JPH0326856A - 内燃機関の制御装置 - 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〕 本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、空気流量の
計測に熱式エアフローメータを用いた内燃機関の冷間起
動時の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関が吸入する空気量は機関の運転状態を検出する
ために非常に重要なパラメータであり、空気流量または
空気圧によって計測されるのが一般的である。このうち
、吸入空気量を空気流量で測定するエアフローメータと
しては、可勅ベーン方式、熱線方式、カルマン渦方式が
ある。

前述のエアフローメータのうち、熱線式エアフローメー
タは空気流の中に熱線（主として白金線）を置くと、流
量に応じた熱が奪われる性質を利用して機関の吸入空気
量を測定するもので、機関のスロットル弁上流に取り付
けて使用する。その原理は、電流加熱した白金熱線を流
れの中に置くと、空気流量によって熱線温度が変化する
が、この温度を一定に保つように電流を制御して、この
電流を電圧として取り出す方法である。その構威は、白
金熱線抵抗、温度補償様抵抗等にてブリッジ回路を組み
、常に平衡電圧が零になるように電源電圧を制御して温
度を一定に保つものである。この熱線式エアフローメー
タは、従来の可動ベーン型エアフローメータに比較して
、小型で空気抵抗が小さく、質量流量が測定できるため
大気圧補正が不要で、且つ応答が速い等の利点がある。

〔発明が解決しようする問題点〕

ところが、この熱線式エアフローメータは、エアフロー
メータ内の空気流量検出用ヒータが氷結した場合、ヒー
タが発生する熱が氷の温度上昇、融解に奪われ、あたか
も大流量が流れてヒータが熱を奪われた状態と同じよう
な状態となって、エアフローメータが機関吸入空気流量
を過大計測してしまう。すると、この過大計測流量を基
に燃料供給が行われることになり、実空気量に対して燃
料供給量が過多となって空燃比オーバリツチとなっる。

この結果、機関のストール、ドライバビリティの悪化、
！４煙排出、点火プラグのくすぶり等の不具合が発生す
るという問題がある。

本発明は前記従来の熱線式エアフローメータを用いて空
気流量を計測する内燃機関の制御装置の有する問題点を
解消し、エアフローメータ内の空気流量検出用ヒータが
氷結した場合は、短時間で氷結を判定すると共に、エア
フローメータの出力を用いずに適正な燃料噴射を行なっ
て、機関を安定して制御することができる内燃機関の制
御装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達威する本発明の内燃機関の制御装置は、第
１図に示すように、内燃機関への吸入空気量を測定する
熱線式エアフローメータと、機関の運転状態パラメータ
を検出する運転状態検出手段と、エアフローメータ起動
直後の出力値の所定時間当たりの変化量を検出するエア
フローメータ出力変化検出手段と、エアフローメークの
出力値の所定時間当たりの変化量が基準値未満の時にエ
アフローメータを氷結と判定する氷結判定手段と、氷結
判定時にエアフローメータの出力以外の運転状態パラメ
ータを使用して基本噴射量を演算し、通常時にエアフロ
ーメータの出力を使用して基本噴射量を演算する基本噴
射量演算手段とを備えていることを特徴としている． 〔作　用〕 本発明の内燃機関の制御装置によれば、エアフローメー
タ起動直後に、エアフローメータの出力値の所定時間当
たりの変化量が検出される．この変化量は、通常時のエ
アフローメータ起動直後ののエアフローメータ出力値の
所定時間当たりの変化量と比較され、通常時の変化量よ
り小さい時、空気流量検出用ヒータは氷結したと判定さ
れる。

この時はエアフローメータの出力以外の運転状態パラメ
ータを使用して基本噴射量が演算され、エアフローメー
タの出力は基本噴射量の演算には使用されない。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する． 第２図には本発明の内燃機関の制御装置の一実施例を備
えた電子制御燃料噴射式内燃機関が概略的に示されてい
る．この図において、機関（エンジン）１の吸気通路２
には熱線式エアフローメータ３が設けられている。この
エアフローメータ３はアナログ出力のものであり、白金
（Ｐ　ｔ）熱線抵抗、温度補償用抵抗等にてブリッジ回
路が組まれたものである．そして、空気流量によって変
化する熱線温度を一定に保つように電流が制御され、こ
の電流が電圧として取り出されるようになっており、熱
線式エアフローメータ３の出力は制御回路１０のＡ／Ｄ
変換器１０１に入力され、入力はイグニッションスイッ
チ（ＩＣ）１５を介してバッテリ１６に接続されている
。

また、機関本体１の吸気通路２に設けられたスロットル
弁ｌ８の軸には、スロットル弁１８の開度を検出するス
ロットル開度センサｌ９が設けられている。このスロッ
トル開度センサｌ９の下流側の吸気通路２には各気筒毎
に燃料供給系から加圧燃料を吸気ボートへ供給するため
の燃料噴射弁７が設けられている。更に、吸気通路２の
エアフローメータ３の上流側、或いは機関本体ｌの何処
には、吸気温度或いは外気温度を測定する温度センサ１
７が設けられている。この温度センサｌ７の出力は制御
回路１０のＡ／Ｄ変換器１０１に入力される．ディスト
リビュータ４には、その軸が例えばクランク角（ＣＡ）
に換算して７２０　’　ＣＡ毎に基準位置検出用パルス
信号を発生するクランク角センサ５及び３０゜ＣＡ毎に
基準位置検出用パルス信号を発生ずるクランク角センサ
６が設けられている。これらクランク角センサ５，６の
パルス信号は、燃料噴射時期の割込要求信号、点火時期
の基準タイミング信号、燃料噴射量演算制御の割込要求
信号などとして作用する。これらの信号は制御回路ｌＯ
の入出力インタフェース１０２に供給され、このうちク
ランク角センサ６の出力はＣＰＵ１０３の割込端子に供
給される． ？た、エンジン１のシリンダブロックの冷却水通路８に
は、冷却水の温度を検出するための水温センサ９が設け
られている。水温センサ９は冷却水の温度ＴＨＷに応じ
たアナログ電圧の電気信号を発生する．この出力もＡ／
Ｄ変換器１０１に供給さｌている． 排気マニホルド１１より下流の排気系には、排気ガス中
の３つの有害或分ＩＣ，Ｃｏ，ＮＯｘを同時に浄化する
三元触媒コンバータ１２が設けられている。また、前記
排気マニホルド１１の下流側であって、触媒コンバーク
１２の上流側の排気バイプ１４には、空燃比センサの一
種であるＯ，センサ１３が設けられている．０８センサ
ｌ３は排気ガス中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発
生する。すなわち、０■センサｌ３は空燃比が理鍮空燃
比に対してリッチ側かりーン側かに応じて、異なる出力
電圧を制御回路１０の信号処理回路１１１を介してＡ／
Ｄ変換器１０１に供給する。また、前記入出力インタフ
ェース１０２にはＩＧ１５のオン／オフ信号が供給され
るようになっている。

以上のような構成において、ＩＧｌ５がオンされると、
バッテリ１６からの電力がエアフローメータ３、制御回
路ｌＯに供給されてこれらが起動され、エアフローメー
タ３は出力を始め、制御回路１０はプログラムが起動し
、エアフローメータ３やその他のセンサからの出力を取
り込み、インジエクタ７やその他のアクチュエータを制
御する。

制御回路ＩＯは、例えばマイクロコンピュータを用いて
構威され、前述のＡ／Ｄ変換器１０１，入出力インタフ
ェース１０２．ＣＰＵ１０３の他にＲＯＭ１０４，　Ｒ
ＡＭ１０５．ＩＧｌ５のオフ後も情報の保持を行うバッ
クアップＲＡＭ１０６等が設けられており、これらはバ
ス１１３で接続されている。

この制御回路１０において、ダウンカウンタ１０日，フ
リップフロップ１０９，及び駆動回路１１０は燃料噴射
弁７を制御するためのものである。即ち、吸入空気量と
機関回転数とから演算された基本噴射量Ｔｐを機関の運
転状態で補正した燃料噴射ＩＴＡＵが演算されると、燃
料噴射量ＴＡＵがダウンカウンタ１０８にプリセットさ
れると共にフリップフロッブ１０９もセットされる。こ
の結果、駆動回路１１０が燃料噴射弁７の付勢を開始す
る。他方、ダウンカウンタ１０８がクロツク信号（図示
せず）を計数して最後にそのキャリアウト端子が“１”
　レベルになった時に、フリップフロップ１０９がリセ
ットされて駆動回路１１０は燃料噴射弁７の付勢を停止
する。つまり、前述の燃料噴射ｉ１ＴＡＵだけ燃料噴射
弁７は付勢され、したがって、燃料噴射ｉ１ＴＡ［Ｉに
応した量の燃料がエンジン１の燃焼室に送り込まれるこ
とになる。

なお、ＣＰｔｌｌ０３の割込発生は、Ａ／Ｄ変換器１０
１のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インタフェース１０２が
クランク角センサ６のパルス信号を受信した時、クロッ
ク発生回路１０７からの割込信号を受信した時、等であ
る。

次に第３図から第６図のフローチャートを用いて前述の
制御回路ｌＯの動作を説明する。

第５図は氷結判定許可ルーチンであって、制御回路１０
が起動された時に実行される、いわゆるイニシャル・ル
ーチン中に設置される。このルーチィンではＩＧ１５が
オンされた温度センサ１７からの信号により、起動直後
の吸気温度が０゜Ｃか否かをステップ５０１で判定する
．そして吸気温がＯ℃未満の時（ＹＩｌ’Ｓ）はステッ
プ５０２に進み、ここで氷結判定許可フラグＦＪを０１
″にセットしてこのルーチンを終了し、吸気温がＯ′Ｃ
以上の時（ＮＯ〉はステップ５０３に進んで氷結判定許
可フラグＦＪを“０″にセットしてこのルーチンを終了
する．この第５図に示すルーチンを実行するのは、エア
フローメータ３が氷結するのが氷点下でしか起こり得な
いため、判定を氷点下の時だけ行なって信頼性を上げよ
うとするためである。

第３図はエアフローメータ（Ａ　Ｆ　Ｍ）の出力読込ル
ーチンであり、例えば、４ＩＩＩｓ毎の割込ルーチン等
に設置され、４ｔｓｓ毎に実行される。

ステップ３０１ではまずエアフローメータ３の出力電圧
値ｖＡ＠読み込み、続くステップ３０２では氷結判定許
可フラグＦＪが“１”であるか否かを判定し、氷結判定
許可フラグＦＪが１０′の時（ＮＯ）は外気が氷点以上
であるので氷結はあり得ないと判断してこのルーチンを
終了するが、氷結判定許可フラグＦＪが“１″の時ＣＹ
ＥＳ＞は外気が氷点下なので、氷結の可能性ありと判断
してステップ３０３に進む．ステップ３０３ではスロッ
トル開度が所定開度、例えば２゜以下か否かを判定し、
スロットル開度〉２″ならこのルーチンを終了し、スロ
ットル開度≦２゜なら吸気流による判定への誤差が少な
いと判断してステップ３０４に進む。これは、スロット
ル開度〉２゜の時はスロットル開度の大きさにより吸気
流速が変化し、正確な判定が出来なくなるからである． ステップ３０４では氷結判定カウンタＪＣの値が氷結判
定回数を示す値、例えば５以下か否かを判定し、ＪＣ＞
５ならば氷結判定が終了していると判定してこのルーチ
ンを終了するが、ＪＣ≦５の時は氷結判定が未だ終了し
ていないと判定してステップ３０５に進む。この氷結判
定カウンタＪＣの値には、エンジン起動時に初期値とし
てＯを入れるようにしている。続くステップ３０５では
この氷結判定カウンタＪＣの値がＯか否か、即ち、エン
ジン起動後にこのステップに初めて進んで来たか否かを
判定し、初めての場合（ＪＣ＝０）はステップ３０６に
進み、ステップ３０１で読み込んだ現在のエアフローメ
ータ３の出力電圧ＶＡの値をＶＡＯとして保存し、この
後ステップ３１４で氷結判定カウンタＪＣの値を１だけ
増大させてこのルーチンを終了する。

一方、ステップ３０５でエンジン始動後にこのステップ
に進んで来たのが初めてではない（ＪＣ≠０）と判定し
た時はステップ３０７に進み、ここで前回のエアフロー
メータ３の出力電圧ＶＡＯから現在のエアフローメータ
３の出力電圧ＶＡを減算してその差ＤＶＡを算出する。

この差ＤＶＡはエアフローメータ３の４１ＩＩｓの間の
出力変化量である。

そして、次のステップ３０８ではステップ３０１で読み
込んだ現在のエアフローメータ３の出力電圧ＶＡの値を
ＶＡＯとして保存し、続くステップ３０９ではステップ
３０７で算出したエアフローメータ３（７）４ｍｓ（７
）出力変化量ＤＶＡ（７）積算値ＳＵＭＤＶＡを算出ず
る。この積算値ＳＵＭＤＭＡの初期値もエンジン起動時
に０にしておく。

この実施例では氷結判定を、ステップ３０７で算出した
エアフローメータ３のエンジン起動後の２０ｍｓの出力
変化量、即ち、ステップ３０７で算出したエアフローメ
ータ３の出力変化ｉ１ＤＶＡの５回の積算値で行うよう
にしているので、この後ステップ３１０において氷結判
定カウンタＪＣの値が５か否かを判定する。そして、Ｊ
Ｃ≠５の時はエアフローメータ３の出力電圧ＶＡの出力
変化ＩＤＶＡの積算回数が氷結判定回数に達していない
と判定してステップ３１４に進み、氷結判定カウンタＪ
Ｃの値を１だけ増大させてこのルーチンを終了するが、
ＪＣ＝５の時はエアフローメータ３の出力電圧ＶＡの出
力変化量ＤＶＡの積算回数が氷結判定回数に達したと判
定してステップ３１１以降でエアフローメータ３が氷結
しているか否かの判定を行う。

ステップ３１１ではエンジン起動後２０ｍｓの間のエア
フローメータ３の出力変化量ＳＵＭＤＶＡが、エアフロ
ーメータ３が氷結していない時の値の下限値以下の基準
値Ｖｒｅｆより小さいか否かが判定される。ここで、Ｓ
ＵＭＤＶＡ≧Ｖｒｅｆの時はエアフローメータ３が氷結
していないと判定してステップ３１２で氷結判定フラグ
Ｆｉｃｅの値を氷結を示さない１０″にしてステップ３
１４に進み、氷結判定カウンタＪＣの値を１だけ増大さ
せてこのルーチンを終了する．一方、ＳＵＭＤＶＡ＜Ｖ
ｒｅｆの時はエアフローメータ３が氷結していると判定
してステップ３１３に進んで氷結判定フラグＦｉｃｅの
値を氷結を示す″１″にしてステップ３１４に進み、氷
結判定カウンタＪＣの値を１だけ増大させてこのルーチ
ンを終了する。このように、氷結判定終了後はステップ
３１４で氷結判定カウンタＪＣの値を１だけ増大させる
ので、この後の氷結判定カウンタＪＣの値は６となり、
以後ステップ３０５以降の処理は再びエンジンが始動さ
れるまでは行われなくなる． なお、この実施例のようにエアフローメータ３の氷結判
定を２０■Ｓの短時間で行えるのは、第７図に示すエン
ジン起動後の経過時間Ｔに対するエアフローメータ３の
出力電圧特性の初期の傾き（微分値〉が、実線で示す通
常時は大きいのに対し、破線で示す氷結時は小さいから
であり、氷結時と非氷結時の初期傾きの差が大きいから
である。

また、この実施例ではエンジン起動後２０ｓ＋ｓの間の
エアフローメータ３の出力変化ｉ１ｓＵＭＤＶＡ（エア
フローメータ３の４ａ＋ｓの出力変化ｉ１ＤＶＡの５回
分の積算値）によって、氷結判定の信頼性を上げている
が、確実に判定できるのであれば、氷結判定カウンタＪ
Ｃが計数する回数を減らすことも可能である。更に、こ
の実施例ではスロットル開度が所定値以上の場合は氷結
判定をしないようにしているが、スロットル開度に変え
゜ζエンジン回転数やその他のエンジンの運転状態或い
はこれらの組み合わせにより氷結判定をしないようにす
ることもできる。更に、エンジンの運転状態に応じて氷
結判定の基準値Ｖｒｅｆの値を数種類用意するか、或い
はマップの形で用意しても良いものである。

次に、燃料の基本噴射量Ｔｐの決定方法について第４図
の基本噴射量演算ルーチンを用いて説明するが、このル
ーチンは制御回路１０のプログラム中にあるものである
。このルーチンではまず、ステップ４０１で氷結判定フ
ラグＦｉｃｅの値が″１”か否かを判定する．氷結判定
フラグＦｉｃｅの値が“０”の時（ＮＯ）は、エアフロ
ーメータ３に氷結が発生していない時であるのでステッ
プ４０３に進み、ここで、エアフローメータ３の出力電
圧ＶＡとエンジン回転数Ｎｅに応して基本噴射量Ｔｐを
演算する。

この演算は制御回路１０のＲＯＭ１０４に記憶させてお
いた２次元マップを使用して行えば良い。

一方、ステップ４０１で氷結判定フラグＦｉｃｅの値が
″ｌ”の時（ＹＥＳ）は、エアフローメータ３に氷結が
発生している時であるので、この時はエアフローメータ
３は吸入空気量を過大出力する。この値をそのまま用い
て基本噴射ＩＴｐを演算すると空燃比がオーバリッチに
なり、エンジンストール、ドライバビリティの悪化、エ
ミッシジン悪化、黒煙排出やプラグのくずぶり等を引き
起こしてしまう。したがってこの場合はステップ４０３
に進み、ここで、エアフローメータ３の出力電圧ＶＡは
使用せずに、スロットル開度ＴＡとエンジン回転数Ｎｅ
の２次元マップより基本噴射量Ｔｐを演算する。この演
算は制御回路１０のＲＯＭ１０４に記憶させておいた２
次元マップを使用して行えば良い。

なお、この実施例では氷結判定フラグＦｉｃｅが″１”
の時に、スロットル開度ＴＡとエンジン回転数Ｎｅの２
次元マップより基本噴射量Ｔｐを演算したが、この演算
はエアフローメータ３の出力値以外のエンジンの運転状
態より基本噴射量Ｔｐを演算する方法であれば何でも良
いものである。また、氷結判定フラグＦｉｃｅが”１″
の時に、ヒータに大きな電流を流して氷結状態を融解さ
せることもできる。

続いて、解氷判定について説明する。第６図は解氷ルー
チンであり、制御回路１０のベースルーチンあるいは第
３図のステップ３０１とステップ３０２の間等に設置す
るものである。このルーチンではまず、ステップ６０１
で氷結判定フラグＦｉｃｅの値が“ｌ″か否かを判定す
る。氷結判定フラグＦｉｃｅの値が”０“の時（ＮＯ）
は、エアフローメータ３に氷結が発生していない時であ
るので解氷の判定は必要がなく、このルーチンを終了す
る。一方、ステップ６０１で氷結判定フラグＦｉｃｅの
値が″ｌ”の時（ＹＥＳ）は、エアフローメータ３に氷
結が発生している時であるので、ステップ６０２に進む
。

ステップ６０２ではスロットル開度ＴＡとエンジン回転
数Ｎｅの２次元マップより通常時のエアフローメータ３
の出力電圧Ｖ　ＡＵ２を算出ずる．次にステップ６０３
において現在のエアフローメータ３の出力電圧ＶＡとマ
ップより求めた出力電圧Ｖ　ＡＵ２を比較し、その差の
絶対値が所定電圧Ｖ　ｃｏｍｐよりも小さい場合、エア
フローメータ３の出力が通常値に戻ったと判断し、ステ
ップ６０４に進んで氷結判定フラグＦｉｃｅを“０”と
する、即ち、氷結判定を解除する。このようにして氷結
判定フラグＦｉｃｅを“θ″にした後は、基本噴射量Ｔ
ｐは第４図で説明したように、エアフローメータ３の出
力電圧ＶＡに基づいて決定され、通常の制御に戻る。一
方、ステップ６０３において現在のエアフローメータ３
の出力電圧ＶＡとマップより求めた出力電圧Ｖ　ＡＩＩ
２の差の絶対値が所定電圧Ｖ　ｃｏｍｐよりも大きい場
合は、解氷していないと判断して氷結判定フラグＦｉｃ
ｅを“ｌ”のまま、このルーチンを終了する。

このように、本発明ではエアフローメータ３の氷結時に
は、エアフローメータ３の出力値を用いずに基本噴射量
Ｔｐが演算されるので、エアフローメータ３の氷結時に
空燃比がオーバリッチになるのが防止される． 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の内燃機関の制御装置によ
れば、熱線式エアフローメータを用いて空気流量を計測
する内燃機関において、エアフローメータが氷結した場
合でもこの氷結を短時間で判定し、氷結時にも適正な燃
料噴射量が得られ、空燃比がオーバリッチになることな
く機関が安定して制御されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関の制御装置の構或を示すブロ
ック図、第２図は本発明の内燃機関の制御装置の全体構
威図、第３図から第６図は第２図の制１■回路の機関起
動後の制御手順を示すフローチャート、第７図は起動か
らの時間とエアフローメータの出力電圧特性を通常時と
氷結時とを対比させて示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関への吸入空気量を測定する熱線式エアフローメ
   ータと、 機関の運転状態パラメータを検出する運転状態検出手段
   と、 エアフローメータ起動直後の出力値の所定時間当たりの
   変化量を検出するエアフローメータ出力変化検出手段と
   、 エアフローメータの出力値の所定時間当たりの変化量が
   基準値未満の時にエアフローメータを氷結と判定する氷
   結判定手段と、 氷結判定時にエアフローメータの出力以外の運転状態パ
   ラメータを使用して基本噴射量を演算し、通常時にエア
   フローメータの出力を使用して基本噴射量を演算する基
   本噴射量演算手段と、 を備えた内燃機関の制御装置。