JPS60187817A - 内燃機関の制御に用いられる空気流量検出装置 - 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〕 この発明は、内燃機関を電子的に制御する場合に、その
機関の運転状況を検出する手段の１つとして用いられる
吸入空気流口の検出手段を、機関運転状態により適合し
て制御するように改良した内燃機関の制御装置に関する
。

［発明の背景技術］ 運転状態を常に監視する必要のあるものであり、この運
転状態の監視手段として機関の回転速度検出手段、機関
温度検出手段、排気温度検出手段、スロットル開度検出
手段等と共に、吸入空気流量の測定検出手段が設けられ
ている。この吸入空気流量検出手段としては、例えば熱
式の空気流量センサが知られているもので、このセンサ
は吸気管の中に配置設定され、空気流量に対応して変化
する発熱感温素子の温度変化状態を、測定検出するよう
にしているものである。

すなわち、温度抵抗特性を有する感温素子を、アナログ
的に制御される加熱電流によって一定温度状態に加熱制
御し、空気流口に対応して上記感温素子から放熱される
熱ｍを、感温素子の抵抗変化によって検出測定するよう
に構成しているものである。具体的には、感温素子に流
れる電流値の変化によって、吸気管中の空気流量が計測
されるようにする。

しかし、このような感温素子をアナログ的に制御される
電流によって一定温一度に加熱制御するような構成のも
のにあっては、空気流量が例えば１００倍変化するのに
対して、測定電流値は約２倍しか変化しないものであり
、その測定感度は極めて小さい。このため、この空気流
量センサを内燃機関の制御用として用いるためには、検
出信号の増幅回路に対してオフセット処理手段を設ける
必要が生じ、そのための制御回路が複雑化する状態にあ
るものである。

また、マイクロコンピュータを用いて機関制御装置を構
成する場合は、センサからのアナログ的出力信号をディ
ジタルデータに変換して制御回路に対して供給するよう
に構成する必要があり、この場合充分に高精度のもとに
アナログ−ディジタル変換を実行しなければならない。

すなわち、高分解能のＡ／Ｄ変換器、およびこのＡ／Ｄ
変換器の基準電圧電源として極めて高精度のものが要求
される。

さらに、このような定電流型抵抗線式のものの他に、定
温度型抵抗線式、定電位型抵抗線式等の制御手段を伴う
ものが存在するが、これらも上記何様の問題点を備えて
いるものである。

また、上記のような問題点を解決する感温素子の制御手
段としては、パルス加熱制御手段によって感温素子を一
定温度に制御することが考えられている。しかし、この
パルス加熱制御手段を用いるものにあっても、その出力
値はある程度大きなものとすることができるが、加熱電
流を制御するパルス周期の精度、さらに加熱電圧の制御
精度も要求されるものであり、動作環境の制約も受ける
状態にある。また、制御対象となる内燃機関と無関係な
周期のパルス制御がされる状態となるものであるため、
機関制御の信号処理において問題が発生するおそれがあ
る。

［発明の目的］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、機関
の運転状態、に適合する状態で吸入空気流量の測定検出
が行われるようにして、充分に簡単な構成のもとにその
検出感度も良好なものとし、特に機関の運転状態に対応
した感温素子の加熱側効果的に行われるようにする内燃
機関の制御装置を提供しようとするものでである。

［発明の概要コ すなわち、この発明に係る内燃機関の制御装置は、機関
の回転に対応して発生される同期信号によって、熱式の
空気流量検出装置の加熱感温素子をパルス状に加熱制御
し、空気流量に対応した測定検出信号を発生させるよう
に制御するものであり、特に儂関回転数が大きく変化し
たような場合に、例えば機関回転が高速状態となった時
に、機関回転に対応する信号を分周して上記同期信号の
周期をある程度安定範囲に設定されるようにし、この同
期信号に対応して感温素子の加熱電流周期を設定するパ
ルス信号の周期を設定するようにしたものである。

［発明の実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は、運転状態に対応して燃料噴射量等の運転制御
を実行するエンジン１１の制御装置空気は、吸気管１３
を介して吸入され、アクセルペダル１４で駆動制御され
るスロットル弁１５を介してエンジン１１の各気筒に対
して分配供給されるようになっている。上記吸気管１３
の内部には、熱式の空気流量検出装置１Ｇを構成する発
熱感温素子１７が設定されている。この感温素子１７と
しては、電流によって加熱制御され、その温度によって
抵抗値が変化する温度特性を有する例えば白金線等が使
用されるものである。

そして、この空気流量検出装置１６からの検出信号は、
マイクロコンピュータによって構成され、エンジン制御
処理装置を含むエンジン制御ユニツ］〜１８に対して供
給するものであり、またこのユニット１８からの指令に
よって上記感湿素子１７が発熱制御されるよになってい
る。

このエンジン制御ユニット１８に対しては、その他にエ
ンジン１１の回転状態を検出する回転速度検出装置１９
からの検出信号、特に図示してないがエンジン１１の冷
却水温検出信号、排気温度検出信号、空燃比検出信号等
が、運転状態検出信号として供給されているもので、こ
れら検出信号に対応して、そのときのエンジン１１の運
転状態に最も適合した燃料噴射量を算出し、エンジン１
１の各気筒それぞれに対応設定されるインジェクタ２０
ａ　、　２０ｂ　、・・・に対して燃料噴射時間設定信
号として供給するようになっている。すなわち、この場
合の燃料噴射量を設定する信号は、デユーティの設定さ
れるパルス状の信号とされるもので、このパルス状信号
の時間幅に相当するデータは一旦各気筒に対応して設定
したレジスタ２１ａ、２１ｂ、・・・に対して記憶設定
して安定化し、その時間幅でインジェクタが開弁制御さ
れ、噴射燃料量が設定制御されるようになっているもの
である。

上記回転速度検出装置１９は、エンジン１１と同軸的に
回転駆動されるカム１９１．１９２　、多数の歯を備え
た回転角度を検出する回転板１９３を備え、これらカム
１９１．１９２および回転板１９３それぞれに対して電
磁ピックアップ１９４〜１９６を対向設定し、これらピ
ックアップ１９４〜１９６から、エンジン１１の特定回
転角に対応する信号、回転角度位置を計数検出する信号
を取り出すように構成されている。

上記エンジン１１の各気筒に対してそれぞれ設けられた
インジェクタ２０ａ、２０１）、・・・に対しては、ツ
ユエルポンプ２２によって燃料タンク２３から取り出さ
れる燃料が、分配器２４を介して分配供給されている。

ここで分配器２４に供給される燃料の圧力は、プレッシ
ャレギュレータ２５によって一定に制御されるようにな
っているもので、上記演算界出されたインジェクタの開
弁時間によって燃料噴射量が正確に設定制御されるよう
になっている。

上記エンジン制御ユニツ１〜１８はイグナイタ２６に対
しても指令を与えるもので、ディストリビュータ２７を
介して各気筒に対してそれぞれ設けられる点火コイル２
８ａ、２８ｂ、・・・に対して点火信号を分配供給し、
前記運転状態の検出信号に対応した、運転状況に適合し
たエンジン１１の運転制御を実行するようにしている。

第２図は上記のようなエンジン制御システムにおいて使
用される吸入空気流器検出装置１Ｇを構成する発熱感ｍ
ｌ子１７を取り出して示しているもので、セラミックボ
ビン１７１に対して温度特性を有する抵抗線として白金
抵抗ｌｌ１７２を巻回設定する。

このボビン１１１の両端部分には、それぞれ良導電体で
なるシャフト１７３．１７４を支持軸として突設し・／
のシャフト１７３・１７４に対して上記抵抗線１７２の
両端を接続設定する。そして、このシャフト１７３．１
７４をそれぞれ導電体でなるビン１１５．１７６で支持
設定するもので、このビン１７５．１７６を介して抵抗
線１７２に対して加熱電流が供給されるようにしている
。このように構成される発熱感温素子１７の抵抗線１７
２部分は、吸気管１３の内部で、この吸気吸気管１３内
部を通過する空気流に対してさらされるように設定され
るものである。

第３図は、上記発熱感温素子１７の他の構成例を示して
いるもので、湿度特性を有する発熱体となる抵抗線１７
２は、絶縁体からなる膜１７７に対して印刷配線等によ
って形成し、この膜１７７を絶縁体でなる支持基板１７
８で支持設定するようにする。

そして、この基板１７８の面に対して上記抵抗線１７２
に接続される配線１７９ａ、　１７９ｂを形成し、上記
抵抗線１７２に対して加熱電流が供給１！Ｉｔ［ｌされ
るようにしている。

第４図は、上記のようにして使用される空気流量検出装
置１６の回路構成を示しているもので、吸気管１３の内
部には、前述したように発熱感温素子１７が固定設定さ
れているもので、この吸気管１３の内部にはさらに流通
する空気の温度を計測する空気感温素子３０が固定設定
されている。この空気感温素子３０は、上記発熱感温素
子１７と同様に温度特性を有する白金線等の抵抗線によ
って構成されるもので、吸気管１３を通過する空気の温
度に対応してその抵抗値が設定されるようになっている
ものである。そして、この両感温素子１７．３０と固定
の抵抗３１．３２とによってブリッジ回路を構成するよ
うになっているもので、このブリッジ回路に対しては、
定電圧回路３３を介して電圧を安定化した測定制御用の
加熱電流が供給されるようになっている。この定電圧回
路３３は、基準電′ｒＡ３３１の設定される比較器３３
２、およびこの比較器３３２の出力によって制御される
トランジスタ３３３によって構成されている。

上記ブリッジ回路からの出力信号は、差動アンプ３４に
よって検出されるようになっているもので、発熱感温素
子１７の湿度が空気感温素子３０で計測される空気温度
に対して特定される温度まで上昇した時に差動アンプ３
４からの出力信号が立ち上がるように構成されている。

そして、この差動アンプ３４からの出力信号は、フリッ
プフロップ回路３５をリセット制御する。

フリップフロップ回路３５は、この図では示されないエ
ンジンの回転動作に対応した回転同期信号によってセッ
ト制御されるもので、この同期信号は例えば前記回転速
度検出装置１９からのエンジン１１の１回転に対応して
発生される信号に基づいて、発生制御されるものである
。すなわち、このフリップフロップ回路３５は、エンジ
ン１１の例えば１回転毎に発生される同期信号によって
セットされ、発熱感温素子１１の特定温度までの発熱濃
度上昇に対応してリセット制御されるもので、上記感温
素子１７の温度上昇速度に対応した時間幅でセット時間
が設定されるようにセット、リセット制御され、パルス
状に断続制御される出力信号を発生するようになるもの
である。そして、このフリップフロップ回路３５からの
出力信号は、バッフ１アンプ３６を介してこの空気流量
検出装置１６の出力信号として取り出すようにすると共
に、前記定電圧回路３３のトランジスタ３３３を制御し
、発熱感温素子１７に対してパルス状の加熱電流を供給
するようになる。

すなわち、回転同期信号が第５図で（Ａ）に示す状態で
発生されたとすると、フリップフロップ回路３５は同図
の（Ｂ）に示すようにセット制御され、発熱感温素子１
７に対する発熱電流が立ち上がるようになる。この加熱
電流によって発熱感温素子１７の温度が同図の（Ｃ）に
示すように上昇するようになるもので、この感温素子１
７の温度が感温素子３０で検出されている空気温度に対
しである値まで上昇すると、差動アンプ３４からの出力
が立ち上がり、上記ノリツブフロップ回路３４をリセッ
トして、上記加熱電流が断たれるようになる。すなわち
、発熱感温素子１１に対する加熱電流は、（Ｂ）図で示
したようなフリップフロップ回路３５の動作状態に対応
したパルス状信号となるもので、このパルス信号は、エ
ンジン１１の回転状態に同期制御され、そのパルス幅は
感温素子１７の温度上昇状態に対応する状態となる。

ここで、発熱感温素子１７の加熱電流による温度上昇状
態は、吸気管１３に流れる空気流量に対応する放熱効果
によって影響されるもので、吸気流量の少ない状態では
、（Ｂ）図に実線で示す状態にあるのに対して、空気流
量が増大すると同図に破線で示すように温度上昇速度が
遅くなる。したがって、フリップフロップ回路３５のセ
ット時間幅は、吸気管１３の空気流量に対応する状態と
なるもので、この回路３５からの出力信号はそのまま空
気流山測定信号として使用されるようになる。この場合
、上記パルス状の出力信号のパルス幅を計数することに
よって、この空気流量測定検出信号が直接的にディジタ
ルデータとして取り扱えるものである。

このような空気流量検出装置１６において、発熱感温素
子１７に対する加熱パルス状電流をエンジン１１の回転
周期に同期して与えるようにする場合、エンジン１１の
運転状態によって、その回転周期は例えば５００〜１１
００００ｐｐと数十倍程度まで変化する。このような大
きな周期変化をする同期信号の、あらゆる周期に対して
安定な空気流量検出制御を実行することは困難を伴う。

また、回転周期が非常に短い状態となった場合には、計
測すべきパルス周期が短くなり、分解能、測定精度を良
好な状態に保つことが困難となる。

第６図は上記のような点を考慮した回転同期信号の発生
制御手段を説明するもので、エンジン１１から得られる
回転速度Ｎｅの検出信号を回転数判別回路４１でその基
準値Ｎと比較し、ｒＮｅ　＞ＮＪの第１の状態と、「Ｎ
ｅ＜Ｎ」の第２の状態とに判別する。そして、上記第１
の状態では第１のパルス発生手段４２に対して指令を与
え、例えば上記エンジン１１の回転に同期した信号をを
分周して、同期信号発生手段４３でその分周信号に対応
した回転同期信号を発生させるようにする。また、上記
判別回路４２で第２の判別結果を得た場合には、第２の
パルス発生手段４４に対して指令を与え、同期信号発生
手段４３において、エンジン１１の回転に同期した信号
を回転同期信号として発生するようにする。

すなわち、エンジン１１の回転速度が設定基準値Ｎより
低い状態にある場合は、このエンジン１１の回転周期に
対応した回転同期信号を発生し、エンジン１１の回転ｙ
＆度が上昇し、その周期が短い状態となった時には、そ
の回転に同期する信号を分周して、空気流量測定制御用
の回転同期信号とするものである。

第７図は、上記回転同期信号の発生制御の流れの状態を
説明するもので、まずステップ１００において分周フラ
グｘｈの状態を判別する。そして、このステップ１００
でフラグｘｈがＯと判断された時はステップ１０１に進
み、その時のエンジン１１の回転数Ｎ＋３が４０００回
転と比較してどの状態にあるかを判別する。そして、エ
ンジン回転数Ｎｅが４０００回転より小さいと判断さ奄
た時は、そのまま分周フラグＸｈをＯのままで終了させ
る。

また、回転数Ｎｅが４０００回転に等しいかそれより大
きい状態の時には、ステップ１０２に進み、分周フラグ
ｘｈを１に変換して終了させる。

上記ステップ１００で７ラグｘｈが１であると判別され
た時はステップ１０３に進み、このステップ１０３でエ
ンジン１１の回転数Ｎｅが３０００回転に対してどの状
態にあるかを判別する。そして、回転数Ｎｅが３０００
回転より小さいと判断された時はステップ１０４に進み
、分周フラグｘｈをＯに変換して終了させる。またステ
ップ１０３で回転数Ｎｅが３０００回転以上と判断され
た時はそのまま終了される。

すなわち、エンジン回転数３０００回転および４０００
回転を基準にして、その回転数の状態を判別し、ヒステ
リシス特性をもって、分周フラグＸ　ｂを変換制御して
、上記回転数判別回路４１の動作を実行するものである
。

第８図は上記分周フラグＸ　ｈに対応して回転同期信号
を発生する過程を説明するもので、ステップ２００でま
ず分周フラグｘｈの状態を判別する。

このステップ２００でフラグｘｈがＯと判別された時は
ステップ２０１に進み、エンジン１１の回転に同期する
信号をそのままパルス出力として取り出すようにするも
ので、その後ステップ２０２でスキップフラグＸＳを１
に設定して終了させる。また、上記ステップ２００で７
ラグｘｈが１であると判別された時はステップ２０３に
進み、このステップ２０３でスキップフラグＸｓの状態
を判別する。そして、このフラグＸＳがＯの場合は、そ
のままステップ２０１に進み、エンジン１１の回転に同
期して回転同期信号を出力させるようにする。また、フ
ラグＸＳが１の場合はエンジン１１からの回転に同期す
る信号をスキップしてパルス信号を発生せずにステップ
２０４に進み、このステップ２０４でスキップフラグＸ
ＳをＯに設定する。

すなわち、エンジン回転数の状態に対応して分周フラグ
ｘｈが制御設定されるもので、この分周フラグｘｈの１
の状態でエンジン１１の回転に対応する信号が１個おき
にスキップされ、エンジン１１の回転に同期する信号を
１／２分周した回転同期信号を発生するようになるもの
である。

尚、上記実施例では、エンジンの回転数に対応して範囲
を設定し、高速回転領域においてエンジン回転に対応す
る信号をを分周するようにした。

しかし、エンジンの回転数と回転同期信号の発生周期と
の間に特定の関係を設定記憶し、エンジン回転数に対応
してその記憶設定された回転同期信号周期を読み出し、
この同期信号の発生制御を行うようにしてもよいもので
ある。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、エンジン等の内燃機関
の運転状態に最も適合する状態で吸入空気流量を測定検
出できるものであり、その検出感度も充分に良好な状態
とすることができる。特に機関の回転状態に対応する状
態で空気流量検出動作が実行できるものであるため、燃
料噴側量制御等のＩａＷＡ運転状態の制御を非常に効果
的に実行させることができ、この機関回転状態の対応関
係においても、機関が例えば高速回転状態となったよう
な場合でも、空気流量測定が充分な分解能および精度を
もって実行されるもので、この種制御装置の制御精度向
上に大きな効果が発揮されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置
を説明する構成図、第２図および第３図はそれぞれ上記
実施例で使用される空気流量検出装置の発熱感温素子の
構成例を示す図、第４図は上記空気流量検出装置を説明
する回路構成図、第５図は上空気流量検出装置の動作状
態を説明する波形図、第６図は同じく上記空気流量検出
装置における加熱Ｎ流制御を行うの回転同期信号発生手
段を説明する図、第７図および第８図はそれぞれ上記検
出装置の回転同期信号発生制御の流れの状態を説明する
フローチャートである。 １１・・・エンジン、１３・・・吸気管、１５・・・ス
ロワ１−ル弁、１６・・・空気流量検出装置、１７・・
・発熱感温素子、１８・・・エンジン制御ユニット、１
９・・・回転速度検出装置、３０・・・空気感温素子、
３３・・・定電圧回路、３４・・・差動アンプ、３５・
・・フリツプフロツプ回路、４１・・・回転数判別回路
、４２．４４・・・第１および第２のパルス発生手段、
４３・・・回転同期信号発生手段。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第４図 第６図 ムフ ＠７図　第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の吸気系に対して配＠設定され加熱電流
   によって発熱制御される温度特性を有する感温素子と、
   上記機関の回転に同期して発生される同期信号に対応し
   て立ち上がり上記感温素子に対しての加熱電流を設定す
   るパルス状信号を発生する手段と、この手段で発生され
   るパルス状加熱電流によって加熱制御される上記＠温素
   子の温度を吸入空気温度との関係で検知し上記感温素子
   の特定温度までの上昇に対応して上記パルス状信号の加
   熱パルス幅を設定する手段と、上記機関の回転速度に対
   応して上記同期信号の発生周期を可変設定する手段とを
   具備したことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. （２）上記同期信号の発生周期を可変設定する手段は、
   上記深間の回転数を特定される回転数で回転数が低い状
   態で瀕関回転に対応して同期信号を設定すると共に、機
   関回転数が上記境界周波数より高くなる状態で、機関回
   転に対応する信号を分周しこの分周された信号を同期信
   号とするようにした特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関の制御装置。
3. （３）上記境界周波数は、機関回転数が上昇変化する場
   合と、下降変化する場合とで異ならせ、回転数が上昇す
   る場合の境界周波数を下降する場合に対して高い周波数
   に設定する特許請求の範囲第２項記載の内燃機関の制御
   ｌ装置。