JPH0646164B2 - 内燃機関の制御に用いられる空気流量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、内燃機関の運転状態、例えば燃料噴射量、
点火時期等をマイクロコンピュータを利用した電子的な
制御ユニットで制御する場合、特に上記内燃機関の吸入
空気流量の測定手段を改良して、常に円滑に機関制御が
実行されるようにする内燃機関の制御に用いられる空気
流量検出装置に関する。

［背景技術］ 内燃機関の例えば燃料噴射量等を電子的に制御する場
合、この内燃機関の運転状態を常時監視し、その監視デ
ータを内燃機関の、例えばマイクロコンピュータによっ
て構成される制御ユニットに対して供給するように構成
する必要がある。この内燃機関の運転状態の監視手段と
しては、例えば機関の回転速度センサ、冷却水温セン
サ、スロットル開度センサ等が存在するものであるが、
さらに機関の運転状態に大きく関連するものとして、吸
入空気流量の測定手段が存在する。

この吸入空気流量測定手段としては種々のものが存在す
るものであるが、例えば特開昭５５−９８６２１号公報
に示されるように、空気流による放熱効果を利用した熱
式空気流量測定装置が存在する。すなわち、吸気管の中
に温度によって抵抗値の変化する特性を有する抵抗素子
からなる感温素子を設定し、この感温素子に対して加熱
電力を供給して発熱制御するものである。この場合、感
温素子に吸気管に流れる空気流が接触しているものであ
るため、加熱電力が供給されたときの感温素子の温度上
昇速度が、吸気管に流れる吸入空気流量に影響されるよ
うになる。したがって、この感温素子の温度を特定され
る温度状態に保つための加熱電力の電流量は、吸入空気
流量に対応するようになるものであり、この加熱電流か
ら吸入空気流量を算出できるようになる。

しかし、このようにして得られる空気流量測定信号は、
電流量によるアナログデータとして得られるものであ
り、例えばマイクロコンピュータで使用するためには、
高精度のＡ／Ｄ変換器によってディジタルデータに変換
する必要があり、信号処理手段を複雑にし、また精度の
高いものとする必要がある。

［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、内燃
機関の吸入空気流量を、この機関を電子的に制御する制
御ユニットで効果的に利用できるように、ディジタル的
に表現されるようにした空気流量測定信号が得られるよ
うにし、例えば燃料噴射量、点火時期等を効果的に制御
できるようにした内燃機関の制御に用いられる空気流量
検出装置を提供しようとするものである。

またこの発明の他の目的は、上記のような吸入空気流量
の測定手段に障害が発生したような場合にあっても、内
燃機関の電子的制御が効果的に実行されるようにするこ
とを目的としているものである。

［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に用いられる
空気流量検出装置にあっては、吸入空気流量の測定手段
として熱式空気流量測定装置を備えるものであり、この
測定装置は吸気管の中に設定される感温素子を備える。
この感温素子に対しては、上記機関の回転に同期する信
号に基づき設定されるスタートパルス信号によって加熱
電力が供給設定されるものであり、感温素子の温度が特
定される温度状態となったときに、上記加熱電力を遮断
制御し、この加熱電力の供給時間幅を表現してパルス状
信号を測定出力信号として機関制御ユニットに供給する
ようにしている。また、上記感温素子の断線等の障害が
発生した場合には、この障害を出力信号で表現される時
間幅の変化から検出し、この障害検出状態で上記機関の
回転周期に対して特定される補正を加えた時間幅信号
を、空気流量測定信号に代えて上記制御ユニットに供給
し、機関制御出力が得られるようにしているものであ
る。

［作用］ 感温素子は吸入空気流にさらされる状態となっているも
のであるため、加熱電力が供給されて発熱状態となった
場合、その温度上昇速度は空気流量に反比例する状態と
なる。したがって、この感温素子の温度が特定される温
度状態まで上昇するに必要な時間は、上記空気流量に比
例するようになり、上記感温素子に対する加熱電力の供
給時間幅は、吸入空気流量を表現するようになる。そし
て、この時間幅を表現するパルス状信号のパルス時間幅
は、例えばシステムクロック信号によって計数すること
によってディジタルデータとして制御ユニットに取り込
まれるものであり、特に Ａ／Ｄ変換等の手段を設ける必要がない。また、上記吸
入空気流量測定装置において障害が発生した場合には、
この機関制御データが異常状態となり、安定した機関制
御が実行できなくなる。しかし、上記空気流量測定装置
にあっては、このような障害状態が発生した場合には、
機関の負荷状態に関連するデータと機関回転周期とによ
って空気流量測定信号に代わる時間幅データが形成さ
れ、このデータが空気流量測定信号として制御ユニット
に取り込まれるものであるため、効果的なフェイルセイ
フ制御が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図は内燃機関の吸入空気流量測定部分を示すもの
で、内燃機関に対して吸入空気を送る吸気管11の中に
は、感温素子12および温度測定素子13が設定されてい
る。この感温素子12および温度測定素子13は、共に温度
によって抵抗値の変化設定される抵抗素子によって構成
されるものであり、例えば白金線によって構成され、吸
入空気流に接触されるようになっている。そして、感温
素子12は固定の抵抗14を介して接地され、温度抵抗素子
13は固定の抵抗15および16を介して接地されるようにな
っている。そして、感温素子12、温度測定素子13、さら
に抵抗14〜16によってブリッジ回路が構成されるように
している。

上記ブリッジ回路の入力端となる感温素子12と温度抵抗
素子13との接続点には、トランジスタ17を介して電源が
接続されるものであり、このトランジスタ17のオン状態
で、感温素子12を含むブリッジ回路に加熱電力が供給さ
れる。

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は、上記ブリッジ回路の出力端子となるもの
であり、上記ａ点およびｂ点の電位がコンパレータ18で
比較される。そして、感温素子12の温度が温度測定素子
13で測定される吸気管11に流れる空気の温度に対して、
特定される温度差が設定されるまで上昇したときに、上
記コンパレータ18の出力信号がハイレベルに設定される
ようにしている。

上記コンパレータ18からの出力信号は、フリップフロッ
プ回路19にリセット指令として供給するもので、このフ
リップフロップ回路19は、内燃機関の例えば燃料調量制
御等を実行する制御ユニット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ようになって
いる。

この場合、上記スタートパルス信号Ｔinは、制御ユニッ
ト20に対して供給される内燃機関の回転信号に基づい
て、例えば機関のクランク角 １８０゜ＣＡ毎に発生される信号によって、上記機関回
転に同期する状態で周期的に発生される。

そして、上記フリップフロップ回路19からのセット状態
における出力信号は、バッファアンプ21を介して測定出
力信号Ｔout として上記制御ユニット20に対して供給さ
れるものであり、またトランジスタ17のベースに対し
て、このトランジスタ17をオン制御する信号として供給
する。

ここで、上記トランジスタ17を介して感温素子12を含む
ブリッジ回路に供給される加熱電力の電圧信号は、基準
電圧電源22からの基準電圧信号と共にＯＰアンプ23に供
給し、このＯＰアンプ23の出力によって、上記トランジ
スタ17のベース電位を制御するように構成する。すなわ
ち、上記ブリッジ回路に供給される電力は、上記基準電
圧に基づいて定電圧制御されるようになっている。

すなわち、上記制御ユニット20から機関回転に同期する
状態で、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Ｔ_ｉｎによってフリッ
プフロップ回路19がセットされ、その出力信号は第２図
（Ｂ）に示すように立上がる。

このようにフリップフロップ回路19がセットされると、
その出力信号によってトランジスタ17がオン制御され、
感温素子12を含むブリッジ回路に定電圧制御された加熱
電力が供給されるようになる。そして、感温素子12は発
熱制御され、その温度が第２図（Ｃ）に示すように上昇
する。この場合、この感温素子12の温度上昇速度は、こ
の感温素子12が吸気管11の中で空気流に接触する状態に
あるものであるため、吸気管11に流れる吸入空気流量に
影響されて設定されるようになる。具体的には、吸入空
気流量が大きい程、感温素子12の温度上昇速度が低い状
態となる。

このようにして感温素子12の温度が上昇して、温度測定
素子13で測定される温度よりも、特定される温度差が設
定されるまで上昇すると、点ａの電位が点ｂの電位より
低下して、第２図（Ｄ）に示すようにコンパレータ18か
ら出力信号が立上がるようになる。すなわち、このコン
パレータ18からの出力信号によって、第２図（Ｂ）で示
されるようにフリップフロップ回路19がリセットされそ
の出力信号が立下がる。

すなわち、スタートパルス信号によって立上がり、コン
パレータ18からの出力信号によった立下がり制御される
第２図（Ｂ）に示す信号で表現される時間幅は、感温素
子12の加熱電力が供給されたときの温度上昇速度に対応
するものであり、したがってこの出力パルス状信号で表
現される時間幅は、吸入空気流量測定信号となるもので
ある。このため、このフリップフロップ回路19のセット
状態に対応する出力信号は、空気流量測定信号Ｔout と
して、制御ユニット20に取り込まれる。そして、この制
御ユニット20にあっては、この測定出力信号Ｔ_ｏｕｔ
で表現される時間幅を例えばシステムクロック信号によ
って計数し、ディジタルデータとして取り込み、機関回
転数との関係で吸入空気量データとして、例えば機関に
対する燃料噴射量、点火時期等の演算制御に用いられる
ようにする。

そして、コンパレータ18から出力信号が発生され、フリ
ップフロップ回路19がリセットされると、トランジスタ
17がオフ制御され、上記感温素子12に対する加熱電力が
遮断制御され、その温度が低下されるようになって、次
の加熱電力の供給を待機するようになるものである。

第３図は上記測定出力信号Ｔout で表現される時間幅
と、吸気管11に流れる空気流量との関係を、機関の回転
速度に対応してそれぞれ示している。そして、制御ユニ
ット20にあっては、上記測定信号Ｔout と機関回転数情
報とに基づいて、現在吸気管11に流れている空気量を算
出するものである。

このような熱式の空気流量測定装置によって、吸気管11
に流れる空気流量を測定する場合、例えば感温素子12部
の断線、抵抗値の異常増大等が発生すると、第４図
（Ａ）に示すスタートパルス信号に対して、感温素子12
の温度状態が第４図（Ｂ）に示すようになり、異常状態
で第４図（Ｃ）でＡで示すような出力信号を発生するよ
うになる。すなわち、異常状態で上記測定出力信号Ｔou
t で表現される時間幅が極めて小さい状態となる。これ
は、吸入空気流量が非常に小さい状態に相当するもので
あり、したがってこのような測定信号に基づいて制御ユ
ニット20で燃料噴射量を演算すると、その演算噴射量は
機関が要求している値よりかなり小さな値となってしま
う。すなわち、内燃機関の運転性を著しく低下させるよ
うになり、最悪の場合機関停止状態となる。

したがって、上記制御ユニットにあっては、空気流量測
定信号Ｔout で表現される時間幅を常時監視し、異常状
態と判定された場合には、上記空気流量測定信号Ｔout
を制御ユニット20において使用せず、この空気流量測定
信号に代わる情報を形成するようにするものである。

第５図は、上記のような異常状態が発生した場合の空気
流量測定信号Ｔout の処理状態を説明するもので、まず
ステップ101 で機関回転状態の検出信号に基づいて、そ
の回転周期信号の発生周期Ｔ_Ｌを取り込む。また、次の
ステップ102 では、上記フリップフロップ回路19のセッ
ト時間幅に対応する測定出力信号Ｔout の時間幅を計測
し、空気流量信号として取り込む。そして、ステップ10
3 で上記測定出力信号Ｔout で表現される時間幅を、設
定値Ｔｍと比較し、信号Ｔout の時間幅か設定値Ｔｍよ
り小さい状態となっているか否かを判定する。この場
合、上記設定値Ｔｍは正常状態での測定出力信号Ｔout
とは言えないような小さな値であるか否かを判定する基
準値とされるものであり、適宜実験等によって求められ
る。したがって、出力Ｔout で表現される時間幅が、設
定値Ｔｍより大きい状態と判定された場合には、正常と
認定してステップ104 に進む。

このステップ104 では、上記スタートパルス信号の周
期、すなわち機関の回転周期（この場合１８０゜ Ｃ
Ａ）Ｔ_Ｌと測定出力信号Ｔout で表現される時間幅か
ら、吸入空気量Ｇを算出するものであり、次のステップ
105 でこの算出された空気量Ｇに基づいて、燃料噴射量
を演算決定する。

また、上記ステップ103 で出力信号Ｔout が異常と判定
された場合にはステップ106 に進む。このステップ106
では、ステップ101 で取り込まれた機関の回転周期に対
応するスタートパルス信号の周期Ｔ_Ｌに基づいて時間幅
Ｔを求める。具体的には、｛Ｔout ×（１／Ｋ）｝の演
算を行なって、時間幅Ｔを求める。そして、ステップ10
7 で上記求めた時間幅Ｔを空気流量測定信号Ｔout とみ
なして、前記ステップ104 に進み、燃料噴射量等の演算
に使用されるようにするものである。

ここで、上記定数Ｋは、内燃機関の負荷状態に対応して
設定される。具体的には、スロットルの開度状態に対応
して設定されるものであり、例えばスロットル開度と
（１／Ｋ）との関係は第６図に示す関係に設定される。
この関係は、例えばＲＯＭ等に対してマップによって記
憶設定されるものであり、スロットル開度情報によって
適宜読み出されるものである。また、このスロットル開
度と（１／Ｋ）との関係は、第７図に示すようにステッ
プ状に設定してもよいものである。

したがって、上記のように例えば感温素子12に断線が発
生したような異常状態となり、測定出力信号で表現され
る時間幅が異常に小さくなるような状態となった場合に
は、この異常状態の測定出力信号を使用することなく、
機関回転周期および負荷状態に対応した信号が形成さ
れ、この信号が空気流量測定信号に代わって、燃料噴射
量の演算等の機関制御用に使用されるようになる。すな
わち、空燃比のオーバーリーン状態の発生が効果的に防
止されるものであり、例えばこの内燃機関を使用した車
両を安全走行させることができるようになるものであ
る。

また、上記異常状態が検出された場合にあっては、運転
者等に異常の発生を知らせることができるように、例え
ば警報ランプを点灯させるようにすることが好ましい。

［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に用いられ
る空気流量検出装置にあっては、この機関の吸入空気流
量がディジタル的な状態で高精度に測定検出されるもの
であり、燃料噴射量等の演算制御が、例えばマイクロコ
ンピュータを使用するような電子的な制御ユニットによ
って効果的に実行されるようになる。この場合、上記吸
入空気流量を測定する装置の、具体的に空気流量の検出
センサとして使用される感温素子部に障害が発生したよ
うな場合にあっては、その障害が検知された状態で、機
関の回転周期および負荷状態から上記吸入空気流量測定
信号に代わる時間幅信号が形成され、これによって機関
制御が実行されるようになる。すなわち、効果的なフェ
イルセーフ制御が実行されるものであり、このような内
燃機関を搭載した車両の安全走行が可能とされるように
なるものである。

【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に用
いられる空気流量検出装置を説明するもので、特に吸入
空気流量測定部分を説明する回路構成図、第２図は第１
図で示した空気流量測定部分の動作状態を説明する信号
波形図、第３図は上記機関回転数に対応して空気流量測
定信号と空気量との関係を示す図、第４図は上記測定装
置の異常状態を説明する信号波形図、第５図は空気流量
測定に対応する機関制御状態を説明するフローチャー
ト、第６図および第７図はそれぞれ異常状態で使用され
る定数とスロットル開度状態との関係を示す図である。 11……吸気管、12……感温素子、13……温度測定素子、
17……トランジスタ（加熱電力開閉）、18……コンパレ
ータ、19……フリップフロップ回路、20……制御ユニッ
ト。

フロントページの続き (72)発明者 水野 千昭 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 (72)発明者 山田 利貴 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関に対する吸入空気通路に設定され
   た、温度によって抵抗値が変化する特性を有する感温素
   子と、 上記内燃機関の回転に同期する状態で発生されるスター
   トパルス信号にそれぞれ対応して、上記感温素子に対し
   て加熱電力を供給設定する手段と、 上記加熱電力によって上記感温素子の温度が特定される
   温度状態まで上昇したことを検知する手段と、 この手段の検知信号に基づいて上記感温素子に対する加
   熱電力を遮断する手段と、 上記加熱電力の供給時間幅の表現された信号を吸入空気
   流量測定信号として、上記内燃機関の制御ユニットに対
   して供給する手段と、 この手段で得られる測定出力信号で表現される時間幅を
   監視し、その時間幅が異常状態となったことを検出する
   手段と、 この手段で異常状態が検出された状態で、上記内燃機関
   の回転に対応する周期時間を、設定される補正係数によ
   って補正した時間幅信号を算出する手段とを具備し、 上記算出された時間幅の表現された信号を、吸入空気流
   量測定信号として制御ユニットで使用するようにしたこ
   とを特徴とする内燃機関の制御に用いられる空気流量検
   出装置。
2. 【請求項２】上記補正係数は、エンジンの負荷状態によ
   って設定されるようにした特許請求の範囲第１項記載の
   内燃機関の制御に用いられる空気流量検出装置。
3. 【請求項３】上記内燃機関の負荷状態は、スロットル開
   度状態によって判別し、このスロットル開度に対応した
   補正係数が読み取り設定されるようにした特許請求の範
   囲第１項記載の内燃機関の制御に用いられる空気流量検
   出装置。