JPS62129546A

JPS62129546A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPS62129546A
Application number: JP61228832A
Authority: JP
Inventors: Takashige Ooyama; 宜茂大山; Teruo Yamauchi; 山内　照夫; Mamoru Fujieda; 藤枝　護; Yutaka Nishimura; 豊西村; Takao Sasayama; 隆生笹山; Shinichi Sakamoto; 伸一坂本; Hisatoku Moriya; 守谷　久徳; Takeshi Atago; 阿田子　武士; Kanemasa Sato; 佐藤　金正; Kiichi Hoshi; 星　喜一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1987-06-11

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】本発明はマイクロコンピュータを使用した自動車の制御
装置に係り、特に熱線式流量計を用いて吸入空気量の計
量を行う場合における燃料制御装置に関する。

従来、内燃機関が吸入する空気量は、吸気マニフオルド
圧から間接的に、あるいは直接空気流量を検出して吸気
行程中のトータル量を求める方法がとられていた。前者
は間接的方法であるため精度が悪く、機関のス＝ヤ劣化
の影響を受け、また応答性が悪いという欠点を有してお
り、後者は精度が高く（読み値±１％）、ダイナミック
・レンジが広い（１：　５０）流量センサを必要とし、
コスト高となる欠点を有していた。

流量センサとして、いわゆる熱線式流量センサを用いる
と低コスト化が可能であり、またその出力特性の非線型
性は相対誤差を均一化して広いダイナミック・レンジを
許容する特長があり望ましい。

ところがエンジン吸入空気流量は、一定ではなく、第１
図（４気筒の場合）に示すように、ピストンの上下動に
伴い、吸入空気流は、脈動流となる場合がある。熱線式
流量センサは、一般に空気流量変化に対する応答が良い
ので、上述の脈動流を測定すると、その信号は、脈動空
気流に対応して、時−間約に変化する信号となる。従っ
て、シリンダに吸入された空気量を高精度に求めるには
。

従来のエンジン制御装置のように特定のクランク角にお
ける流量計の信号を読みこむだけでは、不十分で、脈動
流の一周期内で可能な限り、数多くの流量計の信号を読
みとり、それらを積算して平均化処理をする必要がある
。また、熱線式流量センサの信号は、空気流量に対して
、非線型（７Ｍ雑な関数）となっている。従って、熱線
式流量センサの信号を空気流量に比例した信号に変換す
る信号処理回路が必要である。

以上１本発明の目的は、熱線式流量センサを用いて、脈
動空気流の平均流量を高精度に測定して。

燃料制御を行うことができるエンジン制御装置を提供す
ることにある。

上記目的を達成するために、内燃機関の制御装置として
脈動流の一周期（特定のクランク角の期間）内で、熱線
式流量センサの信号を周期的（特定の時間毎、または、
特定のクランク角毎）に数点以上信号処理回路にとりこ
み、信号処理回路内で、熱線式流量センサの信号を空気
流量に比例した信号に変換し、さらに、上述の脈動流の
１周期（特定のクランク角の期間）の期間、該空気流域
変換信号を積算平均化処理を行う電子回路を付加する。

次に、上記積算平均空気流量に基づいて燃料噴射弁の開
弁時間を演算する。

以下本発明の実施例を図２を参照して詳細に説明する。

吸入空気はエアクリーナ８．スロットルチャンバ４．吸
気管２を通り、エンジン１に供給される。燃焼ガスはエ
ンジン１から排気管３を通り、大気に排出される。

燃料は燃料タンク１３から燃料ポンプ１４で加圧され、
フィルタ１５．圧力レギュレータ１６を通り、インジェ
クタ５に達する。余分の燃料は配管１８を通り、燃料タ
ンク１３に戻る。

インジェクタ５は制御回路（バッテリ１２の電力で作動
するマスクロコンピユータ、入出力、信号処理回路など
から構成される）１１の電気信号で駆動され、その開閉
時間の大小に応じて、エンジン１に供給される燃料量を
制御する。インジェクタ５から噴出した燃料は、スロッ
トルチャンバ４の空気通路内で霧化され、吸入空気と混
合し、吸気管２を通り、エンジン１に供給される。

、スロットルチャンバ４の絞り弁２０．２１の上流の空
気通路に熱線式空気流量計を構成する電気的発熱体（熱
線）６を配設し、空気流速と発熱体（熱線）６の伝熱歎
の関係から定まる空気流速に応じた電気的信号を制御回
路１１に入力する。発熱体６は、バイパス通路２２内に
配設し、エンジン１のバツクファイヤ時に生じる高温ガ
スから発熱体６を保護し、かつ吸入空気中のごみなどに
よって、発熱体６が汚染されるのを防止する。バイパス
通路２２の出口はベンチュリ２３の最狭部近傍に、通路
２２の入口はベンチュリ２３の上流側に開口する。尚、
電気的発熱体（熱ＪＩＩＡ）　６は、バイパス通路２２
内に設けているが、スロットルチャンバ４４の構造を簡
単にする目的で、絞り弁２０．２１の上流の主空気通路
に設けても良い。

第３図は本発明の原理構成を示すブロック図であり、定
電流回路８１４には第１および第２の定電流回路があり
、ディジタルコンパレータ９０８の出力により、第１お
よび第２の定電流値に交互に切り換えられる。この電流
は熱線（電気的発熱体）８０２に印加される。

熱線８０２の端子電圧は熱線８０２の内部抵抗に比例す
る。熱線８０２はエンジンの吸入路あるいはそのバイパ
ス内に配置された感温抵抗であり。

エンジンへの単位時間当りの流量Ｑａに応じて放熱する
。従って空気流量Ｑ１に応じて定まる電圧が発生する。

演算増幅器８０８にこの電圧が入力される。さらに抵抗
Ｒ８の端子電圧は演算増幅器８０６のプラス端子に入力
される。一方そのマイナス端子は感熱抵抗８０４を介し
てその出力にさらに抵抗Ｒａを介してアースにつながっ
ている。

演算増幅器の出力をＶ　８０６ｏｕｔとするとａとなる。

ここでＶｉｎは抵抗Ｒ８の端子電圧である。この出力は
演算増幅器８１０へ人力される。一方８１０の他の入力
には抵抗Ｒ８の端子電圧が入力される。これにより演算
増幅器８１０の出力電圧Ｖ８１０ｏｕｔはａ＝Ｖｉ　ｎ−Ｒ８０４／Ｒａすなわち抵抗８０４の抵抗値に比例する。この感熱抵抗
８０４は例えば熱線８０２と同材質とし、この感熱抵抗
８０４を外気に接するようにする。

これにより、感熱抵抗の抵抗は外気温に依存する。

従ってＶ　８１０ｏｕｔは外気温に応じた電圧である。

この電圧をコンパレータ８１２へ印加する。一方他のコ
ンパレータ端子に流量に応じた電圧を演算増幅器８０８
の出力として加える。

熱ｆｉ８０２で検出した値は正確に流量に応じた値では
なく吸入空気の絶対温度にも依存している。

従ってコンパレータ８１２により、この吸入空気の絶対
温度による影響を取り除くようにする。このコンパレー
タ８１２の出力に応じ１例えばこの出力がハイレベルに
なったとき、アップダウンカウンタ９０４はパルス発振
器９０２の出力をアップカウントし、コンパレータの出
力がローレベルになったとき、ダウンカウントする。こ
れにより、以下説明する他の回路の動作との関連で、ア
ップダウンカウンタ９０４の出力は瞬時のｌ乙、すなわ
ち瞬時の吸入流量の平方根を示す。

全感熱抵抗８０２に流れる電流は第４図のようになる。

ここで時間がゼロであり、このときのカウンタ９０６の
値がゼロであるとする。以下カウンタ９０６がアップカ
ウントし、その出力が９０４の出カイ直を上まわるまで
、ディジタルコンパレータ９０８はローレベルを示し、
これにより、定電流回路から感熱抵抗に例えば第４図の
電流値、例えば１１が流れる。９０６の計数値が９０４
の計数値を上まわると、コンパレータ９０８の出力はハ
イレベルとなり、定電流回路８１４の出力は第２の電流
値■２に切り換わる。

第４図の電流が熱線８０２を流れることにより生じる発
熱量は、抵抗値とその実効電流の平方の積である。電流
の実効値Ｉ　ｒｍｓは次式であられされる。

・・・（１）ここで、Ｔ１は９０６計数値く９０４の計数値である状
態での時間であり、Ｔはカウンタ９０６が最大計数とな
るまでの時間である。

いま、（Ｔ−Ｔｌ）／Ｔ＝δ　（デユティ比）としてあ
られすと、前の式は、Ｉｒｍ５＝　　Ｉ　１”＋　（Ｉ　２”　−Ｉ　１”）
　δ　　・（２）ここで抵抗８０２の発熱量とＱａとの
間には次の式がなりたつ。

Ｉｚｒｍｓ−Ｒ８０２＝Ａ＋Ｂ　Ｃ・＝（３）ここでＲ
８０２は熱線Ｒ８０２の抵抗値であり、ＡとＢは定数で
ある。ここで抵抗Ｒ８０２はデジタルコンパレータ９０
８の動作で一定温度に制御されているので。

Ｉ　ｒ＋ａｓ”　＝　Ａ　１　＋　Ｂ　１　ノζ］・・
・（４）したがって、平衡状態にあるときは（２）式と
（４）式よりＡ１＋８１　　石＝Ｉ　１２＋　　（Ｉ　２２−Ｉ　１
り　　δ・・・（５）の関係が成立する。

いま吸入空気の流量がゼロのときの電流がＡ１に相当す
るように選んで、Ｉ　１”＝Ａ　１　　　　　　　　　　　　　　・（６
）と設定するとすれば、（５）式より δ６冨　　　　　　　　　　　　　　・・・（７）とな
り、電流のデユティ比は空気流軟の平方根に比例するこ
とになる。ここでアップダウンカウンタ９０４の計数値
は上記δに比例し、従ってｄ劇の値に対応する。このζ
に対応した信号が２乗回路により、その出力としてＱａ
が求められ、このＱａが積算回路８２８で積算される。

この積算回路は、クランク角センサ９１２の出力に応じ
一定クランク角の間のみハイレベルとなる信号をパルス
発振器９０２へ送り、この間のみパルス発振器９０２の
出力パルスが積算回路８２８へ送られる。この信号に同
期して２乗口路８２６の出力（Ｑａに対応したデジタル
値）を加算していく。従って積算回路８２８にはＱａ−
’ｒに対応した値が蓄積され、マイクロコンピュータへ
取り込まれる。

このＱａ　　−Ｔと噴射燃料量の比は、空燃比と呼ばれ
ている。この比がほぼ一定になるように、マイクロコン
ピュータで燃料噴射時間を設定し、その値をプリセッタ
ブルカウンタに設定し、この値に応じて駆動回路８４０
でインジェクタ８３８が駆動される。さらに点火装置８
３４もまたマイクロコンピュータで制御される。

Ｑａ’Ｔの求め方のさらに詳細な説明を第５図のブロッ
ク図および第６図の動作図により説明する。

９００は第３図で示したセンサ８０２およびその出力の
処理回路を有し、出力として第６図９２４に示す出力を
出す。この出力は第３図のコンパレータ８１２の出力で
ある。この出力はアップダウンカウンタ９０４のアップ
またはダウンのカウント動作を指示する。このことしこ
よりアップダウンカウンタ５１０４は一７？Ｇ　に対応
したカラン）・値を保持している。尚カウントの同期パ
ルスはパルス発振器９０２より出力される。

さらにカウンタ９０６は９０２のパルスをカウントする
。この出力を第６図の９２２で示す６今。

カウンタ９０６の出力９２２が零よりスタートし。

９２６の値になるまでコンバータは９２８に示す如く、
ハイレベルの出力を出す。これによりゲート９１０が開
き、このハイレベルの間、９０２よリフロックとしての
パルスが積算回路９１４へ入力され、この９１４はこの
パルスに同期してアップダウンカウンタ９０４の出力を
積算する。この動作をクランク角センサ９１２の信号に
基づき。

一定周期行なうことにより、９１４よりＱａ’Ｔに対応
した信号が出力される。

９０８の出力は第６図の９２８で示す如く、カウンタ９
０６の出力が９０４の出力に到達するまでハイレベルを
示し、その後ローレベルになる。

従って９０８の出力９２８のＯＦＦデユーティＴ１は９
０４すなわち　４τに比例する。

Ｔ１＝に１　　梃τ　　　　　　　　　　　・・・（８
）積算回路９１４はこのデユーティＴ２の間に９０２よ
りクロックパルスを受け、このパルスに同期してアップ
ダウンカウンタ９０４の出力を取り込み、累積する。こ
の累積値は＝　Ｑａ−Ｔ１　　　　　　　　　　　・・・（９）第
８式を代入すると ζ・Ｔ１＝Ｊ云・Ｋ１ｆｉ＝に１・Ｑａ・・・（１０）すなわちＱａに応じた値となる。さらにここで。

９１２の出力により一定クランク角ごとにリセットする
と、その出力はＱａ　・Ｔに対応した値となる。

第７図は以上の動作をアナログ的に処理する回路である
。第３図のコンパレータ８１２の出力に応じたパルスを
９４０より得、この出力でスイッチ９５０を切り換える
。これにより演算増幅器９５６とコンデンサ９５４で充
放電をくり返し、９へテ；に対応した電圧を出力する。

この出力とパルス発振器９５８の出力により充電周期の
定まる充電器の出力を増幅器９７２の出力として受け、
コンパレータ９７４の出力をえる。この出力のデユーテ
ィは、αバを表わす。

この出力でスイッチ９７６を動作させ、９５６に対応し
た出力に相当する電流により充電する。

クランク角センサに対応した周期で９８８が充電を繰り
返す。これにより９８８の出力としてＱａ・Ｔに応じた
電圧をえることができる。

上記方法によりクランク角センサ出力時に積算回路から
得られる情報は、クランク角出力のインターバル間に吸
入された全吸気流量である。第７図は第２図の回路で同
信号をマイクロコンピュータ８３２に入力し、燃料制御
信号に変換するための具体的な構成を示す。

マイクロコンピュータ８３２は中央演算処理装置、デー
タを一時記憶するためのメモリ、プログラムおよびデー
タを収納している固定メモリより成るマイクロプロセッ
サ８５０と、アナログ、データをディジタル量に変換す
るＡ／Ｄ変換回路８５２、ディジタル人力信号をマイク
ロプロセッサに入力し、またマイクロプロセッサの演算
出力を制御信号に変換するディジタルＩ１０入出力回路
８５４により構成される。Ａ／Ｄ変換回路には０２セン
サ８３０の出力信号や他のアナログ入力の電源電圧の吸
気温度、冷却水温度、吸気管圧力が入力され、ディジタ
ル■／○入出力回路８５４には積算回路８２８．クラン
ク角センサおよびその他のギヤ位置、絞り弁位置の入力
、およびプリセッタブル、カラン５８３６９点火装置８
３４への出力が接続される。

積算回路９２８の出力はエンジンのある行程に依存する
全空気流量であるから、エンジンに供給する燃料量は基
本的にはこの全空気流量に比例させれば良い。燃料噴射
は一定圧に加圧された燃料が供給されるインジェクタの
開弁によって行なオ）れ、開弁時間Ｔｉはほぼ燃料流量
に比例する。したがって、マイクロプロセッサ８５０は
、積算回路８２８より得たＱａ　−Ｔの情報を以下の関
係式によりＴｉ量に変換してプリセッタブル、カウンタ
８３６に出力される。

Ｔ’ｉ　＝Ｑａ・ＴＸＫ１＋に２　　　　　　−（１１
）ここでに１は０２センサの出力、吸入空気温度。

冷却水温度、吸気管圧力で決定される定数であり、それ
らの関係は計算式、あるいはデータ表にて決められる。

定数に２は後述するインジェクタの動作遅れ量を決定す
る電源電圧の関数として数式あるいはデータ表にて決め
られる。Ｔｉの演算結果はプリセッタブル、カウンタ８
３６に送られ、これを一定くりかえし周波数のクロック
パルスで駆動してインジェクタ駆動回路８４０に送出す
る。

本発明によれば、熱線式流量センサによって、吸入空気
流が脈動流となる領域を含めて、高精度にエンジンの吸
入空気流量を計測することが可能となり、高精度な燃料
制御ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸入空気流が脈動する場合の脈動空気流の粒子
を示す説明図、第２図は本発明が適用される内燃機関の
制御装置のシステム図、第３図は本発明が適用される制
御装置を構成するブロック図、第４図は本発明の一実施
例による感温抵抗を流れる電流波形図、第５図は同じく
センサの出力処理回路のブロック図、第６図は第５図の
動作図、第７図はセンサ出力処理のアナログ回路図、第
８図はマイクロコンピュータの構成図である。１・・・内燃機関、４・・スロットルチャンバ、５・・
インジェクタ、６・・・発熱体、７・・・ダイヤフラム
装置、９・・・点火プラグ、１１・・・制御回路、１４
・・・燃料ポンプ、２０・・・絞り弁、２１・・絞り弁
、８０２・・・熱線、８０４・・・感温抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

１、シリンダに吸入する空気の量を吸気通路内に配置さ
れた熱線式流量センサからの出力信号を処理することに
よって行う燃料噴射制御において、該熱線式流量センサ
からの出力信号を周期的に信号処理回路に取り込む手段
、該信号処理回路に取り込んだ該熱線式流量センサの信
号を空気流量に換算する手段、特定クランク角内で該換
算空気流量信号を積算して、シリンダに吸入した積算空
気流量を求める手段、該積算空気流量信号に基づいて噴
射燃料量を演算する手段を有してなる内燃機関の制御装
置。