JPH0646165B2 - エンジン制御装置に用いられる空気流量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、エンジンの運転状態を判別するために使用
される吸入空気流量測定手段を改良するようにしたエン
ジン制御装置に用いられる空気流量検出装置に関する。

［背景技術］ エンジンを電子的に制御する場合、このエンジンの運転
状態を常時監視し、その運転状態の電子的に得られる監
視状態に基づいて、例えば燃料噴射量、点火時期等の制
御が実行されるものである。この場合、エンジンの運転
状態の監視手段としては種々のものが存在するものであ
るが、例えばエンジンの回転速度センサ、スロットル開
度センサ、冷却水温センサ、空燃比センサ等が存在する
ものであるが、例えば燃料噴射量等に直接的に関係する
ものとして吸入空気流量センサが存在する。

吸入空気流量センサとしては従来から種々のものがある
が、例えば特開昭５５−９８６２１号公報に示されるよ
うに、空気流による放熱効果を利用した熱式の空気流量
測定装置が知られている。すなわち、吸気管の中に温度
によって抵抗値の変化する抵抗素子によって構成した感
温素子を設定し、これに対して加熱電力を供給するよう
に構成する。この場合、上記感温素子に対しては、吸気
管を流れる空気流が接触しているものであるため、その
放熱量が空気流量に比例して設定されるようになり、し
たがってこの感温素子の温度を特定される状態に保つた
めに必要な加熱電流の量が、測定すべき空気流量に対応
するようになり、この加熱電流が測定出力として使用さ
れるようになる。

しかし、このような空気流量測定信号等を用いてエンジ
ンを電子的に制御するエンジン制御ユニットは、通常マ
イクロコンピュータによって構成されているものであ
り、上記のように電流量によって表現された信号は、高
精度のＡ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換して
使用される。したがって、高精度のＡ／Ｄ変換手段が常
に必要となるものであり、装置を高価で且つ複雑なもの
とする。また、空気流量に対する測定出力信号の変化量
は非常に小さなものであり、効率的な空気流量測定を実
行することが困難である。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、吸気
管に流れる空気流量を高精度に効果的に測定することが
でき、特にマイクロコンピュータで構成されるエンジン
制御ユニットにおいて効果的に利用されるようなディジ
タル的な測定出力が得られるようにする吸入空気流量測
定手段を備え、精度の高いエンジン運転制御が効果的に
実行されるようにするエンジン制御装置に用いられる空
気流量検出装置を提供しようとするものである。

また、この発明にあっては、特にエンジンの負荷状態に
対応してそれぞれ精度の高い吸入空気流量測定動作が実
行され、エンジンのいかなる負荷状態においても円滑な
エンジン制御が実行されるようにすることである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係るエンジン制御装置に用いられ
る空気流量検出装置にあっては、エンジンの吸気管の中
に温度−抵抗特性を有する感温素子を設定し、この感温
素子に対して特定される周期で発生されるスタートパル
ス信号にそれぞれ対応して立上がり制御される加熱電力
を供給するものであり、この加熱電力によって感温素子
が特定される温度状態となったときに上記感温素子に対
する加熱電力を遮断制御する。そして、この加熱電力の
供給時間幅を表現した測定出力信号が得られるようにす
る。この場合、上記加熱電力の立上がりを制御するスタ
ートパルス信号は、基本的にはエンジンの回転に周期す
る状態で発生制御するものであるが、例えばエンジンが
低負荷状態となった場合には、このエンジンの回転周期
よりも少なくとも短い一定周期信号によってスタートパ
ルス信号を構成させるようにする。

［作用］ 上記のように構成されるエンジン制御装置に用いられる
空気流量検出装置において、吸気管の中に設定される感
温素子に対して、特定される周期のスタートパルス信号
によって加熱電力が供給制御されるものであり、この加
熱電力によって感温素子は吸入空気流量に反比例する状
態で温度上昇する。そして、この感温素子の温度が特定
される温度状態まで上昇したときに加熱電力が遮断制御
されるものであるため、この加熱電力の供給時間幅は上
記吸入空気流量に対応するようになり、時間幅で空気流
量を表現したディジタル状の測定出力が得られるように
なる。この場合、吸気管に流れる空気流量は、エンジン
の回転動作に対応して脈動する状態にあるものである
が、上記スタートパルス信号をエンジン回転に同期する
状態で発生させれば、その脈動成分に影響されることな
く、空気流量測定信号が得られる。しかし、エンジンが
低負荷状態にあり、エンジン回転数の低い例えば１００
０ｒｐｍの状態のときには、スタートパルス信号が３０
ｍｓｅｃ毎にしか発生されず、最新の空気量情報が遅れ
るような状態となり、低回転域での加減速運動に対して
適合しないようになる。しかし、このような運転領域に
おいて、エンジンの回転周期より速い状態の一定周期信
号をスタートパルス信号として使用するようにしたた
め、上記のような問題点は解決される。この場合、この
低負荷状態にあっては、吸入空気量の脈動成分は比較的
小さなものであるため、この脈動による測定値のばらつ
きの範囲は小さなものである。

［発明の実施例］ 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図はエンシン制御装置の特に吸入空気流量測定部分
を示しているものであり、エンジンの吸気管11の内部に
感温素子11および温度測定素子13が設定されている。こ
の感温素子12および温度測定素子13は、共に温度によっ
て抵抗値の変化する例えば白金線等の抵抗素子によって
構成されているものであり、感温素子12は吸入空気流に
さらされるように設定されて、加熱電力が供給された場
合、吸入空気流量の反比例する速度で温度上昇されるよ
うになっている。また、温度測定素子13は、吸入空気温
度に対応した抵抗値が設定されるようになり、温度の基
準値を設定するものである。

この感温素子12および温度測定素子13に対しては、それ
ぞれ固定の抵抗14および15、16が直列に接続設定され、
これら抵抗14〜16と共にブリッジ回路を構成しているも
のであり、上記感温素子12と温度測定素子13との接続点
に、トランジスタ17を介して加熱電力が供給されるよう
になっている。また、上記ブリッジ回路の感温素子12と
抵抗14との接続点ａ、および抵抗15と16との接続点ｂ
は、このブリッジ回路の出力端子としてコンパレータ18
に接続される。そして、感温素子12の温度が温度測定素
子13で測定される空気温度に対して特定される温度差が
設定されるまで上昇したときに、上記コンパレータ18か
らの出力信号が立上がるように設定されている。

そして、このコンパレータ18からの出力信号は、フリッ
プフロップ回路19に対してリセット指令信号として供給
する。このフリップフロップ回路19には、エンジン制御
ユニット20からスタートパルス信号Ｔinがセット指令と
して供給されている。このスタートパルス信号は、エン
ジン制御ユニット20において、エンジンの特定される回
転角に同期する状態で、あるいは設定される一定周期で
発生される周期信号によって構成される。

そして、上記フリップフロップ回路19のセット状態にお
ける出力信号をバッファアンプ21を介して測定出力信号
Ｔout として取り出し、エンジン制御ユニット20に対し
て供給する。また、この出力信号は同時に上記トランジ
スタ17のベースに供給し、フリップフロップ回路19のセ
ット状態のときに、加熱電力が感温素子12を含むブリッ
ジ回路に供給設定されるようにする。

この場合、ブリッジ回路に供給される加熱電力の電圧
は、基準電圧電源22で設定される基準電圧とＯＰアンプ
23で対比され、このＯＰアンプ23の出力でトランジスタ
17のベースバイアスを制御するようにする。すなわち、
感温素子12に供給される加熱電力の電圧値は、基準電圧
電源22で設定される基準電圧に基づいて基準設定され、
定電圧制御されるようになっている。

すなわち、上記のように構成される吸入空気流量の測定
装置にあっては、エンジン制御ユニット20から例えば第
２図に示すような周期的な状態でスタートパルス信号Ｔ
inが発生されたとすると、この各スタートパルス信号に
よってフリップフロップ回路19がセット制御される。フ
リップフロップ回路19がセットされると、その出力信号
によってトランジスタ17がオンされ、感温素子12を含む
ブリッジ回路に対して、所定電圧に定電圧制御された加
熱電力が供給されるようになる。したがって、感温素子
12はこの加熱電力によって発熱制御されるもので、この
感温素子12の温度が吸気管11を流れる空気流量に対応す
る速度で上昇するようになる。すなわち、感温素子12の
温度は、吸入空気流量の小さな状態で速い速度で上昇
し、吸入空気流量が増大するにしたがって、感温素子12
の温度上昇速度が遅くなるものである。

このようにして感温素子12の温度Ｔが上昇し、第２図で
示すようにその温度Ｔが比較レベルに達すると、コンパ
レータ18から出力信号が発生されるようになる。この場
合の比較レベルは、温度測定素子13で測定される吸入空
気温度に対応して設定されるものであり、この吸入空気
の温度に対して、感温素子12の温度が特定される温度差
が設定されるまで上昇したときにコンパレータ18からの
出力信号がハイレベルとなるように、上記ブリッジ回路
が設定されている。

このようにしてコンパレータ18からの出力信号がハイレ
ベルとなると、上記フリップフロップ回路19がリセット
され、上記トランジスタ17がオフ制御されて、感温素子
12に対する加熱電力が遮断制御されるようになる。すな
わち、感温素子12に対する加熱電力の供給時間幅は、加
熱電力が感温素子12に供給されてから、この感温素子12
が所定温度状態となるまでの時間幅であり、感温素子12
の温度上昇速度が吸入空気流量に反比例する状態となる
ものであるため、上記加熱電力の供給時間幅は吸入空気
流量を表現するようになる。すなわち、フリップフロッ
プ回路19にセット状態で発生するトランジスタ17を制御
する信号が、第２図で示すように測定出力信号Ｔout と
して使用されるようになり、この信号Ｔout がエンジン
制御ユニット20に対して供給されるようになるものであ
る。この測定出力信号Ｔout は、時間幅を表現したパル
ス状の信号となるものであり、その時間幅をシステムク
ロック信号等によって計数することによって、ディジタ
ルデータとして直接的に利用できるようになる。

そして、上記エンジン制御ユニット20にあっては、上記
吸入空気流量測定信号と共に、エンジン回転数データ、
スロットル開度データ、エンジン負圧データ等を利用し
てエンジンに対する適正燃料噴射量、点火時期等を演算
し、この制御ユニット20によってエンジン制御を実行す
るようになるものである。

ここで、上記吸気管11に流れる吸入空気流量の時間的な
経過状態を見ると、エンジンの動作過程にしたがって第
３図にＧで示すように脈動する状態にある。したがっ
て、上記スタートパルス信号Ｔinを、エンジンの回転に
同期する状態、例えばクランク角１８０゜ＣＡでスター
トパルス信号が発生されるようにすると、この信号Ｔin
が上記吸入空気野脈動に同期する状態となる。このた
め、吸入空気流に脈動があったとしても、その流量測定
タイミングは上記脈動に同期し、吸入空気流量の平均的
な量が第３図にＴout で示すように得られるようにな
る。

したがって、エンジンの高負荷状態で上記吸入空気流量
に発生する脈動が大きい状態である場合に、この空気流
量測定装置の測定出力信号は、吸入空気流量を効果的に
表現した信号として出力されるようになる。

これに対して、上記スタートパルス信号がエンジンの回
転に同期しない状態で周期的に発生されるような場合に
は、第４図に示すように空気流量Ｇに脈動が存在する状
態で、この脈動に関係なく空気流量測定動作が実行され
るようになるものであるため、その測定出力Ｔout は、
ランダムに変化するようになる。したがって、エンジン
高負荷状態の吸入空気流量に大きな脈動が存在するよう
な場合にあっては、スタートパルス信号Ｔout をエンジ
ンの回転に関係なく周期的に発生させると、その測定出
力信号はスタートパルス信号毎に変化するような状態と
なって、エンジン制御に効果的に使用できるような空気
流量測定信号を得ることができない。

しかし、エンジンの低負荷状態、さらに中負荷状態にあ
って、エンジンの回転に同期する状態でスタートパルス
信号Ｔinを発生し、この信号Ｔinに基づいて上記のよう
な測定動作を実行させるようにした場合、このスタート
パルス信号の発生周期が長い状態となり問題がある。例
えば、エンジンの１８０゜ＣＡ毎にエンジン回転同期信
号を発生し、この信号に基づいてスタートパルス信号を
発生するようにすると、例えばエンジンの回転速度が１
０００ｒｐｍの場合、スタートパルス信号が３０ｍｓｅ
ｃ毎に発生されるようになる。すなわち、３０ｍｓｅｃ
毎に吸入空気流量測定動作が実行され、その測定出力信
号Ｔout がエンジン制御ユニット20に対して供給される
ようになる。

エンジンの低回転域では、頻繁なアクセルワークによっ
て加速および減速動作が実行されるものであるため、エ
ンジンの制御情報としては最新の空気流量情報が要求さ
れる。しかし、上記のようにエンジンの低回転状態で、
このエンジン回転に同期する状態で吸入空気流量測定動
作を実行した場合には、最新の吸入空気流量データがエ
ンジン制御ユニット20において得られず、精度の良い噴
射燃料の調量制御を実行することが困難となる。

このため、上記実施例に示した吸入空気流量測定装置に
あっては、特に吸入空気流量に脈動の少ない状態にあ
り、アクセルワークが頻繁に実行される可能性の高いエ
ンジンの低負荷状態において、エンジンの回転に同期す
ることなく、空気流量測定動作を実行させるものであ
る。

第５図は上記のような空気流量測定装置のスタートパル
ス信号Ｔinの発生ルーチンを示しているもので、まずス
テップ101 でエンジンの負荷状態を検出する。そして、
次のステップ102 でこの負荷状態が高負荷状態であるか
否かを判定するもので、高負荷状態と判定された場合に
はステップ103 に進む。そして、このステップ103 で
は、エンジンの特定回転角に対応する信号に基づいて、
すなわち回転同期信号をスタートパルス信号Ｔinとして
出力するものである。また、ステップ102で低・中負荷
状態と判定された場合には、ステップ104 で一定周期で
発生される信号をスタートパルス信号Ｔinとして出力さ
せるようにている。

ここで、ステップ104 で発生される一定周期の信号は、
例えばエンジン制御ユニット20で使用されているシステ
ムクロック信号に基づいて、具体的にはシステムクロッ
ク信号を分周する状態で得られる。そして、その発生周
期はエンジン制御ユニット20で、燃焼調量のための演算
を実行するに要求される、最新の吸入空気流量測定信号
が得られるようにする周期に設定される。この場合、こ
こで設定される周期は、少なくとも低負荷状態における
エンジンの回転周期よりも短い周期に設定されるもので
ある。

第６図は上記ステップ101 および102 における負荷状態
の判定ルーチンについて示したもので、まずステップ20
1 でスロットル開度の状態を判定し、例えばスロットル
開度６０゜以上であるか否かを判定する。スロットル開
度が６０゜以上である場合には次のステップ202 に進
み、エンジン負圧状態を監視し、その負圧が−６０ｍｍ
Ｈｇ以上であるか否かを判定するもので、上記ステップ
201 および202 で共に「イエス」の判定がされた状態で
は、ステップ203 に進んで高負荷状態と判定する。

また、上記ステップ201 および202 のいずれかで「ノ
オ」の判定がされた場合には、ステップ204 で低・中負
荷状態と判定するものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係るエンジン制御装置に用いら
れる空気流量検出装置にあっては、電子的なエンジン制
御ユニットにおいて効果的に利用できるディジタル状態
の吸入空気流量測定信号が得られるものであり、この吸
入空気流量測定信号によって、例えばエンジンに対する
燃料噴射量、点火時期等の演算制御が効率的に実行され
るようになる。この場合、吸入空気流量測定動作は、特
に低・中負荷状態では、最新の測定データが効果的に得
られるように周期的なスタートパルス信号によって空気
流量測定動作が実行され、低回転数状態におけるアクセ
ルワークに対して充分に対応できるようにされている。
ここで、上記吸入空気流には脈動成分が存在し、各スタ
ートパルス信号に対応する測定値には差が存在する状態
となるものであるが、このような負荷状態では吸入空気
流の脈動成分は小さなものであり、あまり問題とはなら
ない。また、吸入空気流量の脈動が大きな状態状態とな
る高負荷状態にあっては、エンジンの回転に同期する状
態で吸入空気流量が測定されるのであるため、吸入空気
流量の平均的な測定値がエンジン制御ユニットに対して
供給されるようになり、適正な燃料調量制御が効果的に
実行されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るエンジンの制御装置
に特に吸入空気流量測定部分を説明する構成図、第２図
は上記測定装置の測定動作を説明する信号波形図、第３
図および第４図はそれぞれ上記測定装置における空気流
量Ｇの状態と測定出力Ｔout との関係を説明する図、第
５図は上記実施例におけるスタートパルス信号設定手段
を説明するフローチャート、第６図は上記同じく負荷判
定手段を説明するフローチャートである。 11……吸気管、12……感温素子、17……トランジスタ
（加熱電力開閉）、18……コンパレータ、19……フリッ
プフロップ回路、20……エンジン制御ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸気管の中に設定された温度抵
   抗特性を有する感温素子と、 特定される周期で発生されるスタートパルス信号にそれ
   ぞれ対応して上記感温素子に対して加熱電力を供給設定
   する手段と、 上記加熱電力によって上記感温素子の温度が特定される
   温度状態まで上昇されたことを検出する手段と、 この手段の検出信号に基づいて上記加熱電力を遮断制御
   し、上記感温素子に対する加熱電力の供給時間幅を表現
   した測定出力信号を発生する手段と、 この測定出力信号に基づいて、上記エンジンの運転制御
   を実行するエンジン制御ユニットと、 上記エンジンの運転状態を検出し、その運転状態が高負
   荷運転状態あるいは低、中負荷運転状態であることを検
   出する手段と、 この運転状態検出手段でエンジンが高負荷状態であるこ
   とを検出する状態で、上記エンジンの回転に同期した信
   号を上記スタートパルス信号として発生させる手段と、 上記運転状態検出手段でエンジンが高負荷状態ではない
   と判断された状態で、少なくともエンジンの回転周期よ
   り短い一定周期のスタートパルス信号を発生する手段と
   を具備し、 上記エンジンの負荷状態に対応して、上記吸入空気量の
   測定周期を設定する上記スタートパルス信号の発生周期
   が変更制御されるようにしたことを特徴とするエンジン
   制御装置に用いられる空気流量検出装置。