JPH0467577B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸入空気量の機関回転数とから求め
られる燃料噴射量を機関に供給し、所望の空燃比
の混合気を内燃機関に供給する装置に係り、特に
吸入空気量の測定に用いられる熱式吸入空気量セ
ンサの流量特性変化に対する学習制御を備えた内
燃機関の空燃比制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、排気公害の防止と共に燃費対策及びドラ
ビリ改善対策として、内燃機関の吸入空気量に対
応した出力信号を出力する熱式吸入空気量センサ
を有し、このセンサの出力信号から高速度で吸入
空気量を測定する吸入空気量測定装置を備えた内
燃機関が採用されている。

上述の吸入空気量測定装置は機関の吸入導管に
流量測定管を設け、この流量測定管内に白金抵抗
線からなる熱線と空気温度を検出する温度依存抵
抗とを有する熱式吸入空気量センサを設け、この
センサの出力信号により吸入空気流量を測定する
ようにした装置である。

しかしながら、上述の吸入空気量測定装置の熱
式吸入空気量センサの出力信号は、吸入空気量と
接触とする熱線の汚れにより流量特性が変化する
ために、特開昭54−76182号公報に示されるごと
く、一定周期毎に熱線を赤熱させ、汚れを燃焼、
除去（バーンオフ）する心配があつた。

また、上述のような熱式吸入空気量センサの汚
れによる特性の変化は、酸素濃度センサを用いた
理論空燃比フイードバツク制御を実行すること
で、フイードバツク制御時、補正が可能なもので
あつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記公報に示されるごとく熱線
の汚れをバーンオフにて除去した場合、熱線が相
当高い温度状態に設定されるために熱線が傷む恐
れがあり、バーンオフを繰り返しが積み重ねられ
ると、熱線自体の温度抵抗特性に変化が生じる恐
れがあるという問題点がある。

また、従来の熱式吸入空気量センサを有する吸
入空気量測定装置は、熱線が一定温度となるよう
に熱線に電流を供給する構成であり、この電流値
は吸入空気量に対応するアナログ値であり、この
電流値を出力信号として出力し吸入空気量を求め
ていた。このため理論空燃比フイードバツク制御
により、熱線の汚れによる流量特性の変化を補正
した場合、フイードバツク制御を実行している時
には流量特性の変化に対する補正が可能である
が、機関状態によりフイードバツク制御を実行し
ていない時には、熱線の汚れの程度が同じであつ
ても、熱式吸入空気量センサから出力される出力
信号と吸入空気量との流量特性の変化率が吸入空
気量に依存して変化するために補正が全く行え
ず、この結果、空燃比が設定値からずれることに
なり、燃費、排気ガス、ドラビリ等が悪化すると
いう問題点がある。

従つて、本発明の目的とするところは、空燃比
フイードバツク制御を実行していない時であつて
も、熱式吸入空気量センサの熱線の汚れ等により
流量特性の変化を充分に補正可能であつて、空燃
比を正確に設定値に合わせられて、従つて熱線の
汚れに対するバーンオフを不要、もしくは実行頻
度を少なくし、燃費向上、排気ガス有害成分の減
少、ドラビリの向上が可能であると共に熱線の損
傷および熱線の特性に変化が生じる恐れを無くし
た内燃機関の空燃比制御装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明において
は、第１２図に示すごとく、内燃機関の吸入空気
通路内に設けられる電熱ヒータに大小２つのレベ
ルの電流を供給し、前記電熱ヒータの温度が複数
個備えられた所定の設定温度に達した時に前記ブ
リツジ回路に供給する電流レベルを切り換えると
共に、前記電熱ヒータの温度が所定の設定温度か
ら他の所定の設定温度にまで達する経過時間を検
出する熱式吸入空気量センサからの前記経過時間
に対応したデジタル信号から吸入空気量を求める
吸入空気量測定手段と、 機関の回転数を検出する回転数検出手段と、 吸入空気量測定手段から得られる吸入空気量と
回転数検出手段から得られる回転数とから理論空
燃比に応じた燃料供給量を求める供給量演算手段
と、 吸入空気量測定手段における経過時間と吸入空
気量との関係の特性変化を機関から得られる信号
により検知し、この特性変化に対する学習値を求
め、記憶する学習手段と、 供給量演算手段にて求められる供給量を学習手
段にて求められる学習値により補正し、供給量を
決定する供給量決定手段と、 供給量決定手段により決められた供給量を機関
に供給する燃料供給手段とを備えた内燃機関の空
燃比制御装置としている。

〔実施例〕

以下、この発明を図に示す実施例により説明す
る。

第１図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装
置の一実施例を示す全体概要図である。第１図に
おいて、エンジン１は自動車用の火花点火式エン
ジンであつて、燃焼用の空気はエアクリーナ２、
整流格子１２、熱式吸入空気量センサ（以下「吸
入空気量センサ」という）３、吸入導管４を経
て、エンジン１の燃焼室に吸入される。吸入導管
４には運転者により任意に操作されるスロツトル
弁５が設けられている。燃料は吸入導管４に設置
された燃料噴射弁６から噴射供給される。燃料と
空気から成る混合気はエンジン１の燃焼室で燃焼
し、排気導管７を経て大気中に放出される。また
排気導管７には酸素濃度センサ１１が設けられて
いる。

制御回路１０はエンジン１の運転状態に応じて
エンジン１への燃料供給量を演算し燃料噴射弁６
を駆動し、エンジン１への燃料供給量を制御する
ものである。制御回路１０の入力にはエンジン１
の吸入空気量を検出する吸入空気量センサ３、基
準センサ８、角度センサ９、及び排気導管７にお
ける空燃比検出用の酸素濃度センサ１１の各信号
が入力されている。

上記の基準センサ８、角度センサ９としては、
例えば公知の磁気抵抗素子を用いており、磁性体
であるデイストリビユータ内蔵の鉄片及びフライ
ホイールの歯の凹凸により磁気回路が変化して信
号が出力される。このフライホイールは30゜CA周
期の歯が切つてある。この結果、基準センサ８か
らは720゜CA周期のTDC信号が出力され、角度セ
ンサ９からは30゜CA周期の角度信号が出力され
る。

同じく上記の酸素濃度センサ１１は公知のジル
コニアを材料に使用しており、排気ガス中の酸素
濃度を検知することにより、エンジン１の空燃比
Ａ／Ｆに応じて酸素濃度センサ１１の出力電圧は
第９図に示す様に変化し、特に理論空燃比14.7付
近で急変する。

また吸入空気量センサ３は、後で説明するよう
に吸入空気量に応じたデジタル信号を出力する。

次に制御回路１０について第１０図により構成
を説明する。図示の制御回路１０はCPU（セント
ラル・プロセツシング・ユニツト）１０７、
ROM（リード・オンリー・メモリー）１０８、
RAM（ランダム・アクセス・メモリー）１０９
等の装置を有する燃料噴射式のエンジン制御シス
テムをマイクロコンピユータで構成したものであ
つて、１０４，１０６，１１０，１１１はそれぞ
れこの制御回路１０に設けられたデジタル入力、
整形回路、デジタル出力、及び駆動回路である。

基準センサ８、クランク角センサ９、吸入空気
量センサ３から出力されたデジタル信号はデジタ
ル入力１０４にそれぞれ入力される。酸素濃度セ
ンサ１１から出力されたアナログ信号は整形回路
１０６で波形整形された後にデジタル入力１０４
に入力される。

デジタル出力１１０の出力信号は駆動回路１１
１を介して燃料噴射弁６に接続される。

基準センサ８からのTDC信号とクランク角セ
ンサ９からの回転角信号に基づいてCPU１０７
はクランク角度を計算し、種々の演算に利用する
と共にエンジン１の回転数Ｎを求める。また
CPU１０７は、吸入空気量センサ３のデジタル
出力信号のパルス幅を計測し、このパルス幅から
リニアライズ処理を経て吸入空気量Ｇを求め、こ
の吸入空気量Ｇ及び回転数Ｎを燃料供給量計算に
用いる。

CPU１０７において計算された燃料供給量に
応じた噴射時間信号はデジタル出力１１０、駆動
回路１１１を介して出力され、この信号に応じて
燃料噴射弁６は、所望時間、開弁するよう駆動さ
れる。

酸素濃度センサ１１の出力は第９図のようにデ
ジタル的な電圧出力が得られるので、整形回路１
０６で整形されデジタル入力１０４を介して
CPU１０７に読み込まれ、CPU１０７にて排気
ガス中に残存する酸素濃度から燃料混合気の空燃
比が理論空燃比14.7と比較して大きいか小さいか
を判断する。

また、ROM１０８はメインルーチン、燃料噴
射時間演算ルーチン等のプログラム、これらプロ
グラムの処理に必要な定数、マツプデータ等を記
憶しており、RAM１０９は一時的なデータを記
憶するものである。

次に、前述の吸入空気量センサ３について説明
する。第１図の空気流量センサ３付近の部分を拡
大して第２図に示す。

第２図において整流格子１２とスロツトル弁５
との間には、吸入導管４の軸方向とほぼ平行に小
型の流量測定管１３が支柱１４により固定設置さ
れている。この流量測定管１３内には白金抵抗線
からなる電熱ヒータ１５が設けられており、この
電熱ヒータ１５からやや離れた電熱ヒータ１５の
熱を検知しない位置に白金薄膜抵抗素子からなる
温度補償用抵抗１６が設けられている。

電熱ヒータ１５は、第３図に示すように流量測
定管１３の内側に取り付けたフツクで白金抵抗線
を固定した構造であり、また温度補償用抵抗１６
は、第４図に示すように流量測定管１３の内側に
取付けたステー上に白金薄膜抵抗素子を固定した
構造である。

第５図に吸入空気量センサの全電子回路とセン
サ制御回路２０を示す。

アナログスイツチ２０１の入力端子ｉには基準
電圧Vr₂を印加してある。またアナログスイツチ
２０２の入力端子ｉは基準電圧Vr₁を印加してあ
る。そしてアナログスイツチ２０１の出力端子ｏ
とアナログスイツチ２０２の出力端子ｏは共通に
してオペアンプ２０３の非反転入力端子ｃに接続
してある。オペアンプ２０３の出力端子はパワー
トランジスタ２０４のベース端子に接続してあ
る。ブリツジ回路３０は電熱ヒータ１０と温度補
償用抵抗１１と抵抗３０１，３０１，３０３，３
０４とで構成されており、ブリツジ入力端子Ｂ
１、ブリツジ出力端子Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を有して
いる。パワートランジスタ２０４のエミツタ端子
はブリツジ回路３０のブリツジ入力端子Ｂ１に、
オペアンプ２０３の反転入力端子とコンパレータ
２０７の反転入力端子に共通にしてデジタル出力
端子Ｂ２に、アナログスイツチ２０５の入力端子
ｉはブリツジ出力端子Ｂ３に、アナログスイツチ
２０６の入力端子ｉはブリツジ出力端子Ｂ４に
各々接続してあり、抵抗３０１，３０４は共通し
て接地してある。アナログスイツチ２０５の出力
端子ｏとアナログスイツチ２０６の出力端子ｏは
共通にしてコンパレータ２０７の非反転入力端子
に接続してある。アナログスイツチ２０２のコン
トロール端子ｃとアナログスイツチ２０５のコン
トロール端子ｃとインバータ２０８の入力端子と
信号出力端子２９０とは共通にしてコンパレータ
２０７の出力端子Ａに接続してある。アナログス
イツチ２０１のコントロール端子ｃとアナログス
イツチ２０６のコントロール端子ｃは共通にして
インバータ２０８の出力端子に接続してある。

パワートランジスタ２０４のコレクタ端子はバ
ツテリ２１の正極端子に接続してあり、電流を供
給し、また、バツテリ２１の負極端子は接地して
ある。なお図中には示さないが、アナログスイツ
チ２０１，２０２，２０５，２０６とオペアンプ
２０４とコンパレータ２０７とインバータ２０８
の電源もバツテリ２１から供給するように接続し
てある。

次に、吸入空気量センサ３の作動を説明する。

スロツトル弁５の開度により決定される所定量
空気は、エアクリーナ２から吸入導管４を通りエ
ンジン１に吸入される。この総吸入空気のうち一
定割合の空気が流量測定管１３内を通過してエン
ジン１に吸入される。

そして、流量測定管１３内において電熱ヒータ
１５の発熱の影響を受けない位置にある温度補償
用抵抗１６は空気の温度のみの影響を受ける。ま
た、電熱ヒータ１５の温度は通電により発熱する
が吸入空気により冷却される。

次に、第５図に示した吸入空気量センサの全電
子回路の動作を、第６図に示すタイムチヤートを
用いて説明する。

まず、時刻t₀における動作状態について述べ
る。この時点で、コンパレータ２０７の出力端子
Ａの論理レベルが第６図７に示す如く“Ｌ”レベ
ルであるとすると、この信号レベルがインバータ
２０８で反転される“Ｈ”レベルの信号がアナロ
グスイツチ２０１のコントロール端子ｃに印加さ
れるので、アナログスイツチ２０１は“ON”状
態であり、第６図５に示す如く基準電圧Vr₂がア
ナログスイツチ２０１を経由してオペアンプ２０
３の非反転入力端子に印加される。なお、この時
刻t₀では第６図７に示す如くコンパレータ２０７
の出力端子Ａのレベルが“Ｌ”レベルであり、こ
の信号レベルがアナログスイツチ２０２のコント
ロール端子ｃに印加されるので、アナログスイツ
チ２０２は“OFF”状態である。オペアンプ２
０３とパワートランジスタ２０４と電熱ヒータ１
５と抵抗３０１とからなる電子回路は定電流回路
を構成しており、この定電流回路は、抵抗３０１
の両端電圧とオペアンプ２０３の非反転入力端子
Ｃの電圧Vcとが等しくなるように作動し、この
とき抵抗３０１に流れる電流、すなわち電熱ヒー
タ１５に流れる電流I_Hは次式で示される。

I_H＝（Vr₂）／（R₃₀₁） ……(1) ただし、R₃₀₁は抵抗３０１の抵抗値。

ここで、電熱ヒータ１５に流れる電流I_Hの値は
電熱ヒータ１５の温度T_Hが吸入空気による冷却
作用に打ち勝つて温度上昇するに足るだけの大電
流値に設定しておく。従つて、電熱ヒータ１５の
温度T_Hは、第６図１に示す如く時間の経過とと
もにある傾斜をもつて直線的に増加していく。

また電熱ヒータ１５の抵抗値R_Hはある一定の
温度係数K_Hを持つており、電熱ヒータ１５の温
度T_Hに応じて次式に示す関係で変化する。

R_H＝R_HO×（１＋K_H×T_H） ……(2) ただし、R_HOは０℃のときの電熱ヒータ１５の
抵抗値。K_H＞０。

従つて、ブリツジ入力端子Ｂ１の電圧V_B1は抵
抗３０１の両端電圧と電熱ヒータ１０の両端電圧
を加算したものであるから、(1)、(2)式を用いて次
式で表せる。

V_B1＝Vr₂＋Vr₂ ×R_HO×（１＋K_H×T_H）／R₃₀₁ ……(3) そして、(3)式において温度係数K_H＞０である
から、電熱ヒータ１５の温度T_Hの増加に応じて
ブリツジ入力端子Ｂ１の電圧V_B1は第６図６に示
す如く増加する。

ところで、温度補償用抵抗１６に流れる電流
は、温度補償用抵抗１６の温度T_Aが温度補償用
抵抗１６の発熱量により空気温度より高くなるこ
とが無いように抵抗３０２，３０３，３０４の各
抵抗値を設定して小さいものとしてあり、温度補
償用抵抗１６の温度T_Aは空気温度と見ても差し
支えないものとしてある。そして温度補償用抵抗
１６の抵抗値R_Aはある一定の温度係数K_Aを持つ
ており、吸入空気温度T_Aと同一温度状態である
と見なせる温度補償用抵抗１６の抵抗値R_Aは次
式で与えられる。

R_A＝R_AO×（１＋K_A×T_A） ……(4) ただし、R_AOは０℃のときの温度補償用抵抗１
６の抵抗値。K_A＞０。

ここで、この温度補償用抵抗１６と電熱ヒータ
１５と抵抗３０１，３０２，３０３，３０４で構
成されるブリツジ回路３０のブリツジ出力端子Ｂ
４−Ｂ２間の電圧△２は第６図３に示す如くマイ
ナス電圧であるように設定してある。

時刻t₀においては第６図７に示す如くコンパレ
ータ２０７の出力端子Ａのレベルが“Ｌ”レベル
であり、この信号レベルがインバータ２０８で反
転されて“Ｈ”レベルの信号がアナログスイツチ
２０６のコントロール端子ｃに印加されるので、
アナログスイツチ２０６は“ON”状態であり、
ブリツジ出力端子Ｂ４の電圧がアナログスイツチ
２０６を経由してコンパレータ２０７の非反転入
力端子に印加される。従つて、時刻t₀においては
コンパレータ２０７の入力電圧△V₁は第６図２
に示す如く、第６図３に示すブリツジ出力端子Ｂ
４−Ｂ２間の電圧△V₂に等しくなりマイナス電
圧となる。この結果コンパレータ２０７の出力端
子Ａのレベルは第６図７に示す如く、時刻t₀にお
いては“Ｌ”レベルが維持される。

なお、この時刻t₀では第６図７に示す如くコン
パレータ２０７の出力端子Ａのレベルが“Ｌ”レ
ベルであり、この信号レベルがアナログスイツチ
２０５のコントロール端子ｃに印加されるので、
アナログスイツチ２０５は“OFF”状態である。

時刻t₁になると、電熱ヒータ１５の温度T_Hは第
６図１に示す如く第１の設定温度T₁まで増加し、
電熱ヒータ１５の温度上昇により、(2)式の関係か
ら電熱ヒータ１５の抵抗値R_Hは次式で示される
R_H1まで増加する。

R_H1＝R_HO×（１＋K_H×T₁） ……(5) ここで、時刻t₁において第６図３に示す如くブ
リツジ出力端子Ｂ４−Ｂ２間の電圧△V₂が0Vに
なるように抵抗３０２，３０３，３０４の抵抗値
R₃₀₂，R₃₀₃，R₃₀₄をそれぞれ設定してある。すな
わち、時刻t₁においてブリツジ回路３０がバラン
ス状態になるのであるから、明らかに次式が成立
する。

（R_A＋R₃₀₂＋R₃₀₃）×R₃₀₁＝R_H1×R₃₀₄ ……(6) 時刻t₁において第６図３に示す如くブリツジ出
力端子Ｂ４−Ｂ２間の電圧△V₂が0Vを越える
と、この△V₂と同電圧が印加されているコンパ
レータ２０７の入力電圧△V₁も第６図２に示す
如く0Vを越える。この結果、時刻t₁においてコ
ンパレータ２０７の出力端子Ａのレベルは第６図
７に示す如く“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変
化する。この変化に対応してアナログスイツチ２
０１は、インバータ２０８を介して“Ｌ”レベル
の信号がコントロール端子ｃに印加されて
“OFF”状態になり、代わつてアナログスイツチ
２０２が“Ｈ”レベルの信号がコントロール端子
ｃに印加されるために“ON”状態になるので、
第６図５に示す如く基準電圧Vr₂に代わつて基準
電圧Vr₁がオペアンプ２０３の非反転入力端子Ｃ
に印加される。このとき抵抗３０１に流れる電
流、すなわち電熱ヒータ１５に流れる電流I_Hは(1)
式中のVr₂をVr₁に変更して次式で表せる。

I_H＝（Vr₁）／（R₃₀₁） ……(7) また、ブリツジ入力端子Ｂ１の電圧V_B1は(3)式
中のVr₂をVr₁に変更して次式で表せる。

V_B1＝Vr₁＋Vr₁ ×R_HO×（１＋K_H×T_H）／R₃₀₁ ……(8) ところで、時刻t₁においては第６図７に示す
“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルへの変化に対応し
てアナログスイツチ２０６は“OFF”状態にな
り、代わつてアナログスイツチ２０５が“ON”
状態になるので、ブリツジ出力端子Ｂ４の電圧の
代わりにブリツジ出力端子Ｂ３の電圧がアナログ
スイツチ２０５を経由してコンパレータ２０７の
非反転入力端子に印加される。従つて、時刻t₁以
降はコンパレータ２０７の入力電圧△V₁は第６
図２に示す如く、第６図４に示すブリツジ出力端
子Ｂ３−Ｂ２間の電圧△V₃に等しくなりプラス
電圧となる。この結果、コンパレータ２０７の出
力端子Ａのレベルは第６図７に示す如く、時刻t₁
以降は“Ｈ”レベルを維持する。

基準電圧Vr₁は電熱ヒータ１５の電流I_Hが充分
小さくなる様な値に設定してあり、この電流I_Hに
よる電熱ヒータ１５の発熱量よりも吸入空気が冷
却作用により奪う熱量の方が大きい。従つて、電
熱ヒータ１５の温度T_Hは、第６図１に示す如く
時刻t₁以降は時間の経過とともにある傾斜をもつ
て直線的に減少する。

時刻がt₂になると、電熱ヒータ１５の温度T_Hは
第６図１に示す如く第２の設定温度T₂まで減少
し、電熱ヒータ１５の温度低下により、(2)式の関
係から電熱ヒータ１５の抵抗値R_Hは次式で示さ
れるR_H2まで減少する。

R_H2＝R_HO（１＋K_H×T₂） ……(9) ここで、時刻t₂において第６図４に示す如くブ
リツジ出力端子Ｂ３−Ｂ２間の電圧△V₃が0Vに
なるように抵抗３０２，３０３，３０４の抵抗値
R₃₀₂，R₃₀₃，R₃₀₄を設定してある。すなわち、時
刻t₂においてブリツジ回路３０がバランス状態に
なるのであるから、明らかに次式が成立する。

（R_A＋R₃₀₂）×R₃₀₁＝R_H2×（R₃₀₃＋R₃₀₄） ……(10) 時刻t₂において第６図４に示す如くブリツジ出
力端子Ｂ３−Ｂ２間の電圧△V₃が0Vを切ると、
この△V₃と同電圧が印加しているコンパレータ
２０７の入力電圧△V₁も第６図２に示す如く0V
を切る。この結果、時刻t₂においてコンパレータ
２０７の出力端子Ａのレベルは第６図７に示す如
く“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化する。こ
の変化に対応してアナログスイツチ２０２は
“Ｌ”レベルの信号がコントロール端子ｃに印加
されて“OFF”状態になり、代わつてアナログ
スイツチ２０１がインバータ２０８を介して
“Ｈ”レベルの信号がコントロール端子ｃに印加
されて“ON”状態になるので、第６図５に示す
如く基準電圧Vr₁に代わつて基準電圧Vr₂がオペ
アンプ２０３の非反転入力端子Ｃに印加される。
このとき抵抗３０１に流れる電流、すなわち電熱
ヒータ１５に流れる電流I_Hは(1)式で表される。ま
た、ブリツジ入力端子Ｂ１の電圧V_B1は(3)式で表
される。

ところで、時刻t₂において第６図７に示す
“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルへの変化に対応し
てアナログスイツチ２０５は“OFF”状態にな
り、代わつてアナログスイツチ２０６が“ON”
状態になるので、ブリツジ出力端子Ｂ３の電圧の
代わりにブリツジ出力端子Ｂ４の電圧がアナログ
スイツチ２０６を経由してコンパレータ２０７の
非反転入力端子に印加される。従つて、時刻t₂以
際はコンパレータ２０７の入力電圧△V₁は第６
図２に示す如く、第６図３に示すブリツジ出力端
子Ｂ４−Ｂ２間の電圧△V₂に等しくなりマイナ
ス電圧となる。この結果、コンパレータ２０７の
出力端子Ａのレベルは第６図７に示す如く、時刻
t₂以降は“Ｌ”レベルを維持する。時刻t₂以降は
再び(1)式で与えられる電流I_Hが電熱ヒータ１５に
流れて発熱量が増加し、第６図１に示す如く電熱
ヒータ１５の温度T_Hは、時間の経過とともにあ
る傾斜をもつて直線的に増加していく。そして時
刻t₀と同じ状態を経由して時刻t₃には電熱ヒータ
１５の温度T_Hは第１の設定温度T₁に達する。

以上の動作を繰り返し行うことにより、第６図
１に示す如く電熱ヒータ１５の温度T_Hは設定温
度T₁とT₂の間で三角波状の波形を生じ、これに
対応して第６図７に示す流量信号出力端子２９０
からは“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルを交互に繰り
返すパルス列の流量出力信号を出力する。このパ
ルス列の“Ｈ”レベル期間tfは第６図１の電熱ヒ
ータ１５の温度T_Hが減少する期間、すなわち吸
入空気により電熱ヒータ１５が冷却される期間に
相当し、また“Ｌ”レベル期間trは電熱ヒータ１
５が加熱される期間であることは明らかである。

次に、前期流量出力信号の“Ｈ”レベル期間tf
と吸入空気量Ｇの関係について述べる。

第６図１に示す如く、“Ｈ”レベル期間tf中、
電熱ヒータ１５の温度T_Hは時間の経過とともに
減少する。この減少の速さは、電熱ヒータ１５に
蓄積されている熱量が吸入空気の冷却効果で奪わ
れる割合によつて決定され、この冷却効果は吸入
空気量Ｇが大きい時は大きく、小さい時は小さ
い。

従つて、吸入空気量Ｇが大きい時は電熱ヒータ
１５の温度T_Hの減少は速いので、“Ｈ”レベル期
間tfは小さく、これに対して吸入空気量Ｇが小さ
い時は“Ｈ”レベル期間tfは大きくなる。このtf
の流量特性を第７図に示す。ここで、吸入空気に
よる電熱ヒータ１５の冷却は“Ｈ”レベル期間tf
の期間中継続しており、吸入空気の流れに乱れが
あつても、電熱ヒータ１５の近傍を通過した空気
の時々刻々変化する流量が電熱ヒータ１５の温度
T_Hの減少に寄与し、“Ｈ”レベル期間tfの期間中
時々刻々の流量を電熱ヒータ１５の温度T_Hの減
少分として積分することになる。従つて、“Ｈ”
レベル期間tfの値は“Ｈ”レベル期間tfにおける
吸入空気量Ｇの真の平均値に極めて近い値に対応
する。この積分効果により、空気流の乱れに起因
するリツプル成分が除去できるので、“Ｈ”レベ
ル期間tfから第７図に示すtfの流量特性に従つて
吸入空気量Ｇを求めた場合、リツプル成分の無い
安定した空気流量を求めることができる。

また、流量出力信号“Ｈ”レベル期間のパルス
幅から空気流量を求める場合、このパルス幅は流
量が大きくなると小さくなることから、空気流量
と出力パルス幅の関係が双曲線関数に近似し、空
気流量が小さい時の読み取り精度が低下せず、エ
ンジン低回転時も高精度の流量信号が得られる。

ところで、吸入空気温度T_Aが変化した場合、
第７図に示す流量特性が変化しないように温度補
正する必要がある。この温度補償を行うために温
度補償用抵抗１６を設けてあり、電熱ヒータ１５
とともにブリツジ回路３０を構成してある。そこ
で、この温度補償機構について次に述べる。

前記温度補償機構の基本は、吸入空気温度T_A
が変化しても設定温度T₂との差（T₂−T_A）が変
化しない条件、すなわち、 T₂−T_A＝const ……(11) ２つの設定温度T₁とT₂の差（T₁−T₂）が変化
しない条件、すなわち、 T₁−T₂＝const ……(12) 以上の２つの条件を満足するようにブリツジ回
路３０を構成する各素子の定数を設定することで
ある。

（T₂−T_A）を一定にする目的は電熱ヒータ１
５と吸入空気との間の熱伝達係数を一定にするこ
とであり、また（T₁−T₂）を一定にする目的は
期間tf又は期間trの期間内に電熱ヒータ１５から
吸入空気に伝達する総熱量を一定にすることにあ
り、これら熱伝達係数と総熱量を一定にすれば吸
入空気温度T_Aが変化しても期間tf又は期間trは変
化せず、従つて温度特性が補償される。

次に、前記(11)、(12)式を満足するブリツジ回路３
０を構成する素子の定数について述べる。まず(11)
式の条件を明らかにする。電熱ヒータ１５の温度
T_Hが第２の設定温度T₂になつた時に成立する条
件は前記(9)，(10)式である。

R_H2＝R_H0×（１＋K_H×T₂） ……(9) （R_A＋R₃₀₂）×R₃₀₁ ＝R_H2×（R₃₀₃＋R₃₀₄） ……(10) またR_Aは前記(4)式で与えられる。

R_A＝R_A0×（１＋K_A×T_A） ……(4) (4)，(9)式を(10)式に代入してR_A、R_H2を消去、整
理して次式を得る。

T₂＝〔｛R_A0×（１＋K_A×T_A）＋R₃₀₂） ×R₃₀₁−R_H0×（R₃₀₃＋R₃₀₄）〕 ／｛R_H0×K_H×（R₃₀₃×R₃₀₄）｝ ……(13) (13)式を(11)に代入してT₂を消去、整理し、分子
に注目すると次式が得られる。

｛R_A0×K_A×R₃₀₁−R_H0×K_H ×（R₃₀₃＋R₃₀₄）｝×T_A＋（R_A0＋R₃₀₂） ×R₃₀₁−（R₃₀₃−R₃₀₄）×R_H0＝const ……(14) (14)式において、右辺が不変であるから左辺も不
変でなくてはならない。ところが吸入空気温度
T_Aは変数であるから、T_Aの係数は０である必要
がある。すなわち、 R_A0×K_A×R₃₀₁−R_H0×K_H ×（R₃₀₃＋R₃₀₄）＝０ ……(15) (15)式を変形すると、 ∴（R_A0×K_A）／（R_H0×K_A） ＝（R₃₀₃＋R₃₀₄）／R₃₀₁ ……(16) (16)式の意味するところは、電熱ヒータ１５の０
℃の時の抵抗値R_H0と温度係数K_Hを掛け合わせた
値R_H0×K_Hと、温度補償用抵抗１６の０℃の時の
抵抗値R_A0と温度係数K_Aを掛け合わせた値R_A0×
K_Aとの比が、抵抗３０１の抵抗値R₃₀₁と、抵抗
３０３と抵抗３０４とのそれぞれの抵抗値を加算
した値（R₃₀₃＋R₃₀₄）との比に等しくなくなるよ
うに設定すれば、吸入空気温度T_Aのいかんにか
かわらず(11)式を満足することができることであ
る。

次に、(12)式の条件を明らかにする。

電熱ヒータ１５の温度T_Hが第１の設定温度T₁
になつた時に成立する条件は前記(5)，(6)式であ
る。

R_H1＝R_H0×（１＋K_H×T₁） ……(5) （R_A＋R₃₀₂＋₃₀₃）×R₃₀₁＝R_H1×₃₀₄ ……(6) (4)、(5)式を(6)式に代入してR_A、R_H1を消去、整
理して次式を得る。

T₁＝〔｛R_R0×（１＋K_A×T_A）＋R₃₀₂ ＋R₃₀₃｝×R₃₀₁−R_H0×R₃₀₄〕 ／（R_H0×K_H×R₃₀₄） ……(17) (13)、(17)式を(12)式に代入してT₁、T₂を消去、整
理して次式を得る。

∴〔｛R₃₀₁×R₃₀₃）／｛R_H0×K_H×R₃₀₄ ×（R₃₀₃＋R₃₀₄）｝〕×｛（R₃₀₂＋R₃₀₃ ＋R₃₀₄＋R_A0）＋R_A0×K_A×T_A｝ ＝const ……(18) (18)式の意味するところは、吸入空気温度T_Aが
変化しても（R_A0×K_A×T_A）の項が（R₃₀₂＋R₃₀₃
＋R₃₀₄＋R_A0）に比べて非常に小さく設定すれば、
(18)式の左辺は一定と見なすことができる。従つ
て、(12)式を満足することができる。

以上の温度補償条件の検討から、(16)、(18)式に従
つてブリツジ回路３０を構成する各素子の定数を
設定すれば、吸入空気温度T_Aが変化しても第７
図に示す流量特性が変化せず、温度特性を補償す
ることができることが明らかである。

ところで、電熱ヒータ１５の表面に埃等が付着
し、汚れると、吸入空気量センサ３から出力され
るデジタル信号の“Ｈ”レベル期間tfに対する吸
入空気量Ｇの流量特性は変化する。

しかしながら、上記吸入空気量センサ３から出
力されるデジタル信号の“Ｈ”レベル期間tfの電
熱ヒータ１５の表面が汚れていない場合と、汚れ
ている場合との比は、吸入空気量Ｇとは全く無関
係に汚れのみ応じて第８図に示すごとく変化する
という特性を有している。この理由は、電熱ヒー
タ１５の表面の汚れが電熱ヒータ１５と吸入空気
との間の熱伝達係数を小さくするためであり、こ
の熱伝達係数を小さくする現象は吸入空気量Ｇに
依存しないからである。

以上の点を考慮して、本実施例では酸素濃度セ
ンサ１１から出力信号から制御回路１０にて空燃
比を求め、燃料供給量を理論空燃比に見合うよう
にフイードバツク制御すると共に、フイードバツ
ク制御時に求められる電熱ヒータ１５の表面の汚
れによる空燃比のずれに対する学習値をRAM１
０９に記憶し、フイードバツク制御が実行されな
い時に電熱ヒータ１５の汚れていない時に応じて
設定された理論空燃比に応じた燃料供給量に対
し、学習値により補正して燃料供給量を決定する
ように構成してある。

次に、上記構成においてその動作を第１１図の
フローチヤートを参照して説明する。

第１１図のフローチヤートはメインルーチンの
一部もしくは所定クランク角毎に実行される割り
込みルーチンである。スタートステツプ７０１か
らステツプ７０２に進み、整形回路１０６から酸
素濃度センサ１１のデータＤを取り込む。ステツ
プ７０３では吸入空気量センサ３の出力信号の
“Ｈ”レベル期間tfを１ステツプ７０４では角度
センサ９の出力信号から回転数Ｎを取り込む。ス
テツプ７０５では、第７図に基づく吸入空気量の
“Ｈ”レベル期間tfの電熱ヒータ１５の汚れてい
ない状態に対応して設定された１次元マツプ
MAP１よりリニアライズを行い、吸入空気量Ｇ
を求める。次にステツプ７０６にて、現在のエン
ジン１の状態に見合つた演算係数K₁を用いてF1
＝K₁×Ｇ／Ｎの演算により電熱ヒータ１５の表
面の汚れていない状態での理論空燃比に応じて燃
料供給量Ｆ１を求める。

ステツプ７０７では、吸入空気量Ｇが設定値
G_AとG_Bとの間にあれば（G_A＜Ｇ＜G_B）、ステツ
プ７０８，７０９，７１０，７１１に示す理論空
燃比補正ルーチンに進み、そうでなければ該補正
ルーチンをジヤンプしてステツプ７１２に進む。
ステツプ７０８では、酸素濃度センサ１１のデー
タＤが“１”であれば空燃比Ａ／Ｆがリツチであ
るから、ステツプ７０９にてRAM１０９内に記
憶されている前回の補正値K₂₀に対しαだけ減算
し今回の補正値K₂を求める。逆にＤが“０”で
あればリーンであるから、ステツプ７１０にて前
回の補正値K₂₀に対しαだけ減算し今回の補正値
K₂を求める。ただしαはある定数である。そし
てステツプ７０９，７１０にて求められた今回の
補正値K₂は補正値K₂₀としてRAM１０９内に記
憶される。

ところで上記の理論空燃比補正ルーチンは、フ
イードバツク制御実行時、すなわちステツプ７０
７でG_A＜Ｇ＜G_Bである時、以下のステツプ７０
８，７０９，７１０，７１１にてこれらのステツ
プを通過するたびに、その時の空燃比に対する補
正を行うルーチンであると共に、ステツプ７０７
にてG_A＜Ｇ＜G_Bでないと判断されたオープン制
御時における電熱ヒータ１５の表面の汚れによる
空燃比のずれに対する学習値の設定ルーチンをも
兼ねている。すなわち、ステツプ７０６にて設定
された電熱ヒータ１５の表面の汚れていない状態
での理論空燃比に応じた燃料供給量に対してステ
ツプ７０８，７０９，７１０にて理論空燃比から
のずれに応じた学習値（補正値K₂）を設定し、
ステツプ７１１にてK₂₀として学習値を記憶する
ようになつている。

次にステツプ７１２にて、RAM１０９に記憶
されたK₂₀によりステツプ７０６にて求められた
燃料供給量Ｂ１に対して理論空燃比からのずれに
応じた補正を行い燃料供給量を決定し、決定され
た燃料供給量に応じた燃料噴射弁６の開弁時間τ
が設定される。ステツプ７１３ではステツプ７１
２にて設定された燃料噴射弁６の開弁時間τに相
当するパルス信号をデジタル出力１１０に出力す
る。この結果、駆動回路１１１は開弁時間τに見
合う時間だけ燃料噴射弁６を開弁させて、燃料を
噴射、供給する。そしてステツプ７１４にて本ル
ーチンを終了する。

すなわち、上述のルーチンにおいては、吸入空
気量ＧがG_A＜Ｇ＜G_Bにある時は、ステツプ７０
９〜７１２の演算により燃料噴射弁６からエンジ
ン１に供給される燃料供給量は、理論空燃比状態
に維持ささるようにフイードバツク制御され、ま
た吸入空気量ＧがG_A＜Ｇ＜G_Bでない時は、G_A＜
Ｇ＜G_Bであつた時に求められ、記憶されていた
K₂₀を電熱ヒータ１５の表面の汚れに対する学習
値としてステツプ７０６にて求められた電熱ヒー
タ１５の表面の汚れていない状態に対して理論空
燃比に応じて設定された燃料供給量を補正してい
る。

そして、本実施例での電熱ヒータ１５の表面の
汚れに対する吸入空気量センサ３からの出力信号
の流量特性の変化は、第８図に示すごとく、吸入
空気量Ｇに依存しておらず、従つてこの吸入空気
量Ｇを電熱ヒータ１５の表面の汚れていない状態
の値として理論空燃比に対応して求められた燃料
供給量は一定の割合で初期の電熱ヒータ１５の表
面の汚れていない状態の量とずれており、フイー
ドバツク制御時に求められる学習値によりフイー
ドバツク制御が行われていない時も充分に理論空
燃比に維持できる。

上記実施例では、ステツプ７０７にて所定範囲
内に吸入空気量Ｇがある時に、理論空燃比補正ル
ーチン（学習値設定ルーチン）を実行するように
構成していたが、エンジン１の冷却水温、排気ガ
スの温度、酸素濃度センサ１１の状態等により実
行する、しないを判断してもかまわない。

また上記実施例では、学習値設定ルーチンを理
論空燃比補正ルーチンに兼用させていたが、電熱
ヒータ１５の表面の汚れは経時的に変化するもの
であるから、常時、学習値を設定する必要は無
く、従つて、理論空燃比補正ルーチンと学習値の
設定ルーチンとを別々に実行してもかまわない。
つまり、所定の理論空燃比に対するフイードバツ
ク条件にある時に理論空燃比補正ルーチンを実行
し、この理論空燃比補正ルーチンとは別に、吸入
空気流量Ｇが安定した流量状態であつて、エンジ
ン１の水温、回転数、排気ガス温度等が安定して
エンジン１の状態が安定した状態であり、酸素濃
度センサ１１の状態が安定している等の種々の条
件を満たした時のみ実行するようにして学習値を
設定しRAM１０９に記憶させておき、理論空燃
比へのフイードバツク制御が実行されない時にこ
の学習値により燃料供給量に対する補正を行つて
もかまわない。

なお、上記実施例においては、学習値はRAM
１０９に記憶させておくのであるが、学習値を記
憶させておくRAMはエンジン停止後もこの学習
値を記憶させておく方が好ましく、従つて学習値
を記憶させておくRAMは不揮発性のRAMを用
いる方が好ましい。

また、上記実施例構成によれば、電熱ヒータ１
５の表面の汚れに対する学習値を用いて、理論空
燃比に対応したフイードバツク制御が行われてい
ない時、燃料供給量を補正することで、電熱ヒー
タ１５の表面の汚れに対して充分に対処できるの
であるが、電熱ヒータ１５の表面の汚れが極めて
大きくなり、吸入空気量センサ３の出力応答性が
悪くなつた場合にはバーンオフを実行してもかま
わない。なおこの時、バーンオフにより汚れが取
り去られるため、RAM１０９の学習値は初期化
しておく必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては、内燃
機関の吸入空気通路内に設けられる電熱ヒータに
大小２つのレベルの電流を供給し、前記電熱ヒー
タの温度が複数個備えられた所定の設定温度に達
した時に前記ブリツジ回路に供給する電流レベル
を切り換えると共に、前記電熱ヒータの温度が所
定の設定温度から他の所定の設定温度にまで達す
る経過時間を検出する熱式吸入空気量センサから
の前記経過時間に対応したデジタル信号から吸入
空気量を求める吸入空気量測定手段と、 機関の回転数を検出する回転数検出手段と、 吸入空気量測定手段から得られる吸入空気量と
回転数検出手段から得られる回転数とから理論空
燃比に応じた燃料供給量を求める供給量演算手段
と、 吸入空気量測定手段における経過時間と吸入空
気量との関係の特性変化を機関から得られる信号
により検知し、この特性変化に対する学習値を求
め、記憶する学習手段と、 供給量演算手段にて求められる供給量を学習手
段にて求められる学習値により補正し、供給量を
決定する供給量決定手段と、 供給量決定手段により決められた供給量を機関
に供給する燃料供給手段とを備えた内燃機関の空
燃比制御装置とし、上記吸入空気量センサが吸入
空気量センサの電熱ヒータの表面が汚れて吸入空
気量センサからの出力の吸入空気量との関係の特
性に変化が生じても、吸入空気量センサからの出
力が吸入空気量の変化に依存せず、汚れの大小の
みに依存するという特性を有するため、吸入空気
量センサからの出力により吸入空気量測定手段に
て得られる吸入空気量を汚れていない状態での吸
入空気量として回転数と共に用いて理論空燃比に
対応した燃料供給量を演算した場合、この燃料供
給量は電熱ヒータの表面が汚れていない状態で求
められる燃料供給量に対して吸入空気量に関係な
く一定のずれを生じるようになり、このずれを機
関から得られる信号により検知し、ずれに対する
学習値を設定、記憶し、燃料供給量をこの学習値
により補正しているので、理論空燃比にフイード
バツク制御していない時においても、学習値によ
り燃料供給量を補正することで、機関に供給され
る混合気の空燃比は理論空燃比状態に充分維持で
き、従つて電熱ヒータの表面の汚れに対するバー
ンオフは実行しなくてよい、またはその実行頻度
を極めて少なくでき、このことから電熱ヒータに
損傷が起こることは極めて少なくなり、耐久性の
面で向上するという優れた効果があると共に、所
定の空燃比をフイードバツク実行、不実行にかか
わらず常に維持できるので、燃費向上、排気ガス
有害成分の成分の減少、トラビリの向上が可能と
なるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装
置の一実施例を示す全体概要図、第２図は第１図
図示の吸入空気量センサ付近の詳細説明図、第３
図は第２図図示の電熱ヒータの構造図、第４図は
第２図図示の温度補償用抵抗の構造図、第５図は
本発明の一実施例として用いられる吸入空気量セ
ンサの全体回路図、第６図は第５図図示の吸入空
気量センサにおけるその動作を示すタイムチヤー
ト、第７図は第５図図示の吸入空気量センサから
出力される流量出力信号と吸入空気量の関係を示
す流量特性図、第８図は第５図図示の吸入空気量
センサの電熱ヒータが汚れている状態と汚れてい
ない状態との比に対する吸入空気量との関係を示
す特性図、第９図は酸素濃度センサの起電力と機
関に供給される混合気の空燃比との関係を示す特
性図、第１０図は第４図図示の制御回路１０の構
成を示すブロツク図、第１１図は第４図図示の制
御回路１０の動作を説明するためのフローチヤー
ト、第１２図は本発明の概略構成を示すブロツク
図である。 １……エンジン、３……吸入空気量センサ、６
……燃料噴射弁、８……基準センサ、９……角度
センサ、１０……制御回路、１１……酸素濃度セ
ンサ、１５……電熱ヒータ、１６……温度補償用
抵抗、１０４……デジタル入力、１０６……整形
回路、１０７……CPU、１０８……ROM、１０
９……RAM、１１０……デジタル出力、１１１
……駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の吸入空気通路内に設けられる電熱
   ヒータに大小２つのレベルの電流を供給し、前記
   電熱ヒータの温度が複数個備えられた所定の設定
   温度に達した時に前記ブリツジ回路に供給する電
   流レベルを切り換えると共に、前記電熱ヒータの
   温度が所定の設定温度から他の所定の設定温度に
   まで達する経過時間を検出する熱式吸入空気量セ
   ンサからの前記経過時間に対応したデジタル信号
   から吸入空気量を求める吸入空気量測定手段と、 機関の回転数を検出する回転数検出手段と、 吸入空気量測定手段から得られる吸入空気量と
   回転数検出手段から得られる回転数とから理論空
   燃比に応じた燃料供給量を求める供給量演算手段
   と、 吸入空気量測定手段における経過時間と吸入空
   気量との関係の特性変化を機関から得られる信号
   により検知し、この特性変化に対する学習値を求
   め、記憶する学習手段と、 供給量演算手段にて求められる供給量を学習手
   段にて求められる学習値により補正し、供給量を
   決定する供給量決定手段と、 供給量決定手段により決められた供給量を機関
   に供給する燃料供給手段とを備えた内燃機関の空
   燃比制御装置。 ２ 前記学習手段は、 機関の排気ガス流路内に設けられる酸素濃度セ
   ンサからの出力に応じて空燃比を検出する空燃比
   検出手段と、 空燃比検出手段にて得られる空燃比が理論空燃
   比からずれている場合には、吸入空気量測定手段
   における経過時間と吸入空気量との関係の特性変
   化があつたとして、ずれに応じて学習値を求め、
   記憶する学習値設定手段とにより構成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関の空燃比制御装置。 ３ 前記学習値設定手段は、前記吸入空気量測定
   手段にて求められる吸入空気量が所定範囲内にあ
   る時に実行されることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の内燃機関の空燃比制御装置。