JPH0668450B2 - 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、例えば自動車の搭載されるエンジンのよう
な内燃機関を電子的に制御する場合に使用される吸入空
気流量測定手段を改善した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］ 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、この監視データに基づいて上記エンジン
に対する燃料噴射量等を演算するものである。このエン
ジンの運転状態を監視する手段としては、種々のものが
存在するものであるが、エンジンの運転に大きく関係
し、特に燃料噴射量等に関連するものとして、吸入空気
流量測定手段が存在する。この場合、この空気流量測定
手段としては、例えばマイクロコンピュータ等によって
構成される電子的な制御ユニットが使用される場合、電
子的に表現される空気流量測定信号が望まれるもので、
このような目的の空気流量測定手段としては、例えば特
開昭55−98621号公報に示されるような熱式空気流量測
定装置が考えられている。

すなわち、吸気管の中に温度によって抵抗値の変化する
感温素子を設定し、この感温素子に対して加熱電流を供
給して発熱制御するものである。この場合、感温素子は
吸入空気流に接触される状態にあるため、この感温素子
の加熱電力による温度上昇状態は、吸入空気流量に直接
的に影響されるようになり、したがってこの感温素子の
温度を特定温度状態に設定するために必要とされる加熱
電流量が、吸入空気流量を表現するようになる。

しかし、この空気流量測定装置にあっては、空気流量測
定信号が電流量によるアナログ信号で表現され、したが
ってこの測定信号を制御ユニットで使用するためには、
高精度のＡ／Ｄ変換をしないければならない。すなわ
ち、充分に制度の高い信号処理回路を必要とするもの
で、おの構成が必然的に複雑なものとなり、また充分な
ダイナミックレンジを得ることが困難である。

［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、特に
Ａ／Ｄ変換等の精度の要求される信号処理を実行するこ
となく、例えば空気流量が時間幅によって表現されるよ
うな、信頼性の高いディジタル状に表現される空気流量
信号によって、燃料噴射量等に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を提
供しようとするものである。

またこの発明にあっては、例えば上記時間幅を一対のパ
ルス信号で表示した差異に、このパルス信号のエッジ部
分が何等かの障害によって制御ユニットに入力されない
ような場合であっても、制御ユニットにおいて制御デー
タの演算制御が通常状態で実行され、燃料噴射量制御等
が円滑に且つ確実に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を提供するようにして
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、吸気管の中に感温素子を
設定し、この感温素子に対して周期的に発生されるスタ
ートパルス信号によって立上がり制御される加熱電力を
供給すると共に、感温素子の温度が特定される温度まで
上昇した状態で上記加熱電力を遮断制御し、この加熱電
力供給時間幅を表現した一対の信号を吸入空気流量測定
出力信号として制御ユニットに対して供給し、機関制御
データを演算させるようにする。また制御ユニットで
は、上記スタートパルス信号から特定される時間範囲
に、上記時間幅をよ表現するパルス信号のエッジの検出
が行われたか否かを判定し、このパルス信号のエッジの
検出が行われない状態で、スタートパルス信号から特定
時間遅れを設定する状態で、パルス信号のエッジ入力が
あったものとみなして、上記制御ユニットで空気流量測
定の時間幅計測を実行し、燃料噴射量等の演算が実行さ
れるようにしているものである。

［作用］ 上記のように構成され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、例えば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それぞれに対応
して、時間幅信号によって表現される吸入空気流量信号
が発生され、この信号によって燃料噴射量等の機関制御
情報が演算されるようになる。この場合、この測定信号
はその発生間隔がクロック信号で計数されるようなディ
ジタル状の一対のパルス信号によって構成されるもので
あるため、特にＡ／Ｄ変換等の信号処理手段は必要とせ
ず、信頼性の高い機関制御が実行される。また、何等か
の理由によって空気流量測定値を表現する時間幅を表現
した一対のパルス信号のエッジが、制御ユニットで検出
されないような状態となった場合には、この状態が速や
かに検出され、スタートパルス信号から特定される時間
遅れを設定して、上記パルス信号のエッジが疑似的に設
定され、これによって空気流量測定信号が形成されて機
関制御に使用されるようになる。したがって、非常に安
定した状態で内燃機関の電子的な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図は特に吸入空気流量測定部分を示しているもの
で、内燃機関に吸入空気を導く吸気管11の内部に、感温
素子12および温度測定素子13が設定される。この感温素
子12および温度測定素子13は、共に温度に対応して抵抗
値が設定される温度特性を有する、例えば白金線等によ
る抵抗素子によって構成されるもので、吸気管11を流れ
る空気流に接触されるように設定されている。

上記感温素子12には固定の抵抗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が直列に接続さ
れ、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。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
測定素子13との接続点に、トランジスタ17を介して加熱
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と、抵抗15と16との接続点ｂのそれぞれ
の電位は、コンパレータ18で比較されるようにする。そ
して、感温素子12に加熱電力が供給され、この感温素子
12の温度が温度測定素子13で測定される空気温度に対し
て、特定される温度差が設定されるまで上昇したとき
に、上記コンパレータ18からの出力信号が立上がるよう
に設定している。そして、このコンパレータ18からの出
力信号が、フリップフロップ回路19をリセット制御する
ようにしている。

フリップフロップ回路19は、機関制御ユニット20で発生
されるスタートパルス信号Tinによってセット制御され
るようにしている。ここで、上記スタートパルス信号
は、機関に例えば、180゜CA毎に発生される回転同期信
号に対応して周期的に発生されるものである。そして、
このフリッツプロップ回路19のセット状態における出力
信号はバッファ21を介して取り出し、上記トランジスタ
17のベースに供給すると共に、出力回路22に供給する。
すなわち、フリップフロップ回路19はスタートパルス信
号Tinによってセットされ、コンパレータ18からの出力
信号によってリセットされて、パルス状の出力信号を発
生するもので、そのセット状態の間トランジスタ17はオ
ン制御され、感温素子12を含むブリッジ回路に加熱電力
を供給する。

また上記パルス状の信号は、出力回路22でそのパルス幅
に相当する時間幅を表現する測定出力信号Toutとされ、
機関制御ユニット20に対して供給される。

上記トランジスタ17を介して感温素子12部に供給される
加熱電力の電圧は、基準電圧電源23で設定される基準電
圧とOPアンプ24で対比されているもので、このOPアンプ
24の出力信号によってトランジスタ17のベースバイアス
が制御されるようになっている。すなわち、トランジス
タ17から感温素子12を含むブリッジ回路に供給される加
熱電力の電圧は、基準電圧によって定電圧制御されるよ
うになっている。

すなわち、機関制御ユニット20で機関回転に同期する状
態でスタートパルス信号が発生されると、この信号に対
応し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に対する加熱電力
が立上がり制御されるようになる。そして、感温素子12
はこの加熱電力によって発熱され、温度上昇するもので
あるが、その温度上昇速度は吸気管11に流れる空気流量
に影響されるようになる。具体的には、吸入空気流量が
大きい程、温度上昇速度は小さくなる。

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
るまで上昇すると、コンパレータ18から出力信号が立上
がり、フリップフロップ回路19がリセットされるもので
あり、感温素子12に対する加熱電力はこのフリップフロ
ップ回路19のリセットと共に遮断される。すなわち、感
温素子12に対しては、上記フリップフロップ回路19のセ
ットされている間、加熱電力が供給設定されるものであ
り、この加熱電力供給時間幅をパルス幅で表現したパル
ス状信号が出力回路22に供給されるようになる。

ここで、出力回路22に供給されるパルス状信号のパルス
幅は、吸気管11に流れる吸入空気流量を表現するように
なるものであり、この出力回路22では上記パルス状信号
のパルスの立上がりエッジおよび立下がりエッジにそれ
ぞれ対応して第１および第２のパルス信号を発生するよ
うにしている。そして、この第１および第２のパルス信
号のそれぞれ立下がりエッジ間隔で、上記フリップフロ
ップ回路19からの出力パルス状信号のパルス時間幅、す
なわち測定空気流量を表現するようにしている。

このように、第１および第２のパルス信号の立下がりエ
ッジ間隔で時間幅を表現することによって、例えば時定
数回路を含む入力回路等にこの測定出力信号を供給して
も、上記時間幅は正確に再現され、制御ユニット20でそ
の時間幅、すなわち吸入空気流量を正確に計測できるよ
うになるものである。

第２図はこのような出力回路から取出され、制御ユニッ
ト20に取り込まれる測定信号Toutとスタートパルス信号
Tinとの関係を示しているもので、（Ａ）図のようにス
タートパルス信号に対して、（Ｂ）図に示す一対のパル
ス信号による測定信号Toutが制御ユニット20に取り込ま
れる。この場合、出力回路22等のスイッチング遅れ、制
御ユニット20側の入力回路フィルタ時定数変更等によっ
て、スタートパルス信号の立上がりエッジから時間遅れ
をもって時刻Te1で測定信号の第１のパルス信号が立下
がる。この時間遅れは、固体差、温度特性等を含む状態
で、所定の時間範囲Tm1〜Tm2の間に入るものである。

そして、第２のパルス信号も同様の時間遅れをもって時
刻Te2で立下がるので、この時刻Te1とTe2の時間間隔Tou
t1が、空気流量測定データとして機関制御ユニット20に
取り込まれ、この時間幅データに対応する空気量Ｇと機
関回転数Ｎとから、機関１回転当りの空気量Ｇ／Ｎを算
出し、このＧ／Ｎに基づいて機関に対する燃料噴射量が
算出されるようになるものである。

しかし、例えばハーネス不良、コネクタ不良等の原因に
よって機関制御ユニット20を構成するマイクロコンピュ
ータのCPUに、上記第１および第２のパルス信号のエッ
ジTe1、Te2が取り込まれないような状態が発生すること
がある。したがって、このような状態では機関制御ユニ
ット20において吸入空気流量測定信号を計測できないよ
うになるものであり、この制御ユニット20において機関
制御を実行することができなくなる。

このような場合のために、上記遅れ時間範囲Tm1、Tm2に
対応して標準的な遅れ時間Tdを設定するもので、機関制
御ユニット20において、スタートパルス信号に対応し
て、例えば第２図の（Ｂ）に破線で示すように第１のパ
ルス信号が時間範囲Tm1とTm2との間に入力されない場合
に、スタートパルス信号の立上がりエッジから時間Td遅
れたタイミングで、第１のパルスの立下がりエッジTe1
が存在したものとみなすようにする。

そして、このスタートパルス信号の立上がりエッジから
Td遅れたタイミングで設定されるTe1と、第２のパルス
信号の立下がりエッジタイミングTe2との時間間隔Tout2
によって、空気流量データを表現し、機関制御ユニット
20に取り込まれるようにしている。

第３図は上記のような空気流量測定動作に伴う測定信号
の取り込み動作を実行する機関制御ユニット20における
制御の流れを説明するもので、機関の回転に対応して割
込み動作が実行される。すなわち、機関の特定されるク
ランク回転角、例えば180゜CAにそれぞれ対応してステ
ップ101でスタートパルス信号Tinが発生される。そし
て、次のステップ102でこのスタートパルス信号Tin毎に
イベントカウンタＣがクリアされ、さらにステップ103
で制御フラグがクリアされるようになる。

このようにして発生されたスタートパルス信号Tinによ
って、前述したようにして吸入空気流量の測定動作が実
行されるものであり、この測定動作にしたがって、スタ
ートパルス信号Tinそれぞれに対応して測定信号Toutが
発生されるようになる。

第４図は上記測定信号Toutの各先頭エッジ、すなわち第
２図（Ｂ）で示した出力回路22からの第１および第２の
パルス信号からなる測定信号の第１のパルスの先頭エッ
ジTe1および第２のパルスの先頭エッヂTe2に対応する割
込み動作を説明するもので、まずステップ201でスター
トパルスの立上がりでクリアされるイベントカウンタの
計数値ＣとTm1とを比較する。そしてカウンタの計数値
ＣがTm1より大きい状態である場合にはステップ202に進
み、再びＣを時刻Tm2と対比し、ＣがTm2より小さい状態
でステップ203に進む。すなわち、第１のパルス信号が
時刻Tm1とTm2との間で発生した状態となった場合にステ
ップ203に進むものであり、この場合出力回路22から第
１のパルス信号が正常に発生したものと判断して、この
Toutによる割込み時刻ＣをTe1としてストアし、ステッ
プ204で前記制御フラグを「１」にしてこれをストアす
る。

また、上記ステップ201および202でToutの割込みが時刻
Tm1とTm2との間に発生していないと判断された場合は、
出力回路22からの第１パルスによる割込みではないと判
断してステップ205に進む。このステップ205では前記制
御フラグが「０」であるか否かを判断するもので、この
制御フラグが「０」ではない状態、すなわち「１」であ
ると判定された場合は、このToutの割込みは第２のパル
ス信号によるものと判断してステップ206に進む。

このステップ206ではこのときのカウンタの計数値Ｃ
を、空気流量測定時間幅の想定される最少時間幅Tm3と
比較し、ＣがTm3より大きい状態でステップ207に進んで
この時の計数時刻ＣをTe2としてストアする。そして、
ステップ208でステップ204でストアされたTe1と上記Te2
とから測定時間幅Toutを算出し、この測定空気量Ｇに対
応するToutに基づいて、ステップ209で噴射燃料量を演
算して、具体的には燃料噴射時間幅τｐを演算し、ステ
ップ210で制御フラグをクリアする。

また、上記ステップ206でＣがTm3より小さいと判断され
た場合は、例えば雑音信号とみなしてそのまま終了させ
る。

また、前記ステップ205で制御フラグが「０」であると
判断された場合は、第１のパルスが欠如したもの判定さ
れる。この場合にはステップ211に進み、Te1をTdに設定
してストアし、ステップ212に進む。このステップ212で
はＣを上記Tm3比較し、このＣがTm3より小さい場合には
そのままステップ213で制御フラグを「１」に設定す
る。またステップ212でＣがTm3より大きいと判定された
場合には、これは第１のパルスが欠如して第２のパルス
が入力されたものと判断して前記ステップ207に進み、T
e2としてストアさせるようにしているものである。

上記説明では出力回路22から発生される第１のパルス信
号が取り込まれない場合を想定して説明したが、同様に
第２のパルスが取り込まれず、欠如した状態となる場合
がある。しかしながら、このような状態の発生に対して
は、カウンタの計数値Ｃが空気流量測定時間幅の想定さ
れる最大時間幅（例えば前回のスタートパルス信号と今
回のスタートパルス信号との時間間隔の半分）となった
ときに、制御フラグが「１」であるか、「０」てあるか
を判断し、制御フラウが「１」であれば第２のパルスが
欠如したと判断するようする。そして、このような第２
のパルスの欠如が検出された場合には、その前の測定デ
ータを代用して使用するようにすれば、機関制御は円滑
に継続実行されるようになる。

［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に用いられ
る空気流量検出装置にあっては、特に燃料噴射量の演算
制御に重要な吸入空気量の測定動作において、その測定
信号が正常に取り込まれないような状態が発生しても、
そのときには正常の測定値とみなされる時間幅信号が制
御ユニットに対して取り込み設定されるようになるもの
であり、常に安定した機関制御、特に噴射燃料量に演算
制御が実行されるものである。特に、吸入空気流量測定
信号を表現するパルス信号の消滅のような状態が発生し
ても、確実に正確な機関制御が実行できる。

【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の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信号の状態を説明する図、第
３図は上記制御装置の空気流量測定動作時における割込
みを説明するフローチャート、第４図は同じく空気流量
測定信号の読み込み動作の流れ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（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……機関制御ユ
ニット、22……出力回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 衣川 真澄 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 鈴木 淳志 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気管の中に設定され、温度に
   対応した抵抗値の設定される温度特性を有する感温素子
   と、 特定される周期のスタートパルス信号を発生し、さらに
   時間幅で表現される測定空気流量信号に基づいて機関制
   御を実行する制御ユニットと、 この制御ユニットで発生される上記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する加熱電力を立
   上がり制御する手段と、 上記加熱電力によって発熱される上記感温素子の温度上
   昇を観測し、その温度が特定温度状態まで上昇した状態
   で上記加熱電力を遮断制御する手段と、 上記感温素子に対する加熱電力の供給時間幅を表現した
   一対のパルス信号を測定空気流量信号として上記制御ユ
   ニットに供給する手段と、 上記制御ユニットで測定空気流量信号の時間幅設定のた
   めのパルス信号のエッジが、上記スタートパルス信号か
   ら特定される時間遅れ範囲に入力されない異常状態を検
   出する手段と、 この手段で異常状態が検出された状態で、上記スタート
   パルス信号から特定される時間幅の経過を設定し、この
   設定時間幅の経過後に空気流量測定信号のパルス信号の
   エッジが入力されたとみなし、上記制御ユニットで空気
   流量を表現する時間幅を計測し入力させる手段とを具備
   し、 この手段で計測入力された時間幅あるいは上記測定空気
   流量信号で表現される時間幅に基づく空気量信号によっ
   て、上記制御ユニットで機関制御用演算が実行されるよ
   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。