JPS60187728A - 電子式内燃機関制御装置 - 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】 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１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燃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（以下刃ルマン
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
ずることを利用し、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ずる周期の極めて短い
パルス列と、流量小の期間に生し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１２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ｔβ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１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２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（Ｔｍ
ａｘ）より大きな周期が現れる毎に平均周期をめるよう
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、都合の良いごと
に、小流量時におり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フ−ｔ＝ンサの各ハ
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
る毎にその平均を算出することを基本とし、所定値（Ｔ
ｍａｘ）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。ごうずれば、低流量時、
高ＹＲ量時とも応答性良くカルマンセンサの出力パルス
の平均周期をめることが可能となり、中流量時にはＴｍ
ａｘ以」二の周期が現れなくても最低Ｎ個毎に平均がめ
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
的高いネｎ度でめられるとは云え、実際には例えば第３
図に示すように、大きい周期１゜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
ィルタに更に通ず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Ｃ
５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、平均円期成は平均空気流量算出手段
訂に入力される。この算出手段性は、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＋）Ｄにより所定時間（Ｔｍａ
ｘ）以上の周期が検出される毎に平均円期成は平均空気
流量を算出する。

フィルタ手段ＦＴは、算出手段性で算出された平均円期
成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円期成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、算出手段性から出力される平均円期成
は平均空気流量に晶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１．１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図の算出手段訂、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３１に入力して平均パルス周期成は平均空気流量
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は平均パルス周期成は平均
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３
７の出力とから燃料の噴射時間が計算され、制御回路３
９を介してインジェクタが制御される。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性によって平
均化された空気流量Ｑ１〜Ｑ１４を示す。また、（Ｃ）
のＱｌ’　〜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（Ｔｍａに）
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〜Ｑｌｌ参照）、低流量時にはカルマンセン
サＣ３の出力パルスの周期が所定時間（Ｔｍａに）以上
となり、平均化はカルマンセンサＣ３の出力パルス毎に
行なわれることになる（Ｑｌ〜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（
Ｑ７，１；１８参照）。

また、Ｑ１〜Ｑ６．Ｑ１３．Ｑｌ４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〜Ｑｌｌ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図の例でばＱ１〜Ｑ６．　Ｑ１３．　Ｑ１４に
ついては例えば時定数２のフィルタが、’Ｑ７．ＱＢ、
Ｑ１２については例エバ時定数３のフィルタが、Ｑ９〜
Ｑｌｌ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
に切換ねっている。これは、所定数（Ｎｍａｘ）を固定
とした為であり、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ｔｌｏまでの３個のパルス
の平均（Ｑ７）がめられ、次いでパルスｔｌｌからパル
スｔ１５までの５個のパルスの平均（Ｑ８）がめられ、
次いでパルスｔ１６からパルスｔ　２２までの７個のパ
ルスの平均（Ｑ９）が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、Ｑｌ’　〜Ｑ１５゛　は燃料照射制御用の平
均空気流量、Ｑｌ”〜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、■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はスロソトルヂャンハ、５はインテ
ークマニホールド、６は電磁式のフューエルインジェク
タ、７は吸入空気の流れを制御するスロットルバルブ、
８はクランク角センザ、９はマイクロプロセッサ、］０
ばメモリ、１１はクランク角センザ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に入力する為のデータ入
力部、１２はデータ出方部、１３はイグナイタである。

吸入空気は、エアクリーナ２よりカルマンセンサ３．ス
ロソトルチャンバ４を経てインテークマニホールド゛５
の各ブランチより各クランプに供給され、燃料はフュー
エルインジェクタ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、その変化に応して出力
信号ａも変化する。カルマンセンサ３の出方信号ａばマ
イクロプロセッサ９の割込め端子Ｉ　Ｎ　’ｒに入力さ
れ、出力信号ａの例えば立上がり時に割込みかがけられ
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、８１〜Ｓ］、Ｓ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１．寝しくＳｌ）
、パルスカウント数Ｎを＋１カウントアツプする（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Ｍ（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ＴＩ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をめ、Ｔ２が所定周期（Ｔｍ、ａ
×）以上であるか否かを判別する（Ｓ５）。そして、Ｔ
２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（”Ｉ″ｍａｙ　）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）、メインルーチンへ復帰する。

ステップＳ６でば、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Ｔ
　４をめ、このＴ４をパルスＭＮ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Ｈ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Ｔ、ｉｎｊを次
式により算出する（Ｓ８）。

Ｔｉｎｊ−（（ｎ　−１）　Ｔｉｎｊ　＋Ｔ６１　／　
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Ｔ　ｉｇｔを次
式により算出する（Ｓ９）。

Ｔｉｇｔ　＝　（（ｍ　−１）　Ｔｉｇｔ　＋Ｔ　６１
７ｍ−（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ＴＩ
を平均化終了時の時刻Ｔ５として記憶しく５ＩＯ）、所
定数（Ｎｍａｘ）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（Ｓｌｌ）。

αは例えば２ｍ４程度に設定する。また、Ｎ　ｍａｘの
最大値を制限する為にＮ　ｍａｘ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
（３１２，５１３）。平均化処理を行なったときは、パ
ルスカラン１−数Ｎを零にクリアして次回の処理に備え
る（３１４）。

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＝ｆ　Ｉ　
（１／Ｔ６ｘ工ンジン回転数〉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を変更しく５２０）　、
ｍ＝　ｆ　２　（１／Ｔ、６　Ｘエンジン回転数）なる
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ばｎより大きくなるような関係式）により点
火一時期制御用フィルタの時定数ｎを変更する（３２１
）。そして、噴射時間−ｆ　３　（Ｔｉｎｊ　）なる公
知の式によりフューエルインジェクタ６の通電時間を算
出しく５２２）、進角量−ｆ＋（Ｔｉｇｔ）なる公知の
式により進角量をめ（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。

ＴｉＨｔ＝（（６−１）　ＴｉＢＬ　＋Ｔｉｎｊ）／　
７！−・−（３） ここで、βは時定数で固定値でも良く或は可変にしても
良い。

発明の詳細 な説明したように、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照射量を算出
する装置において、発生ず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、発生ず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成は平
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、本発明のように、パル
スが所定数（Ｎｍａに）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の平均周期をめ
ることが可能となる。そして、更に平均化手段で算出さ
れた平均周期成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」ニ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、一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図はスロツ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一図、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ック図、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
実施例の要部ブロック図、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１・、第１
１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ばカルマンセンサ
、４はスロットルチャンバ、５ばインテークマニホール
ド、６は電磁式のフューエルインジェクタ、７は吸入空
気の流れを制御するスロツトルバルブ、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
ばデータ入力部、１２はデータ出力部、１３はイグナイ
タである。 特許出願人冨士通テン株式会社 代理人弁理士玉蟲久五部外１名 第１図 大 第２図 −Ｐ２□ 第　３　図 第４図 第５図 第６図 Ｃ３、Ｑ　ＣＪ　で ゝ′−ノーノ（） 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、発生ずる前記パルス信号の（（ξ
   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〕々ルス数数計平手段より所定数（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円
   期成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円期成は平均空気流量を
   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. （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、 発生ず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、発生ず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円期成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円期成は平均空気流量を
   更に平均化して燃料噴射量計算用と点火時期計算用の平
   均円期成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酸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酸は平均空
   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。