JPH02233857A - 内燃機関のマイクロコンピュータを用いた制御装置 - 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］ この発明は．内燃機関の燃料供給量および点火時期等を
マイクロコンピュータを使って制御する制御装置に関す
るものである。

［従来の技術コ 以下に，従来装置について説明するが係るアナログ信号
処理回路としてノック検出回路を第６図に示す点火時期
制御装置において述べる。

この第６図において．（１）は加速度センサで，機関（
図示せず）に取り付けられ機関の振動加速度を検出する
．（２）は周波数フィルタで，加速度センサ（１）の出
力信号のうちノッキングに対し感度の高い周波数を通過
させる．（３）はアナログゲートで，周波数フィルタ（
２）の出力信号のうちノック検出に対し妨害波となるノ
イズを遮断する。（４）はゲートタイミング制御器で，
妨害ノイズの発生時期に対応してアナログゲート（３）
の開閉を指示する．（５）はノイズレベル検出器で，ノ
ッキング以外の機関の機械振動ノイズのレベルを検出す
る．（６）は比較器で，アナログゲート（３）の出力電
圧とノイズレベル検出器（５）の出力電圧とを比較し，
ノック検出パルスを発生する。（７）は積分器で．比較
器（６）の出力パルスを積分し，ノッキング強度に応じ
た積分電圧を発生する．（８）は移相器で，積分器（７
）の出力電圧に応じて基準点火信号の位置を変位させる
．（９）は回転信号発生器で，あらかじめ設定した点火
進角特性に応じた点火信号を発生する．　（１　０）は
波形整形回路で，回転信号発生器（９）の出力を波形整
形し．同時に点火コイル（１２）の通電の閉路角制御を
行う，（１１）はスイッチング回路で，移相器（８）の
出力信号により点火コイル（１２）の給電を断続する． 第７図に加速度センサ（１）の出力信号の周波数特性を
示す．この第７図において，（Ａ）はノッキングのない
場合，（Ｂ）はノッキングの発生した場合である． この加速度センサ（１）の出力信号にはノック信号（ノ
ッキングに伴い発生される信号）やそれ以外の機関の機
械的ノイズや信号伝達経路に乗る各種ノイズ成分，例え
ばイグニションノイズなとが含まれる．第７図の（Ａ）
と（Ｂ）とを比べると，ノック信号には特有の周波数特
性のあることがわかる．この分布は機関の違い，あるい
は加速度センサ（１）の取り付け位置の違いにより差は
あるものの，それぞれの場合にノッキングの有無により
明確な分布の違いがある．そこで．このノック信号の有
する周波数成分を通過させることによって他の周波数成
分のノイズを抑圧し，ノック信号を効率よく検出するこ
とができる． 第８図，第９図は第６図の各部の動作波形を示し９同一
符号は同一部分の波形を示すもので第８図は機関のノッ
キングが発生していないモードを，第９図は機関のノッ
キングが発生しているモードを示している． 次に．第６図の内燃機関の点火時期制御装置の動作を説
明する．機関の回転により予め設定された点火時期特性
に対応して回転信号発生器（９）より発生する点火信号
は波形整形回路（１０）によって所望の閉路角を有する
開閉パルスに波形整形され，移相器（８）を介してスイ
ッチング回路（１１）を駆動し．点火コイル（１２）の
点火電圧によって機関は点火されて運転される。この機
関の運転中に起こる機関振動は加速度センサ（１）によ
って検出される． いま，機関のノッキングが発生していない場合において
はノッキングによる機関振動は発生しないが，他の機械
的振動により加速度センサ（１）の出力信号には第８図
（ａ）で示すように機械的ノイズや点火時期Ｆに信号伝
達路に乗るイグニションノイズが発生する． この信号は周波数フィルタ（２）を通過することにより
，第８図（ｂ）のように機械的ノイズ成分が相当抑圧さ
れるが，イグニションノイズ成分は強力なため周波数フ
ィルタ（２）を通過後も大きなレベルで出力されること
がある．このままではイグニションノイズをノック信号
と誤認してしまうため，アナログゲート（３）は移相器
（８）の出力によってトリガされるゲートタイミング制
御器（４）の出力（第８図（Ｃ））によって点火時期か
らある期間そのゲートを閉じ，イグニションノイズを遮
断する．このためアナログゲート（３）の出力には第８
図（ｄ）の《イ）のようにレベルの低い機械的ノイズの
みが残る． 一方，ノイズレベル検出器（５）はアナログゲト（３）
の出力信号のピーク値変化に応動し，この場合．通常の
機械的ノイズのピーク値による比較的緩やかな変化には
応動し得る特性を持ち，　＋ｉ械的ノイズのピーク値よ
り若干高い直流電圧を発生する（第８図（ｄ）の（口）
）． したがって．第８図（ｄ）に示すようにアナログゲート
（３）の出力信号の平均的なピーク値よりもノイズレベ
ル検出器（５）の出力が大きいためこれらを比較する比
較器（６）の出力は第８図（ｅ）のように何も出力され
ず，結局ノイズ信号はすべて除去される． このため，積分器（７）の出力電圧は第８図（ｆ）のよ
うに零のままで移相器（８）による移相角（入出力（第
８図（ｇ），（ｈ））の位相差）も零となる。

したがって，この出力により駆動されるスイッチング回
路（１１）の開閉位相．すなわち，点火コイル（１２）
の通電の断続位相は波形整形回路（１０）の出力の基準
点火信号と同位相となり．点火時朋は基準点火時期とな
る。

また，ノッキングが発生した場合．加速度センサ（１）
の出力には第９図（ａ）のように点火時期よりある時間
遅れた付近でノック信号が含まれ，周波数フィルタ（２
）およびアナログゲ−ト（３）を通過後の信号は第９図
（ｄ）の（イ）のように機械的ノイズにノック信号が大
きく重畳したものになる．このアナログゲート（３）を
通過した信号のうちノック信号の立ち上がりは急峻なた
め．ノイズレベル検出器（５）の出力電圧のレベルがノ
ック信号に対して応答が遅れる。その結果，比ＩＦｌ２
器（６）の入力はそれぞれ第９図（ｄ）の（イ），（口
）となるので比較器（６）の出力には第９図（ｅ）のよ
うにパルスが発生する。

積分器（７）がそのパルスを積分し，第９図（ｆ）のよ
うに積分電圧を発生する．そして．移相器（８）が積分
器（７）の出力電圧に応じて波形整形回路（１０）の出
力信号（第９図（ｇ）（基準点火信号））を時間的に遅
れ側に移相するため，移相器（８）の出力は移相が波形
整形回路（１０）の基準点火信号の位相よりも遅れ，第
９図（ｈ）に示す位相でスイッチング回路（１１）を駆
動する。その結果，点火時期が遅れ．ノッキングが抑圧
された状態となる。結局，これら第８図．第９図の状悪
が繰り返されて最適の点火時期制御が行われる． ところで，上記ノック検出器において．周波数フィルタ
（２），アナログゲート（３），ノイズレベル検出器（
５）および比較器（６）では第８図，第９図に示した加
速度センサく１）で検出の加速度信号を扱う．第８図お
よび第９図の各々（ｂ）および（ｄ）の（イ）に示すよ
うに，これらの回路では加速度信号（交流信号）の処理
のため，各回路では各信号の平均値を所定バイアスに設
定し，正および負のいずれの波形も歪みが生じないよう
に忠実に処理できるようにしている６ この動作波形を示すのが第１０図である。電源回路（第
６図に図示せず）から供給される回路電源電圧（ＶＣｃ
）に対し１／２Ｖ．ｏの点をバイアス電圧としていて．
（イ）は比較器（６）の入力のフィルタ信号（第８図（
ｄ）の（イ）および第９図（ｄ）のくイ）に相当の信号
），（口〉は比較器（６）の他方の入力のノイズレベル
電圧（第８図（ｄ）の（口）および第９図（ｄ）の（口
）に相当の信号）を示し，いずれもバイアス電圧（　１
　／　２　Ｖ　ｃｃ）を基準に信号処理しているので．
第１０図の信号（イ）は正波，負波ともに歪みがなく処
理される。

一ｍに，回路電圧電圧（Ｖ　ＣＣ）は８〜９Ｖに設定さ
れているので．もしＶ。ｃ−８■の設定であって，電源
回路が周知の直列レギュレー夕方式の場合において，電
源回路の最小電圧損失が０，５Ｖならば，この電源回路
はバッテリ電圧が８，５■以上の領域にお゛いて安定に
電源電圧（Ｖ　ｃｃ）を供給することができる。したが
って．電源回路はバッテリ電圧が８．５Ｖ以下になると
，電源電圧（Ｖ．。）は規定電圧ではなくなり不安定な
低い値になる基本的特性を持っている。こうなった場合
，各部の信号が乱れ．誤ってノック信号が出力されるこ
とがある。

さて．近年内燃機関の電子制御が多くなり，上記ノック
検出装置が，内燃機関の燃料供給量を制御する燃料制御
装置を一体化されて構成されることが多くなった。

この燃料制御装置の従来装置を第１１図において説明す
る。第１１図は，機関の燃料制御を点火時期制御を一体
にしたものを示し，いわゆるマイクロコンピュータを中
心にして構成した装置である．第１１図において，（２
１）はセンサ群で，機関の各気簡に吸入される空気量を
計測するエアフローメータ．クランク軸の回転に対応し
て各種の基準信号を発生するクランク角センサ．冷却水
温を計測する水温センサ，ノック信号を検出する加速度
センサ等の燃料および点火時期の制御に必要な各種情報
を計測または検知するセンサから成る１２２）はコンピ
ュータユニットで，センサ群（２１）からの各種運転情
報に基づき機関に供給する燃料量および点火時期を制御
するマイクロコンピュータを中心にして構成される，（
２２ａ）は燃料制御部で．このコンピュータユニット（
２２）の中に構成される．（２２ｂ）は点火時期制御部
で．前述のコンピュータユニット（２２）の中に構成さ
れる，（２　２　ｃ　）はノック検出部で，前述のコン
ピュータユニット（２２）の中に構成され，第６図に示
した構成のものである，（２３）はアクチェータ群で，
コンピュータユニット（２２）により駆動される燃料供
給を行うインジエクタ，点火電圧を発生する点火コイル
，ファーストアイドル制御のための空気弁，ターボチャ
ージャの過給圧を制御するためのウエストゲート等機関
の燃料制御および点火時期制御等のための各種のアクチ
ェータから成る． 次に，動作を説明する。コンピュータユニツ｝（２２）
は各種センサからの運転情報に基づき燃料供給量．点火
時期等の運転パラメータをその中に構成した燃料制御部
（２２ａ），点火時期制御部（２２ｂ）で演算して求め
，所定の運転状態となるようにアクチェータ群（２３）
の各種アクチェータを駆動し，制御を行う。

機関に発生のノックはセンサ群（２１）の加速度センサ
の出力からノック検出部（２２ｃ）において検出し．こ
の検出量に応じて点火時期制御部（２２ｂ）が点火時期
を演算し制御する． ここで，マイクロコンピュータはデイジタル式であり，
いわゆるａ精回路と呼ばれる回路電圧（Ｖ０。）＝５■
で作動するものである。この回路電源電圧（Ｖ　ｃｃ）
　＝５　Ｖを供給する電源回路は１直列レギュレー夕方
式の場合，その内部の最小電圧損失が０．５Ｖなら，バ
ッテリ電圧が５．５■以上の領域で安定に作動し，一定
の回路電源電圧（■０。）を供給するものである。ただ
し．ノック検出部（２２ｃ）は第６図に示したものであ
り，前述のようにバッテリ電圧が８，５Ｖ以上で安定に
作動する．一般に．機関の始動中でのバッテリ電圧はス
タータの作動に伴い６Ｖ位になることもあるがこの場合
においてもコンピュータユニット（２２）の電源電圧（
Ｖ　ｃｃ）は確保が可能な低い電圧（Ｖｏ．）であり．
コンピュータユニット（２２）の制御電圧は低いバッテ
リ電圧から硲保されている。しかしこの時ノック検出部
（２２ｃ）は安定に作動できないバッテリ電圧値である
． ［発明が解決しようとする課Ｂ］ 上記のような従来の内燃機関のノック検出装置およびコ
ンピュータユニットでは，ノック検出装置が制御動作を
確保できるバッテリ電圧範囲と，コンピュータユニット
が制御動作を確保できるバッテリ電圧範囲とは異なるた
め，バッテリ電圧が，例えば６〜８■の範囲ではノック
検出装置は正常動作が行えず，誤ったノック信号を出力
することがあるという問題点があり，またコンピュータ
ユニットはこの誤ったノック信号を受けて誤った制御を
行うことがあるという問題点があった．前述のように，
ノック検出装置はバッテリ電圧が８．５Ｖ以下の領域で
は安定に作動しないが一方のコンピュータユニットはバ
ッテリ電圧が６■以上の領域で安定に作動できるからで
ある．特に．バッテリ電圧がリップルを伴って変動した
場合にノック信号の誤検出の恐れが強く．例えば第１２
図にしめすように変動した場合に問題である．（障害は
リップルの大きさ，速度によ゛り異なる）この発明は，
かかる問題点を解決するためになされたもので，ノック
検出装夏が安定に作動せず，誤ってノック信号を出力し
た場合においても点火時期を無駄に制御しない内燃機関
のマイクロコンピュータを用いた制御装置を得ることを
目的とする． ［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関のマイクロコンビュタを用いた
制御装置は．内燃機関の運転情報を検出する各種センサ
の出力に基づき各種アクチェタを駆動制御し燃料供給量
および点火時期等を制御して内燃機関の運転制御を行う
マイクロコンピュータを用いた制御装置において．前記
マイクロコンピュータの作動電源電圧より高い電圧を作
動回路電圧として有する信号処理回路と．この信号処理
回路の回路電源電圧が所定の低電圧状態になった場合．
前記信号処理回路の出力を無効にするかあるいはこの出
力に基づく制御量を小さくする制御量変更回路とを備え
たものである．［作用１ この発明においては，ノック検出装置が安定に作動でき
ない回路電圧状態を検知し，ノック検出による制御量を
小さくするように制御する。

［実施例〕 第１図はこの発明の一実施例による内燃機関のマイクロ
コンピュータを用いた制御装置を示すブロック図である
．第１図において，（２１）〜（２２ｃ）は第１１図に
示す従来のものと同様である，（２２ｄ）はノック検出
モード検知器で．バッテリ電圧（バッテリは図示せず）
またはノック検出部（２２ｃ）の回路電圧（ＶＣ，）ま
たは他のノック検出部（２　２　ｃ　）内部のバイアス
電圧からノック検出部（２２ｃ）の作動状態を検知する
。（２４）は電源を供給するバッテリである。なお，コ
ンピュタユニット（２２Ａ）は．燃料制御部（２２ａ）
，点火時期制御部（２　２　ｂ　），ノック検出部（２
２ｃ）ノック検出モード検知器（２２ｄ）を含んでいる
．次に，動作を説明する。センサ群（２１），燃料制御
部（２２ａ），点火時期制御部（２２ｂ）およびノック
検出部（２２ｃ）からなる部分のコンピュタユニット（
２２Ａ），アクチェータ群（２３）にて行われる基本の
燃料制御および点火時期制御は前述の第１１図の従来装
置と同様であるので説明を省略する。

コンピュータユニット（２２Ａ）は．バッテリ（２４）
から電源供給を受け作動する。コンピュータユニット（
２２Ａ）内の燃料制御部（２２ａ）および点火時期制御
部（２２ｂ）はマイクロコンビュタを中心にして構成さ
れていて，このマイクロコンピュータに回路電圧を供給
する電源回１ｉ’３　（図示せず》はバッテリ（２４）
から電冫原供給を受けている．一方，ノック検出部＜２
２ｃ）は専用の電源回路を有し，同様にバッテリく２４
）から電源供給を受けている。

ノック検出モード検知器（２２ｄ）は，いまコンピュー
タユニット（２２Ａ）に入力のバッテリ電圧（バッテリ
（２４）がコンピュータユニット（２２Ａ）に供給して
いる電源電圧）を検知信号とし，その電圧値を監視する
． バッテリ電圧が８．５Ｖ以上の場合，燃料制御部（２２
ａ）．点火時期制御部（２２ｂ）およびノック検出部（
２２ｃ）は正規の制御動作が確保されるので，ノック検
出モード検知器（２２ｄ）は出力を発しない．よって，
この場合は基本の制御が行われる。

次に，バッテリ電圧が８．５Ｖより低くなると，ノック
検出部（２２ｃ）は．バッテリ電圧のリップルの大きさ
，速度に従って不安定な動作状態になるので，ノック検
出モード検知器（２２ｄ）は出力を発する。

ノック検出モード検知器（２２ｄ）からの出力を受け，
点火時期制御部（２２ｂ）は，ノック検出部（２２ｃ）
からノック信号が送られてきても，このノック信号は誤
ったノック信号であることを判断し直接制御に使わない
ようにする． ここで．ノック検出モード検知器（２２ｄ）の一実施例
を第２図に示す．第２図において，（２５＞は電圧検知
器で，バッテリ（２４）からのバッテリ電圧を監視し，
ノック検出部（２２ｃ）に入力のバッテリ電圧が８，５
■より低くなると出力を発する。

第４図は点火時期制御部（２２ｂ）のノック検出部（２
２ｃ）の出力に基づく制御角を示し，バッテリ電圧が８
．５■以トの通常時は１０度の制御幅を持ち，バッテリ
電圧８．５Ｖより低い低電圧時は１度の制御幅を持って
いる。

したがって　バッテリ電圧が低く１ノック検出部（２　
２　ｃ　）が正規のノック検出動作をできなくなり．誤
ってノック信号を出力してら，点火時期制御部（２　２
　ｂ　）は１度しか制御幅を持たないので，最大１度の
制御が行われる可能性があるが，これは通常何等弊害を
招くことのない小さい角度であり，無視できるレベルで
ある。

第３図は点火時期制御部（２２ｂ）の他の実施例を示す
．第３図において，（２６）は電圧検知器で．ノック検
出部（２　２　ｃ　）内の回路電圧（Ｖｃｃ）を監視し
，バッテリ（２４）からのバッテリ電圧が低下し，ノッ
ク検出部（２　２　ｃ　）の回路電圧（Ｖ　ＣＣ）が低
くなり．正規のノック検出動作が確保できなくなった場
合には出力を発する。

低電圧時の点火時期制御部（２２ｂ）の制御角を第６図
に示す．この場合，バッテリ電圧が低くなり通常の場合
に１０度の制御角幅を持ち．これに対し低電圧時に制御
を全く行わない（制御角０度）ようにしている． このようにすれば，ノック検出部（２　２　ｃ　）から
の誤ったノック信号は完全に無視できるので弊害を考え
る必要もない． 以上のように，回路動作電圧が低いマイクロコンピュー
タを使用した燃料制御部．あるいは点火時期制御部を回
路動作電圧が高いアナログ信号処理回路（例えばノック
検出部）とを組み合わせた装置において．アナログ信号
処理回路の回路動作電圧が確保できなくなる低いバッテ
リ電圧の場合に誤って検出信号が出力されても点火時期
は実害を招かない小さい角度の変動しかないかあるいは
全く変動することがない． 特に．オルタネータ（発電機）の能力が低い機関の低回
転時（代表的にはアイドル）において，電気負荷の変動
によりバッテリ電圧の低下が現れ易いのでこの発明は有
効である。

また，機関の軽負荷運転時には機関出力が小さいので点
火時期の変化により機関は失速し，工ンストになり易い
ためこの場合においてもこの発明は有効である。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり．内燃機関の運転情報を
検出する各種センサの出力に基づき各種アクチェータを
駆動制御し燃料供給量および点火時期等を制御して内燃
機関の運転制御を行うマイクロコンピュータを用いた制
御装置において，前記マイクロコンピュータの作動電源
電圧より高い電圧を作動回路電圧として有する信号処理
回路と，この信号処理回路の回路電源電圧が所定の低電
圧状態になった場合，前記信号処理回路の出力を無効に
するかあるいはこの出力に基づく制御量を小さくする制
御量変更回路とを備えているので，近年の内燃機関の電
子制御の増加に伴い増えている回路動作電圧が低いマイ
クロコンピュータを使った制御部と回路動作電圧が高い
アナログ信号処理回路を使った制御部を備えた装置にお
いて，アナログ信号処理が正規の制御動作をできなくな
り誤って検出信号を出力しても，実害のない制御が確保
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による内燃機関のマイクロ
コンピュータを用いた制御装置のブロック図，第２図は
第１図のノック検出モード検知器の一例のブロック図，
第３図は第１図の点火時期制御部の一例のブロック図．
第４図および第５図はこの発明による制御角の特性図，
第６図は従来の点火時期制御装置のブロック図，第７図
は加速度センサの出力特性図，第８図〜第１０図は第６
図の各部の動作波形図，第１１図は従来の制御装置のブ
ロック図，第１２図は従来のバッテリ電圧特性図である
． 図において，（２１）・・・センサ群．（２２Ａ）・・
・コンピュータユニット，（２２ａ＞・・・燃料制御部
，（２２ｂ）・・・点火時期制御部，（２２ｃ）・・・
ノック検出部，（２２ｄ）・・・ノック検出モード検知
器，（２３）・・・アクチェータ群．（２５＞，（２６
）・・・電圧検知器である． なお．各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内燃機関の運転情報を検出する各種センサの出力に基
   づき各種アクチェータを駆動制御し燃料供給量および点
   火時期等を制御して内燃機関の運転制御を行うマイクロ
   コンピュータを用いた制御装置において、前記マイクロ
   コンピュータの作動電源電圧より高い電圧を作動回路電
   圧として有する信号処理回路と、この信号処理回路の回
   路電源電圧が所定の低電圧状態になった場合、前記信号
   処理回路の出力を無効にするかあるいはこの出力に基づ
   く制御量を小さくする制御量変更回路とを備えたことを
   特徴とする内燃機関のマイクロコンピュータを用いた制
   御装置。