JPH0686836B2 - 電子式内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、自動車エンジン等に流入する空気の平均流量
をカルマン渦式空気流量センサの出力パルスを処理して
検出し、燃料噴射制御，点火時期制御を行なう電子式内
燃機関制御装置に関するものである。

従来技術と問題点 一般に、内燃機関においてはその吸入空気量を計測し、
計測結果に基づいて空気比が一定になるように又所定の
加速度が得られるように燃料噴射量を制御し、更に点火
時期を制御している。吸入空気量を計測する計測装置は
従来より各種提案されているが、その中で、優れた応答
性を有するカルマン渦式空気流量センサ（以下カルマン
センサという）が注目されている。このカルマンセンサ
は、内燃機関の吸気側に渦発生体を置くとその近傍に空
気流量に比例した頻度で空気の渦（カルマン渦）が発生
することを利用し、カルマン渦の発生を公知の各種の手
段にて検出し、カルマン渦の発生に関係したタイミング
でパルスを発生するものであり、この発生したパルス信
号の周期はその時の流入空気量に反比例したものとな
る。

ところで、内燃機関の空気流量は、吸気，排気等の工程
を周期として変動しており、第１図に示すように、スロ
ットルバルブ開度が大きくなればなるほど、その変動幅
も大きくなる。カルマンセンサはこのような変動にも十
分に追従するだけの応答性を有するから、例えば第２図
に示すように、スロットルバルブ開度が大きい大流量時
においては、流量大の期間に発生する周期の極めて短い
パルス列と、流量小の期間に生じる周期の比較的短いパ
ルス列とを含むものとなる。従って、何等かの方法でパ
ルスの周期の平均を求める必要が生じる。

この為の一般的な技術としては、エンジンクランク角の
所定角度に相当する時間毎に前記パルス信号を区切って
その平均を求めることが考えられる。これは、瞬時空気
流量の一変動周期ｐに相当する期間毎に平均を求めるも
のであり、期間の始点，終点のタイミングはクランク角
センサの所定角度の出力で与えられる。この方式では、
周期ｐを第２図の符号p₁に示すようにその始点，終点が
大きな周期の途中になるように設定すると、これら大き
な周期tlを計測することができなくなり、平均化誤差が
あまりにも大きくなる。そこで、第２図の符号p₂に示す
ように周期ｐが大きな周期tlを含むように設定するもの
であるが、それでも周期ｐの最初と終りのパルスの周期
は計測できず誤差が残ると共に、通常、周期ｐの始点を
検出してからパルスを計数し得る状態になるまでにはど
うしても多少の遅れ時間があるので、パルス周期の極め
て短い場所に始点を設定することはパルス数の計数誤差
を招来し、その為の誤差も加わる不都合がある。また、
流入空気量の小さい場合でも所定エンジン回転数毎にし
か平均化できないので、応答性に劣る欠点がある。従っ
て、このようにして得た平均空気流量に基づいて燃料噴
射制御，点火時期制御を行なう場合には、エンジン回転
数が低いときは応答性が悪くなり、スロットルバルブ開
度が大きい大流量時には制御の高い燃料噴射，点火時期
制御を実行することができないという問題点があった。

発明の目的 本発明はこのような従来の欠点を改善したものであり、
その目的は、瞬時空気流量の変動が激しい大流量時にお
ける燃料噴射制御の精度を高め、また小流量時における
応答性を向上させることにある。

発明の原理，構成及び作用 一般にカルマンセンサでは、大流量時の変動幅の大きい
時には、第２図に示したように、複数個のパルスが出現
すると共にパルス間隔（周期）の大きい状態が瞬時空気
流量の変動の一周期毎に現れた。そこで、所定値（Tma
x）より大きな周期が現れる毎に平均周期を求めるよう
にすれば、変動幅が大きい大流量時には変動の一周期毎
に平均を算出することができる。また、都合の良いこと
に、小流量時におけるカルマンセンサの出力パルスの間
隔（周期）は、まばらで一般に大きい。従って、上述の
ようにすれば、小流量時にはカルマンセンサの各パルス
毎に平均が算出されることになり、低流量時，高流量時
とも応答性良くカルマンセンサの出力パルスの平均周期
を求めることが可能となる。しかし、中流量時にはパル
スの周期は適当な所定値（Tmax）より小さなものが殆ど
となる。この為、所定値（Tmax）より大きな周期が現れ
る毎に平均周期を求めるだけでは中流量時の平均化が困
難となる。

この為、本発明では、パルスが所定数（Nmax）現れる毎
に平均を算出することを基本とし、所定値（Tmax）より
大きな周期を検出すればＮ個になる前に平均を算出する
ようにしている。こうすれば、低流量時，高流量時とも
応答性良くカルマンセンサの出力パルスの平均周期を求
めることが可能となり、中流量時にはTmax以上の周期が
現れなくても最低Ｎ個毎に平均が求められることにな
る。

更に、上述のようにして大流量時の平均空気流量が比較
的高い精度で求められるとは云え、実際には例えば第３
図に示すように、大きい周期t₁の後に比較的長い周期t₂
が時々現れ、これが所定値（Tmax）以上となることによ
り、同図の符号Ｑに示すように平均化が行なわれ、瞬時
空気流量の一変動周期毎に正確に平均化されない場合が
生じる。そこで、本発明では更に、上述のようにして求
めた平均空気量を大流量時には時定数の大きなフィルタ
に更に通すことにより適正な制御を可能としたものであ
る。

第４図は本発明の構成説明図であり、カルマンセンサCS
からカルマン渦の発生に関係したタイミングで発生され
るパルス信号は、平均周期或は平均空気流量算出手段AT
に入力される。この算出手段ATは、パルス数計数手段CN
により所定数（Nmax）のパルスが計数されるか或はパル
ス周期検出手段PDにより所定時間（Tmax）以上の周期が
検出される毎に平均周期或は平均空気流量を算出する。
フィルタ手段FTは、算出手段ATで算出された平均周期或
は平均空気流量を更に平滑化して燃料噴射量計算手段IJ
に出力するものであり、燃料噴射量計算手段IJはこの平
滑化された平均周期或は平均空気流量とエンジン回転数
等から燃料を噴射すべき期間を算出する。時定数変更手
段JVは、算出手段ATから出力される平均周期或は平均空
気流量に基づき小流量時か大流量時かを判別し、大流量
時であればフィルタ手段FTの時定数を大きくし、小流量
時には小さくする。

なお、点火時期制御を同時に実施する場合は、フィルタ
手段FTの出力を燃料噴射量計算手段IJ用と点火時期計算
手段（図示せず）用の２系統に分け、点火時期計算手段
へ入力するフィルタ出力の時定数が燃料噴射量計算手段
IJへ入力するフィルタ出力の時定数より大きくすれば良
い。これは、点火時期制御の方がより高い精度が要求さ
れる為であり、誤差の大きな平均空気量に基づいて算出
された点火時期がノッキング域へ入ることを防止する為
である。

第５図はこの処理を示すブロック線図であり、カルマン
センサ30の出力パルスを第４図の算出手段AT,パルス数
計数手段CN,パルス周期検出手段PDから成る平均化手段3
1に入力して平均パルス周期或は平均空気流量を算出さ
せ、平均化手段31の出力を第1,第２のフィルタ32,34,時
定数変更手段33,35に入力する。時定数変更手段33,35は
平均パルス周期或は平均空気流量から流入する空気量を
判別し、小流量のときは第1,第２のフィルタの時定数m,
nを小さくし、大流量になるほど大きくする。また、ｎ
＞ｍとなるように変更させる。第１のフィルタ32の出力
は燃料噴射量計算手段36に入力され、ここでエンジン回
転数検出手段37の出力とから燃料の噴射時間が計算さ
れ、制御回路39を介してインジエクタが制御される。ま
た第２のフィルタ34の出力は点火時期計算手段38に入力
され、ここでエンジン回転数とから点火時期が計算さ
れ、制御回路40を介してイグナイタが制御される。

第６図は第１のフィルタ32の出力を時定数が固定された
フィルタ50に入力し、このフィルタ50の出力を点火時期
計算手段38に入力したものである。なお、フィルタ50の
時定数を第１のフィルタ32と同様に可変する構成として
も良い。

第７図は本発明の動作説明図であり、（ａ）は瞬時空気
流量の時間的変化の一例を示し、（ｂ）はその時のカル
マンセンサの出力パルスの一例と算出手段ATによって平
均化された空気流量Q1〜Q14を示す。また、（ｃ）のQ
1′〜Q14′は燃料噴射量計算手段IJへ入力されるフィル
タ手段FTの出力を、（ｄ）のQ1″〜Q14″は点火時期制
御を行なう場合の点火時期計算手段へ入力されるフィル
タ手段FTの出力をそれぞれ示す。第４図のような構成に
よれば、所定時間（Tmax）を大流量時に現れる最大周期
より若干小さ目に設定することにより、大流量時には変
動の一周期毎に平均が算出され（Q9〜Q11参照）、低流
量時にはカルマンセンサCSの出力パルスの周期が所定時
間（Tmax）以上となり、平均化はカルマンセンサCSの出
力パルス毎に行なわれることになる（Q1〜Q6,Q12〜Q14
参照）。また、中流量時にはパルス数計数手段CNが所定
パルス数（Nmax）計数する毎に平均が算出される（Q7,Q
8参照）。また、Q1〜Q6,Q13,Q14については例えば時定
数１のフィルタが、Q7,Q8,Q12については例えば時定数
２のフィルタが、Q9〜Q11については例えば時定数３の
フィルタがそれぞれかけられて燃料噴射量計算手段IJへ
出力される。点火時期計算手段へは、より大きな時定数
のフィルタがかけられた出力が入力され、第７図の例で
はQ1〜Q6,Q13,Q14については例えば時定数２のフィルタ
が、Q7,Q8,Q12については例えば時定数３のフィルタ
が、Q9〜Q11については例えば時定数４のフィルタがそ
れぞれかけられて燃料噴射量計算手段IJへ出力される。

なお、第７図では、小流量から中流量に移行する際に、
パルス検出毎の空気流量からいきなり大きなＮ個の平均
に切換わっている。これは、所定数（Nmax）を固定した
為であり、この部分で応答性が多少損なわれることは否
めない。これを改善するには、平均を算出したときのパ
ルス数計数手段CNの計数値に関連して所定数（Nmax）を
所定の範囲内で順次大きくすれば良い。第８図はそのよ
うな対策を施したときの本発明の動作説明図であり、第
７図と相違するところは、中流量時において先ずパルス
t8からパルスt10までの３個のパルスの平均（Q7）が求
められ、次いでパルスt11からパルスt15までの５個のパ
ルスの平均（Q8）が求められ、次いでパルスt16からパ
ルスt22までの７個のパルスの平均（Q9）が求められて
いる点にある。この例は、所定数（Nmax）を順次２ずつ
大きくしたが、どの程度の割合で増加させるかは任意で
ある。なお、第８図において、Q1′〜Q15′は燃料噴射
制御用の平均空気流量,Q1″〜Q15″は点火時期制御用の
平均空気流量をそれぞれ示す。

また、エンジン回転数によって、空気流量の変動周期が
決定され、従って瞬時空気流量の変動幅の大きい大流量
時に現れるパルス間隔（周期）の大きい状態も必然的に
異なってくる。従って、パルス周期検出手段PDにおける
所定周期（Tmax）はそのときのエンジン回転数に応じて
最適値に設定することが望ましい。即ち、エンジン回転
数が高いほど所定周期（Tmax）を小さくすると良い。

発明の実施例 第９図は本発明の実施例の要部ブロック図であり、１は
内燃機関、２はエアクリーナ、３はカルマンセンサであ
り、カルマン渦が発生する毎にその出力信号ａを“1"と
するものである。４はスロットルチヤンバ、５はインテ
ークマニホールド、６は電磁式のフユーエルインジエク
タ、７は吸入空気の流れを制御するスロットルバルブ、
８はクランク角センサ、９はマイクロプロセッサ、10は
メモリ、11はクランク角センサ８の出力や他のエンジン
パラメータ例えば冷却水温，吸気温，スロットルバルブ
開度，アイドルスイッチ等各種スイッチのオンオフ情報
等をマイクロプロセッサ９に入力する為にデータ入力
部、12はデータ出力部、13はイグナイタである。

吸気空気は、エアクリーナ２よりカルマンセンサ3,スロ
ットルチャンバ４経てインテークマニホールド５の各ブ
ランチより各シリンダに供給され、燃料はフユーエルイ
ンジエクタ６により内燃機関１内に噴射され、燃料の点
火はイグナイタ13で行なわれる。また、吸入空気量は、
内燃機関の状態に応じて、第７図，第８図に示したよう
に変化するものであり、その変化に応じて出力信号ａも
変化する。カルマンセンサ３の出力信号ａはマイクロプ
ロセッサ９の割込み端子INTに入力され、出力信号ａの
例えば立上がり時に割込みがかけられる。

第10図はこの割込み処理の一例を示すフローチャートで
あり、S1〜S15は各ステップを示す。

マイクロプロセッサ９は割込みがかかると、先ずその時
の時刻を最新パルス時刻T1として記憶し（S1）、パルス
カウント数Ｎを＋１カウントアップする（S2）。次に、
パルスカウント数Ｎが所定数（Nmax）以上であるか否か
を判別し、所定数（Nmax）以上であればステップS6へ移
行し、所定数未満であれば最新パルス時刻T1から１パル
ス前の割込み時刻T3を引いて今回のパルス周期T2を求
め、T2が所定周期（Tmax）以上であるか否かを判別する
（S5）。そして、T2が所定周期（Tmax）以上であればス
テップ６へ移行し、所定周期（Tmax）未満であれば最新
パルス時刻T1の値を１パルス前の割込み時刻T3として
（S15）、メインルーチへ復帰する。

ステップS6では、最新パルス時刻T1から前回の平均化終
了時の時刻T5を引いて平均化するパルス間時間T4を求
め、このT4をパルス数Ｎで割ることにより平均パルス周
期T6を算出する（S7）。このT6が第４図の算出手段ATの
出力に相当するものである。

次に、燃料噴射制御用の平均パルス周期Tinjを次式によ
り算出する（S8）。

Tinj＝｛（ｎ−１）Tinj＋T6｝/n …（１） ここで、ｎは時定数である。

また、点火時期制御用の平均パルス周期Tigtを次式によ
り算出する（S9）。

Tigt＝｛（ｍ−１）Tigt＋T6｝/m …（２） ここで、ｍは時定数である。上記（１）式，（２）式が
フィルタ手段を構成するものである。

このような処理が終了すると、次に最新パルス時刻T1を
平均化終了時の時刻T5として記憶し（S10）、所定数（N
max）の値を、今回のパルス数Ｎに常数αを足した値に
変更する（S11）。αは例えば２〜４程度に設定する。
また、Nmaxの最大値を制限する為にNmaxを所定値βと比
較し、βより大きくなればβの値にクランプする処理を
行なう（S12,S13）。平均化処理を行なったときは、パ
ルスカウント数Ｎを零にクリアして次回の処理に備える
（S14）。

また、マイクロプロセッサ９は第11図のフローチャート
に示すように、メインルーチンにおいてｎ＝f₁（1/T6×
エンジン回転数）なる関係式（空気流量が増大するほど
ｎ値が増大するような関係式）により燃料噴射制御用フ
ィルタの時定数ｎを変更し（S20）、ｍ＝f₂（1/T6×エ
ンジン回転数）にる関係式（空気流量が増大するほどｍ
値が増大するものであって、ｍはｎより大きくなるよう
な関係式）により点火時期制御用フィルタの時定数ｎを
変更する（S21）。そして、噴射時間＝f₃（Tinj）なる
公知の式によりフユーエルインジエクタ６の通電時間を
算出し（S22）、進角量＝f₄（Tigt）なる公知の式によ
り進角量を求め（S23）。これらに応じて燃料噴射，イ
グナイタ13の点火制御を行なう。

第10図のフローチャートは第５図の実施例に対応するも
のであり、第６図の実施例を実現するには、第10図のス
テップエンジン９を、次のステップで置換すれば良い。

Tigt←｛（ｌ−１）Tigt＋Tinj｝/l …（３） ここで、ｌは時定数で固定値でも良く或は可変にしても
良い。

発明の効果 以上説明したように、本発明は、カルマン渦式空気流量
センサからカルマン渦の発生に関係したタイミングで発
生されるパルス信号の周期に基づき内燃機関に流入する
平均空気流量を検出し、これに基づいて燃料噴射量を算
出する装置において、発生する前記パルス信号の個数を
計数するパルス数計数手段と、発生する前記パルス信号
の周期を計数するパルス周期検出手段と、該パルス周期
検出手段の出力の内所定時間（Tmax）以上の周期を検出
する手段とを備え、前記パルス数計数手段により所定数
（Nmax）のパルスが計数されるか或は前記パルス周期検
出手段により所定時間（Tmax）以上の周期が検出される
毎に平均周期或は平均空気流量を算出する平均化手段を
採用したものであり、一般にカルマンセンサでは、大流
量時の変動幅の大きい時には、第２図に示したように、
パルス間隔（周期）の大きい状態が瞬時空気流量の変動
の一周期毎に現れ、一方、小流量時におけるカルマンセ
ンサの出力パルスの間隔（周期）は一般に大きから、本
発明にように、パルスが所定数（Nmax）現れる毎にその
平均を算出することを基本とし、所定値（Tmax）より大
きな周期を検出すればＮ個になる前に平均を算出するよ
うにすれば、変動幅が大きい大流量時には変動の一周期
毎に平均が算出され、小流量時にはカルマンセンサの各
パルス毎に平均が算出されることになり、低流量時，高
流量時とも応答性良くカルマンセンサの出力パルス平均
周期を求めることが可能となる。そして、更に平均化手
段で算出された平均周期或は平均空気流量を平均化する
フィルタ手段と、フィルタ手段の平均化に関する時定数
を空気流量が大きくなるほど増大せしめる時定数変更手
段と、フィルタ手段の出力に基づき燃料噴射量を算出す
る燃料噴射量計算手段とを設け、大流量時における平均
化手段の検出誤差を補償しているから瞬時空気流量の変
動が激しい大流量時における燃料噴射制御の精度を高
め、また小流量時における応答性を向上させることがで
きる。

更に、燃料噴射制御と点火時期制御のトータルバランス
も考慮し、点火時期制御用の平均空気流量は燃料噴射制
御用の平均空気流量より平滑度の高いものとしているの
で、点火時期制御の精度が向上し、ノッキング限界に近
いところでの点火時期制御も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスロットルバルブ開度と内燃機関に流入する瞬
時空気流量の変動との関係を示す線図、第２図は大流量
時の瞬時空気流量とそのときのカルマンセンサの出力パ
ルスの状態を示す線図、第３図は大流量時におけるカル
マンセンサの出力パルスの状態を示す図、第４図は本発
明の構成説明図、第５図及び第６図は燃料噴射と点火時
期制御の双方を行なう場合の処理のブロツク図、第７図
及び第８図は本発明の動作説明図、第９図は本発明の実
施例の要部ブロツク図、第10図はマイクロプロセッサ９
の割込み処理の一例を示すフローチャート、第11図はマ
イクロプロセッサ９のメインルーチンの要部を示すフロ
ーチャートである。 １は内燃機関、２はエアクリーナ、３はカルマンセン
サ、４はスロットルチヤンバ、５はインテークマニホー
ルド、６は電磁式のフユーエルインジエクタ、７は吸入
空気の流れを制御するスロットルバルブ、８はクランク
角センサ、９はマイクロプロセッサ、10はメモリ、11は
データ入力部、12はデータ出力部、13はイグナイタであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 輝夫 兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号 富士通テン株式会社内 (72)発明者 森 朗 兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号 富士通テン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−116101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−167834（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カルマン渦式空気流量センサからカルマン
   渦の発生に関係したタイミングで発生されるパルス信号
   の周期に基づき内燃機関に流入する平均空気流量を検出
   し、この検出値に基づいて燃料噴射量を決定する電子式
   内燃機関制御装置において、 発生する前記パルス信号の個数を計数するパルス数計数
   手段と、発生する前記パルス信号の周期を計数するパル
   ス周期検出手段と、該パルス周期検出手段の出力の内所
   定時間（Tmax）以上の周期を検出する手段とを備え、前
   記パルス数計数手段により所定数（Nmax）のパルスが計
   数されるか或は前記パルス周期検出手段により所定時間
   （Tmax）以上の周期が検出される毎に平均周期或は平均
   空気流量を算出する平均化手段と、 該平均化手段で算出された平均周期或は平均空気流量を
   更に平均化するフィルタ手段と、 該フィルタ手段の平均化に関する時定数を空気流量が大
   きくなるほど増大せしめる時定数変更手段と、 前記フィルタ手段の出力に基づき燃料噴射量を算出する
   燃料噴射量計算手段とを具備したことを特徴とする電子
   式内燃機関制御装置。
2. 【請求項２】カルマン渦式空気流量センサからカルマン
   渦の発生に関係したタイミングで発生されるパルス信号
   の周期に基づき内燃機関に流入する平均空気流量を検出
   し、この検出値に基づいて燃料噴射量と点火時期を決定
   する電子式内燃機関制御装置において、 発生する前記パルス信号の個数を計数するパルス数計数
   手段と、発生する前記パルス信号の周期を計数するパル
   ス周期検出手段とを備え、前記パルス数計数手段により
   所定数（Nmax）のパルスが計数されるか或は前記パルス
   周期検出手段により所定時間（Tmax）以上の周期が検出
   される毎に平均周期或は平均空気流量を算出する平均化
   手段と、 該平均化手段で算出された平均周期或は平均空気流量を
   更に平均化して燃料噴射量計算用と点火する時期計算用
   の平均周期或は平均空気流量を出力するフィルタ手段
   と、 該フィルタ手段の平均化に関する時定数を、燃料噴射量
   計算用より点火時期計算用の方がより大きくなるように
   すると共に空気流量が大きくなるほど前記時定数を増大
   せしめる時定数変更手段と、 前記フィルタ手段の燃料噴射量計算用平均周期或は平均
   空気流量に基づき燃料噴射量を算出する燃料噴射量計算
   手段と 前記フィルタ手段の点火時期計算用平均周期或は平均空
   気流量に基づき点火時期を算出する点火時期計算手段と
   を具備したことを特徴とする電子式内燃機関制御装置。