JPS61185639A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JPS61185639A
JPS61185639A JP2540385A JP2540385A JPS61185639A JP S61185639 A JPS61185639 A JP S61185639A JP 2540385 A JP2540385 A JP 2540385A JP 2540385 A JP2540385 A JP 2540385A JP S61185639 A JPS61185639 A JP S61185639A
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intake air
air
electric heater
air amount
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規仁 戸倉
Hisashi Kawai
寿 河合
Michiyasu Moritsugu
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸入空気量と機関回転数とから求められる燃
料噴射量を機関に供給し、所望の空燃比の混合気を内燃
機関に供給する装置に係り、特に吸入空気量の測定に用
いられる熱式吸入空気量センサの流量特性変化に対する
学習制御を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関するも
のである。
〔従来の技術〕
近年、排気公害の防止と共に燃費対策及びドラビリ改善
対策として、内燃機関の吸入空気量に対応した出力信号
を出力する熱式吸入空気量センサを有し、このセンサの
出力信号から高速度で吸入空気量を測定する吸入空気量
測定装置を備えた内燃機関が採用されている。
上述の吸入空気量測定装置は機関の吸入導管に流量測定
管を設け、この流量測定管内に白金抵抗線からなる熱線
と空気温度を検出する温度依存抵抗とを有する熱式吸入
空気量センサを設け、このセンサの出力信号により吸入
空気流量を測定するようにした装置である。
しかしながら、上述の吸入空気量測定装置の熱式吸入空
気量センサの出力信号は、吸入空気と接触とする熱線の
汚れにより流量特性が変化するために、特開昭54−7
6182号公報に示されるごとく、一定周期毎に熱線を
赤熱させ、汚れを燃焼、除去(バーンオフ)する心配が
あった。
また、上述のような熱式吸入空気量センサの汚れによる
特性の変化は、酸素濃度センサを用いた理論空燃比フィ
ードバック制御を実行することで、フィードバック制御
時、補正が可能なものであった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記公報に示されるごとく熱線の汚れを
バーンオフにて除去した場合、熱線が相当高い温度状態
に設定されるために熱線が傷む恐れがあり、バーンオフ
を繰り返しが積み重ねられると、熱線自体の温度抵抗特
性に変化が生じる恐れがあるという問題点がある。
また、従来の熱式吸入空気量センサを有する吸入空気量
測定装置は、熱線が一定温度となるように熱線に電流を
供給する構成であり、この電流値は吸入空気量に対応す
るアナログ値であり、この電流値を出力信号として出力
し吸入空気量を求めていた。このため理論空燃比フィー
ドバック制御により、熱線の汚れによる流量特性の変化
を補正した場合、フィードバック制御を実行している時
には流量特性の変化に対する補正が可能であるが、機関
状態によりフィードハック制御を実行していない時には
、熱線の汚れの程度が同じであっても、熱式吸入空気量
センサから出力される出力信号と吸入空気量との流量特
性の変化率が吸入空気量に依存して変化するために補正
が全く行えず、この結果、空燃比が設定値からずれるこ
とになり、燃費、排気ガス、ドラビリ等が悪化するとい
う問題点がある。
従って、本発明の目的とするところは、空燃比フィード
バック制御を実行していない時であっても、熱式吸入空
気量センサの熱線の汚れ等によ・り流量特性の変化を充
分に補正可能であって、空燃比を正確に設定値に合わせ
られて、従って熱線の汚れに対するバーンオフを不要、
もしくは実行頻度を少なくし、燃費向上、排気ガス有害
成分の減少、ドラビリの向上が可能であると共に熱線の
損傷および熱線の特性に変化が生じる恐れを無くした内
燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明においては、第12
図に示すごとく、内燃機関の吸入空気通路内に設けられ
る電熱ヒータに大小2つのレベルの電流を供給し、前記
電熱ヒータの温度が複数個備えられた所定の設定温度に
達した時に前記ブリッジ回路に供給する電流レベルを切
り換えると共に、前記電熱ヒータの温度が所定の設定温
度から他の所定の設定温度にまで達する経過時間を検出
する熱式吸入空気量センサからの前記経過時間に対応し
たデジタル信号から吸入空気量を求める吸入空気量測定
手段と、 機関の回転数を検出する回転数検出手段と、吸入空気量
測定手段から得られる吸入空気量と回転数検出手段から
得られる回転数とから理論空燃比に応じた燃料供給量を
求める供給量演算手段と、 吸入空気量測定手段における経過時間と吸入空気量との
関係の特性変化を機関から得られる信号により検知し、
この特性変化に対する学習値を求め、記憶する学習手段
と、 供給量演算手段にて求められる供給量を学習手段にて求
められる学習値により補正し、供給量を決定する供給量
決定手段と、 供給量決定手段により決められた供給量を機関に供給す
る燃料供給手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置と
している。
〔実施例〕
以下、この発明を図に示す実施例により説明する。
第1図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図である。第1図において、エンジ
ン1は自動車用の火花点火式エンジンであって、燃焼用
の空気はエアクリーナ2゜整流格子12、熱式吸入空気
量センサ(以下「吸入空気量センサ」という)3、吸入
導管4を経て、エンジンlの燃焼室に吸入される。吸入
導管4には運転者により任意に操作されるスロットル弁
5が設けられている。燃料は吸入導管4に設置された燃
料噴射弁6から噴射供給される。燃料と空気から成る混
合気はエンジン1の燃焼室で燃焼し、排気導管7を経て
大気中に放出される。また排気導管7には酸素濃度セン
サ11が設けられている。
II ?11回路10はエンジンlの運転状態に応じて
エンジン1への燃料供給量を演算し燃料噴射弁6を駆動
し、エンジン1への燃料供給量を制御するものである。
制御回路10の人力にはエンジン1の吸入空気量を検出
する吸入空気量センサ3、基準センサ8、角度センサ9
、及び排気導管7における空燃比検出用の酸素濃度セン
サ11の各信号が入力されている。
上記の基準センサ8、角度センサ9としては、例えば公
知の磁気抵抗素子を用いており、磁性体であるディスト
リビュータ内蔵の鉄片及びフライホイールの歯の凹凸に
より磁気回路が変化して信号が出力される。このフライ
ホイールは30°CA周朋の歯が切っである。この結果
、基準センサ8からは720°CA周期のTDC信号が
出力され、角度センサ9からは30°CA周朋の角度信
号が出力される。
同しく上記の酸素4度センサ11は公知のジルコニアを
材料に使用しており、排気ガス中の酸素濃度を検知する
ことにより、エンジン1の空燃比A/Fに応じて酸素濃
度センサ11の出力電圧は第9図に示す様に変化し、特
に理論空燃比14.7付近で急変する。
また吸入空気量センサ3は、後で説明するように吸入空
気量に応じたデジタル信号を出力する。
次に制御回路10について第1O図により構成を説明す
る。図示の制御回路10はCPU (セントラル・プロ
セッシング・ユニッ1−)107、ROM(リード・オ
ンリー・メモリー)108、RAM (ランダム・アク
セス・メモリー)109等の装置を有する燃料噴射式の
エンジン制御システムをマイクロコンピュータで構成し
たものであって、104,106,110,111はそ
れぞれこの制御回路10に設けられたデジタル入力、整
形回路、デジタル出力、及び駆動回路である。−基準セ
ンサ8、クランク角センサ9、吸入空気量センサ3から
出力されたデジタル信号はデジタル人力104にそれぞ
れ入力される。酸素濃度センサ11から出力されたアナ
ログ信号は整形回路106で波形整形された後にデジタ
ル人力104に入力される。
デジタル出力110の出力信号は駆動回路111を介し
て燃料噴射弁6に接続される。
基準センサ8からのTDC信号とクランク角センサ9か
らの回転角信号に基づいてCPU107はクランク角度
を計算し、種々の演算に利用すると共にエンジン1の回
転数Nを求める。またCPol 07は、吸入空気量セ
ンサ3のデジタル出力信号のパルス幅を計測し、このパ
ルス幅からりニアライズ処理を経て吸入空気量Gを求め
、この吸入空気量G及び回転数Nを燃料供給量計算に用
いる。
CPU107において計算された燃料供給量に応じた噴
射時間信号はデジタル出力110.駆動回路111を介
して出力され、この信号に応じて燃料噴射弁6は、所望
時間、開弁するよう駆動される。
酸素濃度センサ11の出力は第9図のようにデジタル的
な電圧出力が得られるので、整形回路106で整形され
デジタル人力104を介してCPU107に読み込まれ
、CPU107にて排気ガス中に残存する酸素濃度から
燃料混合気の空燃比が理論空燃比14.7と比較して大
きいか小さいかを判断する。
また、ROM108はメインルーチン、燃料噴射時間演
算ルーチン等のプログラム、これらプログラムの処理に
必要な定数、マツプデータ等を記憶しており、RAM1
09は一時的なデータを記憶するものである。
次に、前述の吸入空気量センサ3について説明する。第
1図の空気流量センサ3付近の部分を拡大して第2図に
示す。
第2図において整流格子12とスロットル弁5との間に
は、吸入導管4の軸方向とほぼ平行に小型の流量測定管
13が支柱14により固定設置されている。この流量測
定管13内には白金抵抗線からなる電熱ヒータ15が設
けられており、この電熱ヒータ15からやや離れた電熱
ヒータ15の熱を検知しない位置に白金薄膜抵抗素子か
らなる温度補償用抵抗16が設けられている。
電熱ヒータ15は、第3図に示すように流量測定管13
の内側に取り付けたフックで白金抵抗線を固定した構造
であり、また温度補償用抵抗16は、第4図に示すよう
に流量測定管13の内側に取付けたステー上に白金薄膜
抵抗素子を固定した構造である。
第5図に吸入空気量センサの全電子回路とセンサ制御回
路20を示す。
アナログスイッチ201の入力端子iには基準電圧■r
2を印加しである。またアナログスイッチ202の入力
端子iは基準電圧Vr、を印加しである。そしてアナロ
グスイッチ201の出力端子。とアナログスイッチ20
2の出力端子。は共通にしてオペアンプ203の非反転
入力端子Cに接続しである。オペアンプ203の出力端
子はパワートランジスタ204のベース端子に接続しで
ある。ブリフジ回路30は電熱ヒータ10と温度補償用
抵抗11と抵抗301,301,303゜304とで構
成されており、ブリッジ入力端子B1、ブリッジ出力端
子B2.B3.B4を有している。パワートランジスタ
204のエミッタ端子はブリッジ回路30のブリッジ入
力端子B1に、オペアンプ203の反転入力端子とコン
パレータ207の反転入力端子は共通にしてブリッジ出
力端子B2に、アナログスイッチ205の入力端子iは
ブリッジ出力端子B3に、アナログスイッチ206の入
力端子iはブリッジ出力端子B4に各々接続してあり、
抵抗301,304は共通して接地しである。アナログ
スイッチ205の出力端子〇とアナログスイッチ206
の出力端子0は共通にしてコンパレータ207の非反転
入力端子に接続しである。アナログスイッチ202のコ
ントロール端子Cとアナログスイッチ205のコントロ
ール端子Cとインバータ208の入力端子と信号出力端
子290とは共通にしてコンパレータ207の出力端子
Aに接続しである。アナログスイッチ201のコントロ
ール端子Cとアナログスイッチ206のコントロール端
子Cは共通にしてインバータ20Bの出力端子に接続し
である。
パワートランジスタ204のコレクタ端子はバンテリ2
1の正極端子に接続してあり、を流を供給し、また、パ
ンテリ21の負極端子は接地しである。なお図中には示
さないが、アナログスイッチ201,202,205,
206とオペアンプ204とコンパレータ207とイン
バータ208の電源もパンテリ21から供給するように
接続しである。
次に、吸入空気量センサ3の作動を説明する。
スロットル弁5の開度により決定される所定量空気は、
エアクリーナ2から吸入導管4を通りエンジン1に吸入
される。この総吸入空気のうち一定割合の空気が流量測
定管13内を通過してエンジン1に吸入される。
そして、流量測定管13内において電熱苧−タ15の発
熱の影響を受けない位置にある温度補償用抵抗16は空
気の温度のみの影響を受ける。また、電熱ヒータ15の
温度は通電により発熱するが吸入空気により冷却される
次に、第5図に示した吸入空気量センサの全電子回路の
動作を、第6図に示すタイムチャートを用いて説明する
まず、時刻t0における動作状態について述べる。この
時点で、コンパレータ207の出力端子Aの論理レベル
が第6図(7)に示す如く“L”レベルであるとすると
、この信号レベルがインバータ208で反転される“H
”レベルの信号がアナログスイッチ201のコントロー
ル端子Cに印加されるので、アナログスイッチ201は
“ON”状態であり、第6図(5)に示す如く基準電圧
Vr2がアナログスイッチ201を経由してオペアンプ
203の非反転入力端子に印加される。なお、この時刻
t0では第6図(7)に示す如くコンパレータ207の
出力bm 子Aのレベルが″L″レベルであり、この信
号レベルがアナログスイッチ202のコントロール端子
Cに印加されるので、アナログスイッチ202は“OF
F”状態である。オペアンプ203とパワートランジス
タ204と電熱ヒータ15と抵抗301とからなる電子
回路は定電流回路を構成しており、この定電流回路は、
抵抗301の両端電圧とオペアンプ203の非反転入力
端子Cの電圧Vcとが等しくなるように作動し、このと
き抵抗301に流れる電流、すなわち電熱ヒータ15に
流れる電流Iイは次式で示される。
I、I”” (V rz ) / (Rza+ )  
−(1まただし、R301は抵抗301の抵抗値。
ここで、電熱ヒータ15に流れる電流■8の値は電熱ヒ
ータ15の温度THが吸入空気による冷却作用に打ち勝
って温度上昇するに足るだけの大電流値に設定しておく
。従って、電熱ヒータ15の温度T、は、第6図(1)
に示す如く時間の経過とともにある傾斜をもって直線的
に増加していく。
また電熱ヒータ15の抵抗値R,はある一定の温度係数
に、を持っており、電熱ヒータ15の温度T。に応じて
次式に示す関係で変化する。
RH=RooX (1+ KM XTH)  ”・(2
まただし、R,。はO″Cのときの電熱ヒータ15の抵
抗値。KM>Oo 従って、ブリッジ入力端子B1の電圧V[11は抵抗3
01の両端電圧と電熱ヒータ100両端電圧を加算した
ものであるから、(1)、 +21式を用いて次式で表
せる。
VBI”Vrz +Vr、XRIIO×(1+Ko ’
、Tl4)/ R3゜1          ・・・ 
(3)そして、(3)式において温度係数K)l>Oで
あるから、電熱ヒータ15の温度T。の増加に応じてブ
リッジ入力端子B1の電圧■、は第6図(6)に示す如
く増加する。
ところで、温度補償用抵抗16に流れる電流は、温度補
償用抵抗16の温度TA7!l<温度補償用抵抗16の
発熱量により空気温度より高くなることが無いように抵
抗302,303.304の各抵抗値を設定して小さい
ものとしてあり、温度補償用抵抗16の温度TAは空気
温度と見ても差し支えないものとしである。そして温度
補償用抵抗16の抵抗値RAはある一定の温度係数KA
を持っており、吸入空気温度TAと同一温度状態である
と見なせる温度補償用抵抗16の抵抗値RAは次式%式
% ただし、RAGは0℃のときの温度補償用抵抗16の抵
抗値。KA>Oo ここで、この温度補償用抵抗16と電熱ヒータ15と抵
抗301,302,303,304で構成されるブリッ
ジ回路30のブリッジ出力端子B4−82間の電圧Δ2
は第6図(3)に示す如(マイナス電圧であるように設
定しである。
時刻t0においては第6図(7)に示す如くコンパレー
タ207の出力端子Aのレベルが″L″レベルであり、
この信号レベルがインバータ208で反転されて“H”
レベルの信号がアナログスイッチ206のコントロール
端子Cに印加されるので、。
アナログスイッチ206はON”状態であり、ブリッジ
出力端子B4の電圧がアナログスイッチ206を経由し
てコンパレータ207の非反転入力端子に印加される。
従って、時刻t0においてはコンパレータ2′07の入
力電圧ΔV1は第6図(2)に示す如く、第6図(3)
に示すブリッジ出力端子B4−82間の電圧ΔV2に等
しくなりマイナス電圧となる。この結果コンパレータ2
07の出力端子Aのレベルは第6図(7)に示す如く、
時刻t0においてはL”レベルが維持される。
なお、この時刻t0では第6図(7)に示す如くコンパ
レータ207の出力端子AのレベルがL”レベルであり
、この信号レベルがアナログスイ・ノチ205のコント
ロール端子Cに印加されるので、アナログスイッチ20
5は“OFF”状態である。
時刻がtlになると、電熱ヒータ15の温度T。
は第6図(1)に示す如く第1の設定温度T、まで増加
し、電熱ヒータ15の温度上昇により、(2)式の関係
から電熱ヒータ15の抵抗値RHは次式で示されるRH
Iまで増加する。
RHI−RMOX (1+KHXTI )  −(5)
ここで、時刻t1において第6図(3)に示す如くブリ
ッジ出力端子B4−82間の電圧Δ■2がOVになるよ
うに抵抗302,303.304の抵抗値R1゜2.R
3゜1、R1゜4をそれぞれ設定しである。すなわち、
時刻t、においてブリフジ回路30がバランス状態にな
るのであるから、明らかに次式が成立する。
(Ra+Rzoz+R3o:+)XR+o+ =RHI
XR304−(61時刻t1において第6図(3)に示
す如くブリッジ出力端子B4−82間の電圧Δ■2がO
Vを越えると、このΔ■2と同電圧が印加されているコ
ンパレータ207の入力電圧Δ■1も第6図(2)に示
す如<OVを越える。この結果、時刻t1においてコン
パレータ207の出力端子Aのレベルは第6図(7)に
示す如く“L”レベルから“H”レベルに変化する。こ
の変化に対応してアナログスイッチ201は、インバー
タ208を介して“L″レベル信号がコントロール端子
Cに印加されて“OFF”状態になり、代わってアナロ
グスイッチ202が“H”レベルの信号がコントロール
端子Cに印加されるために“ON”状態になるので、第
6図(5)に示す如く基準電圧■r2に代わって基準電
圧Vr、がオペアンプ203の非反転入力端子Cに印加
される。このとき抵抗301に流れる電流、すなわち電
熱ヒータ15に流れる電流■□は(1)式中のVr2を
Vr、に変更して次式で表せる。
In ” (V r + ) / (R301)   
 ・”  (71また、ブリッジ入力端子B1の電圧■
、は(3)式中のVr2をVr、に変更して次式で表せ
る。
Vm+=V r+  +Vrl ×RooX (1+K
HX’l’H)/ R3゜1           ・
・・ (8)ところで、時刻t、においては第6図(7
)に示す“L”レベルから“H”レベルへの変化に対応
してアナログスイッチ206は“OFF”状態になり、
代わってアナログスイッチ205が“ON”状態になる
ので、ブリッジ出力端子B4の電圧の代わりにブリッジ
出力端子B3の電圧がアナログスイッチ205を経由し
てコンパレータ207の非反転入力端子に印加される。
従って、時刻1゜以降はコンパレータ207の入力電圧
ΔV、は第6図(2)に示す如く、第6図(4)に示す
ブリッジ出力端子B5−82間の電圧Δ■3に等しくな
りプラス電圧となる。この結果、コンパレータ207の
出力端子Aのレベルは第6図(7)に示す如く、時刻1
、以降は“H”レベルを維持する。
基準電圧Vr、は電熱ヒータ15の電流I 11が充分
小さくなる様な値に設定してあり、この電流Iイによる
電熱ヒータ15の発熱量よりも吸入空気が冷却作用によ
り奪う熱量の方が大きい。従って、電熱ヒータ15の温
度T、は、第6図(1)に示す如く時刻1.以降は時間
の経過とともにある傾斜をもって直線的に減少する。
時刻がt2になると、電熱ヒータ15の温度T。
は第6図(11に示す如く第2の設定温度T2まで減少
し、電熱ヒータ15の温度低下により、(2)式の関係
から電熱ヒータ15の抵抗値R,は次式で示されるRH
2まで減少する。
Ruz=RIIox  (1+K11x’r’2)・−
(91ここで、時刻t2において第6図(4)に示す如
くブリッジ出力端子B5−82間の電圧Δ■3がOVに
なるように抵抗302,303.304の抵抗値R3゜
2、R3゜3.R3゜4を設定しである。すなわち、時
刻む2においてブリッジ回路30がバランス状態になる
のであるから、明らかに次式が成立する。
(RA+R:+oz)XRto+=RhzX(R3o3
”R3on) ・−ao+時刻L2において第6図(4
)に示す如くブリッジ出力端子B1B2間の電圧Δ■3
がOVを切ると、このΔ■3と同電圧が印加しているコ
ンパレータ207の入力電圧Δ■1も第6図(2)に示
す如くOVを切る。この結果、時刻t2においてコンパ
レータ207の出力端子Aのレベルは第6図(7)に示
す如く″H″レベルから“L”レベルに変化する。この
変化に対応してアナログスイッチ202は”L″レベル
信号がコントロールi子cに印加されて“OFF”状態
になり、代わってアナログスイッチ201がインバータ
208を介して“H”レベルの信号がコントロール端子
Cに印加されて″’ON″状態になるので、第6図(5
)に示す如く基準電圧Vr、に代わって基準電圧Vrz
がオペアンプ203の非反転入力端子Cに印加される。
このとき抵抗301に流れる電流、すなわち電熱ヒータ
15に流れる電流1.は(1)式で表される。また、ブ
リッジ入力端子B1の電圧VB+は(3)式で表される
ところで、時刻t2において第6図(7)に示す″H″
レベルから”L”レベルへの変化に対応してアナログス
イッチ205は“OFF”状態になり、代わってアナロ
グスイッチ206が“ON”状態になるので、ブリッジ
出力端子B3の電圧の代わりにブリッジ出力端子B4の
電圧がアナログスイッチ206を経由してコンパレータ
207の非反転入力端子に印加される。従って、時刻t
2以降はコンパレータ207の入力電圧Δ■1は第6図
(2)に示す如く、第6図(3)に示すブリッジ出力端
子B4−82間の電圧ΔV2に等しくなりマイナス電圧
となる。この結果、コンパレータ207の出力端子Aの
レベルは第6図(7)に示す如く、時刻t2以降は“L
”レベルを維持する。時刻t2以降は再び(1)弐で与
えられる電流IHが電熱ヒータ15に流れて発熱量が増
加し、第6図(1)に示す如く電熱ヒータ15の温度T
llは、時間の経過とともにある傾斜をもって直線的に
増加していく。
そして時刻t0と同じ状態を経由して時刻t3には電熱
ヒータ15の温度T□は第1の設定温度T。
に達する。
以上の動作を繰り返し行うことにより、第6図(1)に
示す如く電熱ヒータ15の温度T、は設定温度T1とT
2の間で三角波状の波形を生じ、これに対応して第6図
(7)に示す流量信号出力端子290からは“H”レベ
ルと“L”レベルを交互に繰り返すパルス列の流量出力
信号を出力する。このパルス列の“H”レベル期間tf
は第6図(1)の電熱ヒータ15の温度Tイが減少する
期間、すなわち吸入空気により電熱ヒータ15が冷却さ
れる期間に相当し、また“■−”レベル期間trは電熱
ヒータ15が加熱される期間であることは明らかである
次に、前期流量出力信号の“H”レベル期間tfと吸入
空気量Gの関係について述べる。
第6図(1)に示す如く、“H”レベル期間tf中、電
熱ヒータ15の温度T0は時間の経過とともに減少する
。この減少の速さは、電熱ヒータ15に蓄積されている
熱量が吸入空気の冷却効果で奪われる割合によって決定
され、この冷却効果は吸入空気量Gが大きい時は大きく
、小さい時は小さい。
従って、吸入空気iGが大きい時は電熱ヒータl5の温
度T□の減少は速いので、′H”レベル期間tfは小さ
く、これに対して吸入空気量Gが小さい時は“H”レベ
ル期間tfは大きくなる。
このtrの流量特性を第7図に示す。ここで、吸入空気
による電熱ヒータ15の冷却は“H”レベル期間tfの
期間中継続しており、吸入空気の流れに乱れがあっても
、電熱ヒータ15の近傍を通過した空気の時々刻々変化
する流量が電熱ヒータ15の温度T、の減少に寄与し、
“H”レベル期間trの期間中時々刻々の流量を電熱ヒ
ータ15の温度THの減少分として積分することになる
従って、′H″レベル期間tfの値は”H″レベル期間
L「における吸入空気量Gの真の平均値に極めて近い値
に対応する。この積分効果により、空気流の乱れに起因
するリップル成分が除去できるので、“H”レベル期間
tfから第7図に示すtrの流量特性に従って吸入空気
量Gを求めた場合、リップル成分の無い安定した空気流
量を求めることができる。
また、流量出力信号“H”レベル期間のパルス幅から空
気流量を求める場合、このパルス幅は流量が大きくなる
と小さくなることから、空気流量と出力パルス幅の関係
が双曲線関数に近似し、空気流量が小さい時の読み取り
精度が低下せず、エンジン低回転時も高精度の流量信号
が得られる。
ところで、吸入空気温度TAが変化した場合、第7図に
示す流量特性が変化しないように温度補正する必要があ
る。この温度補償を行うために温度補償用抵抗16を設
けてあり、電熱ヒータ15とともにブリッジ回路30を
構成しである。そこで、この温度補償機構について次に
述べる。
前期温度補償機構の基本は、吸入空気温度TAが変化し
ても設定温度T2との差(Tz  Ta)が変化しない
条件、すなわち、 T!−TA=cons t      ・・・ αD2
つの設定温度T、とT2の差(T’+ −Tt )が変
化しない条件、すなわち、 T、 −T、 =cons t      −(Jj!
r以上の2つの条件を満足するようにブリッジ回路30
を構成する各素子の定数を設定することである。
(Tz  TA)を一定にする目的は電熱ヒータ15と
吸入空気との間の熱伝達係数を一定にすることであり、
また(’r、 −’r、 )を一定にする目的は期間t
「又は期間trの期間内に電熱ヒータ15から吸入空気
に伝達する総熱量を一定にすることにあり、これら熱伝
達係数と総熱量を一定にすれば吸入空気温度TAが変化
しても期間tf又は期間trは変化せず、従って温度特
性が補償される。
次に、前記Qll、(12)式を満足するブリッジ回路
30を構成する素子の定数について述べる。まずα0式
の条件を明らかにする。電熱ヒータ15の温度T、が第
2の設定温度T2になった時に成立する条件は前記(9
1,001式である。
RH2=R)IOX (1+KHXT2 )  −(9
)(RA +R3゜2)XR3゜1= Roz X (Rz。3+R3゜4)    ・・・ 
α〔またRAは前記(4)式で与えられる。
Ra =RAoX (1+KA XTA ) −(41
+4)、 19)式をα〔式に代入してRA、R112
を消去、整理して次式を得る。
Tt = [(RaoX (1+KA XTA ) +
Rsog )XR,。、−R□。×(R3゜、+R3゜
4)]/ (RnoXKw X (Rsoz XR31
14) )・・・ α湯 、α1式をαυに代入してT2を消去、整理し、分子に
注目すると次式が得られる。
(RAOXKA XR3゜1−RH0×K14×(R3
゜3+R3゜4)) xTA+(RA0+R3゜z)X
Rs。t   (R3゜、+R3゜4)XRoo=co
nst       =  α旬Q4)式において、右
辺が不変であるから左辺も不変でなくてはならない。と
ころが吸入空気温度TAは変数であるから、TAの係数
はOである必要がある。すなわち、 RAOX KA X R3111−RMOX KN X
(R3゜、+R1゜4)=0     ・・・ αりα
つ式を変形子ると、 、’−(RAoX KA )/  (RooX KA 
 )=(R3゜3 +R3゜4 )/R3゜、    
・・・ 叫αe式の意味するところは、電熱ヒータ15
の0℃の時の抵抗値RHOと温度係数に、を掛は合わせ
た値RHoxKHと、温度補償用抵抗16の0℃の時の
抵抗値RAOと温度係数KAを掛は合わせた値RA0×
KAとの比が、抵抗301の抵抗値R1゜1と、抵抗3
03と抵抗304とのそれぞれの抵抗値を加算した値(
Rzos +R3゜4)との比に等しくなくなるように
設定すれば、吸入空気温度TAOいかんにかかわらず0
υ式を満足することができることである。
次に、021式の条件を明らかにする。
電熱ヒータ15の温度T、が第1の設定温度T+になっ
た時に成立する条件は前記(5)、(6)式である。
RH+=RHoX (1+にイ×T、) ・・・ (5
)(Rメ一  + R:lOZ   +*oz  ) 
  X  R:lO直  =R111x、。4    
      ・・・ (6)(4)、(5)式を(6)
式に代入してRA 、RHIを消去、整理して次式を得
る。
T+ = [(RROX (1+KA XTA ) +
 Rsoz+R303)  X R301RHOX R
zo4]/  (RMOXKII  XR:104  
)   −Q71α■、09式を0乃式に代入してT1
、T2を消去、整理して次式を得る。
、’−[(R301xR:103 ) / (R)IQ
XKHXRzon×(R3゜3+R3゜、))]X((
R3゜2+Rioi + R304+ RAG) +R
AOX KA XTA )=const       
    −=OmO1式の意味するところは、吸入空気
温度TAが変化しても(RAOXKA XTA )の項
が(Rioz”R3゜3+R3゜4+RAO)に比べて
非常に小さく設定すれば、01式の左辺は一定と見なす
ことができる。従って、(2)弐を満足することができ
る。
以上の温度補償条件の検討から、αQ、α印式に従って
ブリッジ回路30を構成する各素子の定数を設定すれば
、吸入空気温度TAが変化しても第7図に示す流量特性
が変化せず、温度特性を補償することができることが明
らかである。
ところで、電熱ヒータ15の表面に埃等が付着し、汚れ
ると、吸入空気量センサ3から出力されるデジタル信号
の“H”レベル期間tfに対する吸入空気量Gの流量特
性は変化する。
しかしながら、上記吸入空気量センサ3から出力される
デジタル信号の“H“レベル期間tfの電熱ヒータ15
の表面が汚れていない場合と、汚れている場合との比は
、吸入空気量Gとは全く無関係に汚れのみ応じて第8図
に示すごとく変化するという特性を有している。この理
由は、電熱ヒータ15の表面の汚れが電熱ヒータ15と
吸入空気との間の熱伝達係数を小さくするためであり、
この熱伝達係数を小さくする現象は吸入空気量Gに依存
しないからである。
以上の点を考慮して、本実施例では酸素濃度センサ11
から出力信号から制御回路10にて空燃比を求め、燃料
供給量を理論空燃比に見合うようにフィードバック制御
すると共に、フィードバック制御時に求められる電熱ヒ
ータ15の表面の汚れによる空燃比のずれに対する学習
値をRAMl09に記憶し、フィードバック制御が実行
されない時に電熱ヒータ15の汚れていない時に応じて
設定された理論空燃比に応じた燃料供給量に対し、学習
値により補正して燃料供給量を決定するよう構成しであ
る。
次に、上記構成においてその動作を第11図のフローチ
ャートを参照して説明する。
第11図のフローチャートはメインルーチンの一部もし
くは所定クランク角毎に実行される割り込みルーチンで
ある。スタートステップ701からステップ702に進
み、整形回路106から酸素濃度センサ11のデータD
を取り込む。ステップ703では吸入空気量センサ3の
出力信号の“H”レベル期間tfを1ステツプ704で
は角度センサ9の出力信号から回転数Nを取り込む。
ステップ705では、第7図に基づく吸入空気量のH”
レベル期間trの電熱ヒータ15の汚れていない状態に
対応して設定された1次元マツプMAPIよりリニアラ
イズを行い、吸入空気量Gを求める。次にステップ70
6にて、現在のエンジン1の状態に見合った演算係数に
、を用いてF1=に+ ×G/Nの演算により電熱ヒー
タ15の表面の汚れていない状態での理論空燃比に応じ
た燃料供給iF1を求める。
ステップ707では、吸入空気量Gが設定値GAとGB
との間にあれば(GA < G < Cz+ ) 、ス
テップ708,709,710,711に示す理論空燃
比補正ルーチンに進み、そうでなければ該補正ルーチン
をジャンプしてステップ712に進む。
ステップ708では、酸素濃度センサ11のデータDが
“1”であれば空燃比A/Fがリッチであるから、ステ
ップ709にてRAM109内に記憶されている前回の
補正値に2゜に対しαだけ減算し今回の補正値に2を求
める。逆にDが“0゛であればリーンであるから、ステ
ップ710にて前回の補正値に2゜に対しαだけ減算し
今回の補正値に2を求める。ただしαはある定数である
。そしてステップ709.710にて求められた今回の
補正値に2は補正値に2゜とじてRAM109内に記憶
される。
ところで上記の理論空燃比補正ルーチンは、フィードバ
ック制御実行時、すなわちステップ707でGA<GA
G、である時、以下のステップ708.709,710
,711にてこれらのステップを通過するたびに、その
時の空燃比に対する補正を行うルーチンであると共に、
ステップ707にてGA <G<Q、でないと判断され
たオープン制御時における電熱ヒータ15の表面の汚れ
による空燃比のずれに対する学習値の設定ルーチンをも
兼ねている。すなわち、ステップ706にて設定された
電熱ヒータ15の表面の汚れていない状態での理論空燃
比に応じた燃料供給量に対してステップ708,709
,710にて理論空燃比からのずれに応じた学習値(補
正値KZ)を設定し、ステップ711にてに2゜とじて
学習値を記憶するようになっている。
次にステップ712にて、RAM109に記憶されたK
tOによりステップ706にて求められた燃料供給量B
lに対して理論空燃比からのずれに応じた補正を行い燃
料供給量を決定し、決定された燃料供給量に応じた燃料
噴射弁6の開弁時間τが設定される。ステップ713で
はステップ712にて設定された燃料噴射弁6の開弁時
間τに相当するパルス信号をデジタル出力110に出力
する。この結果、駆動回路111は開弁時間τに見合う
時間だけ燃料噴射弁6を開弁させて、燃料を噴射、供給
する。そしてステップ714にて本ルーチンを終了する
すなわち、上述のルーチンにおいては、吸入空気量Gが
GA<G<G8にある時は、ステップ708〜712の
演算により燃料噴射弁6からエンジン1に供給される燃
料供給量は、理論空燃比状態に維持ささるようにフィー
ドバック制御され、また吸入空気量GがGA <G<G
lでない時は、GA <G<G、であった時に求められ
、記憶されていたに2゜を電熱ヒータ15の表面の汚れ
に対する学習値としてステップ706にて求められた電
熱ヒータ15の表面の汚れていない状態に対して理論空
燃比に応じて設定された燃料供給量を補正している。
そして、本実施例での電熱ヒータ15の表面の汚れに対
する吸入空気量センサ3からの出力信号の流量特性の変
化は、第8図に示すごとく、吸入空気量Gに依存してお
らず、従ってこの吸入空気量Gを電熱ヒータ15の表面
の汚れていない状態の値として理論空燃比に対応して求
められた燃料供給量は一定の割合で初期の電熱ヒータ1
5の表面の汚れていない状態の量とずれており、フィー
ドバック制御時に求められる学習値によりフィードバッ
ク制御が行われていない時も充分に理論空燃比に維持で
きる。
上記実施例では、ステップ707にて所定範囲内に吸入
空気量Gがある時に、理論空燃比補正ルーチン(学習値
設定ルーチン)を実行するように構成していたが、エン
ジン1の冷却水温、排気ガスの温度、酸素濃度センサ1
1の状態等により実行する、しないを判断してもかまわ
ない。
また上記実施例では、学習値設定ルーチンを理論空燃比
補正ルーチンに兼用させていたが、電熱ヒータ15の表
面の汚れは経時的に変化するものであるから、常時、学
習値を設定する必要は無く、従って、理論空燃比補正ル
ーチンと学習値の設定ルーチンとを別々に実行してもか
まわない。つまり、所定の理論空燃比に対するフィード
バック条件にある時に理論空燃比補正ルーチンを実行し
、この理論空燃比補正ルーチンとは別に、吸入空気流量
Gが安定した流量状態であって、エンジン1の水温、回
転数、排気ガス温度等が安定してエンジン1の状態が安
定した状態であり、酸素濃度センサ11の状態が安定し
ている等の種々の条件を満たした時のみ実行するように
して学習値を設定しRAM109に記憶させておき、理
論空燃比へのフィードバック制御が実行されない時にこ
の学習値により燃料供給量に対する補正を行ってもかま
わない。
なお、上記実施例においては、学習値をRAM109に
記憶させておくのであるが、学習値を記憶させておくR
AMはエンジン停止後もこの学習値を記憶させておく方
が好ましく、従って学習値を記憶させておく RAMは
不揮発性のRAMを用いる方が好ましい。
また、上記実施例構成によれば、電熱ヒータ15の表面
の汚れに対する学習値を用いて、理論空燃比に対応した
フィードバック制御が行われていない時、燃料供給量を
補正することで、電熱ヒータ15の表面の汚れに対して
充分に対処できるのであるが、電熱ヒータ15の表面の
汚れが極めて大きくなり、吸入空気量センサ3の出力応
答性が悪くなった場合にはバーンオフを実行してもかま
わない。なおこの時、バーンオフにより汚れが取り去ら
れるため、RAMI O9の学習値は初期化しておく必
要がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明においては、内燃機関の吸
入空気通路内に設けられる電熱ヒータに大小2つのレベ
ルの電流を供給し、前記電熱ヒータの温度が複数個備え
られた所定の設定温度″に達した時に前記ブリッジ回路
に供給する電流レベルを切り換えると共に、前記電熱ヒ
ータの温度が所定の設定温度から他の所定の設定温度に
まで達する経過時間を検出する熱式吸入空気量センサか
らの前記経過時間に対応したデジタル信号から吸入空気
量を求める吸入空気量測定手段と、 機関の回転数を検出する回転数検出手段と、吸入空気量
測定手段から得られる吸入空気量と回転数検出手段から
得られる回転数とから理論空燃比に応じた燃料供給量を
求める供給量演算手段と、 吸入空気量測定手段における経過時間と吸入空気量との
関係の特性変化を機関から得られる信号により検知し、
この特性変化に対する学習値を求め、記憶する学習手段
と、 供給量演算手段にて求められる供給量を学習手段にて求
められる学習値により補正し、供給量を決定する供給量
決定手段と、 供給量決定手段により決められた供給量を機関に供給す
る燃料供給手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置と
し、上記吸入空気量センサが吸入空気量センサの電熱ヒ
ータの表面が汚れて吸入空気量センサからの出力の吸入
空気量との関係の特性に変化が生じても、吸入空気量セ
ンサからの出力が吸入空気量の変化に依存せず、汚れの
大小のみに依存するという特性を有するため、吸入空気
量センサからの出力により吸入空気量測定手段にて得ら
れる吸入空気量を汚れていない状態での吸入空気量とし
て回転数と共に用いて理論空燃比に対応した燃料供給量
を演算した場合、この燃料供給量は電熱ヒータの表面が
汚れていない状態で求められる燃料供給量に対して吸入
空気量に関係なく一定のずれを生じるようになり、この
ずれを機関から得られる信号により検知し、ずれに対す
る学習値を設定、記憶し、燃料供給量をこの学習値によ
り補正しているので、理論空燃比にフィードバック制御
していない時においても、学習値により燃料供給量を補
正することで、機関に供給される混合気の空燃比は理論
空燃比状態に充分維持でき、従って電熱ヒータの表面の
汚れに対するバーンオフは実行しな(でよい、またはそ
の実行頻度を極めて少なくでき、このことから電熱ヒー
タに損傷が起こることは極めて少なくなり、耐久性の面
で向上するという優れた効果があると共に、所定の空燃
比をフィードバック実行、不実行にかかわらず常に維持
できるので、燃費向上、排気ガス有害成分の成分の減少
、トラビリの向上が可能となるという優れた効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図、第2図は第1図図示の吸入空気
量センサ付近の詳細説明図、第3図は第2図図示の電熱
ヒータの構造図、第4図は第2図図示の温度補償用抵抗
の構造図、第5図は本発明の一実施例として用いられる
吸入空気量センサの全体回路図、第6図は第5図図示の
吸入空気量センサにおけるその動作を示すタイムチャー
ト、第7図は第5図図示の吸入空気量センサから出力さ
れる流量出力信号と吸入空気量の関係を示す流量特性図
、第8図は第5図図示の吸入空気量センサの電熱ヒータ
が汚れている状態と汚れていない状態との比に対する吸
入空気量との関係を示す特性図、第9図は酸素濃度セン
サの起電力と機関に供給される混合気の空燃比との関係
を示す特性図、第10図は第4図図示の制御回路10の
構成を示すブロック図、第11図は第4図図示の制御回
路10の動作を説明するためのフローチャート、第12
図は本発明の概略構成を示すブロック図である。 l・・・エンジン、3・・・吸入空気量センサ、6・・
・燃料噴射弁、8・・・基準センサ、9・・・角度セン
サ、10・・・制御回路、11・・・酸素濃度センサ、
15・・・電熱ヒータ、16・・・温度補償用抵抗、1
04・・・デジタル入力、106・・・整形回路、10
7・・・cpu。 108・・・ROM、109・・・RAM5110・・
・デジタル出力、111・・・駆動回路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内燃機関の吸入空気通路内に設けられる電熱ヒー
    タに大小2つのレベルの電流を供給し、前記電熱ヒータ
    の温度が複数個備えられた所定の設定温度に達した時に
    前記ブリッジ回路に供給する電流レベルを切り換えると
    共に、前記電熱ヒータの温度が所定の設定温度から他の
    所定の設定温度にまで達する経過時間を検出する熱式吸
    入空気量センサからの前記経過時間に対応したデジタル
    信号から吸入空気量を求める吸入空気量測定手段と、機
    関の回転数を検出する回転数検出手段と、吸入空気量測
    定手段から得られる吸入空気量と回転数検出手段から得
    られる回転数とから理論空燃比に応じた燃料供給量を求
    める供給量演算手段吸入空気量測定手段における経過時
    間と吸入空気量との関係の特性変化を機関から得られる
    信号により検知し、この特性変化に対する学習値を求め
    、記憶する学習手段と、 供給量演算手段にて求められる供給量を学習手段にて求
    められる学習値により補正し、供給量を決定する供給量
    決定手段と、 供給量決定手段により決められた供給量を機関に供給す
    る燃料供給手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置。
  2. (2)前記学習手段は、 機関の排気ガス流路内に設けられる酸素濃度センサから
    の出力に応じて空燃比を検出する空燃比検出手段と、 空燃比検出手段にて得られる空燃比が理論空燃比からず
    れている場合には、吸入空気量測定手段における経過時
    間と吸入空気量との関係の特性変化があったとして、ず
    れに応じて学習値を求め、記憶する学習値設定手段とに
    より構成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  3. (3)前記学習値設定手段は、前記吸入空気量測定手段
    にて求められる吸入空気量が所定範囲内にある時に実行
    されることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の内
    燃機関の空燃比制御装置。
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