JPS6053171B2 - 燃料制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の吸気管に設置した例えばカルマン
渦発生器のような渦発生器により発生される渦の周期に
よつて吸入空気量を計測し、その計測値に応じて機関に
供給する燃料量を制御する燃。

料制御装置に関する。 公知の如く、空気流速に比例し
た渦信号を得る装置の代表的な例としてカルマン渦発生
器による空気流量計ではストローハル数が一定とみなし
得るレイノルズ数の範囲で発生する渦の周波数と流一速
とは比例関係が成立する。

そこでこの渦の周波数を半導体歪ゲージやサーミスタ等
の渦信号検出器で電気パルス信号として検出し、一定の
時間計数するカウンタによつてこの電気パルス信号をカ
ウントすることにより空気流速が測定可能であり、これ
を機関の吸気系に適用して通路面積一定の吸気管を通過
する空気の流速を測定して機関吸入空気量を計測可能で
ある。 しかるに、自動車用内燃機関の如く運転条件の
変化範囲の広い機関では空気量の高速高負荷時における
最大値はアイドル時における最小値の和倍にも達すると
共に渦発生器による圧力損失を数＋７７）７７ＺＨｇ以
内に押えなければならす、このような機関の吸入空気量
を検出する装置てはアイドル時のような最低流量時にお
ける渦周波数は１００Ｈ２程度しか得られないことが判
つた。

そしてこの最低流量時での空気流量を±１％程度の精度
で検出するためには上記カウンタでｌ６個の渦信号をつ
まり１００周期の期間計数せねばならず、カウンタの計
数時間つまり検出応答性は１秒程度となり、この種の機
関燃料制御用としては著しく応答性に劣り、その結果機
関の制御精度も劣るという問題があることが判つた。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、渦発生器
によつて生じる渦信号のくり返し周期を所定周期の間一
定のクロックパルスを計数することによつて求め、これ
により吸入空気量の検出応答性を渦信号の該所定周期に
相当する時間まで高め得ることが可能で、機関の制御精
度を改善できる燃料制御装置の提供を目的とする。

以下本発明を図に示す実施例につき説明する。

第１図は第１実施例を示すもので、１は吸入空気量検出
装置であり、次の構成要素からなる。１１は第６図の如
く吸気管４のスロットル弁４１上流に設けられたカルマ
ン渦発生器３により発生する渦流によつて生じた渦信号
となる圧力変動を半導体歪ゲージ等の感圧素子によつて
電気パルス信号として検出する渦信号検出器、１７はこ
の渦信号検出器１１からの電気パルス信号の周波数を所
定の分周比て分周して渦発生周期に比例した時間幅のパ
ルスを生ずる分周回路、１２は一定周期のクロック信号
を発生するクロックパルス発生器、１３は分周回路１７
のパルスが入力されている期間つまり渦信号の所定周期
に相当する期間だけクロックパルス発生器１２のクロッ
クパルス信号を通過させるゲート回路、１４はゲート回
路１３からのクロックパルスをカウントするカウンタ、
１５はカウンタ１４の出力を一時記憶するラッチ回路、
１６はラッチ回路１５のディジタル出力をアナログ電圧
ＶＡに変換するＤ−Ａ変換回路、１８は分周回路１７の
パルス出力によりラッチ回路１５用のストローブパルス
を発生するストローブパルス発生回路、１９はこのスト
ローブパルスによりカウンタ１４用のリセットパルスを
発生するリセットパルス発生回路である。

２は燃料制御部で、機関の回転に同期した回転信号を出
力する点火装置の断続器等を用いた回転．検出器２１と
、この回転検出器２１の信号を分周する分周回路２２と
、吸入空気量検出装置１からの吸入空気量に応じた電圧
信号により機関所定回転当りの吸入空気量を求め機関所
定回転当りの燃料量をパルス信号の時間幅として演算す
る演算回．路２３と、このパルス信号を増幅する出力回
路２４と、この出力回路２４のパルス信号によりこのパ
ルス信号の時間幅だけ開弁され燃料を吸気管４に噴射供
給する燃料噴射弁２５とから成る。

第２図は吸入空気量検出装置の電気回路を示一し、第３
図は第２図各部の信号波形を示すもので、渦信号発生器
１１は半導体歪ゲージ１１ａ１増幅器１１ｂ１インバー
タ１１ｃよりなり、第３図Ａの如く渦の発生毎にパルス
信号を発生する。クロックパルス発生回路１２は公知の
水晶発振回路よりなり、一定周期のクロックパルスを発
生する。分周回路１７はＤ−フリップフロップよりなり
、第３図Ｂの如く渦信号発生器１１のパルス信号を２分
周する。ストローブパルス発生回路１８は分周回路１７
のパルス信号立上り時微分するコンデンサ１８ａと、コ
ンデンサ１８ａの微分信号を反転させ波形整形するイン
バータ１８ｂとからなり、第３図ｃに示す如く分周回路
１７のパルス信号立上り直後にカウンタ１４の計数出力
値をラッチ回路１５に記憶させるためのパルス信号を出
力する。リセットパルス発生回路１９もストローブパル
ス発生回路１８と同様の構成て、第３図Ｄに示す如くス
トローブパルス発生回路１８のパルス信号立上り直後に
カウンタ１４の計数出力値をゼロにリセットするための
パルス信号を出力する。ゲート回路１３は分周回路１７
から渦発生周期ＴＡの時間幅を有するパルス信号が出力
されている期間だけ、第３図Ｅの如くクロックパルス発
生回路１２のクロックパルスを通過させる。カウンタ１
４、ラッチ回路１５、Ｄ−Ａ変換回路１６はそれぞれ公
知の回路を用いたものであり、詳述はしない。第４図は
燃料制御部２のうち演算回路２３の電気回路を示し、第
５図は第４図各部の信号波形を示すもので、２３ａは機
関回転信号を２分周するＤ−フリップフロップよりなる
分周回路２２がパルス信号を出力しない期間は端子ＡＩ
：．ｃとを接続するアナログスイッチ、２３ｂはこのア
ナログスイッチ２３ａの端子ａに接続され一定の負電圧
一■を供給する負電源回路、２３ｃはアナログスイッチ
２３ａの端子ｃの電圧を入力とする積分回路である。

積分回路２３ｃはコンデンサと演算増幅器からなり、第
５図Ａ，Ｂの如く分周回路２２からパルス信号が出力さ
れていないときは負電源回路２３ｂの一定の負電圧−■
Ｓが入力されコンデンサの充電電荷が増加して積分電圧
が上昇していく。次に分周回路２２がパルス信号を出力
するとアナログスイッチ２３ａの端子Ｂ，ｃを介して吸
入空気量検出装置１からの出力電圧■ぇが積分回路２３
ｃに入力されコンデンサがこの電圧ＶＡに応じて放電さ
れ積分出力が低下していく。２３ｄに比較回路で積分回
路２３ｃから積分電圧が出力されている期間パルス信号
を出力する。

２３ｅはＡＮＤ回路て分周回路２２がパルス信号を出力
し、かつこの比較回路２３ｄがパルス信号を出力してい
る期間つまり積分回路２３ｃのコンデンサが放電を始め
てから終了するまでの期間パルス信号を出力するもので
、このパルス信号は出力回路２４で増幅され、燃料噴射
弁２５を開弁駆動する。

第６図はカルマン渦発生器３を取付けた吸気管４の要部
を示すもので、カルマン渦発生器３はスロットル弁４１
の上流側に配設されており、燃料噴射弁２５はスロット
ル弁４１の下流側のうちたとえば吸気マニホールドに機
関各気筒毎に設置される。

カルマン渦発生器３は周知のとおり、吸気管に直角方向
にロッド状に延び、このロッド両側部より圧力を導入す
る細孔３１，３２が形成されており、この両細孔の中央
に渦信号発生器１１の板状の半導体歪ゲージ１１ａが設
けられている。このカルマン渦発生器３のロッドに対し
空気が流れるとロッド側部両側より交互にカルマン渦が
発生し、渦のはく離のたびに細孔３１，３２間で圧力差
が生じ、これが半導体歪ゲージよりカルマン渦の発生周
波数（周期）として検出されるようになつている。次に
上記構成装置の作動を説明する。

機関の吸気管４を吸入空気が通過すると、カルマン渦発
生器にてカルマン渦が発生される。この渦の周期は渦信
号発生器１１の半導体歪ゲージ１１ａにて電圧信号とし
て検出され増幅器１１ｂ、インバータ１１ｃによつて第
３図Ａに示す矩形波としてのパルス信号Ａに波形整形さ
れ出力される。このパルス信号Ａは分周回路１７で２分
周され第３図Ｂに示す如きパルス信号Ｂが出力される。
ゲート回路１３はこの分周回路１７からパルス信号Ｂが
出力されている期間だけクロックパルス発生回路１２か
らのクロックパルスを通過させ、カウンタ１４に供給す
る。カウンタ１４はこのクロックパルスの個数を計数し
、この計数したディジタル出力をラッチ回路１５に供給
する。ラッチ回路１５では第３図Ｃに示すストローブパ
ルス発生回路１８からのストローブパルスが入力された
とき、つまりカウンタ１４が計数を終えた直後にカウン
タ１４のディジタル出力を一時記憶する。このディジタ
ル出力はＤ−Ａ変換回路１６に入力されアナログ電圧■
ぇに変換される。カウンタ１４は第３図Ｄに示すリセッ
トパルス発生回路１９からのリセットパルスが入力され
たときつまりラッチ回路１５にカウンタ１４のディジタ
ル出力が一時記憶された後にリセットされる。Ｄ−Ａ変
換回路１６の出力電圧ＶＡはカルマン渦の発生周期をＴ
ＡとするＴぇに比例する。この周期ＴＡはカルマン渦の
発生周波数に反比例し、この周波数は空気流量つまり吸
入空気量ＱＡ（ｆ／Ｓｅｃ）に比例するから、結局Ｄ−
Ａ変換回路１６の出力電圧■９は吸入空気量ＱＡに反比
例することになりつまりＶＡ＝Ｋ１／ＱＡ（Ｋ１は定数
）て表わされる。燃料制御部２の作動について説明する
と、回転検出器２１からは、機関回転に周期しかつ機関
の所定クランク角を示す回転信号が出力され、この回転
信号は分周回路２２により分周されて第５図Ａに示すパ
ルス信号Ａに変換される。この分周回路２２の出力は演
算回路２３のアナログスイッチ２３ａに入力され、アナ
ログスイッチ２３ａは分周回路２２のパルス信号Ａが出
力されていない期間は端子ａとｃとが接続されるように
なつており、このため積分回路２３ｃは負電源回路２３
ｂの一定の負電圧−Ｖｓが入力され積分し、第５図Ｂに
示すように積分電圧は上昇していく。分周回路２２のパ
ルス信号Ａが出力されている期間はアナログスイッチ２
３ａの端子ｂとｃとが接続され積分回路２３ｃは吸入空
気量検出装置１のＤ−Ａ変換回路１６からの出力電圧Ｖ
Ａが入力されこの電圧■ぇの大きさに応じて積分回路２
３ｃの積分出力が低下していく。比較回路２３ｄには積
分回路２３ｃの積分電圧が入力され、積分電圧が入力さ
れている期間つまり積分が開始され終了されるまでの期
間、第５図Ｃに示すパルス信号を出力する。アンド回路
２３ｅは分周回路２２のパルス信号とこの比較回路２３
ｄのパルス信号ｃが入力され共にパルス信号が出力され
たときのみ第５図Ｄに示すパルス信号Ｄを出力する。こ
のパルス信号Ｄの時間幅ｔ＝Ｋ２■，ＴＣ／ＶＡで与え
られる。ここでＴＯは機関の回転周期、Ｋ２は定数であ
り、回転周期はＴｃは、機関回転数Ｎｅに反比例するた
め”ＴＯ＝Ｋ３／Ｎｅ（Ｋ３は定数）であり、ＶＡは上
述の如くＱＡに反比例し■は一定であるから時間幅では
ｔ＝ＫＱＡ／Ｎｅ（Ｋは定数）となり、結局この時間幅
ｔは機関の吸入空気量に比例し、機関回転数に反比例し
たものとなり、この時間幅だけ開弁され燃料を噴射供給
する燃料噴射弁２５は吸入空気量に比例し機関回転数に
反比例した量の燃料を機関の所定回転角毎に供給でき空
気一燃料混合気の空燃料比を所定の一定値に制御できる
。なお上記実施例において吸入空気量検出装置の分周回
路１７の分周比を大きな値に選ぶ程カルマン渦の周期の
平均周期が計測できるので渦周期の微小な変動があつて
も平均化され渦周期の変動による吸入空気量検出誤差を
小さく保つことできることは無論のことである。

また上記実施例において燃料制御部２の演算回路２３に
後に例えば特開昭４９−６７０１６号公報に示される如
き機関温度等による補正や特開昭４９−６８１２２号公
報に示される如き空燃比帰環補正を行う補正回路を設け
ることも無論可能である。次に第７図に示す本発明の第
２実施例を説明する。

上記第１実施例では燃料制御回路はアナログ処理にて燃
料供給量を演算したものであつたが、この第２実施例で
はディジタル処理にて演算を行なうものである。第７図
において、１０１は渦信号検出器１０７は分周回路１０
３はクロックパルス発生回路、１０４はカウンタ、１０
５はラッチ回路、１０９はリセットパルス発生回路でこ
れら各回路からなる吸入空気量検出装置１００は第１実
施例に示した吸入空気量検出装置１と同様のものである
。

２０８はラッチ回路１０５のディジタル出力を中央処理
ユニット（以下ＣＰＵ）２１２用の信号に変換するＩ−
０ユニットである。

２０１は機関のクランク角度を所定間隔毎に検．出する
例えば電磁ピックアップ等よりなるクランク角検出器、
２０２はこのクランク角検出器２０１の信号に基いて複
数の所定のクランク角度を表わす信号を出力する角度信
号発生器、２０３はクロックパルスを発生するクロック
パルス発生回！路、２０４は角度信号発生器２０２の出
力信号により、所定のクランク角に相当する期間だけク
ロックパルス発生回路２０３のクロックパルスを通過さ
せるゲート回路、２０５はこのクロックパルス出力を計
数する第２のカウンタ、２０６はこの・第２のカウンタ
の出力を一時記憶保持するラッチ回路、２０７はラッチ
回路２０６のディジタル出力をＣＰＵ２ｌ２用の信号に
変換するＩ−０ユニットである。

２０９は機関の冷却水温や大気温度、大気圧等の機関の
状態をディジタル量として検出する機関状態検出手段、
２１０はこのディジタル出力をＣＰＵ２ｌ２用の信号に
変換するＩ−０ユニット、２１１は機関状態の信号に対
応する空気燃料混合気の空燃比Ｍを記憶したメモリユニ
ットである。

ＣＰＵ２ｌ２は公知のマイクロプロセッサを用いたもの
で、燃料用噴射期間を演算し、Ｉ−０ユニット２１３に
その演算結果を出力する。２１７４はクロックパルスを
発生するクロックパルス発生回路、２１５は角度信号発
生器２０２の信号に基いてクロックパルス発生回路２１
４のクロックパルスを通過させ始めるゲート回路、２１
６はダウンカウント機能を有するプログラマブルカウン
！夕で、プログラマブルカウンタ２１６はＩ−０ユニッ
ト２１３からのディジタル出力がプリセットされ、ゲー
ト回路２１５からのクロックパルスによつてダウンカウ
ントしていく。

２１７はゲート回路でプログラマブルカウンタ２１６が
ダウンカウントを開始してからつまりゲート回路２１５
が開かれてからプログラマブルカウンタ２１６がカウン
ト終了しボロー信号を出力するまでの期間に相当する時
間幅のパルス信号を出力し、このパルス時間幅だけ電磁
式の燃料噴射弁２１８と開弁させる。

次に上記構成装置の作動を説明すると、上記第１実施例
で説明したと同様に、吸入空気量検出装置１００のカウ
ンタ１０４からは、カルマン渦の発生周期ＴＡとすると
この周期ＴＡをクロックパルス数で表わす渦周期パルス
数ＮＡのディジタル信号が出力される。

このＶＡは機関の吸入空気量ＱＡとの間でＮＡ＝Ｋ１／
ＱＡ（Ｋ１：定数）が成立する。一方、角度信号発生器
２０２は前記クランク角検出器２０１からの信号に基き
各回路素子の作動タイミングを制御するための角度信号
を発生し、また機関の回転周期の所定倍の周期のパルス
信号も発生する、この角度周期信号の定める周期だけゲ
ート回路２０４を開いてクロックパルス発生器２０３の
クロックパルスを第２のカウンタ２０５にて計数するこ
とにより機関クランク軸の回転周期に比例した角度周期
パルス数Ｎｃを得る。クランク軸の回転周期と機関の回
転数Ｎｅは反比例する為角度周期パルス数Ｎｃ＝Ｋ２／
Ｎｅ（Ｋ２は定数）の関係が成立する。カウンタ１０４
の計数した渦周期パルス数ＮＡ及び第２のカウンタ２０
５が計数した角度周期パルス数ＮｃとはＩ−０ユニット
２０８，２０７をへてＣＰＵ２ｌ２に入力される。ＣＰ
Ｕ２ｌ２は角度周期パルス数ＮＯのデーターより対応す
る空燃比の値Ｍを例えばテーブル検索等の方法でメモリ
ーユニット２１１より読みとる。空燃比Ｍの与え方は予
め機関の運転条件によつてプログラムされメモリーユニ
ット２１１の例えばＲＯＭエリアに記憶された値を基本
として機関の冷却水温等に対する暖機増量等の補正と前
記渦周期パルス数ＮＡに対する大気温度、大気圧等に対
する補正を行うための演算もＣＰＵ２ｌ２にて行うこと
により、よりきめこまかい空燃比制御が実現され発明の
詳細な説明は省略する。上記より得た渦周期パルス数Ｎ
Ａｌ角度周期パルス数ＮＣｌ空燃比Ｍのデーターを用い
、ＣＰＵ２ｌ２にて燃料噴射期間を与える燃料周期パル
ス数ＮＦ＝Ｎｃ／（Ｍ−ＮＡ）を演算し、かくして得た
燃料周期パルス数ＮＦをＩ−０ユニット２１３をへてダ
ウンカウト機能を有するプログラマブルカウンタ２１６
にプリセットした後機関の一定クランク角毎にゲート回
路２１５を開きクロックパルス発生器２１４のクロック
パルスを印加し、ボロー信号を出すまでカウントダウン
することにより、機関の一定クランク角毎に間欠的に燃
料噴射を行う噴射弁２１８の印加パルス電圧の時間巾ｔ
（Ｓｅｃ）が設定される。つまり時間幅ｔ＝Ｋ３ｎＰ（
Ｋ３は定数）で与えられる。また噴射弁２１８の一回の
作動当りの燃料噴射量をｑ（Ｃｃ）とするとｑ＝Ｋ４ｔ
（Ｋ４は定数）となる。また機関の単位時間当りの平均
的燃料噴射量をＱＦ（Ｃｃ／Ｓｅｃ）とすると中＝Ｋ５
ｑＮｅ（Ｋ５は定数）で与えられる。

従つて上記の各式よりこの式にＮＡ＝Ｋ１／ＱＡを代人
すると ９！＝８” ・Ｍ＝ＫＭ（Ｋは定数） ＱＦＫ５Ｋ４Ｋ３Ｋ２ となり、機関の空燃比をＭの値にて制御可能である。

上記演算処理を機関の一定クランク角毎に行うため、角
度信号発生器２０２はＩ−０ユニット２０７，２０８，
２１０，２１３，ＣＰＵ２１２、プログラマブルカウン
タ２１６にタイミング信号を与えると共に、カウンタ１
０４，２０５及びラッチ回路１０５，２０６、更には各
ゲート回路２１５，２１７に対してもタイミング信号が
与えられる構成であるが、タイミング信号の位相関係の
詳細説明は省略する。

以上のように本発明の燃料制御装置は、内燃機関の吸気
系に配設され吸入空気量に比例したくり返し周波数の渦
を発生する渦発生手段と、この渦発生手段より発生せら
れる渦を電気的信号として検出する渦信号検出手段と、
この電気的信号を受けて渦の発生周期に対応した時間幅
の周期信号を生ずる周期信号発生手段と、一定周波数の
計測用基準クロックパルスを出力するクロックパルス発
生手段と、前記周期信号発生手段からの周期信号の時間
幅に比例した期間前記クロックパルス発生手段からのク
ロックパルスの数を計数するパルス・計測手段と、この
パルス計測手段の計数出力値に応じて内燃機関への燃料
量を算出する算出手段とを備える構成であり、応答遅れ
なく吸入空気量を検出でき、精度よく供給燃料量を制御
できる利点を有する。

・図面の簡単な説明 第１図は本発明の第１実施例を示すブロック図、第２図
は第１図に示す吸入空気量検出装置の電気回路図、第３
図は第２図各部の信号波形図、第４図は第１図に示す燃
料制御部の電気回路図、）第５図は第４図各部の信号波
形図、第６図は第１図に示す渦信号検出器を設置する内
燃機関の吸気管の模式的断面図、第７図は本発明の第２
実施例を示すブロック図である。

１，１００・・・・・・吸入空気量検出装置、３・・・
・・・力７ルマン渦発生器、１１，１０１・ ・・渦信
号発生器、１２，１０２・・・・・・クロックパルス発
生回路、１４，１０４・・・・・カウンタ、１６・・・
・・・Ｄ−Ａ変換回路、２１・・・・・回転検出器、２
３・・・・・演算回路、２３ｃ・・・・・・積分回路、
２５・・・・・・燃料噴射弁、２０１・・・・・・クラ
ンク角検出器、２０５・・・・・・第２のカウンタ、２
１２・・・・・・中央処理ユニット、２１８・・燃料噴
射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の吸気系に配設され吸入空気量に比例した
   くり返し周波数の渦を発生する渦発生手段と、この渦発
   生手段より発生せられる渦を電気的信号として検出する
   渦信号検出手段と、この電気的信号を受けて渦の発生周
   期に対応した時間幅の周期信号を生ずる周期信号発生手
   段と、一定周波数の計測用基準クロックパルスを出力す
   るクロックパルス発生手段と、前記周期信号発生手段か
   らの周期信号の時間幅に比例した期間前記クロックパル
   ス発生手段からのクロックパルスの数を計数するパルス
   計測手段と、このパルス計測手段の計数出力値に応じて
   内燃機関への燃料量を算出する算出手段とを備えたこと
   を特徴とする燃料制御装置。