
号に交換して、この測定信号Toutを制御ユニット20に対
して供給するものである。

制御ユニット20では、上記測定信号Toutの時間幅によっ
て表現される、空気量Ｇとエンジン回転数Ｎとの関係で
設定される、エンジン１回転当りの吸入空気量Ｇ／Ｎ
が、上記エンジンに対する燃料噴射量を演算出力するた
めに使用されるようになる。

ここで、スタートパルス信号Tinはエンジンの回転に同
期する状態で発生されるものであるため、そのエンジン
回転数に対応してその空気流量測定装置の出力特性は第
３図に示すようになる。すなわち、エンジン１回転当り
の吸入空気量Ｇ／Ｎは、吸入空気流量の測定出力信号で
表現される時間幅Toutの２次関数となる。そして、燃料
噴射量を決定するために必要な情報であるＧ／Ｎは、エ
ンジン回転数をパラメータとして次のようなToutの２次
関数近似式によって求めている。

Ｇ／Ｎ＝Ｔf1＊（Tout−Toft）^２＋Ｔf3 ここで、上記Ｔf1、Toft、Ｔf3は、回転数Ｎによって一
義的に決まる定数であって、例えば第４図でそれぞれ示
されるようになる。しかし、これら定数を決定する回転
数Ｎの情報はエンジン制御システムによって異なってい
るものであり、スタートパルス信号の発生周期がばらつ
いたような場合には、空気流量測定信号の出力時間幅To
utもばらつくようになり、その結果Ｇ／Ｎの値も変動す
るようになって、精度の良好な噴射燃料の調量制御を実
行することができない。

スタートパルス信号Tinの周期にばらつきが発生する
と、これは測定信号Toutに直接的に影響する。すなわ
ち、第２図で示したようにスタートパルス信号が入力さ
れると感温素子12が発熱制御され、その温度が設定温度
状態に達すると上記発熱制御は停止され、感温素子12は
冷却制御されるようになる。

このため、例えば正常時におけるスタートパルス信号の
発生周期をＴとした場合、次のスタートパルス信号の発
生が遅れ、第２図（Ａ）で示すように「Ｔ＋ΔＴ」の間
隔で次の信号が発生されたとすると、感温素子12はΔＴ
の間だけさらに冷却が継続されるようになり、定常状態
より低い温度状態から加熱制御が実行されるようにな
る。このため、コンパレータ18から出力が発生される温
度状態まで発熱するまでに大きな時間を必要とするよう
になり、その結果出力信号の時間幅はTout1で示すよう
に大きな状態となる。

また逆にスタートパルス信号の発生時間間隔が「Ｔ−Δ
Ｔ」のように短くなった場合には、感温素子12が充分に
冷却される以前に加熱開始されるものであり、感温素子
12の温度が設定温度に到達するために必要な時間幅は小
さくなる。そして、このときに出力信号時間幅はTout2
で示されるように小さなものとなる。したがって、この
ようなTout1、Tout2のような測定信号を用いて燃料噴射
量の演算制御を実行したのでは、エンジンの運転状態に
対して適切な燃料調量を実行することができない。

しかし、このような測定信号の状態をみると、測定信号
Toutの時間幅はその前のスタートパルス信号の発生周期
に対応して設定されるものであり、したがってこのスタ
ートパルス信号の発生周期と出力信号Toutとの関係と直
接的に設定されるものである。すなわち、第２図の場合
「Ｔ＋ΔＴ」とTout1とを関連させて空気量情報Ｇ／Ｎ
を得るようにすればよいものである。

第５図はエンジン制御ユニット20におけるスタートパル
ス信号Tinに対応して発生される動作の流れを示してい
るもので、スタートパルス信号Tinの発生に対応して割
込みが発生され、ステップ101でその時の時刻Ｔ１およ
びｔ１（第２図参照）を読み取り、これをそれぞれＲＡ
Ｍに対してストアする。次に、ステップ102でこのスタ
ートパルス信号の前に発生されたスタートパルス信号の
発生時刻Ｔ２をＲＡＭから読み出して「Ｔ１−Ｔ２」の
演算を行ない、その時間間隔Ｔ_Ｌを演算する。このＴ_Ｌ
はこのときに感温素子12の冷却時間幅に対応するように
なる。そして、ステップ103で上記ＲＡＭにストアされ
た時刻Ｔ１を、次に発生されるスタートパルス信号のた
めにＴ２として再びストアする。

第６図は空気流量測定信号に対応する割込みルーチンを
示しているもので、このルーチンは測定信号Toutの立下
がりに対応して発生される。そしてステップ201でこの
信号Toutの立下がり時刻ｔ２を読み取り、ステップ202
で前にストアされたｔ２との間で「ｔ２−ｔ１」の演算
を実行して、空気流量測定時間幅情報Toutを算出する。

次に、ステップ203では前記算出された今回のスタート
パルス信号と前回のスタートパルス信号との時間間隔Ｔ
_Ｌに基づいて、エンジン回転数Ｎを算出する。ここで、
スタートパルス信号はエンジンの１８０°ＣＡ毎に発生
されるものとし、Ｔ_Ｌの単位を（ｍＳ）とする場合、 Ｎ＝（６０×１０００）／（２×Ｔ_Ｌ） で回転数Ｎが算出される。

そして、次のステップ204で上記回転数Ｎに基づいて、
第４図で示したような一次元マップから定数Tf1、Tof
t、Tf3を算出し、ステップ205でＧ／Ｎの計算を実行す
る。

このようにしてエンジン１回転当りの空気量Ｇ／Ｎが算
出されたならば、次のステップ206でこのＧ／Ｎに対し
て設定される定数Ｋを乗じ、基本の燃料噴射量Ｔ_Ｐを求
めるものである。

ここで、上記説明ではスタートパルス間隔Ｔ_Ｌよって回
転数Ｎを求め、このＮに基づいて一次元マップから定数
を求めるようにしたが、これはもちろんＴ_Ｌの一次元マ
ップとして上記定数Tf1、Toft、Tf3を求めるようにして
もよいものである。

また、スタートパルス信号間隔Ｔ_Ｌと、空気流量測定時
間幅情報Toutとのから、直接演算によりエンジン１回転
当りの空気量Ｇ／Ｎを算出することも可能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る内燃機関の制御装置にあっ
ては、この機関の回転に同期する状態で吸入空気流量の
測定動作が実行され、この測定信号は吸入空気流量に対
応する時間幅信号として表現されるようになる。そし
て、この吸入空気流量の測定信号に基づいて機関１回転
当りの空気量Ｇ／Ｎが求められ、このＧ／Ｎによって基
本燃料噴射量が演算されるものであるが、このときに用
いられる時間間隔Ｔ_Ｌは、その測定に対応する機関回転
に同期したスタートパルス信号とその前のスタートパル
ス信号とから求められる。したがって、上記スタートパ
ルス信号の発生間隔のばらつきによって測定信号にばら
つきが発生するような状態となっても、この測定信号の
時間幅と時間間隔Ｔ_Ｌとの間には所定の対応関係が存在
するため、この測定信号の時間幅と時間間隔Ｔ_Ｌを用い
て、機関１回転当りの空気量Ｇ／Ｎを求めることで、上
記スタートパルス信号の発生間隔のばらつきの影響が排
除できるようになって、安定した機関１回転当りの空気
量Ｇ／Ｎを得ることができ、安定した信頼性の高い内燃
機関制御が実行されるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置
の特に吸入空気流量測定部分を説明する回路構成図、第
２図は上記空気流量測定動作状態を説明する信号波形
図、第３図は上記測定装置の出力パルス幅の特性を説明
する図、第４図は機関１回転当りの空気量Ｇ／Ｎを得る
ための定数の一次元マップの状態を示す図、第５図およ
び第６図はそれぞれ上記空気流量測定手段に基づき得ら
れた測定信号に基づいて空気量Ｇ／Ｎを算出する手段を
説明するフローチャートである。 11……吸気管、12……感温素子、13……温度測定素子、
17……トランジスタ、18……コンパレータ、19フリップ
フロップ回路、20……エンジン制御ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 進 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 佐藤 善久 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−5335（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−104538（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−51618（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−178946（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気管に流れる空気流にさらさ
   れる状態で設定され、温度に対応した抵抗値が設定され
   る感温素子と、前記空気温度に対応した抵抗値が設定さ
   れた温度測定素子とを備え、前記感温素子に上記機関の
   回転に同期する状態で発生されるスタートパルス信号に
   より立ち上がる加熱電力を供給し、上記感温素子の温度
   が前記温度測定素子で測定される吸入空気温度により特
   定される温度状態まで上昇するに必要な上記加熱電力供
   給時間幅に対応する時間幅Toutにより表現された測定空
   気量信号Ｇを発生する空気流量測定装置と、 上記スタートパルス信号それぞれに対応してそのときの
   機関回転数Ｎに対応するこのスタートパルス信号とその
   前に発生されたスタートパルス信号との時間間隔Ｔ_Ｌを
   算出する手段と、 上記時間間隔Ｔ_Ｌと上記空気流量測定装置で得られた出
   力時間幅Toutに基づいて、機関１回転に対応する空気流
   量信号Ｇ／Ｎを算出する手段と、 この手段で得られた空気流量信号に基づいて、上記機関
   に対する基本燃料量を算出する手段とを具備し、 この手段で算出された基本燃料噴射量に基づき、機関に
   対する燃料噴射量を決定するようにしたことを特徴とす
   る内燃機関の制御装置。