JPS63228029A - 内燃機関の吸入空気量測定装置 - 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】 ｉ肌曵旦光 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の吸入空気量測定装置に関し、電熱
線等の発熱体を用いてその熱伝達により放出される熱蓋
から吸入空気量を測定し、適正な燃料噴射等に用いるた
めの吸入空気量測定装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関、例えば自動車に搭載されるエンジンを電子的
に制御する場合、このエンジンの運転状態を監視し、そ
の運転状態に対応した例えば燃料噴射量等を、マイクロ
コンピュータ等を用いた電子的な制御ユニットによって
算出し、噴射燃料量を制御するようにしている。

ここで、上記燃料噴射量は基本的に吸入空気量に基づき
算出されるものであり、このため上記エンジンの運転状
！「の監視手段として、吸入空気流量の測定手段が重要
となる。

この様な空気流量測定手段としては種々のものが提案さ
れている。例えば特開昭６０−２５２１３９号に示され
るような熱式の空気流電測定装置が知られている。この
ものは、以前のアナログ式に変わり、内燃機関の所定回
転毎に吸入空気中にさらした発熱体を加熱し、その発熱
体が所定温度に達すると冷却を開始し、この繰り返しに
て、発熱時間に該当するパルス時間幅を出力としてＡＤ
変換を不要としたデジタルの熱式空気量センサを用いて
いることが特徴である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このセンサでは内燃機関の所定回転毎に出力さ
れているスタートパルス信号に時間的なばらつきを生じ
た場合、従来の方法でセンサ出力から空気量を算出する
と、内燃機関の出力にもばらつきを生じ、内燃機関が不
安定となる。

この原因は上記スタートパルス信号のばらつきにより、
センサ出力がばらつき、これより算出した機関の一回転
当りの吸入空気量にもばらつきを生じ、燃料噴射策がば
らつくためである。スタートパルス信号のばらつきと、
その後に測定される発熱時間との時間的相殺により、吸
入空気量への影響をなくす装置も考えられるが、それで
もまだばらつきによる演算上のズレが吸収できていない
。

１匪の一構戒 そこで、本発明は、上記問題点を解決することを目的と
し、次のような構成を採用した。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明の要旨とするところは、第１図に例示する
ごとく、 内燃機関Ｍ１の吸気管Ｍ２に流れる空気流にさらされる
状態で設置された通電発熱手段Ｍ３と、該通電発熱手段
Ｍ３の温度を検出する温度検出手段Ｍ４と、 内燃機関Ｍ１の所定クランク角毎に信号を出力する信号
出力手段Ｍ５と、 該信号出力手段Ｍ５からの信号に応じて内燃機関Ｍ１の
所定クランク角毎に上記通電発熱手段Ｍ３への通電を開
始するとともに、上記温度検出手段Ｍ４により検出され
た通電発熱手段Ｍ３の温度が所定温度に達すると上記通
電発熱手段Ｍ３への通電を停止する電力制御手段Ｍ６と
、 該電力制御手段Ｍ６の通電時間と、前回の通電の停止時
点から今回の通電の停止時点までの時間間隔と、に基づ
いて、内燃機関Ｍ１の吸入空気量を算出する吸気量算出
手段Ｍ７と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量測定装
置にある。

［作用］ 内燃機関Ｍ１の吸気管Ｍ２に設置された通を光熱手段Ｍ
３は、電力制御手段Ｍ６により、信号出力手段Ｍ５から
の信号に応じた内燃機関Ｍ１の所定クランク角毎に、通
電され発熱させられている。

また、温度検出手段Ｍ４の検出にて通電発熱手段Ｍ３が
所定温度に達すると、電力制御手段Ｍ６よりの通電は停
止され、通電発熱手段Ｍ３は冷却に向かうや この様な処理の繰り返しにおいて、吸気量算出手段Ｍ７
は、電力制御手段Ｍ６の通電時間と、前回の通電の停止
時点から今回の通電の停止時点までの時間間隔と、に基
づいて、内燃機関Ｍ１の吸入空気量を算出する。

上記前回の通電の停止時点から今回の通電の停止時点ま
での時間間隔は、内燃機関Ｍ１の状態によって種々変化
する。それに関連して、通電時間も変化する。この関係
は第３図のタイミングチャートに示すごとく吸入空気の
流入量が安定であれば、所定温度を示す比較レベルと温
度変化のグラフとが描く三角形は相似形である。そのた
め、電力制御平段Ｍ６の通電時間と前回の通電の停止時
点から今回の通電の停止時点までの時間間隔との比は、
内燃機関Ｍ１の回転が様々な回転速度であって通電開始
間隔が異なっても、またクランク角検出が精度の問題で
ばらついても、常に一定である。

このことは吸入空気量が変動した場合、通電時間と前回
の通電の停止時点から今回の通電の停止時点までの時間
間隔との比が変動を正確に表すことにも通ずる。

次に、本発明の詳細な説明する０本発明はこれらに限ら
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲の種々の
態様のものが含まれる。

［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２図は内燃機関の吸気管１１に流れる吸入空気流量を
測定する空気流量測定装置部分の構成を示すもので、上
記吸気管１１の中には感温素子１２及び温度測定素子１
３が、吸入空気流に接触される状態で設定されている。

ここで、上記感温素子１２及び温度測定素子１３は、共
に温度によって抵抗値が変化設定される温度−抵抗特性
を有する例えば白金線等による抵抗素子によって構成さ
れる。

上記感温素子１２に対しては固定の抵抗１４が直列に接
続され、また温度測定素子１３には抵抗１５及び１６の
直列回路が接続されているもので、上記感温素子１２、
温度測定素子１３、及び抵抗１４〜１６によってブリッ
ジ回路が形成されるようになっている。そして、このブ
リッジ回路の入力端である感温素子１２と温度抵抗素子
１３との接続点には、トランジスタ１７によって開閉さ
れる加熱電力が供給されるようにする。また、感温素子
１２と抵抗１４との接続点Ａ、及び抵抗１５と１６との
接続点Ｂによる出力部分は、コンパレータ１８の入力端
に接続するもので、このコンパレータ１８では上記点Ａ
およびＢの電圧を比較するようにしている。具体的には
、感温素子１２に対して加熱電力が供給され、その温度
が温度測定素子１３によって測定される吸入空気温度に
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、コンパレータ１８からの出力１８号が立ち上がるよ
うに設定されている。そして、このコンパレータ１８か
らの出力信号は、フリップフロップ回路１９をリセット
制御する。

このフリップフロップ回路１９は、エンジン制御ユニッ
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。このスタートパルス信号は、上記
制御ユニット２０に対して供給されるエンジンの回転に
同期する信号、具体的にはエンジンのクランク角１８０
’ＣＡ毎に発生される信号にそれぞれ対応して発生され
る。

このフリップフロップ回路１９からは、そのセット状態
でハイレベルとなる信号を発生ずるもので、このフリッ
プフロップ回路からの出力信号はバッファ２１を介して
取り出され、出力回路２２に対して供給すると共に、上
記トランジスタ１７のベースに対して供給する。即ち、
トランジスタ１７は７９１１７０７１回路１９のセット
状態のときにオン状態に制御され、感温素子１２を含む
ブリッジ回路に対して加熱電力を供給設定するようにな
る。

この場合、上記加熱電力の電圧はＯＰアンプ２３におい
て基準電圧電源２４で設定される基準電圧と対比され、
このＯＰアンプ２３からの出力信号によって上記トラン
ジスタ１７のベースバイアスを制御し、感温素子１２に
供給される加熱電力の電圧値が基準設定される。

上記制御ユニット２０は、ＣＰｔＪ２０ａ、ＲＯＭ２０
ｂ、ＲＡＭ２０ｃ、及びバックアツプＲＡＭ２０ｄ等を
中心に論理演算回路として構成され、コモンバス２０ｅ
を介して入力部２Ｏｆ及び出力部２０Ｇに接続されて、
出力回路２２からの測定信号ｐｔ及びクランク角センサ
２０ｈからのエンジンのクランク角１８０ゝＣＡ毎に出
力されるクランク角信号を受け、７９１１７０７１回路
１９のセット端子にクランク角信号に応じたスタートパ
ルス信号Ｔｉｎの出力を行う。

上記フリップフロップ回路１９からは、上記したように
そのセット状態でハイレベルとなるパルス状の信号が出
力されるようになるものであり、このパルス状信号のパ
ルス時間幅は上記感温素子１２に対する加熱電力の供給
時間幅に相当するようになる。また、リセット状態の場
合ではローレベルとなり、ローレベルのパルス時間幅は
上記感温素子１２に対する加熱電力の非供給時間、即ち
、冷却時間幅に相当する。

そして、出力回路２２では、上記パルス状信号を適宜波
形整形して上記加熱（電力供給）時間幅Ｔｈｅａｔと冷
却（非供給）時間幅Ｔｃｏｏｌとを表現した信号とする
ものであり、この出力回路２２からの出力信号は、吸入
空気流量測定信号ｐｔとして、上記エンジン制御ユニッ
ト２０に取り込まれる。

ここで上記出力回路２２は、例えばフリップフロップ回
路１つからのパルス状信号の立ち上がり及び立ち下がり
にそれぞれ対応して一対のパルス信号を発生し、この一
対のパルス信号の時間間隔で上記時間幅Ｔ　ｈｅａｔ　
、　Ｔ　ｃｏｏｌを表現するように構成してもよいもの
であり、要するに制御ユニットに取り込まれる信号は、
フリップフロップ回路１９のセットとリセット状態に設
定される時間幅Ｔｈｅａｔ、　Ｔｃｏｏｌを表現するも
のであればよい。

即ち、上記のように構成される空気流量測定装置にあっ
ては、吸気管１１にエンジンの吸入空気が流れるもので
あって、感温素子１２及び温度測定素子１３にこの吸入
空気が接触されるようになっている。そして、温度測定
素子１３の抵抗値は、この吸気温度に対応した値となる
ものであり、感温素子１２は加熱電力が供給されること
によって発熱制御され、電力か停止されることによって
、冷却制御されるものであるが、この感温素子１２の温
度上昇速度は吸入空気流量に反比例し、冷却速度は該空
気流量に比例する。

この様な状態でエンジンの所定クランク角毎にエンジン
制御ユニット２０から第３図の（Ａ）に示すようなスタ
ートパルス信号Ｔｓが発生されると、この信号によって
フリップフロップ回路１９がセットされ、トランジスタ
１７がオン制御されて、感温素子１２を含むブリッジ回
路に対して加熱電力が供給設定されるようになる。即ち
、感温素子１２が発熱制御されその温度が第３図（Ｂ）
に示すように吸入空気流量に反比例する状態で上昇する
。

そして、感温素子１２の温度が温度測定素子１３によっ
て測定される空気温度より特定される温度差が設定され
るまで上昇すると、コンパレータ１８からの出力信号が
立ち上がり、フリップフロ１１回路１９がリセットされ
、トランジスタ１７がオフされて上記加熱電力が遮断制
御されるようになる。このとき、感温素子１２の温度が
第３図（Ｂ）に示すように吸入空気流量に比例する状態
で下降する６ 即ち、感温素子１２に対しては、この感温素子１２が特
定される温度状態まで温度が上昇するまで加熱電力が供
給されるものであり、したがってその加熱電力供給時間
幅Ｔｈｅａｔと非供給時間幅Ｔｃｏｏｌとは、感温素子
１２の加熱・放熱く冷却）効果を決定する吸入空気流産
に対応するようになる。

従って、この加熱電力の供給状態を制御するフリップフ
ロップ回路１つからの出力信号、即ち第３図＜Ｃ＞に示
ずようなセット状態でハイレベルとなり、リセット状態
でローレベルとなるパルス状出力信号の状態が、測定空
気流量を表現するようになる。そして、この測定空気流
量を表現するフリップフロップ回路１つからの出力信号
は出力回路２２を介して吸入空気流量測定信号ｐｔとし
て取り出され、エンジン制御ユニット２０に対して取り
込まれるようになる。

ここで出力回路２２では、フリップフロ・ンブ回路１つ
からのパルス状出力信号を波形整形して、上記時間幅Ｔ
ｈｅａｔ、　Ｔｃｏｏｌか表現される信号に変換して、
この測定信号ｐｔを制御ユニット２０に対して供給する
ものである。

制御ユニット２０では、上記測定信号ｐｔが表ず時間幅
Ｔｈｅａｔ、　Ｔｃｏｏｌによって表現される空気量Ｇ
と、エンジン回転速度ＮＯと、の関係で設定されるエン
ジン１回転当りの吸入空気量Ｇ／Ｎ。

が、上記エンジンに対する燃料噴射量を演算出力するた
めに使用する。

ここで、スタートパルス信号Ｔｓはエンジンの所定クラ
ンク角毎に発生されるものであるため、そのエンジン回
転速度に対応してその空気流量測定装置の出力特性は第
４図に示すようになる。即ち、エンジン１回転当りの吸
入空気量Ｇ／ＮＯ（Ｇ／Ｎ）は、吸入空気流量の測定信
号ｐｔで表現される時間幅Ｔｈｅａｔの２次関数となる
。そして、燃料噴射量を決定するために必要な情報であ
るＧ／ＮＯは、エンジン回転速度をパラメータとして次
のようなＴｈｅａｔの２次関数近似式によって求めてい
る。

Ｇ／　Ｎｏ　＝ＴｆｌＸ　（Ｔｈｅａｔ−Ｔｏｆｔ）　
２＋Ｔｆ３ここで、上記Ｔｆ１．　′ｒｏｆｔ、　Ｔｆ
３は、回転速度ＮＯによって一義的に決まる定数であっ
て、例えば、第５図でそれぞれ示されるようになる。し
かし、これら定数を決定する回転速度Ｎｏの情報はエン
ジン制御システムによって異なっているものであり、ス
タートパルス信号Ｔｓの発生周期がばらついたような場
合には空気流量測定信号ｐｔの出力時間幅Ｔｈｅａｔ、
　Ｔｃｏｏｌもばらつくようになり、その結果Ｇ／Ｎｏ
の値も変動するようになって、精度の良好な噴射燃料の
調量制御を実行することが出来ない。

スタートパルス信号Ｔｓの周期にばらつきが発生ずると
、これは測定信号ｐｔに直接的に影響する。即ち、第３
図で示したようにスタートパルス信号Ｔｓが入力される
と感温素子１２が発熱制御され、その温度が設定温度状
態に達すると上記発熱制御は停止され、感温素子１２は
冷却制御されるようになる。

このため、例えば、正常時におけるスタートパルス信号
の発生周期をＴｄとすると、正常に出力されたスタート
パルス信号の出力時点７＋−２から次のスタートパルス
信号の発生があるまでの時点Ｔ１−１が遅れにより長く
なった場合、第３図＜Ａ）で示ずようにｒＴｄ＋ΔＴｄ
　Ｊの間隔で次の信号が発生する。そのため、感温素子
１２はｒＴｄの間だけさらに冷却が継続されるようにな
り、その結果、Ｔｃｏｏｌ＋は大きくなる。また次の加
熱制御は定常状態より低い温度状態から実行されるよう
になる。このため、コンパレータ１８から出力が発生さ
れる温度状態まで発熱するまでに大きな時間を必要とす
るようになり、その結果出力信号の時間幅もＴｈｅａｔ
ｌで示ずように大きな状態となる。

また、逆にスタートパルス信号の発生時間間隔がｒＴｄ
−ｒＴｄ　Ｊのように短くなった場合には、感温素子１
２が十分に冷却される以前に加熱開始されるものであり
、感温素子１２の温度が設定温度に到達するために必要
な時間幅も小さくなる。

そして、このときに出力ｆ８号時間幅もＴｃｏｏｌ＋・
１゜Ｔｈｅａｔ＋・１で示されるように小さなものとな
る。

従ってこのようなＴｈａａｔ＋　、　Ｔｈａａｔ：＊＋
のような測定信号を、もう一つの測定信号Ｔｅｏｏｌ：
　、　Ｔｃ。

ｏｌ、・１を考慮せずに、そのまま用いて燃料噴射量の
演算制御を実行していたのでは、エンジンの運転状態に
対して適切な燃料調量を実行することが出来ない。

しかし、この様な測定信号の状態を流量一定の場合で考
えてみると、測定信号Ｔｈｅａｔ＋の時間幅は直前のＴ
ｃｏｏｌ＋の時間幅と比例していることがわかる。した
がって空気量情報はＴｈｅａｔ＋　とＴｅａｏｌｌ　　
とを関連させて得るようにすれば、良いことがわかる。

次に本実施例の燃料噴射量演算処理のフローチャートを
第６図に示す、第６図は、エンジン制御ユニット２０に
おける動作の流れを示しているもので、空気流量測定信
号ｐｔの立ち上がり及び立ち下がりに対応して割り込み
し、処理が開始される。

まずステラ７】１０で立ち上がりか立ち下がりかを判定
する。もし立ち上がりであれば、ステップ１２０にて、
そのときの時刻１＋　　（第３図参照）を読み収り、こ
れをＲＡＭ　２０　ｃに対してストアし、本ルーチンを
終える。

立ち下がりである場合は、ステップ１３０で、そのとき
の時刻上°１（第３図参照）を読み取り、これをＲＡＭ
２０ｃに対してストアする。

ステップ１４０で前回の立ち下がり時刻ｔ’＋−＋との
間隔ＴＩＮ：　　（Ｔｃｏｏｌ＋＋Ｔｈｅａｔ＋）が下
式のごとく算出される。

ＴＩＮ：＝ｔ’ｌ−ｔ’１−＋ 次にステップ１５０にてステップ１３０にて求めた測定
信号Ｐｔの立ち下がり時刻ｔ゛１とステップ１２０にて
測定信号ｐｔの立ち上がり時刻ｔＩとから、下式により
、加熱時間Ｔｈｅａｔ＋　を求める。

Ｔ　ｈｅａｔ＋　＝ｔ　’　＋　　ｔ　＋次にステップ
１６０にて、今回算出されたＴｃ。

ｏｆ　＋　＋　Ｔ　ｈｅａｔ　：、即ぢ、ＴＩＮ＋　に
基づき、エンジン回転速度Ｎを算出する。スタートパル
ス信号はエンジンの１８０’　ＣＡ毎に発生されるもの
とし、時間単位をｍｓとした場合、エンジン回転速度Ｎ
は前記したごとく下式のように表される。

Ｎ＝　（６０Ｘ１．０ＯＯ）／　（２ＸＴＩＮ）次のス
テップ１７０ではエンジン回転速度Ｎに基づき、第５図
で示した一次元マツブから定数Ｔｆｌ、　Ｔｏｆｔ　、
　Ｔｆ３を算出し、ステップ１８０にてこれら定数と加
熱時間Ｔｈｅａｔ＋　とに基づき、前記したと開式（１
）から−回転当りの吸入空気量Ｇ／Ｎを求める。

Ｇ／　Ｎ　＝　ＴｆｌＸ　（Ｔｈｅａｔ＋　−Ｔｏｆｔ
）　２＋Ｔｆ３・・・（１） ただしこのようして得たＧ／ＮのＮはエンジン本来の回
転速度Ｎｅと若干異なるため、ステップ１９０で下式の
演算を行って、実際の一回転当り吸入空気量に補正する
。

（Ｇ／Ｎ）＝　（Ｇ／Ｎ）Ｘ　（Ｎ／Ｎｅ）次にステッ
プ２００にてこのＧ／Ｎに定数Ｋを乗じて基本燃料噴射
ＪｔＴｐを求める。

上記定数Ｔｆｌ、　Ｔｏｆｔ　、　Ｔｆ３は、Ｔｃｏｏ
ｌ＋　＋　’ｒｈｅａｔ：に基づき算出されたエンジン
回転速度Ｎから求めるようにしたが、勿論測定信号ｐｔ
の立ち下がり間隔ＴＩＮ＋　　（Ｔｃｏｏｌ：＋Ｔｈａ
ａｔ＋　）と定数Ｔｆｌ。

Ｔｏｆｔ　、　Ｔｆ３との一次元マツブに基づき、ＴＩ
Ｎ：から直接求めるようにしてもよい。

勿論、上記計算をまとめて、　　ＴｌＮｉ　と加熱時間
Ｔｈｅａｔ＋　とから、直接演算により、Ｇ／Ｎを算出
してもよい。

本実施例では、４気筒であるため、スタートパルス信号
間隔を吸気の脈動周期１８０°ＣＡとしたが、６気筒で
は１２０°ＣＡというように、スタートパルス信号間隔
＝７２０°ＣＡ／シリンダ数、という設定をする。

尚、上記第６図に示したフローチャートのステップ１８
０，１９０については、第７図のような構成とすること
も出来る。

即ち、ステップ１８０Ａにて下式の計算にてＴｈｅａｔ
＋　とＴｌＮｉ　　との比Ｔｒを求める。

Ｔ　ｒ　＝　Ｔｈｅａｔ＋／　ＴｌＮｉ次にステップ１
８０Ｂにて、第８図に示ずＴｒとＴＩＮとの２次元マツ
プから流量Ｇが求められ、ステップ１９０Ａにて、上記
Ｇを機関回転速度Ｎｅで除されて、機関１回転当りの吸
入空気ｉＧ／Ｎが算出される。

上記ＴｒとＴＩＮとの２次元マツプは、第９図に示した
、流ｆｔＧとＴ　ｈｅａｔ／　’ｒＩＮとの関係から作
成されたものである。

本実施例は上述のごとく、加熱終了間隔ＴＩＮ＋と加熱
時間Ｔｈｅａｔ＋で空気量を演算している。そのため、
スタートパルス信号のばらつきが生じても、流量が一定
していれば加熱終了間隔ＴＩＮ＋の長さに対して加熱終
了間隔に含Ｊれる加熱時間Ｔｈｅａｔ１は一定である。

このことがら流量が変化しても、熱式の吸入空気量セン
サで極めて精密な吸入空気量の測定が出来、内燃機関の
燃料噴射量制御が正確なものとなり、回転変動等のない
安定した内燃機関の運転が可能となる。

化」ム鬼工 本発明は、吸気量算出手段Ｍ７が電力制御手段Ｍ６の通
電時間と、前回の通電の停止時点がら今回の通電の停止
時点までの時間間隔と５　に基づいて、内燃機関Ｍ１の
吸入空気量を算出しているため、回転検出が変動しても
通電発熱手段Ｍ３の温度上昇・下降特性から吸入空気量
の極めて精密な測定が可能となる６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成例示図、第２図は実施例の
構成図、第３図は制御のタイミングチャート、第４図は
機関回転速度、吸入空気量及び出力パルス幅の関係を示
すグラフ、第５図は機関回転速度と各定数の関係を示す
グラフ、第６図は実施例にて行われるフローチャート、
第７図は他の例のフローチャート、第８図は吸入空気量
を求めるための２次元マツプ図、第９図はそのマツプを
求めるための関係を示すグラフを表す。 Ｍｌ・・・内燃機関　　　　　Ｍ２・・・吸気管Ｍ３・
・・通電発熱手段　　　Ｍ４・・・温度検出手段Ｍ５・
・・信号出力手段　　　Ｍ６・・・電力制御手段Ｍ７・
・・吸気量算出手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の吸気管に流れる空気流にさらされる状態で設
   置された通電発熱手段と、 該通電発熱手段の温度を検出する温度検出手段と、 内燃機関の所定クランク角毎に信号を出力する信号出力
   手段と、 該信号出力手段からの信号に応じて内燃機関の所定クラ
   ンク角毎に上記通電発熱手段への通電を開始するととも
   に、上記温度検出手段により検出された通電発熱手段の
   温度が所定温度に達すると上記通電発熱手段への通電を
   停止する電力制御手段と、 該電力制御手段の通電時間と、前回の通電の停止時点か
   ら今回の通電の停止時点までの時間間隔と、に基づいて
   、内燃機関の吸入空気量を算出する吸気量算出手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量測定装
   置。