JPS629742B2 - - Google Patents

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JPS629742B2
JPS629742B2 JP52045795A JP4579577A JPS629742B2 JP S629742 B2 JPS629742 B2 JP S629742B2 JP 52045795 A JP52045795 A JP 52045795A JP 4579577 A JP4579577 A JP 4579577A JP S629742 B2 JPS629742 B2 JP S629742B2
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Takashige Ooyama
Teruo Yamauchi
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/187—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a hot wire flow sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
    • F02D41/1479—Using a comparator with variable reference
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の燃料制御装置に関するもの
である。
従来の燃料制御装置に用いられる吸入空気量測
定装置は吸入空気量が増加するに従つて信号が比
例的に増加するものが主流であつた。ところがこ
の種の装置では下記の問題点および要望があつ
た。
(1) この種の装置では吸入空気量が少なくなると
出力信号の値も小さくなり、マイクロプロセツ
サで処理する場合、吸入空気量が少ない領域の
情報が不足して燃料流量の計量精度が低下する
問題がある。このためにはデジタル装置類のビ
ツト数を増加しなければならないという問題を
副次的に発生する。
(2) 吸入空気量が多い領域では内燃機関の回転数
も高いのでバツテリ電圧が高くなり、これに基
づく点火雑音ノイズ等も大きくなるためこれに
対する配慮が要求される。
(3) 広い運転領域での誤差を相対的に一定にする
ことによつて混合気の基本空燃比を制御良く管
理することが要求されている。
(4) 機関の吸入空気は脈動を発生しており、当然
検出される電気信号も脈動している。この脈動
している信号を平滑するためにはフイルタを用
いれば良いが、高速時程脈動が大きくなつてお
り、この脈動をならすため大きな定数のフイル
タを用いなければならず検出応答性が低下する
という問題がある。
(5) 吸気脈動を生じている時実質的に空気が流れ
ていない状態であり、Ａ―Ｄ変換器の分解能の
関係から検出不能となつて検出精度が低下する
という問題がある。
本発明は上記問題点及び要求を解決することを
目的とし、その特徴は空気流量センサから直接的
に出力される信号をその変化率が低空気流量側で
は高空気流量側に比べて大きく、かつ空気流量の
増加に応じて増加するような非線形性を有し、し
かも吸入空気が実質的に流れていない状態時に所
定出力を発生する信号とし、この非線形信号をデ
ジタル信号に変換すると共に、この非線形信号を
線形に変換し、更にこの線形に変換された信号に
比例して燃料量を定めるような構成としたことに
ある。
本発明の構成によれば、吸入空気量の変化率が
低空気流量側では高空気流量側に比べて大きく、
空気量の増加に応じて増加するような非線形信号
としたため、デジタル装置類のビツト数を増加せ
ずに吸入空気量の少ない領域でも充分な情報が得
られ燃料の計量精度が向上する。
吸入空気量が多くなるにつれ出力が増加するた
め、吸入空気量が多い領域での雑音ノイズに対し
て強くなるものである。
上述した非線形信号を直接的に発生しているの
で広い運転範囲に渡つて相対誤差を一定にできる
ので混合気の基本空燃比を制御良く管理すること
ができる。
低流量側で変化率が大きく高流量側で変化率が
小さくなつているので、脈動の大きい高流量側で
の脈動検出抑制効果があり、フイルタの定数を大
きくすることがなくなるので検出応答性が良くな
るものである。
空気が実質的に流れていない状態で所定出力が
発生されているためＡ―Ｄ変換器が処理可能とな
り検出精度が向上するものである。
以下図面に基づき本発明の一実施例を説明す
る。一般にクランク位置と同期して燃料を噴射す
る燃料計量装置では、噴射弁の開弁時間を制御す
る方法が採用されており、2.5ｍｓ〜９ｍｓ程度
の範囲で開弁時間を制御すればよく、十進法で３
桁、２進化10進レジスタで４ビツト×３の情報量
があれば、１％以内の計量精度に抑えることがで
きる。また最小開弁時間を100とすると最大開弁
時間は500以内であり、２進化10進レジスタの数
を上位桁３ビツト、中位桁４ビツト、下位桁４ビ
ツトに縮少することもできる。また２進コードで
は10ビツトで1024になり、10ビツト以内ですむ。
８ビツトでは256で最小開弁時間は50程度になり
計量精度は±１％になる。一方空気量の計量範囲
は0.1m3／minから５m3／minまでの50倍程度のレ
ンジを有するので、10ビツトの場合の最小流量の
信号は20程度になり、線形特性では５％の情報と
なる。本発明は第１図の曲線に示したごとく、信
号と吸入空気量の関係を非線形として、低空気量
時の情報量を増す方法で計量精度を高めることが
できる。一般には、信号Ｘと、吸入空気量Ｑとの
間の関係を、 Ｘ＝ψ（Ｑ） …(1) とすると、 ΔＸ＝∂／∂Ｑ・ΔＱ …(2) となり、ΔＱ／Ｑ一定、ΔＸ一定とすると、 ∂／∂Ｑ＝Ｋ／Ｑ …(3) が成立し、Ｘ＝＝KlogQとなる。いまＱ＝
10.0，Ｋ＝１とするとＸ＝6.9，Ｑ＝２とすると
Ｘ≒３となつて、３倍弱の範囲となり、ビツト数
を低減することが可能である。すなわち、第１図
に示したごとく、Ｑ＝10，Ｘ＝4.60，Ｑ＝11，Ｘ
＝4.70，ΔＸ＝0.1に対して、Ｑが10％変化す
る。またＱ＝100，Ｘ＝6.91，Ｑ＝90，Ｘ＝
6.80，ΔＸ＝0.1に対してＱが10％変化する。し
たがつて、デジタル信号の最小けた数に対する吸
入空気量の相対誤差が一定になる。
尚、第１図においては、空気流量センサの出力
は吸入空気が実質的に流れていない状態でも所定
値の信号が出力されている。
この所定値を出力することは、Ａ―Ｄ変換器の
分解能は有限のため吸気脈動を生じている時に実
質的に空気が流れていない状態があつて検出不能
となり、検出精度が低下するのを防ぐためであ
る。
このような知見から得られた具体的な実施例を
以下説明する。
第２図は面積式の空気流量計１０を示したもの
であり、ベーン１２、負圧サーボ１４、バイパス
１６、バイパス調整ねじ１８、ダンパ２０などか
ら構成されている。この場合、ベーン１２、空気
通路２２の相対形状を選定するこによつて、第１
図の曲線に示したごとく低吸入空気量時の信号を
増大することができる。また負圧サーボ１４の設
定値を制御弁２４によつて変化することによつ
て、段階的に信号を変化することも可能である。
また角度変換用ポテンシヨメータ２６を２６Ａ，
２６Ｂ…のように多数に分割して低流量時の感度
を上げることができる。
また２８のごとき感度の異なるポテンシヨメー
タを設置し、低流量時の感度を上げることができ
る。
そして、この非線形な信号をデジタル化したデ
ジタル信号によつて燃料の噴射量を一義的に定め
ることはできなくなり、非線形特性を逆変換して
線形にしてやる必要がある。第３図はその燃料制
御の具体的実施例を示したものである。いま第１
図に示したごとき信号をＡ―Ｄ変換器３０に入力
し、かつこの信号に対応した信号で直接パルスモ
ータ３２を駆動するか、Ｄ―Ａ変換器３４を介し
てサーボモータ３２を駆動する。このモータ３２
の回動でカム３６が回動し、計量ピストン３８を
上下に動かす。計量ピストン３８の動きで計量ス
リツト４０の開口面積を制御する。燃料入口４２
から供給された燃料は差圧制御弁４４を介して噴
射弁４６からエンジン４８に供給される。差圧制
御弁４４は、計量スリツト４０の前後の差圧を一
定に維持するので、燃料流量は計量ピストン３８
の位置によつて定まる。したがつて、第１図の信
号によつて計量ピストン３８を操作する場合、操
作信号と燃料流量の関係が、第１図に相当するＸ
＝Klogq（ここでｑ燃料流量）になるようカム３
６のプロフイルを選定すれば、吸入空気量と燃料
流量の比は一定になる。すなわち空気流量の信号
の非線形性をカム３６のプロフイルで逆変換し、
線形性にするものである。また上述したカム３６
のかわりに、非線形なＤ―Ａ変換器を用いて逆変
換することができる。
一方、エンジン制御においては運転状態によつ
て、空燃比を変化する必要がある。この場合デジ
タルの補正量ΔＸによつて Ｑ／ｑ＝ｅ〓x …(4) だけ変化する。したがつて、温度、負荷、回転
数、排気組成などの信号をマイクロプロセツサ５
０に入力し、あらかじめ記憶装置５２に入力され
ている関数、あるいは数値によつて、上記運転状
態に応じたΔＸを導出し、空燃比を制御すること
ができる。したがつて空気量の信号ＸにlogＱ／ｑ＝ ΔＸの信号を加算し、Ｘ＋ΔＸの信号を出力し、
燃料計量装置を制御する。この場合、ΔＸと空燃
比の補正量は対応した関係にあるので、広い運転
範囲にわたつて、少ないビツト数のデジタル信号
で高精度の空燃比制御が可能である。第３図に示
したごとく、エンジン４８の排気管５４の途中に
酸素センサ５６を設置し、ジルコニア素子方式の
酸素センサの信号が設定値より高い場合は、ΔＸ
を負に、低い場合はΔＸを正にする。この場合Δ
Ｘの値は系がハンチングしない大きさとする。マ
イクロプロセツサ５０は計量処理時間を有するの
で、サーボモータ３２の応答性より速い間隔で、
信号をクランク角あるいは一定の時間間隔でマイ
クロプロセツサ５０から出力すれば平均化され、
計量ピストン３８は正しい位置に維持される。ま
たサーブモータ３２に入力されるデジタル量を計
算処理時間の間ホールドしておくこともできる。
したがつてクランク角に同期するか、または一定
時間間隔で空気量の信号Ｘをデジタル処理して、
ΔＸを補正することができる。この場合、酸素セ
ンサ５６のアナログ信号はある時間平均化して設
定値と比較するか、デジタル処理の判別時のみ設
定値と比較してもよい。いま空気量がアナログ信
号で検出される場合、Ａ―Ｄ変換器３０に端子５
８から入力しＡ―Ｄ変換される。一方酸素センサ
５６の出力もＡ―Ｄ変換する必要があるので、ス
イツチ６０によつて信号が選択される。スイツチ
６０はマイクロプロセツサ５０からの信号で選択
動作を行なう。またエンジンの温度θが低い場合
は ΔＸ＝ｆ（θ） …(5) で補正する必要がある。この場合は温度センサの
信号を端子６２から入力し、マイクロプロセツサ
５０で(5)式に対応した関数でΔＸを導出する。ま
たクランク角センサ６４でエンジンの回転数を検
出し、スロツトル位置センサ６６、吸気圧力セン
サ６８のいずれか、あるいは両者でエンジンの負
荷、加速、減速を検出し、あらかじめプログラム
されている方式で、ΔＸの補正を行なう。
スロツトル位置センサ６６、吸気圧力センサ６
８はスイツチ６０を介してＡ―Ｄ変換器３０に接
続されている。
尚、７０はタイマーである。
一方クランク位置と同期して燃料を噴射する計
量方式では開弁時間によつて噴射量が定まる。こ
の場合、開弁時間ＴPは2.5ｍｓ〜９ｍｓ程度の範
囲で制御すればよく、デジタル情報は少なくても
高精度の制御が可能である。
ここで、クランク角に同期して燃料を噴射する
場合は、 ｔp＝∝Ｑ／ｎ …(6) のごとくなる。したがつて、空気量Ｑを回転数ｎ
で除した信号をあらかじめ作成し、マイクロプロ
セツサに入力しても低流量域の精度を高めること
ができる。
いま、(3)式を満足する空気量信号Ｘが入力され
ると、 Klogtp＝Ｘ−Klogn …(7) の関係で開弁時間ｔpが求まる。この方法によつ
て、ビツト数を増すことなく開弁時間ｔpを演算
することができる。また回転数ｎに対する周期を
Ｔoとすると ｔp∝・Ｑ・Ｔo …(8) となり KlogΔｔp＝Ｘ＋KlogTo …(9) が成立する。すなわち空気量の非線形なデジタル
量と、回転数の非線形なデジタル信号を加、減算
することによつて、デジタル情報のビツト数を増
大することなく、燃料計量の相対誤差を一定に
し、低流量時の空燃比の制御精度を高めることが
できる。運転状態による空燃比の補正は(7)，(9)式
の右辺にある一定量を加、減算することによつて
行なわれ、この具体的手段は第３図で説明したご
とくである。
このような制御によつて正確な燃料制御を実現
できるものである。
以上述べたように本発明の構成によれば、以下
の効果がある。
吸入空気の変化率が低空気流量側では高空気流
量側に比べて大きく、空気量の増加に応じて増加
するような非線形信号としたため、デジタル装置
類のビツト数を増加せずに吸入空気量の少ない領
域でも充分な情報が得られる。
吸入空気量が多くなるにつれて出力が増加する
ため、吸入空気量が多い領域での雑音ノイズに対
して強くなるものである。
上述の非線形信号を直接発生しているので広い
運転範囲に渡つて相対誤差を一定にできるので混
合気の基本空燃比を精度良く管理することができ
る。
低流量側での変化率が大きく高流量側では変化
率が小さいので、高流量での脈動検出抑制効果が
あり、フイルタの定数を大きくすることがなくな
るのでは応答性が良くなるのもである。
空気が実質的に流れていない状態で所定出力が
発生されるのでＡ―Ｄ変換器がこの所定出力を処
理可能となり検出精度が向上できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は吸入空気量と信号量の関係を示すグラ
フ、第２図は面積式の空気流量計を示す断面図、
第３図は燃料制御の具体的実施例を示す構成図で
ある。 １０……空気流量計センサ、３０……Ａ―Ｄ変
換器、５０……マイクロプロセツサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 吸入空気流量を表わす出力信号として、
    その出力信号の変化率が低空気流量側では高空
    気流量側に比べて大きく、かつ空気流量の増加
    に応じて増加するような非線形性を有し、しか
    も吸入空気が実質的に流れていない状態時にも
    所定出力を発生する出力信号を直接的に出力す
    る空気流量センサ； (b) 前記空気流量センサの非線形性の信号をデジ
    タル信号に変換するデジタル変換手段； (c) 前記デジタル変換手段からの非線形性の信号
    を線形の信号に変換する線形変換手段； (d) 前記線形変換手段からの線形信号に比例して
    燃料量を定める燃料制御手段 とよりなる内燃機関の燃料制御装置。
JP4579577A 1977-04-22 1977-04-22 Control device of internal combustn engine Granted JPS53131326A (en)

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