JPH0754590Y2

JPH0754590Y2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPH0754590Y2
Application number: JP7118789U
Authority: JP
Inventors: 広樹松岡; 健一小野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2004-06-20
Also published as: JPH0310053U

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制御装置に関し、特に、空気流量の
計測に熱式エアフローメータを用いた内燃機関の冷間起
動時の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関が吸入する空気量は機関の運転状態を検出する
ために非常に重要なパラメータであり、空気流量または
空気圧によって計測されるのが一般的である。このう
ち、吸入空気量を空気流量で測定するエアフローメータ
としては、可動ベーン方式、熱線方式、カルマン渦方式
がある。

前述のエアフローメータのうち、熱線式エアフローメー
タは空気流の中に熱線（主として白金線）を置くと、流
量に応じた熱が奪われる性質を利用して機関の吸入空気
量を測定するもので、機関のスロットル弁上流に取り付
けて使用する。その原理は、電流加熱した白金熱線を流
れの中に置くと、空気流量によって熱線温度が変化する
が、この温度を一定に保つように電流を制御して、この
電流を電圧として取り出す方法である。その構成は、白
金熱線抵抗、温度補償用抵抗等にてブリッジ回路を組
み、常に平衡電圧が零になるように電源電圧を制御して
温度を一定に保つものである。この熱線式エアフローメ
ータは、従来の可動ベーン型エアフローメータに比較し
て、小型で空気抵抗が小さく、質量流量が測定できるた
め空気圧補正が不要で、且つ応答が速い等の利点があ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、この熱線式エアフローメータは、エアフロー
メータ内の空気流量検出用ヒータが氷結した場合、ヒー
タで発生する熱が氷の温度上昇、融解に奪われ、あたか
も大流量が流れてヒータが熱を奪われた状態と同じよう
な状態となって、エアフローメータが機関吸入空気流量
を過大計測してしまう。すると、この過大計測流量をも
とに燃料調量が行われることになり、実空気量に対して
燃料供給量が過多となって空燃比オーバリッチとなっ
る。この結果、機関のストール、ドライバビリティの悪
化、黒煙排出、点火プラグのくすぶり等の不具合が発生
するという問題がある。

本考案は前記従来の熱線式エアフローメータを用いて空
気流量を計測する内燃機関の制御装置の有する問題点を
解消し、エアフローメータ内の空気流量検出用ヒータが
氷結した場合でも、適正な燃料噴射量が得られ、機関を
安定して制御することができる内燃機関の制御装置を提
供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本考案の内燃機関の制御装置は、第
１図に示すように、内燃機関への吸入空気量を測定する
熱線式エアフローメータと、機関の運転状態パラメータ
を検出する運転状態検出手段と、吸気温度を検出する吸
気温検出手段と、機関起動からの時間に応じたエアフロ
ーメータの非氷結時の通常時出力特性を記憶する出力記
憶手段と、吸気温度が氷点下の時にエアフローメータ出
力を出力記憶手段に記憶された対応する通常時出力と比
較し、その差が所定値以上の時にエアフローメータを氷
結と判定する氷結判定手段と、氷結判定時にエアフロー
メータの出力以外の運転状態パラメータを使用して基本
噴射量を演算し、通常時にエアフローメータの出力を使
用して基本噴射量を演算する基本噴射量演算手段と、氷
結判定時に限り、氷結判定後のエアフローメータ出力と
出力記憶手段に記憶された対応する通常時出力とを比較
し、その差が所定値未満の時に氷結判定を解除する解氷
判定手段とを備えていることを特徴としている。

〔作用〕

本考案の内燃機関の制御装置によれば、吸気温が氷点下
の時にエアフローメータの出力値が通常時の出力値と比
較され、その差が所定時間継続して所定値以上の時に空
気流量検出用ヒータが氷結と判定され、この時は検出さ
れた内燃機関の運転状態に基づき基本噴射量が演算さ
れ、エアフローメータの出力は基本噴射量の演算には使
用されない。ヒータの解氷判定はエアフローメータの出
力値と通常時の出力値との差が所定値未満となったこと
を以て行われる。

〔実施例〕

以下図面を用いて本考案の実施例を詳細に説明する。

第２図には本考案の内燃機関の制御装置の一実施例を備
えた電子制御燃料噴射式内燃機関が概略的に示されてい
る。この図において、機関（エンジン）１の吸気通路２
には熱線式エアフローメータ３が設けられている。この
エアフローメータ３はアナログ出力のものであり、白金
（Pt）熱線抵抗、温度補償用抵抗等にてブリッジ回路が
組まれたものである。そして、空気流量によって変化す
る熱線温度を一定に保つように電流が制御され、この電
流が電圧として取り出されるようになっており、熱線式
エアフローメータ３の出力は制御回路10のA/D変換器101
に入力され、入力はイグニッションスイッチ（IG）15を
介してバッテリ16に接続されている。

また、エンジン１の吸気通路２に設けられたスロットル
弁18の軸には、スロットル弁18の開度を検出するスロッ
トル開度センサ19が設けられている。このスロットル開
度センサ19の下流側の吸気通路２には各気筒毎に燃料供
給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴
射弁７が設けられている。更に、吸気通路２のエアフロ
ーメータ３の上流側、或いはエンジン１のどこかには、
吸気温度或いは外気温度を測定する温度センサ17が設け
られている。この温度センサ17の出力は制御回路10のA/
D変換器101に入力される。

ディストリビュータ４には、その軸が例えばクランク角
（CA）に換算して720°CA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５及び30°CA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６が設
けられている。これらクランク角センサ5,6のパルス信
号は、燃料噴射時期の割込要求信号、点火時期の基準タ
イミング信号、燃料噴射量演算制御の割込要求信号など
として作用する。これらの信号は制御回路10の入出力イ
ンタフェース102に供給され、このうちクランク角セン
サ６の出力はCPU103の割込端子に供給される。

また、エンジン１のシリンダブロックの冷却水通路８に
は、冷却水の温度を検出するための水温センサ９が設け
られている。水温センサ９は冷却水の温度THWに応じた
アナログ電圧の電気信号を発生する。この出力もA/D変
換器101に供給されている。

排気マニホルド11より下流の排気系には、排気ガス中の
３つの有害成分HC,CO,NOxを同時に浄化する三元触媒コ
ンバータ12が設けられている。また、前記排気マニホル
ド11の下流側であって、触媒コンバータ12の上流側の排
気パイプ14には、空燃比センサの一種であるO₂センサ13
が設けられている。O₂センサ13は排気ガス中の酸素成分
濃度に応じて電気信号を発生する。すなわち、O₂センサ
13は空燃比が理論空燃比に対してリッチ側かリーン側か
に応じて、異なる出力電圧を制御回路10の信号処理回路
111を介してA/D変換器101に供給する。また、前記入出
力インタフェース102にはIG15のオン／オフ信号が供給
されるようになっている。

以上のような構成において、IG15がオンされると、バッ
テリ16からの電力がエアフローメータ３、制御回路10に
供給されてこれらが起動され、エアフローメータ３は出
力を始め、制御回路10はプログラムが起動し、エアフロ
ーメータ３やその他のセンサからの出力を取り込み、イ
ンジェクタ７やその他のアクチュエータを制御する。

制御回路10は、例えばマイクロコンピュータを用いて構
成され、前述のA/D変換器101,入出力インタフェース10
2,CPU103の他にROM104,RAM105,IG15のオフ後も情報の保
持を行うバックアップRAM16等が設けられており、これ
らはバス113で接続されている。

この制御回路10において、ダウンカウンタ108,フリップ
フロップ109,及び駆動回路110は燃料噴射弁７を制御す
るためのものである。即ち、吸入空気量と機関回転数と
から演算された基本噴射量Tpを機関の運転状態で補正し
た燃料噴射量TAUが演算されると、燃料噴射量TAUがダウ
ンカウンタ108にプリセットされると共にフリップフロ
ップ109もセットされる。この結果、駆動回路110が燃料
噴射弁７の付勢を開始する。他方、ダウンカウンタ108
がクロック信号（図示せず）を計数して最後にそのキャ
リアウト端子が“1"レベルになった時に、フリップフロ
ップ109がリセットされて駆動回路110は燃料噴射弁７の
付勢を停止する。つまり、前述の燃料噴射量TAUだけ燃
料噴射弁７は付勢され、したがって、燃料噴射量TAUに
応じた量の燃料がエンジン１の燃焼室に送り込まれるこ
とになる。

なお、CPU103の割込発生は、A/D変換器101のA/D変換終
了後、入出力インタフェース102がクランク角センサ６
のパルス信号を受信した時、クロック発生回路107から
の割込信号を受信した時、等である。

次に第３図から第６図のフローチャートを用いて前述の
制御回路10の動作を説明する。

第５図は氷結判定許可ルーチンであって、制御回路10が
起動された時に実行される、いわゆるイニシャル・ルー
チン中に設置される。このルーチィンではIG15がオンさ
れた温度センサ17からの信号により、起動直後の吸気温
度が０℃か否かをステップ501で判定する。そして吸気
温が０℃未満の時（YES）はステップ502に進み、ここで
氷結判定許可フラグFJを“1"にセットしてこのルーチン
を終了し、吸気温が０℃以上の時（NO）はステップ503
に進んで氷結判定許可フラグFJを“0"にセットしてこの
ルーチンを終了する。この第５図に示すルーチンを実行
するのは、エアフローメータ３が氷結するのが氷点下で
しか起こり得ないため、判定を氷点下の時だけ行なって
信頼性を上げようとするためである。

第３図はエアフローメータ（AFM）の出力読込ルーチン
であり、例えば、4ms毎の割込ルーチン等に設置され、4
ms毎に実行される。

ステップ301ではまずエアフローメータ３の出力電圧値V
Aを読み込み、続くステップ302ではIG15がオンしてから
の経過時間Ｔが所定時間、例えば0.5秒以内であるか否
かを判定する。そして、IG15がオンしてからの経過時間
Ｔが0.5秒を越えている時（NO）はこのルーチンを終了
するが、IG15がオンしてからの経過時間Ｔが0.5秒以内
の時（YES）はステップ303に進む。

ステップ303では氷結判定許可フラグFJが“1"であるか
否がを判定し、氷結判定許可フラグFJが“0"の時（NO）
は外気が氷点下以上であるので氷結はあり得ないと判断
してこのルーチンを終了するが、氷結判定許可フラグFJ
が“1"の時（YES）は外気が氷点下なので、氷結の可能
性ありと判断してステップ304に進む。ステップ304では
スロットル開度が所定開度、例えば２°以下か否かを判
定し、スロットル開度＞２°ならこのルーチンを終了
し、スロットル開度≦２°ならステップ305に進む。こ
れは、スロットル開度により吸気流速が変化し、正確な
判定が出来なくなるからである。

ステップ305ではIG15をオンしてからの経過時間Ｔに応
じた通常時のエアフローメータ３の出力電圧VAUを、２
次元マップより読み込む。尚、このマップは、通常時、
即ち非氷結時のエアフローメータ３の起動時の出力特性
を測定したものをROM104に予め記憶させておく。続くス
テップ306では、ステップ301にて読み込んだ現在のエア
フローメータ３の出力電圧VAからステップ305でマップ
より読み込んだ通常時のエアフローメータ３の出力電圧
VAUを減算した値が所定値Vcompよりも大きいか否かを判
定する。そして、出力電圧VAが出力電圧VAUよりもVcomp
以上大きい時には氷結の可能性有りと判断してステップ
307に進み、出力電圧VAと出力電圧VAUとの差電圧がVcom
p未満の時には氷結の可能性なしと判断してステップ310
に進む。

ステップ307では、エアフローメータ３の出力電圧VAが
通常時の出力電圧V AUよりVcomp以上大きい状態がどれ
だけの時間継続しているかを測定するカウンタTiceの値
を所定値、例えば4msずつ増大させてステップ308に進
み、ステップ308でカウンタTiceの値が所定値、例えば2
0msを越えたか否かを判定する。そして、カウンタTice
の値が20ms未満の時は、氷結の疑いがあるが確実ではな
いと判断してこのままこのルーチンを終了するが、カウ
ンタTiceの値が20msを越えた時は氷結していると判断し
てステップ309に進み、氷結判定フラグFiceの値に“1"
を入れてこのルーチンを終了する。

なお、ここでカウンタTiceを用いて時間を計数するの
は、エアフローメータ３やその他の部材のばらつきによ
り、エアフローメータ３の出力電圧VAが一時的に大きく
なったのを氷結と誤判定しないようにするためである。
第７図に示すように、起動からの経過時間Ｔに対するエ
アフローメータ３の出力電圧特性は、通常時は実線のよ
うになるのに対し、氷結時は破線で示すようにエアフロ
ーメータ３の出力電圧特性は通常時よりも常に高くな
る。よって、エアフローメータ３の出力電圧VAが通常時
の出力電圧VAUよりVcomp以上大きい状態が20ms以上継続
していれば、明らかに氷結していると判断できることに
なる。

一方、エアフローメータ３は氷結していない状態を示す
VA−VAU≦Vcompの時（NO）に進むステップ310では、カ
ウンタTiceの値をクリアし、続くステップ311では氷結
判定フラグFiceの値に“0"を立ててこのルーチンを終了
する。

また、以上述べた実施例では、スロットル開度が所定値
以上の場合、氷結の判定を行わないようにしているが、
スロットル開度の代わりにエンジン回転数その他のエン
ジン状態あるいはこれらの組み合わせによりある条件で
は氷結の判定を行わないようにしても良い。更に、エン
ジン状態に応じて判定をやめる方法以外に、エンジン状
態に応じた経過時間Ｔとエアフローメータ３の出力電圧
VAUとの特性マップを複数種類用意してROM104に記憶さ
せておいても良い。

次に、燃料の基本噴射量Tpの決定方について第４図の基
本噴射量演算ルーチンを用いて説明するが、このルーチ
ンは制御回路10のプログラム中にあるものである。この
ルーチンではまず、ステップ401で氷結判定フラグFice
の値が“1"か否かを判定する。氷結判定フラグFiceの値
が“0"の時（NO）は、エアフローメータ３に氷結が発生
していない時であるのでステップ403に進み、ここで、
エアフローメータ３の出力電圧VAとエンジン回転数Neに
応じて基本噴射量Tpを演算する。この演算は制御回路10
のROM104に記憶させておいた２次元マップを使用して行
えば良い。

一方、ステップ401で氷結判定フラグFiceの値が“1"の
時（YES）は、エアフローメータ３に氷結が発生してい
る時であるので、この時はエアフローメータ３は吸入空
気量を過大出力する。この値をそのまま用いて基本噴射
量Tpを演算すると空燃比がオーバリッチになり、エンジ
ンストール、ドライバビリティの悪化、エミッション悪
化、黒煙排出やプラグのくすぶり等を引き起こしてしま
う。したがってこの場合はステップ403に進み、ここ
で、エアフローメータ３の出力電圧VAは使用せずに、ス
ロットル開度TAとエンジン回転数Neの２次元マップより
基本噴射量Tpを演算する。この演算は制御回路10のROM1
04に記憶させておいた２次元マップを使用して行えば良
い。

なお、この実施例では氷結判定フラグFiceが“1"の時
に、スロットル開度TAとエンジン回転数Neの２次元マッ
プより基本噴射量Tpを演算したが、この演算はエアフロ
ーメータ３の出力値以外のエンジンの運転状態より基本
噴射量Tpを演算する方法であれば何でも良いのものであ
る。また、氷結判定フラグFiceが“1"の時に、ヒータに
大きな電流を流して氷結状態を融解させることもでき
る。

続いて、解氷判定について説明する。第６図は解氷ルー
チンであり、制御回路10のベースルーチンあるいは第３
図のステップ301とステップ302の間等に設置するもので
ある。このルーチンではまず、ステップ601で氷結判定
フラグFiceの値が“1"か否かを判定する。氷結判定フラ
グFiceの値が“0"の時（NO）は、エアフローメータ３に
氷結が発生していない時であるので解氷の判定は必要が
なく、このルーチンを終了する。一方、ステップ601で
氷結判定フラグFiceの値が“1"の時（YES）は、エアフ
ローメータ３に氷結が発生している時であるので、ステ
ップ602に進む。

ステップ602ではスロットル開度TAとエンジン回転数Ne
の２次元マップより通常時のエアフローメータ３の出力
電圧VAU2を算出する。次にステップ603において現在の
エアフローメータ３の出力電圧VAとマップより求めた出
力電圧VAU2を比較し、その差の絶対値が所定電圧Vcomp
よりも小さい場合、エアフローメータ３の出力が通常値
に戻ったと判断し、ステップ604に進んで氷結判定フラ
グFiceを“0"とする、即ち、氷結判定を解除する。この
ようにして氷結判定フラグFiceを“0"にした後は、基本
噴射量Tpは第４図で説明したように、エアフローメータ
３の出力電圧VAに基づいて決定され、通常の制御に戻
る。一方、ステップ603において現在のエアフローメー
タ３の出力電圧VAとマップより求めた出力電圧VAU2の差
の絶対値が所定電圧Vcompよりも大きい場合は、氷結が
融解していないと判断して氷結判定フラグFiceを“1"の
まま、このルーチンを終了する。

このように、本考案ではエアフローメータ３の氷結時に
は、エアフローメータ３の出力値を用いずに基本噴射量
Tpが演算されるので、エアフローメータ３の氷結時に空
燃比がオーバリッチになるのが防止される。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の内燃機関の制御装置によ
れば、熱線式エアフローメータを用いて空気流量を計測
する内燃機関において、エアフローメータが氷結した場
合でも、適性な燃料噴射量が得られ、空燃比がオーバリ
ッチになることなく機関が安定して制御されるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の内燃機関の制御装置の構成を示すブロ
ック図、第２図は本考案の内燃機関の制御装置の全体構
成図、第３図から第６図は第２図の制御回路の機関起動
後の制御手順を示すフローチャート、第７図は起動から
の時間とエアフローメータの出力電圧特性を通常時と氷
結時とを対比させて示す図である。１……エンジン、３……熱線式エアフローメータ、10…
…制御回路、15……イグニッションスイッチ、17……温
度センサ、104……ROM。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】内燃機関への吸入空気量を測定する熱線式
エアフローメータと、機関の運転状態パラメータを検出する運転状態検出手段
と、吸気温度を検出する吸気温検出手段と、機関起動からの時間に応じたエアフローメータの非氷結
時の通常時出力特性を記憶する出力記憶手段と、吸気温度が氷点下の時にエアフローメータ出力を出力記
憶手段に記憶された対応する通常時出力と比較し、その
差が所定値以上の時にエアフローメータを氷結と判定す
る氷結判定手段と、氷結判定時にエアフローメータの出力以外の運転状態パ
ラメータを使用して基本噴射量を演算し、通常時にエア
フローメータの出力を使用して基本噴射量を演算する基
本噴射量演算手段と、氷結判定時に限り、氷結判定後のエアフローメータ出力
と出力記憶手段に記憶された対応する通常時出力とを比
較し、その差が所定値未満の時に氷結判定を解除する解
氷判定手段と、を備えた内燃機関の制御装置。