JPS6145059B2

JPS6145059B2 -

Info

Publication number: JPS6145059B2
Application number: JP52088429A
Authority: JP
Inventors: Kyomitsu Suzuki; Shigeyuki Kobori; Hiroji Kawakami; Tooru Sugawara; Kiichi Hoshi; Satoshi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1977-07-25
Publication date: 1986-10-06
Also published as: JPS5423835A; DE2832671A1; DE2832671C2; US4263884A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は燃料供給装置に係り、特に、自動車の
エンジンへ吸入される混合気の空燃比を制御する
に最適な電子式燃料供給装置に関する。

従来の電子式燃料供給装置は、前燃焼サイクル
時の渦数（エンジンに吸入される空気流量を測定
する際に渦を発生させると、この渦が流量に比例
することを利用する）を積分回路に通して電圧に
積分し、次燃焼サイクル時の当該電圧の放電時間
から燃料噴射時間を決定していた。しかしながら
燃焼サイクル当りの渦数が少なく（技術的に限界
にあり改良の余地がほとんどない）、エンジンに
吸入される混合気の空燃比制御精度が悪かつた。

この他に、渦周期の逆数からエンジンに吸入さ
れる平均の空気流量を求め、これをエンジン回転
数で割算することにより、燃焼サイクル当りの瞬
時空気流量を検出して燃料噴射時間を制御する方
法がある。

いま、エンジン回転数をＮとすると、燃焼サイ
クル当りにエンジンへ吸入される瞬時空気流量Ｑ
_aは次式で示される。

Ｑ_a∝Ｑ_a／Ｎ ………(1) しかるに、渦型空気流量計の出力信号である周
波数ｆの渦波形の周期をτとすると、Ｑ_a∝ｆ／Ｎ ………(2) あるいは、Ｑ_a∝１／τＮ ………(3) 瞬時空気流量Ｑ_aの計量は第(2)式あるいは第(3)式
によつて行なわれていた。このため、第(2)式を用
いる計測法では、単位エンジン回転当りの渦数、
換言すると燃焼サイクル当りの渦数が少なく、計
測精度が不十分であつた。一方、渦周期τの逆数
を利用した第(3)式の計測法では、τの変化範囲は
50倍と極めて広いため、演算をデイジタル制御装
置（例えば、マイクロコンピユータ）で演算する
際、演算精度の確保のためデイジタル制御装置の
ビツト数を大きくしなければならない（渦周期の
逆数を演算する必要があるため）という欠点があ
る。

本発明の目的は、空燃比制御精度を高精度にで
きる電子式燃料供給装置を提供するにある。

本発明は、エンジン回転に同期した周波数信号
をｎ倍に逓倍し、エンジンへの吸入空気流量に比
例した周波数信号を発生させる渦型流量計の渦信
号間の時間だけ、ｎ倍に逓倍された周波数信号の
パルス数を検出し、このパルス数の逆数から燃料
サイクル当りエンジンに吸入される瞬時空気流量
を計算する。そして、エンジン回転に同期して燃
料噴射弁からエンジンに供給される燃料をその噴
射時間制御によつて計量し、所望の空燃比を得る
ものである。

本発明の実施にあたつては、エンジンに吸入さ
れる空気流量を測定する空気流量計として、渦歳
差式空気流量計あるいはカルマン渦式空気流量計
などの渦型空気流量計が使用される。以下、これ
らについて概略説明する。

第１図は渦歳差式空気流量計の概略構造図であ
る。また、第２図は第１図の流量計のａ−ａ面断
面図である。

円形断面を有する管路１の接線方向へ配置した
溝２よりエンジンに吸入される空気流３を導入す
ると、管路１の内壁に沿う空気流３自身の流体力
学的現象によつて、旋回流４が発生する。この旋
回流４を次第に絞り込んでいつて急に拡大する
と、旋回流４の渦巻中心は歳差運動５を行なう。
良く知られているように、渦巻中心の歳差運動５
の周波数は管路１内を通過する空気流量に比例す
るので、この歳差運動５をセンサ６で検出するこ
とにより空気流量を測定できる。

第３図はカルマン渦式空気流量計の概略構造図
である。

管路７内に配置した渦発生体８の後流にはカル
マン渦９が発生する。周知の如くカルマン渦９の
周波数は管路７内の流速ｖに比例するので、この
カルマン渦９を渦発生体８内に設置したセンサ１
０，１１で検出することにより空気流量を測定で
きる。

このように、本発明には渦の周波数がエンジン
への吸入空気流量に比例する渦型空気流量計が用
いられる。渦流のセンサ６，１０，１１としては
熱線、サーミスタ、あるいは歪ゲージなどが使用
される。なお、第１図および第３図に示した渦型
流量計はその一例を示したにすぎず、基本原理に
沿つた種々の変形が考えられることは言うまでも
ない。

第４図は渦型空気流量計の一般的特性を示すも
のである。

図に示すように、渦の周波数ｆはエンジンへの
吸入空気流量Ｑ_aに比例する。また、渦の周波数
ｆは最大空気流量において1KHz程度である。後
述する如く、エンジン回転に同期した間歇燃料噴
射制御方式であるので、燃焼サイクル当りにエン
ジンへ吸入される瞬時空気流量を求める必要があ
る。

本発明による燃焼サイクル当りにエンジンへ吸
入される瞬時空気流量の計測方法は次の如くであ
る。

前述の第(2)式を変形すると、が得られる。第(4)式による計測法が本発明による
燃焼サイクル当りサイクルへ吸入される瞬時空気
流量Ｑ_aの計測方法である。エンジン回転数Ｎを
周波数信号ｆ_Nの形で検出し、これを周波数逓倍
回路でｎ倍に逓倍すると、Ｎ∝nf_Nである故、第
(4)式は次の如くであるるすなわち、周波数信号nf_Nの単位渦当りのパル
ス数、換言すると周波数信号nf_Nの渦周期当りの
パルス数を検出して、このパルス数の逆数から燃
焼サイクル当りのエンジンへ吸入される瞬時空気
流量Ｑａを計測するものである。

第５図は周波数逓倍回路の構成を示すブロツク
図である。

周波数逓倍回路は、位相検出器１２、ローパス
フイルタ１３、電圧制御発振器１４、１／ｎプロ
グラマブルカウンタ１５、より構成される。この
周波数逓倍回路によつて、エンジン回転数Ｎを示
す周波数信号ｆ_Nは容易にｎ倍に逓倍される。エ
ンジン回転数Ｎはエンジンへの吸入空気流量Ｑ_a
に比較して動的変化速度は遅いので、周波数信号
ｆ_Nの逓倍は遅れることなく高精度に行なうこと
ができる。

第６図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各々は本発明の動
作を説明する動作説明図である。

第６図Ａはエンジンへの吸入空気流量に比例し
た周波数ｆを有する渦型空気流量計のセンサ部の
渦型波形を示したものである。第６図Ｂは第６図
Ａの渦波形の中心レベルを検出して、コンパレー
タなどにより矩形波に整形した波形である。第６
図Ｃは回転数Ｎのエンジン回転に同期した周波数
信号ｆ_Nの波形である。第６図Ｄは周波数逓倍回
路によつて、周波数信号ｆ_Nの周波数を約1000倍
に逓倍した周波数信号nf_Nの波形である。第６図
Ｂの整形波形の半周期τ／２、すなわち第６図Ａ
の渦波形の半周期の周波数信号nf_Nの波形のパル
ス数をカウンタその他の方法で検出する。そし
て、このパルス数の検出はnf_N／ｆを計算したこ
とになるので、このパルス数の逆数をマイクロコ
ンピユータなどで演算すれば、その演算値はその
まま燃焼サイクル当りにエンジンへ吸入される瞬
時空気流量Ｑ_aを示すことになる。自動車の場
合、nf_Nの変化範囲は約10倍となり、ｆの変化範
囲は約50倍であるので、nf_N／ｆの逆数の変化範
囲は約５倍となる。このため、ビツト数の少ない
マイクロコンピユータでnf_N／ｆ、すなわち前述
したパルス数の逆数の演算を精度良く行なうこと
ができる。また、第５図に示した如く周波数逓倍
回路によつて、パルス数を任意にしかも大きな数
に容易に設定できるので、燃焼サイクル当りにエ
ンジンに吸入される瞬時空気流量Ｑ_aを高精度で
計測することができる。このような方法で計測し
た瞬時空気流量Ｑ_aに比例するように、燃料噴射
弁からエンジンへ供給される燃料の流量を制御す
ることによつて所望の空燃比を高精度で得ること
ができる。なお、燃料噴射弁から噴射される燃料
の噴射時間制御によつて計量された燃料は、エン
ジン回転に同期してエンジンへ供給される。この
状態を示したのが第６図Ｅの波形であ。図中の矢
印で示すように、燃料は瞬時空気流量Ｑ_aの計測
直後、その時のエンジン回転に同期して噴射され
るので第６図Ｅの燃料波形は第６図Ｃの周波数信
号ｆ_Nと同期している。第６図Ａ〜Ｅは渦の半周
期間の周波数信号nf_Nのパルス数の逆数から燃焼
サイクル当りにエンジンへ吸入される瞬時空気流
量Ｑ_aの計測方法を示したものであるが、マイク
ロコンピユータ中の演算プログラムを変更するこ
とにより、渦の一周期あるいは数周期間の周波数
信号nf_Nのパルス数の逆数を利用しても良いこと
は言うまでもない。

第７図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各々は本発明の動
作を説明する他の動作説明図である。

第６図各図の例はエンジンの吸入負圧が大きく
燃焼サイクル当りにエンジンへ吸入される瞬時空
気流量Ｑ_aが少ないときの説明を行なつた場合で
あるが、これに対し第７図各図はエンジンの吸入
負圧が小さく燃料サイクル当りにエンジンへ吸入
される瞬時空気流量Ｑ_aが多いときを示したもの
である。第７図Ａは渦波形、第７図Ｂは整形波
形、第７図Ｃは周波数信号ｆ_Nの波形、第７図Ｄ
は周波数信号nf_Nの波形、第７図Ｅは燃料波形を
各々示している。この場合、周波数信号ｆ_Nのパ
ルス数に対して、換言すると各燃料サイクル当り
の渦数が多いので、第６図各図において説明した
如く瞬時空気流量Ｑ_aの演算を数回実行させるこ
とが可能である。その結果、数回の計算値の平均
値を利用し、あるいは各計算値に重みを付けるな
どにより、最終的に燃焼サイクル当りにエンジン
へ吸入される瞬時空気流量Ｑ_aを決定するなどき
めの細い制御ができる。この様子を示したのが図
中矢印である。

なお、渦歳差式あるいはカルマン渦式などの渦
型空気流量計の出力信号ｆは空気の容積流量に比
例するため、燃焼サイクル当りにエンジンへ吸入
される瞬時質量空気流量Ｑ_bは、第(5)式で演算さ
れたＱ_aから次のように決定される。すなわち、Ｑ_b＝ｋＰ／ＴＱ_a ………(6) （ただし、ｋは比例定数、ＰおよびＴは各々エン
ジンへ吸入される空気の絶対圧力と絶対温度であ
る。）で示される。燃料噴射弁からエンジンに供給され
る燃料の流量は瞬時容積空気流量Ｑ_aに対してで
はなく、実際的には前記の瞬時質量空気流量Ｑ_b
に比例するように制御される。このとき、空気の
絶対圧力Ｐと絶対温度Ｔとは、各々吸気管中に取
り付けた圧力センサおよび温度センサで検出さ
れ、容積流量を質量流量に変換する。第(6)式の演
算はマイクロコンピユータ等のデイジタル制御装
置やその他の方法によつて容易に実行される。

第８図は本発明の実施例を示すブロツク図であ
る。

電子式燃料供給装置は、エアクリーナ１６、吸
気管１７、吸気管１７中に取り付けた圧力センサ
１８、温度センサ１９、スロツトバルブ２０、渦
型空気流量計２１、エンジン２２、エンジン回転
数を検出する回転センサ２３、周波数逓倍回路２
４、パルス数検出回路２５、マイクロコンピユー
タ２６、燃料タンク２７、燃料ポンプ２８、燃料
圧調整装置２９、燃料噴射弁３０、より構成され
る。

空気流Ｑ_aはエアクリーナ１６、吸気管１７、
流量計２１、吸気管１７、の各々を介してエンジ
ン２２に送られる。エンジン２２に入る空気量は
スロツトル２０で調整される。エアクリーナ１６
と流量計２１の間で、圧力センサ１８と温度セン
サ１９とによりＰとＴが検出される。流量計２１
は前述の如くの渦型空気流量計である。回転セン
サ２３は周波数信号ｆ_Nを出力し、周波数逓倍回
路２４（第５図の如くの構成）に印加される。こ
こでｎ倍（本実施例では10倍）に逓倍されたnf_N
がパルス数検出回路２５に送られる。パルス数検
出回路２５には更に渦型空気流量計２１の出力す
る周波数ｆが入力される。パルス数検出回路２５
は上述の如くカウンタ等により周波数ｆの半周期
間の周波数信号nf_Nのパルス数をnf_N／ｆの形で出
力する。この出力信号とＰ，Ｔの各信号を入力信
号としてマイクロコンピユータ２６で、先のパル
ス数の逆数を演算すればＱ_aが求められる。（な
お、Ｐ，Ｔの各々の信号を補正信号として用いた
が、この他に始動時の補正等が補正信号として考
えられる。）このようにして割算器等を用いるこ
となくＱ_aが求められる。マイクロコンピユータ
２６では、第(5)式および第(6)式の演算が同時に行
なわれている。得られた瞬時空気流量Ｑ_aは、燃
料噴射弁３０に送られ、吸入空気に見合つた燃料
を噴射するように制御する。燃料は、燃料タンク
２７より燃料ポンプ２８で送出され、送出圧を一
定にするための燃料圧調整装置２９を介して燃料
噴射弁３０に送られる。

本発明においては、デイジタル制御装置（マイ
クロコンピユータ２６）を積極的に利用している
ことから、前燃焼サイクル時の燃料噴射時間をデ
イジタル制御装置に記憶させておき、燃焼サイク
ル当りの渦信号が少ないとき（あるいは無いと
き）に、次サイクル時の噴射時間の決定に前サイ
クル時の噴射時間を利用することも可能であり、
きめ細かな制御を行なうことができる。しかも、
ビツト数の少ないマイクロコンピユータによる構
成が可能である。

以上より明らかなように本発明によれば、瞬時
質量空気流量を精度良く計測できるので、混合気
の空燃比制御精度の高い電子式燃料供給装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は渦歳差式空気流量計の概略構成図、第
２図は第１図の空気流量計のａ−ａ面断面図、第
３図はカルマン渦式空気流量計の概略構造図、第
４図は渦型空気流量計の一般的特性図、第５図は
本発明に係る周波数逓倍回路のブロツク図、第６
図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各々は本発明の動作を説
明する説明図、第７図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各々
は本発明の動作を説明する他の説明図、第８図は
本発明の実施例を示すブロツク図である。１７……吸気管、１８……圧力センサ、１９…
…温度センサ、２１……渦型空気流量計、２２…
…エンジン、２３……回転センサ、２４……周波
数逓倍回路、２５……パルス数検出手段、２６…
…マイクロコンピユータ、３０……燃料噴射弁。

Claims

【特許請求の範囲】１エンジンに吸入される空気量とエンジン回転
数によつて該エンジンに供給される燃料の供給量
を燃料噴射弁を制御して所定の空燃比に制御する
電子式燃料供給装置において、上記エンジンの回
転数に応じた周波数のパルス信号を得、この信号
を所定倍数に逓倍したパルス信号を出力する逓倍
手段と、上記エンジンの吸入空気流量に比例した
周波数の信号を発生する渦型空気流量計の所定の
渦信号間の時間だけ上記逓倍された信号のパルス
数を検出するパルス数検出手段と、該パルス数検
出手段によつて得られたパルス数の逆数から燃焼
サイクル当り上記エンジンに吸入される瞬時空気
流量を求める演算手段とを設けたことを特徴とす
る電子式燃料供給装置。２上記渦信号間の時間は、上記渦型空気流量計
の渦信号を波形整形した信号の所定周期間に相当
する時間であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の電子式燃料供給装置。３エンジンに吸入される空気量とエンジン回転
数によつて該エンジンに供給される燃料の供給量
を燃料噴射弁を制御して所定の空燃比に制御する
電子式燃料供給装置において、上記エンジンの回
転数に応じた周波数パルス信号を得、この信号を
所定倍数に逓倍したパルス信号を出力する逓倍手
段と、上記エンジンの吸入空気流量に比例した周
波数の信号を発生する渦型空気流量計の所定渦信
号間の時間だけ上記逓倍された信号のパルス数を
検出するパルス数検出手段と、該パルス数検出手
段によつて得られたパルス数の逆数から燃焼サイ
クル当り上記エンジンに吸入される瞬時空気流量
を求める演算手段と、上記エンジンに吸入される
空気の温度および圧力を検出し、この検出値を上
記計算手段に入力し燃料噴射時間の補正量とせし
めるセンサとを設けたことを特徴とする電子式燃
料供給装置。４エンジンに吸入される空気量とエンジン回転
数によつて該エンジンに供給される燃料の流量を
燃料噴射弁を制御して所定の空燃比に制御する電
子式燃料供給装置において、上記エンジンの回転
数に応じた周波数のパルス信号を得、この信号を
所定倍数に逓倍したパルス信号を出力する逓倍手
段と、上記エンジンの吸入空気流量に比例した周
波数の信号を発生する渦型空気流量計の所定渦信
号の時間だけ上記逓倍された信号のパルス数を検
出するパルス数検出手段と、該パルス数検出手段
によつて得られたパルス数の逆数から燃焼サイク
ル当り上記エンジンに吸入される瞬時空気流量を
求める演算手段と、燃焼サイクル当りの渦信号が
多いとき前記演算手段によつて求められた瞬時空
気流量を数回計算し、これらの変均値を上記燃料
噴射弁の制御信号とする手段とを設けたことを特
徴とする電子式燃料供料装置。