JPS595842A - 内燃機関の燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機関の吸入空気量を渦流量計を用いて測定して
噴射燃料量を制御する内燃機関の燃料制御装置に関する
ものである。

従来、渦流量計はカルマン渦式のものと、スワール式の
ものとが自動車用空気流量計として実用化されておυ、
これらの渦流量計は吸入空気量又は流速に略比例した周
波数信号を出力するように構成されている。該周波数信
号は広い流量範囲で流速との比例定数を一定に保持する
ため、流量計測の精度が良好で、流速の過渡変化に追随
する応答性も非常に速いといった優れた特長を持つ反面
、体積流量計であるだ、めに質量流量は計測出来ないと
いう不具合点がある。

例えば自動車の燃料噴射制御装置においては、機関の吸
入空気の質量流量に比例した燃料量の演算が必要であシ
、そのため渦流量計の周波数出力から検出される体積流
量に対して温度変化に伴なう密度補正と、圧力変化に伴
なう密度補正とを行なわなければならない、１そこで上
記温度変化及び圧力変化の検出手段として温度センサは
サーミスタの様に高精度で、かつ安価なものが容易に利
用出来るが、圧力センサはそれ自体が高価な装置で、容
易には利用出来ないという不具合点が有った。

また、流速検出の場合も流速に対応した周波数出力はそ
の特性から出力の１周期以上の高速応答が不可能であシ
、そのため特に大流速からの減速時には、周波数出力の
変化から減速を検出するとどうしても遅れを生じるとい
う欠点が有った。そこで、この遅れを補う間接的な手段
として絞シ弁の開度センサを備え、該開度センサで加減
速を検出し処理出来るようにしているが、絞り弁の開度
センサも高価であるため装置全体のコストアップを招く
という問題点が有った。

本発明は上記のような従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、渦流量計で機関の吸入空気の体積流
量に比例した周波数を得て、該周波数信号に同期して燃
料を噴射して成る装置においても吸入空気の質量流量に
対応した燃料噴射量を得るための密度補正手段と、機関
の加減速運転状態の迅速かつ安価な検出手段とを備えて
機関の運転をきめ細かく制御することが出来る内燃機関
の燃料制御装置を提供することを目的としている。

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図と共に説明す
る。

゛第１図は本発明の一実施例を示すものであって、図中
、１は吸気管、２は上記吸気管１に配設されたエアクリ
ーナ、３はクリーナエレメントで、上記エアクリーナ２
の内壁に密着し、かつ上記吸気管１の中心線に垂直に所
定の厚みを有して配設されている。４は上記エアクリー
ナ３の後方下流側に配設され吸入空気の温度を検出する
吸気温センサ、５は渦流量計で、上記吸気管１内部にあ
って吸入空気の流速を検出する熱線５ａ　、５ｂと、該
熱線５ａ　、５ｂの上流側近傍の所定の位置で、かつ該
吸気管１の中心部に備えられた渦発を柱６とよ構成る。

７は上記渦流量計５の検出回路、８は燃料噴射弁、９は
絞シ弁で、上記吸気管１内部に配設されている。１０は
絞９角度センサで、上記絞シ弁９が配設された近傍の吸
入管１外壁に装着され、該絞シ弁９の絞り角度を検出す
る。１１は排気管、１２．１３は上記排気管１１に配設
された機関の温度センサ及びＯ，センサ、１４は制御装
置で、上記吸気温センサ４の信号、上記渦流量計５の検
出回路７の出力、上記絞シ弁９の絞り角度センサ１０の
信号、機関の上記温度センサ１２の信号、上記０２セン
サの信号、及び図示しないエンソン回転数情報及びクラ
ンキング信号、その他の運転情報が入力され、上記周波
数出力もしくはその分周された周波数に同期して基準の
時間幅の開弁パルスを燃料噴射弁８に加えるように構成
されている。

第２図は第１図に示した渦流量計５の検出回路７で、図
中、熱線５ａは第１の演算増幅器７０１゜抵抗器７０３
，７０９，７０７によシブリッジ回路を形成し、該熱線
５ａの温度と吸入空気との温度差が略一定となる様に制
御されている。７１１゜７１３は抵抗器、７１５はトラ
ンジスタで、上記第１の演算増幅器７０１の出力を電流
増幅するためのものである。また、抵抗器７０５は出力
Ｖ、を安定化させるためのものである。該熱線５ａを有
する検出回路は、渦発生柱６の後流側に発生する片側の
カルマン渦列の信号■１を検出するためのものであるが
、それ自体で熱線流速計の検出回路を構成している。い
ま、該熱線５ａの抵抗温度係数と抵抗器７０９の抵抗温
度係数を等しく設定すれば、該熱線５ａの温度制御は吸
入空気との温度差が該吸入空気の温度上昇に応じて少し
ずつ大きくなるような方法、すなわち熱線流速計でいう
温度差変化法を構成し、該熱線５ａを流れる電流は吸入
空気の温度、圧力の変化に係わらず、質量流量に対応し
た値となシ、上記第１の演算増幅器７０１の（Ｖ＋）も
しくは（■−）の電圧値は質量流量に対応した値となる
ように構成される。同様に、熱線５ｂは第２の演算増幅
器７０２、抵抗器７０４゜７１０．７０８．７１２．７
１４及びトランジスタ７１６で熱線流速計の検出回路を
形成し、上記渦発生柱６の後流側に発生する他の片側の
カルマン渦列の信号Ｖ、を検出する。さらに該熱線５ｂ
の温度制御は上述の温度差変化法を構成し、上記第２の
演算増幅器７０２の（Ｖｌ）もしくは（Ｖ−）の電圧値
は質量流量に対応した値となるように構成される。

７２７ｔｌＥ３の演算増幅器で、コンデンサ７２ｏ。

７２３、抵抗器７２１．７２２，７２４，７２５゜７２
６と共に上記信号Ｖ、と■２の間の差信号を増幅する増
幅回路を形成し、出力Ｖ３を電圧比較器７２８に送出す
る。該電圧比較器７２８は抵抗器７２９゜７３０．７３
１．７３２と共に波形整形回路を形成し、周波数出力ｖ
４を得る。また、抵抗器７１７゜７１８．７１９より成
る回路は加算回路で、上記演算増幅器７０１の（Ｖｌ）
と上記演算増幅器７０２の（■＋）の平均を取るための
回路で渦による変調分を打消し合ったアナログ出力Ｖ、
を得る。なお、（Ｖｐｐ）は復調出力である。

以上の構成に基づき、本発明の一実施例を第３図と共に
説明する。

なお、第３図は第２区名部の動作を示す波形図である。

まず機関の運転中、第１図に示す如く、渦発生柱６の後
流側には左右、に対称で規則的なカルマン渦列が発生す
る。熱線５ａ、５ｂは平均流速により冷却されると同時
に、交互に高周波の渦周波数で冷却される。このため、
熱線５ａ、５ｂを所望の温度に床つための第３図（ａ）
及び（ｂ）に示す如き制御電圧Ｖ、　、　Ｖ２は平均流
速に対応した成分（Ｖｌ）　、　（Ｖ２）及びカルマン
渦による流速変化に対応した成分（△Ｖｌ）、（△Ｖｔ
　）とから成る。この（△Ｖｔ　）と（ΔＶ２）は極性
が反対で、Ｖ３−に１Ｘ（△ｖ、−ΔＶ２）ノ式よシ第
３図（ｅ）に示す如き信号■３が得られ、波形整形され
て第３図（ｄ）に示す如き周波数出力ｖ４が得られる。

つまシ、該周波数と吸入空気の流速との比率が略一定で
あることから、吸入空気の単位時間当シの体積流量に等
しい上記周波数出力Ｖ４が得られるわけである。

次に、熱線５ａと抵抗器７０９、及び熱線５ｂと抵抗器
７１０との抵抗温度係数を等しくなるようにすれば、該
熱線５ａ、５ｂはそれぞれ吸入空気との温度差が該吸入
空気の温度上昇に応じて少しずつ大きくなって行くよう
に温度制御する方法、いわゆる上述の熱線流速計の温度
差変化法を構成し、その結果吸入空気の温度、圧力にか
かわらず、吸入空気の質量流量を検出することが出来る
。この検出された質量流量の函数としては、上記熱線５
、．５ｂの制御電流、及び該熱線５ａ、５ｂにそれぞれ
直列に接線された固定抵抗器７０３，７０４の端子電圧
が動作する。そこで、渦による変調分を加算回路で打消
し合って得られたアナログ出力■、は下記の式１で表わ
される。

い Ｖｌ　＝　（Ａ十ＢＵ　　）　　　　・・・・・・・・
・　（１）ここに、Ｕ：質量流量（ＫＶｈｒ　） Ａ、Ｂ：定数 である。従って本発明の一実施例によれば、第３図（ｅ
）に示す如く、従来の熱線流速計と同じアナログ出力を
得ることが出来る。

ここで、上記質量流量Ｕ　（Ｋｙ／ｈｒ　）を求める方
法を説明する。

まず、上記周波数出力ｖ４は吸入空気の体積流量に比例
しているため、噴射された燃料量も当然体積流量に比例
したものとなる。

ところで、理想気体１グラムの体積Ｖは圧力Ｐ、分子量
Ｍ１絶対温度Ｔ１定数Ｒとするとが成シ立ち、 と表わされる。

つまシ、同一重量の気体の体積■は絶対温度Ｔに比例し
、圧力Ｐに反比例する。そこで、体積流量と絶対温度Ｔ
と圧力Ｐとが得られれば、その気体の質量流量Ｕが与え
られる。

一方、燃料噴射弁８に印加する開弁パルスの時間幅を吸
入空気の絶対温度Ｔの逆数に比例させて補正し、かつ圧
力Ｐに比例させて補正させれば、噴・対燃料量を上記吸
入空気の質量流量Ｕに比例させることが出来る。なお、
吸入空気温度の補正の場合は吸気温上ンサ４の出力で得
られる絶対温度Ｔの情報によ）容易に行うことが出来る
。

以下、機関の運転状態に応じて、その動作を説明する。

（１）十分に暖機された機関を所望の空燃比で運転する
場合 上述の如く、体積流量に対応した周波数出力Ｖい質量流
量Ｕに対応したアナログ出力■３、吸入空気の温度に対
応した吸気温センサ４の出力がそれぞれ得られる。いま
、大気圧Ｐが標準状態であれば、上記周波数出力Ｖ４が
ら得られた体積流量を、上記吸気温センサ４の出力で得
られた温度で補正し、その結果得られた第１の空気流量
情報と、上記アナログ出力Ｖ！から演算して得られた質
量流量Ｕの値は常に一致するはずである。逆にこの両者
の値が食い違う場合は、圧力が大きく変化しているもの
と理解される。そこで、上記第１の空気流量情報を上記
質量流量Ｕに対応した情報と比較し、両者の差の程度に
応じて燃料噴射弁８に印加する開弁パルスの時間幅を補
正するようにすれば、圧力センサを用いなくても渦流量
計５の出力から吸入空気の質量流量を得上記第１の空気
流量情報の演算、質量流量Ｕの演算、該第１の空気流量
情報と該質量流量との比較演算、及び該比較演算の結果
に応じて上記燃料噴射弁８に印加する開弁パルスの時間
幅を補正演算する演算手段は、例えば　　　　゛機関の
制御装置１４をマイクロコンピュータで構成することに
よシ容易に実現出来ることは明らかである。

また、上記第１の空気流量情報は渦流量計５の周波数出
力ｖ４から直接補正演算されたものであるから、該渦流
量計５のもつ優れた特長、つまシ経時変化が少なく、広
い流量範囲で流量精度が高く、応答性に優れているとい
う性質はそのまま保持されておシ、元来、渦流量計が体
積流量計であることに起因する欠点も上述の補正演算を
行うことにょシ解消される。

（２）機関の開始時、機関温度が低い場合機胸の温度セ
ンサ１２の出力やクランキング信号（図示せず）に応じ
て、噴射燃料量を上記吸入空気の質量流量Ｕに比例する
ように補正演算し、その補正演算結果に基づいて上記燃
料噴射弁８に印加する開弁パルスの時間幅を補正すると
良い。また、機関を理論空燃比で運転する場合には、０
２センサ１３の出力やエンジン回転数の出力に応じて噴
射燃料量を上記吸入空気の質量流量Ｕに比例するように
補正演算し、その補正演算結果に基づいて上記開弁パル
スの時間幅を補正演算するように構成すれば、制定時間
等のフィードバック特性を改善でき、容易にきめ細かい
噴射燃料量の制御を行うことが出来る。

（３）機関の加速運転、減速運転の場合一般に、機関の
加速運転や減速運転の場合、さらにはエンリッチ連転及
び減速時の燃料カットなどは絞シ角度センサ１０の情報
及び図示しないエンジン回転数の信号やアイドルスイッ
チの信号等によシ上記開弁パルスの時間幅を補正するこ
とが出来る。本発明の一実施例においては、従来例と同
様に、扱い易い絞シ角度七ンサ１０を用いたが、この種
のものは一般に高価である。そこで、本発明の他の実施
例として、上記吸入空気の質量流量Ｕ対応したアナログ
出力Ｖ、を用いて機関の加速・減速運転を検出しても良
い。すな、わち、該アナログ出力Ｖ、に応じて上記燃料
噴射弁８に印加する開弁パルスの時間幅を上記制御装置
１４で補正するように構成することによシ、加減速等の
過渡応答性に優れ、高価な上記絞り角度センサ１０を用
いなくて済むという大なる効果が得られる。

なお、上記実施例では２本の熱１ｊ５ａ、５ｂを用いて
カルマン渦周波数を検出する場合について説明したが、
上記実施例は１本の熱線を用いた場合でも、またスワー
ル渦検出の場合にでも適用出来ることは云うまでもない
。

以上説明したとおシ、本発明によれば、機関の吸入空気
量検出手段に渦流量計を用い、該渦流量計の渦周波数の
検出手段に感熱素子を用いて吸入空気の体積流量を渦周
波数よシ検出し、該渦周波数に同期した開弁パルスで燃
料噴射弁を駆動し、機関の運転情報に応じて上記開弁パ
ルス幅を補正すると同時に、上記感熱素子の電気信号の
中から上記吸入空気の質量流量を検出して上記開弁パル
ス幅を補正する手段を備えた簡単な構成によシ、機関の
上記吸入空気の質量流量に基づいて機関の運転をきめ細
かく制御する燃料制御装置を安価に得ることができ、又
精度が高く応答性の優れたものが得られるという大なる
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す基本構成図、第２図は
本発明の一実施例に用いる渦流量計の電気回路図、第３
図は第２囲者部の電圧波形図である。 ４・・・吸気温センサ、５・・・渦流量計、５ａ、５ｂ
・・・熱線、７・・・渦流量計の検出回路、８・・・燃
料噴射弁、９・・・絞シ弁、１０・・・絞シ角度センサ
、１２・・・機関の温度センサ、１３・・・０．センサ
、１４・・・制御装置。 なお、図中、同一符号は同一部分、又は相当部分を示す
。 代理人　葛　野　信　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の吸入通路にあって吸入空気の流速を流
   体的な渦の変化によシ少なくとも１個備えた感熱素子で
   電気信号としてとらえ、該吸入空気の体積流量に略比例
   した周波数信号を出力する体積流量検出手段と、上記吸
   入空気の温度を検出する吸入空気温検出手段と、開弁パ
   ルスで開弁制御され燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記
   周波数信号に応じて上記開弁パルスの周波数を制御する
   手段とを備えた内燃機関の燃料制御装置において、上記
   感熱素子の電気信号に基づいて吸入空気の質量流量を補
   正演算し、該質量流量に対応した信号を出力する手段と
   、上記質量流量に対応した信号に応じて上記開弁パルス
   の時間幅を制御する手段と、上記吸入空気温度、絞シ弁
   の開度、機関温度、排気通路の酸素濃度など各種パラメ
   ータのうち少なくとも１つの要素に応じて上記開弁パル
   スの時間幅を制御する手段とを備えたことを特徴とする
   内燃機関の燃料制御装置。