JPS6255519A - 内燃機関の制御に用いられる空気流量検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、内燃機関の運転状態、例えば燃料噴射量、
点火時期等をマイクロコンピュータを利用した電子的な
制御ユニットで制御する場合、特に上記内燃機関の吸入
空気流量の測定手段を改良して、常に円滑に機関制御が
実行されるようにする内燃機関の制ｔＩｌ装置に関する
。

［背景技術］ 内燃は関の例えば燃料噴射量等を電子的に制御する場合
、この内燃虎関の運転状態を常時監視し、その監視デー
タを内燃機関の、例えばマイクロコンピュータによって
構成される制御ユニットに対して供給するように構成す
る必要がある。この内燃機関の運転状態の監視手段とし
ては、例えば機関の回転速度センサ、冷却水温センサ、
スロットル開度センサ等が存在するものであるが、ざら
に機関の運転状態に大きく関連するものとして、吸入空
気流量の測定手段が存在プる。

この吸入空気流量測定手段としては種々のものが存在す
るものであるが、例えば特開昭５５−９８６２１号公報
に示されるように、空気流による放熱効果を利用した熱
式空気流量測定装置が存在する。すなわち、吸気管の中
に温度によって抵抗値の変化する特性を有する抵抗素子
からなる感温素子を設定し、この感温素子に対して加熱
電力を供給して発熱制御するものである。この場合、感
温素子に吸気管に流れる空気流が接触しているものであ
るため、加熱電力が供給されたときの感温素子の温度上
昇速度が、吸気管に流れる吸入空気流量に影響されるよ
うになる。したがって、この感温素子の温度を特定され
る温度状態に保つための加熱電力の電流量は、吸入空気
流量に対応するようになるものであり、この加熱電流か
ら吸入空気流量を算出できるようになる。

しかし、このようにして得られる空気流量測定信号は、
電流量によるアナログデータとして得られるものであり
、例えばマイクロコンピュータで使用するためには、高
精度のＡ／Ｄ変換器によってディジタルデータに変換す
る必要があり、信号処理手段を複雑にし、また精度の高
いものとする必要がある。

［発明が解決しようとする問題点コ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、内燃
機関の吸入空気流量を、この人間を電子的に制御する制
御ユニットで効果的に利用できるように、ディジタル的
に表現されるようにした空気流量測定信号が得られるよ
うにし、例えば燃料噴射量、点火時期等を効果的に制御
できるようにした内燃機関の制御装置を提供しようとす
るものである。

またこの発明の他の目的は、上記のような吸入空気流量
の測定手段に障害が発生したような場合にあっても、内
燃機関の電子的制御が効果的に実行されるようにするこ
とを目的と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装置にあって
は、吸入空気流量の測定手段として熱式空気流量測定装
置を備えるものであり、この測定装置は吸気管の中に設
定される感温素子を備える。

この感温素子に対しては、上記機関の回転に同期する信
号に基づき設定されるスタートパルス信号によって加熱
電力が供給設定されるものであり、感温素子の温度が特
定される温度状態となったときに、上記加熱電力を遮断
制御し、この加熱電力の供給時間幅を表現してパルス状
信号を測定出力信号として機関制御ユニットに供給する
ようにしている。また、上記感温素子の断線等の障害が
発生した場合には、この障害を出力信号で表現される時
間幅の変化から検出し、この障害検出状態で上記機関の
回転周期に対して特定される補正を加えた時間幅信号を
、空気流量測定信号に代えて上記制御ユニットに供給し
、別間制御出力が得られるようにしているものである。

Ｌ作用］ 感温素子は吸入空気流にざらされる状態となっているも
のであるため、加熱電力が供給されて発熱状態となった
場合、その温度上昇速度は空気流量に反比例する状態と
なる。したがって、この感温素子の温度が特定される温
度状態まで上昇するに必要な時間は、上記空気流量に比
例するようになり、上記感温素子に対する加熱電力の供
給時間幅は、吸入空気流量を表現するようになる。そし
て、この時間幅を表現するパルス状信号のパルス時間幅
は、例えばシステムクロック信号によって計数すること
によってディジタルデータとして制御ユニットに取り込
まれるものであり、特にＡ／Ｄ変換等の手段を設ける必
要がない。また、上記吸入空気流量測定装置において障
害が発生した場合には、この機関制御データが異常状態
となり、安定した機関制御が実行できなくなる。しかし
、上記空気流」測定装置にあっては、このような障害状
態が発生した場合には、機関の負荷状態に関連するデー
タと開開回転周期とによって空気流量測定信号に代わる
時間幅データが形成され、このデータが空気流量測定信
号として制御ユニットに取り込まれるものであるため、
効果的なフェイルセイフ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図は内燃機関の吸入空気流量測定部分を示すもので
、内燃機関に対して吸入空気を送る吸気管１１の中には
、感温素子１２および温度測定素子１３が設定されてい
る。この感温素子１２および温度測定素子１３は、共に
温度によって抵抗値の変化設定される抵抗素子によって
構成されるものであり、例えば白金線によって構成され
、吸入空気流に接触されるようになっている。そして、
感温素子１２は固定の抵抗１４を介して接地され、温度
抵抗素子１３は固定の抵抗１５および１６を介して接地
されるようになっている。そして、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。

上記ブリッジ回路の入力端となる感温素子１２と温度抵
抗素子１３との接続点には、トランジスタ１７を介して
電源が接続されるものであり、このトランジスタ１１の
オン状態で、感温素子１２を含むブリッジ回路に加熱電
力が供給される。

感温素子１２と抵抗１４との接続点ａ、および抵抗１５
と１６との接続点すは、上記ブリッジ回路の一出力端子
となるものであり、上記ａ点およびｂ点の電位がコンパ
レータ１８で比較される。そして、感温素子１２の温度
が温度測定素子１３で測定される吸気管１１に流れる空
気の温度に対して、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の出力信号がハ
イレベルに設定されるようにしている。

上記コンパレータ１８からの出力信号は、フリツプフロ
ツプ回路１９にリセット指令として供給するもので、こ
のフリップフロップ回路１９は、内燃機関の例えば燃料
調量制御等を実行する制御ユニット２０から発生される
スタートパルス信号Ｔｉｎによってセット制御されるよ
うになっている。

この場合、上記スタートパルス信号Ｔｉｎは、制御ユニ
ット２０に対して供給される内燃機関の回転信号に基づ
いて、例えば機関のクランク角１８０°ＣＡ毎に発生さ
れる信号によって、上記機関回転に同期する状態で周期
的に発生される。

そして、上記フリップフロップ回路１９からのセット状
態における出力信号は、バッフ１アンプ２１を介して測
定出力信号Ｔｏｕｔとして上記制御ユニット２０に対し
て供給されるものであり、またトランジスタ１７のベー
スに対して、このトランジスタ１７をオン制御する信号
として供給する。

ここで、上記トランジスタ１７を介して感温素子１２を
含むブリッジ回路に供給される加熱電力の電圧信号は、
基準電圧電源２２からの基準電圧信号と共にＯＰアンプ
２３に供給し、このＯＰアンプ２３の出力によって、上
記トランジスタ１７のベース電位を制御するように構成
する。すなわち、上記ブリッジ回路に供給される電力は
、上記基準電圧に基づいて定電圧Ｍ　ＩＩＩされるよう
になっている。

すなわち、上記制御ユニット２０から機関回転に同期す
る状態で、第２図の（Ａ）に示すようなスタートパルス
信号Ｔｉｎが発生されると、この信号Ｔｉｎによってフ
リップフロップ回路１９がセットされ、その出力信号は
第２図（Ｂ）に示すように立上がる。

このようにフリップフロップ回路１９がセットされると
、その出力信号によってトランジスタ１７がオン制御さ
れ、感温素子１２を含むブリッジ回路に定電圧制御され
た加熱電力が供給されるようになる。そして、感温素子
１２は発熱制御され、その温度が第２図（Ｃ）に示すよ
うに上昇する。この場合、この感温素子１２の温度上昇
速度は、この感温素子１２が吸気管１１の中で空気流に
接触する状態にあるものであるため、吸気管１１に流れ
る吸入空気流量に影響されて設定されるようになる。具
体的には、吸入空気流量が大きい程、感温素子１２の温
度上昇速度が低い状態となる。

このようにして感温素子１２の温度が上昇して、温度測
定素子１３で測定される温度よりも、特定される温度差
が設定されるまで上昇すると、点ａの電位が点すの電位
より低下して、第２図（Ｄ）に示すようにコンパレータ
１８から出力信号が立上がるようになる。すなわち、こ
のコンパレータ１８からの出力信号によって、第２図（
Ｂ）で示されるようにフリップフロップ回路１９がリセ
ットされその出力信号が立下がる。

すなわち、スタートパルス信号によって立上がり、コン
パレータ１８からの出力信号によった立下がり制御され
る第２図（Ｂ）に示す信号で表現される時間幅は、感温
素子１２の加熱電力が供給されたときの温度上昇速度に
対応するものであり、したがってこの出力パルス状信号
で表現される時間幅は、吸入空気流量測定信号となるも
のである。

このため、このフリップフロップ回路１９０セツト状態
に対応する出力信号は、空気流量測定信号ＴＯｕｔとし
て、制御ユニット２０に取り込まれる。

そして、この制御ユニット２０にあっては、この測定出
力信号Ｔ　ｏｕｔで表現される時間幅を例えばシステム
クロック信号によって計数し、ディジタルデータとして
取り込み、１関回転数との関係で吸入空気量データとし
て、例えば機関に対する燃料噴射量、点火時期等の演算
制御に用いられるようにする。

そして、コンパレータ１８から出力信号が発生され、フ
リップフロップ回路１９がリセットされると、トランジ
スタ１７がオフ制御され、上記感温素子１２に対する加
熱電力が遮断制御され、その温度が低下されるようにな
って、次の加熱電力の供給を待機するようになるもので
ある。

第３図は上記測定出力信号７ｏｕｔで表現される時間幅
と、吸気管１１に流れる空気流量との関係を、機関の回
転速度に対応してそれぞれ示している。

そして、制御ユニット２０にあっては、上記測定信号Ｔ
ｏｕｔと機関回転数情報とに基づいて、現在吸気管１１
に流れている空気量を算出するものである。

このような熱式の空気流量測定装置によって、吸気管１
１に流れる空気流量を測定する場合、例えば感温素子１
２部の断線、抵抗値の異常増大等が発生すると、第４図
（Ａ）に示すスタートパルス信号に対して、感温素子１
２の温度状態が第４図（Ｂ）に示すようになり、異常状
態で第４図＜Ｃ＞でＡで示すような出力信号を発生する
ようになる。すなわち、異常状態で上記測定出力信号Ｔ
Ｏｕｔで表現される時間幅が極めて小さい状態となる。

これは、吸入空気流量が非常に小さい状態に相当するも
のであり、したがってこのような測定信号に基づいて制
御ユニット２０で燃料噴射量を演算すると、その演算噴
射量は機関が要求している値よりかなり小さな値となっ
てしまう。すなわち、内燃目間の運転性を著しく低下さ
せるようになり、最悪の場合機関停止状態となる。

したがって、上記制御ユニットにあっては、空気流量測
定信号ＴＯｕｔで表現される時間幅を常時監視し、異常
状態と判定された場合には、上記空気流１ｉｉ１１１定
信号ＴＯｔｌｔを制御ユニット２０において使用せず、
この空気流量測定信号に代わる情報を形成するようにす
るものである。

第５図は、上記のような異常状態が発生した場合の空気
流量測定信号ＴＯＩＩｔの処理状態を説明するもので、
まずステップ１０１で機関回転状態の検出信号に基づい
て、その回転周期信号の発生周期ＴＬを取り込む。また
、次のステップ１０２では、上記フリップフロップ回路
１９のセット時間幅に対応する測定出力信号Ｔｏｕｔの
時間幅を計測し・空気流量信号として取り込む。そして
、ステップ１０３で上記測定出力信号ＴＯＬＩｔで表現
される時間幅を、設定値Ｔｌ１１と比較し、信号ＴＯＵ
ｔの時間幅か設定値１”ｍより小さい状態となっている
か否かを判定する。この場合、上記設定値Ｔｍは正常状
態での測定出力信号ＴＯ１ｌｔとは言えないような小さ
な値であるか否かを判定する基準値とされるものであり
、適宜実験等によって求められる。したがって、出力Ｔ
ｏｕｔで表現される時間幅が、設定値Ｔｍより大きい状
態と判定された場合には、正常と認定してステップ１０
４に進む。

このステップ１０４では、上記スタートパルス信号の周
期、すなわち機関の回転周期（この場合１８０°ＣＡ）
ＴＬと測定出力信号ＴＯｕｔで表現される時間幅から、
吸入空気１ｉｋＧを算出するものであり、次のステップ
１０５でこの算出された空気量Ｇに基づいて、燃料噴射
量を演算決定する。

また、上記ステップ１０３で出力信号ＴＯｕｔが異常と
判定された場合にはステップ１０６に進む。このステッ
プ１０６では、ステップ１０１で取り込まれた機関の回
転周期に対応するスタートパルス信号の周期Ｔｔ、に基
づいて時間幅Ｔを求める。具体的には、（Ｔｏｕｔ　ｘ
　（１／Ｋ）　）の演算を行なって、時間幅Ｔを求める
。そして、ステップ１０７で上記求めた時間幅Ｔを空気
流量測定信号ＴＯｕｔとみなして、前記ステップ１０４
に進み、燃料噴射量等の演算に使用されるようにするも
のである。

ここで、上記定数には、内燃機関の負荷状態に対応して
設定される。具体的には、スロットルの開度状態に対応
して設定されるものであり、例えばスロットル開度と（
１／Ｋ＞との関係は第６図に示す関係に設定される。こ
の関係は、例えばＲＯＭ等に対してマツプによって記憶
設定されるものであり、スロットル開度情報によって適
宜読み出されるものである。また、このスロットル開度
と（１／Ｋ）との関係は、第７図に示すようにステップ
状に設定してもよいものである。

したがって、上記のように例えば感温素子１２に断線が
発生したような異常状態となり、測定出力信号で表現さ
れる時間幅が異常に小さくなるような状態となった場合
には、この異常状態の測定出力信号を使用することなく
、機関回転周期および負荷状態に対応した信号が形成さ
れ、この信号が空気流量測定信号に代わって、燃料噴射
量の演算等の機関制御用に使用されるようになる。すな
わち、空燃比のオーバーリーン状態の発生が効果的に防
止されるものであり、例えばこの内燃機関を使用した車
両を安全走行させることができるようになるものである
。

また、上記異常状態が検出された場合にあっては、運転
者等に異常の発生を知らせることができるように、例え
ば警報ランプを点灯させるようにすることが好ましい。

［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装置にあっ
ては、この機関の吸入空気流量がディジタル的な状態で
高精度に測定検出されるものであり、燃料噴射ｍ等の演
算制御が、例えばマイクロコンピュータを使用するよう
な電子的な制御ユニットによって効果的に実行されるよ
うになる。この場合、上記吸入空気流量を測定する装置
の、具体的に空気流】の検出センサとして使用される感
温素子部に障害が発生したような場合にあっては、その
障害が検知された状態で、機関の回転周期および負荷状
態から上記吸入空気流量測定信号に代わる時間幅信号が
形成され、これによって線間制御が実行されるようにな
る。すなわち、効果的なフェイルセーフ制御が実行され
るものであり、このような内燃機関を搭載した車両の安
全走行が可能とされるようになるものである。

【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
を説明するもので、特に吸入空気流量測足部分を説明す
る回路構成図、第２図は第１図で示した空気流量測定部
分の動作状態を説明する信号波形図、第３図は上記機関
回転数に対応して空気流量測定信号と空気量との関係を
示す図、第４図は上記測定装置の異常状態を説明する信
号波形図、第５図は空気流量測定に対応する目間制御状
態を説明するフローチャート、第６図および第７図はそ
れぞれ異常状態で使用される定数とスロットル開度状態
との関係を示す図である。 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・・・ノリツブフロッ
プ回路、２０・・・制御ユニット。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 ｆ　′″′ ｔｎ　　−、き、 ｇ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　内燃機関に対する吸入空気通路に設定された、
   温度によって抵抗値が変化する特性を有する感温素子と
   、 上記内燃機関の回転に同期する状態で発生されるスター
   トパルス信号にそれぞれ対応して、上記感温素子に対し
   て加熱電力を供給設定する手段と、 上記加熱電力によって上記感温素子の温度が特定される
   温度状態まで上昇したことを検知する手段と、 この手段の検知信号に基づいて上記感温素子に対する加
   熱電力を遮断する手段と、 上記加熱電力の供給時間幅の表現された信号を吸入空気
   流量測定信号として、上記内燃機関の制御ユニツトに対
   して供給する手段と、 この手段で得られる測定出力信号で表現される時間幅を
   監視し、その時間幅が異常状態となつたことを検出する
   手段と、 この手段で異常状態が検出された状態で、上記内燃機関
   の回転に対応する周期時間を、設定される補正係数によ
   って補正した時間幅信号を算出する手段とを具備し、 上記算出された時間幅の表現された信号を、吸入空気流
   量測定信号として制御ユニットで使用するようにしたこ
   とを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. （２）　上記補正係数は、エンジンの負荷状態によつて
   設定されるようにした特許請求の範囲第１項記載の内燃
   機関の制御装置。
3. （３）　上記内燃機関の負荷状態は、スロットル開度状
   態によって判別し、このスロットル開度に対応した補正
   係数か読み取り設定されるようにした特許請求の範囲第
   ２項記載の内燃機関の制御装置。