JPS60253948A - 内燃機関の吸入空気量検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の燃料供給量制御装置に関し、特に内
燃機関の吸入空気量をその全領域に亘って、高い精度で
める内燃機関の吸入空気量検出装置に関する。

［従来技術］ 近年、内燃機関の制御の電子化が広汎に進められている
が、吸入空気量を電気的に検出して、これに基づき内燃
機関の燃料噴射量や点火時期、あるいは排ガス再循環（
ＥＧＲ’）＠等を制御するものが知られている。例えば
、代表的なものとして、電気的に、内燃機関の吸入空気
量を検出して内燃機関への燃料供給量を演算し、吸気管
への燃料噴射により燃料を供給する所謂電子制御式燃料
噴射装置を挙げることができる。こうした燃料噴射量。

点火時期、空燃比あるいはＥＧＲ量等を制ｔ［ｌする電
子式の制御装置においては、内燃機関を緻密に制御する
為に内燃機関の吸入空気量を精度よく検出する必要があ
る。最近、内燃機関の低燃費化・高性能化によって最低
吸入空気量は低下し、他方最大吸入空気量は増加すると
いう傾向にあって、吸入空気量の測定範囲は最低吸入空
気量の約５０倍（通常の内燃機関の場合）から約１００
倍（過給機付きの内燃機関の場合）にのぼっている。

こうした広い測定範囲に亘って高い精度、例えば全領域
に亘って±２％以内の精度で吸入空気量を検出し、マイ
クロコンピュータ等のデジタル制御の手法に取込む為に
は、Ａ／Ｄ変換器の分解能も１／２　ないし１／２　が
必要となるが、分解能が１／２　ないし１／２　のＡ／
Ｄ変換器は変換時間が長くかかかる上、一般に４〜８ビ
ツトのマイクロコンピュータを用いて構成された自動車
用の電子制御回路に接続しようとすると、構成が繁雑と
なってしまい、それ自身のコストの高さに加えて装置全
体も高価になってしまうといった問題があった。この為
、１／２　程度の分解能のＡ／Ｄ変換器を用いて、高い
精度で吸入空気量を検出することのできる手法として、
例えば特開昭５８−４４２３．１号公報における「吸入
空気量と出力値との関係が、吸入空気量が出力値の１よ
り大の次数の項をすくなくとも含む式により表わされる
よう設定される」吸入空気量測定装置を用いたエンジン
制御装置等、幾つか提案されているが、この場合には特
殊な吸入空気量測定装置等を必要とするといった問題が
存在した。

［発明の目的］ 本発明の目的は特殊な吸入空気量測定装置や高い分解能
のＡ／Ｄ変換器等を必要とすることなく、吸入空気量の
全領域に亘って、高い精度で吸入空気量を検出する内燃
機関の吸入空気量検出装置を提供することにある。

［発明の構成］ かかる目的を達成する為になされた本発明の構成は、第
１図に図示する如く、 内燃機関Ａの回転数検出手段Ｂと、 該内燃機関Ａの負荷量を検出する負荷量検出手段Ｃと、 該内燃機関Ａの吸入空気量を所定の大きさに量変化した
時の該検出された回転数と負荷量とを基準値として、そ
の後の前記内燃機関Ａの回転数と負荷量との各々の変化
量をめ、該各々の変化量に基づいて前記量子化してめら
れた吸入空気量を補正し、前記内燃機関Ａの実吸入空気
量を演算する吸入空気量演算手段Ｅと、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量検出装
置を要旨としている。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例として内燃機関の吸入空気量
検出装置を用いてなる内燃機関の燃料噴射量制御装置の
概略構成図、第３図は電子制御回路のブロック図を中心
とする電気系の系統図である。図において、２０は４気
筒４サイクルの火花点火式のエンジンであって、その吸
入空気は上流より、エアクリーナ２１．■アフローメー
タ２２゜吸気管２３．サージタンク２４．吸気分岐管２
５を介して各気筒に吸入され、一方燃料は図示しない燃
料タンクより圧送されて吸気分岐管２５に設けられた燃
料噴射弁２６ａ　、２６ｂ　、２６Ｃ，２６ｄから噴射
・供給されるよう構成されている。

燃料噴射はバッテリ２７よりキースイッチ２７ａを介し
て電力の供給を受けて作動する電子制御回路２８によっ
て制御されており、電子制御回路２８はディストリビュ
ータ２９内に設けられた回転数センサ３０によって検出
されたエンジン２ｏの回転数と、■アフロメータ２２．
スロットルセンサ３２２回転数センサ３０の各出力信号
から後述の手法によってめる吸入空気量とによって基本
燃料噴射量をめ、燃料噴射制御を行なうよう構成されて
いる。なお、実際の燃料噴射量は、この基本燃料噴射量
を、種々の補正係数、例えば暖機センサ３３によって検
出されたエンジン２ｏ冷却水の水温ＴＨＷによって補正
して算出される。

回転数センサ３０はエンジン２ｏのクランク軸と同期し
て回転するリングギアに対向して設けられているもので
、エンジン回転数に比例した周波数のパルス信号を出力
する。又、暖機センサ３３は、サーミスタ等の感温素子
からなり、エンジンの温度を代表する冷却水温を検出す
る。ディストリビュータ２９は特に図示していないが各
気筒に対する４個の点火プラグに対して、点火回路３５
に発生する高電圧の点火信号を供給している。点火回路
３５は電子制御回路２８によって制御されており、点火
時期や通電時間等は電子制御回路２８によって指示され
ている。この点火回路３５はイグナイタと点火コイルに
よって構成されている。

次に第３図に拠って電子制御回路２８の構成について説
明する。図において、１００は所定のプログラムに従っ
て点火時期や燃料噴射量等を演算する中央処理ユニット
（ＣＰｔＪ）、１０１は回転数センサ３０からのパルス
信号を入力するパルス入力回路、１０２はパルス入力回
路を介して入力されたパルス信号によって所定のクラン
ク角度において割込信号を発生する割込制御回路、１０
３は時間を計測する為のタイマ、１０５はプログラムや
データ等を予め記憶しておく読み出し専用のメモリ（Ｒ
ＯＭ）、１０６はデータ等を一時的に記憶しておく読み
書、き可能なメモリ（ＲＡＭ）、１０８はキースイッチ
２７ａをオフとした後も記憶されたデータの内容を維持
するバックアップＲＡＭ、１１０は燃料噴射弁２６ａ　
〜２６ｄを駆動する出力回路、１１２は点火回路３５を
駆動する出力回路、１１４はエアフローメータ２２．暖
機センサ３１．スロットルセンサ３２からのアナログ信
号を８ビツトのディジタル量に変換して入力するＡ／Ｄ
変換入力回路、１１６はキースイッチ２７ａを介してバ
ッテリ２７より電力の供給をうけ電子制御回路２８全体
に定電圧を供給する電源回路、１１８はキースイッチ２
７ａを介することなくバッテリ２７に接続されバックア
ップＲＡＭ１０８に電力を供給するもう一つの電源回路
、１２０は上記の各回路を相互に接続するデータバスで
ある。出力回路１１０は図示しないカウンタを備えてお
り、ＣＰＵ１００によって燃料噴射時間τがセットされ
ると所定のタイミングでカウントダウンを開始し、これ
が零となるまで燃料噴剣弁を開弁して燃料噴！）ｊ　Ｉ
を制御する。又、Ａ／Ｄ変換入力回路１１４は図示しな
い逐次比較型（Ａ／Ｄ変換時間が数＋μｓｅｃと高速の
もの）を備えており、■アフローメータ２２からの吸入
空気量信号ＡＦＭ、暖機センサ３３からの冷却水温度信
号ＴＨＷ、スロットルセンサ３２からのスロットル弁２
７の開度信号ＴＡを各々分解能１／２８でΔ／Ｄ変換し
て、読み込むことができるよう構成されている。

次に以上の構成をもって行なわれる内燃ｍ関の燃料噴！
）１量制御装置の動作、特に吸入空気量の演算と燃１′
３１噴射量の算出の方法について第４図、第５図に依拠
して説明する。第４図は内燃機関の燃料噴射量制御装置
において行なわれる基本的な制御ルーチンを示すフロー
チャート、第５図は吸入空気量演算ルーチンを示すフロ
ーチャートである。

キースイッチ２７ａがオンとされてエンジン２２が始動
されると内燃機関の燃料噴射量制御装置は第４図に示す
制御ルーチンを起動し、Ａよりその処理を開始する。ま
ずステップ２００ではＣＰＵ１００の内部レジスタをク
リアするといった初期化の処理が行なわれる。続くステ
ップ２１０ではエンジンの運転状態として、エンジン２
０への吸入空気ＩＱ８（ｎ）、回転数Ｎａ、暖機状態を
示す冷却水温ＴＨＷａ、スロットル間度ｌａ等を各々の
信号より読み込む処理が行なわれる。ステップ２１０に
おいて読み込まれるこれらの運転状態を示す変数のうち
、エンジン２０の回転数Ｎａは、３０’ＣＡ毎に回転数
センサ３０に発生するパルス信号の間隔を入力回路１０
１１割込制御回路１０２を介して検出し、その逆数をど
るといった演算によりめることができる。又、エア７０
−メータ２２によって検出される吸入空気量Ｑ８出され
るスロットル開度Ｔａは、いずれもＡ／Ｄ変換入力回路
１１４のＡ／Ｄ変換器によって８ビツトのディジタル量
に量子化されており、その分解能は１／２８である。ス
テップ２１０に続くステップ２２０．ステップ２３０．
ステップ２４０は、各々吸入空気量演算ルーチン、エン
ジン回転数とエンジン負荷量（例えばＱ／Ｎ　＞などか
らマツプを用いて点火時期をめる点火時期演算ルーチン
、エンジン回転数や吸入空気量及び他のエンジンパラメ
ータに基づいて計算又はマツプを用いて燃料噴射量をめ
る燃料噴射量演算ルーチンであって、このうち点火時期
演算ルーチンど燃料噴射量演算ルーチンについては周知
のものなので省略し、吸入空気量演算ルーチンについて
、後で詳述するものとする。ステップ２２０．ステツプ
２３０、ステップ２４０の処理の後、制御はステップ２
１０へ戻って上述のステップ２１０ないしステップ２４
０の処理を繰返す。尚、実際にめられた所定のタイミン
グで点火回路３５を出力回路１１２を介して駆動する周
知の点火時期制御ルーチンや、燃料噴射弁２６ａ〜２６
ｄを出力回路１１０を介して開弁・制御する周知の燃料
噴射量制御ルーチン等は、回転数センサ３０からのパル
ス信号によって所定のクランク角毎に起動される図示し
ない割込ルーチンとして処理されている。

次に吸入空気量演算ルーチン（ステップ２２０）の詳細
について説明する。吸入空気量演算ルーチンは、第５図
Ｓより処理を開始するが、まずステップ３００ではエア
フローメータ２２によって検出され、８ビツトのＡ／Ｄ
変換が行なわれた吸入空気量のデータＱ８　（ｎ　）　
（第４図、ステップ２１０において読み込まれる）が更
新されたか否かの判断が行なわれる。これは、前回本ル
ーチンが実行された時の吸入空気量の値と比較すること
により判断され、更新されていれば処理はステップ３０
３へ移り、本ルーチンの演算に用いられる基準の回転数
ＮＯとスロットル開度Ｔｏとを、この時点のエンジン２
０の回転数Ｎａとスロットル開度Ｔａとによって更新す
る処理が行なわれ、ステップ３０６へ処理は進む。他方
、ステップ３００での判断がｒＮＯＪ　、即ちエアフロ
ーメータ２２によって検出された空気量Ｑ８（ｎ）が更
新されていなければ、処理はステップ３０３をとばして
ステップ３０６へ進む。ここでステップ３０６は回転数
Ｎの偏差量ΔＮをめる処理を行なうステップ、３１０は
スロットル開度下の偏差量ΔＴをめる処理を行なうステ
ップである。ここで偏差量ΔＮ、Δ丁は各々第４図のフ
ローチャートにおけるステップ２１０において検出され
た回転数Ｎａ、スロットル開度Ｔａと前述の如く更新さ
れて基準となる回転数Ｎｏ、スロットル開度Ｔｏとの偏
差としてめられる。又、３２０はエンジン２０の回転数
Ｎａから吸入空気量の変化量△ＱＮａをめる処理を行な
うステップ、３３０はエンジン２０の負荷を表わすスロ
ットル開度Ｔａから吸入空気量の変化量６０丁ａをめる
処理を行なうステップ、を各々表わしている。ここでΔ
ＱＮａ　。

ΔＱ丁ａは各々第６図、第７図に示すグラフに従ってめ
られるが、これら回転数Ｎと吸入空気量の変化量ΔＱＮ
との関係及びスロットル開度Ｔと吸入空気量変化量ΔＱ
Ｔとの関係は、予めＲＯＭ１０５内にマツプとして記憶
されている。又、３４０は、ステップ３０６ないしステ
ップ３３０でもとめた諸値ΔＮ、Δ丁、ΔＱＮａ　、Δ
ＱＴａより吸入空気量の変化量のトータルΔＱを次式（
１）により演算する処理が行なわれるステップを表わし
ている。即ち、 △Ｑ−△ＱＮａ×ΔＮ十八ＱＴａ×Δ丁・・へ・・・・
・・（１） である。３５０は、ステップ３４０でめた吸入空気量の
変化量のトータルΔＱを吸入空気量の基準値Ｑａｄに加
えて、現在の吸入空気ＩＱｔをめる処理が行なわれるス
テップを示している。以上の処理ののち制御はＲへ抜け
て、本制御ルーチン、即ち吸入空気量演算ルーチンを終
了する。

第５図暢示す吸入空気量演算ルーチンによる吸入空気量
演算の手法をにつぃて次に詳述する。エンジン２０への
吸入空気量はエンジン２ｏの回転数Ｎと負荷との積とし
て定まることがら、第８図にＱ８（ｎ−１）ないしＱ８
　（ｎ＋２）で例示するような等空気量線を想定するこ
とができる。

（但し、ここでは実施例として負荷をスロットル開度Ｔ
で与えるものとする。）即ち、等空気量線とは、エンジ
ン２０への吸入空気量が一定であるようなエンジン２０
の回転数と負荷との組合せをプロットしたものと考える
ことができる。本実施例においてはエア７０−メータ２
２の出力はＡ／Ｄ変換入力回路に備えられた８ビツトの
Ａ／Ｄ変換器で変換されることから、分解能１／２　の
データとして２５５本の等空気量線を考えることができ
、第８図のＱＢ　（ｎ　−１＞ないしＱＢ（ｎ＋２）と
は、エア７０−メータ２２によって検出されＡ／Ｄ変換
された後の吸入空気量に対応する値がｎ−１ないしｎ＋
２であるような等空気量線を示している。

吸入空気量が次第に増加して、エアフローメータ２２に
よって検出された吸入空気量がＱＢ　（ｎ−１）から０
８（ｎ＞に移った直後にはステップ３００．３０３の処
理によって、基準となるエンジン２０の回転数ＮＯと負
荷、即ち本実施例ではスロットル開ＩＴｏとの値は各々
更新されており、このときエンジン２０の吸入空気量は
第８図の点Ｕ　（Ｎｏ　、　Ｔｏ　）に対応して与えら
れることになる。この点Ｕ　（Ｎｏ　、　ＴＯ＞を後の
吸入空気量計算上の基準点とする。その後、更に吸入空
気量が増加して、例えば第８図の点Ｔ　（Ｎａ　、　Ｔ
ａ　）まで実際の吸入空気量が変化したとする。このと
き、エアフローメータ２２によって測定される吸入空気
量は最大値の１／２８　で獣子化（即ちディジタル量化
）されているのでＱＢ（ｎ）のままである。

しかしながらエンジンの回転数Ｎとスロットル開度Ｔと
は変化しているので、第５図に示したフローチャートの
ステップ３０６，３１０において基準点（Ｎｏ　、　Ｔ
ｏ　）との偏差量ΔＮ、Δ丁がめられる。吸入空気量は
エンジン２０の回転数Ｎと負荷（ここではスロットル開
度Ｔ）との積に比例するが回転数と負荷とは独立に変化
する変数であることから、吸入空気量Ｑの変化量（微分
値）ｄＱは偏微分によって、 として与えられることが分る。そこで予めエンジン２０
の回転数Ｎに対する吸入空気量の変化量０Ｑ／３Ｎ及び
エンジン２０のスロットル開度Ｔに対する吸入空気量の
変化量うＱｌつＴを、各々を実験によってめておけば、
ｄＮ、ｄＴを知ることによって吸入空気ｆｉＱの変化１
ｄＱをめることができる。実験的にめられたＤＱ／ｃ）
ＮをΔＱＮとして回転数Ｎとの関係を示したのが第６図
のグラフ、同じ＜ｃ５Ｑ／ａＴをΔＱＴとしてスロット
ル開度Ｔとの関係を示したのが第７図のグラフである。

従って、第５図フローチャートのステップ３２０．３３
０では、その時点のエンジン２０の回転数Ｎａとスロッ
トル開度Ｔａとに対応する吸入空気量の変化量ΔＱＮａ
及びΔＱＴａを各々ＲＯＭ１０５内のマツプよりめる処
理が行なわれることになる。この結果式（１）に従って
吸入空気量の変化量のトータルΔＱがめられ（ステップ
３４０）、基準点における吸入空気量（ここではＱＢ（
ｎ））を空気量の基準値Ｑａｄとして前記変化量のトー
タルΔＱをこれに加えて実際の吸入空気量Ｑ［がめられ
る（ステップ３５０）。

こうして、第８図における点Ｔ　（Ｎａ　、　Ｔａ　＞
に対応する吸入空気ＩＱｔが、エアフローメータ２２に
よる吸入空気量検出の分解能（１／２８　）を１ 上回る分解能（おおよそ１／２　）でめられたことにな
る。このことは、エンジン２０の回転数Ｎはクランク角
の３０°ＣＡに対応する時間をタイマ１０３を用いて、
精密に測定しており、通常±１μｓｅｃ程度の精度で測
定していることから例えばその回転数が１２００ｒｐｍ
であれば±０．５％（１／２０００）程度の精度を有し
、他方スロットル開度Ｔは測定範囲が８°〜４０’程度
であって最小値に対して最大価が約５倍程度と吸入空気
量の変化範囲約５０〜１００倍に対して１／１０〜１／
２０程度である為、最悪でも±２％程度の精度を確保す
ることができる、という理由によっている。

以上のように構成された本実施例においては、エア７０
−メータ２２によって測定され８ビツトのディジタル量
に変換されたエンジン２０への吸入空気量の値が変化し
た時のエンジン２０の回転数ＮＯとスロットル開度ＴＯ
とを基準値として、その後のエンジンの回転数とスロッ
トル開度との各々の変化量ΔＮ、Δ丁をめ、その変化量
に基づいてエアフローメータ２２により検出された吸入
空気量を補正してエンジン２０の実吸入空気量を演算し
、この実吸入空気量に基づいて燃料噴射量をめ燃料噴射
を制御］するよう構成されている。

従って、その変化範囲が５０〜１００倍に亘る吸入空気
量の変化を、８ビツトのＡ／Ｄ変換器を用いているのに
もかかわらず、全範囲に亘って１／２１１程度の分解能
で検出することができ、燃料噴射量を精度よく制御する
ことができる。この結果、エンジン２０の空燃比を精密
にコントロールすることが可能となり、燃費の改善や排
ガス浄化性の向上を計ることができる。又、８ビツトの
Ａ／Ｄ変換器で１１〜１２ビット程度の分解能をもって
吸入空気量の測定ができることから、装置全体の構成が
簡略化できると共に、製造コストを低く押えることも可
能となった。

尚、上述の実施例においては、エンジン２ｏの負荷とし
てスロットルセンサ３２によって検出されたスロットル
開度Ｔを用いたが、これ以外に吸気管圧力やエンジン２
０の出力トルクなどエンジン２０の負荷を表わす諸値を
負荷を表わす変数として用いて、本発明を実施すること
も何等差支えない。又、本実施例では、吸入空気ＩＱを
吸入空気量演算ルーチンによりめてから、これとは別の
燃料噴射量演算ルーチンで燃料噴射量をめているが、燃
料噴射量τはＫを定数として、τ−ＫＸＱ／Ｎとしてめ
られることから、直接燃料噴射量を演算するように構成
してもよい。本実施例は８ビツトのＡ／Ｄ変換器を用い
て構成したが、本発明の要旨は、吸入空気量の変化範囲
に対して負荷の変化範囲が１／１０以下であることに着
目し、低次のビット構成を有するＡ／Ｄ変換器をもちい
て、約１０倍（３ビツト）程度精度の高い吸入空気量の
検出が行ない得ることにあり、８ビツトのＡ／Ｄ変換器
を用いることに限定する必要はない。

以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、本
発明はこのような実施例に何等限定されるものではなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲においで、種々の態様
で実施し得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の内燃機関の吸入空気量検
出装置は、内燃機関の回転数と負荷量とを検出すると共
に、内燃機関の吸入空気量を所定の大きさに量子化して
測定し、この量子化して測定された吸入空気量が変化し
た時の内燃機関の回転数と負荷量とを基準値として、そ
の後の内燃機気量を補正し、内燃機関への実吸入空気量
をめるように構成されている。従って、所定の大きさに
量子化して検出される吸入空気量を、その量子化の大き
さよりも更に精度をあげて補正・検出することができる
という優れた効果が存在する。このことは、例えばｎビ
ットのＡ／Ｄ変換を行なって吸入空気量を１／２　に量
子化して測定するような構成において、すくなくともｎ
ビットのＡ／Ｄ変換を用いて内燃機関の負荷と回転数を
測定するならば、吸入空気量をｎ＋３ないしｎ＋４ビツ
トのＡ／Ｄ変換を行なうのと同程度の精度で検出しうろ
ことを意味し、吸入空気量に基づいて行なわれる内燃機
関の制御装置に用いられるならば、その制御の正確さを
向上させ、製造コストを低減するという優れた効果が得
られることを示している。この場合、内燃機関の制御が
正確に行われる結果、内燃機関の燃費や排ガス浄化性も
向上するという副次的な効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は本発明一実施
例の概略構成図、第３図は同じく電子制御回路のブロッ
ク図を中心とする電気系統図、第４図は実施例における
制御の一例を示すフローチャート、第５図は吸入空気量
演算ルーチンの一例を示すフローチャート、第６図はエ
ンジンの回転数Ｎと吸入空気量の変化量へ〇Ｎとの関係
を示すグラフ、第７図はエンジンのスロットル開度Ｔと
吸入空気量の変化量ΔＱＴとの関係を示すグラフ、第８
図は等空気量線とエンジンの回転数−Ｎ及びスロットル
開度Ｔとから実吸入空気ＩＱｔをめる手法を説明するグ
ラフ、である。 ２０・・・エンジン ２２・・・エア７０−メータ ２８・・・電子制御回路　３０・・・回転数センサ３２
・・・スロットルセンサ ３３・・・暖機センサ　１００・・・ＲＯＭ１１４・・
・Ａ／Ｄ変換入力回路 代理人　弁理士　定立　勉 他１名 第１図 第３図 ／２１’１ 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の回転数検出手段と、 該内燃機関の負荷吊を検出する負荷量検出手段と、 該内燃機関の吸入空気量を所定の大きさに量子変化した
   時の該検出された回転数と負荷量とを基準値として、そ
   の後の前記内燃機関の回転数と負荷量との各々の変化量
   をめ、該各々の変化量に基づいて前記量子化してめられ
   ＩＣ吸入空気量を補正し、前記内燃機関の実吸入空気量
   を演算する吸入空気量演算手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量検出装
   置。 ２　負荷量検出手段が、スロットルバルブ間度検出手段
   、吸気圧検出手段若しくはトルク検出手段のいずれかで
   ある特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の吸入空気量
   検出装置。