JPH0494440A - 内燃機関の点火時期制御装置 - 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、内燃機関の点火時期制御装置に関し、特に
ノッキング検出のための振動加速度センサの異常を検出
する内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。

し従来の技術］ 内燃機関の点火時期設定は内燃機関の運転状態に対して
効率が最も良くなるように行われるのが望ましく、一般
には、内燃機関がノッキングしない範囲で出来るだけＭ
　Ｂ　Ｔ　（Ｍ　ｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏ
ｒ　Ｂ　ｅｓｔ　Ｔ　ｏｒｑｕｅ）に近ずくように点火
時期を設定するのが望ましい。しかし、従来装着されて
きた点火時期制御装置は機械式が多く、製品のばらつき
や経年変化に対して点火進角特性が安定しない、それゆ
え、実際の点火時期設定はノッキングを防ぐために上記
の望ましい点火進角特性よりもかなり遅れ側に設定され
る。

これでは内燃機関の効率は悪化する。また、たとえ、ば
らつきや経年変化のない点火時期制御装置を用いても、
ノッキング現象が内燃機関の吸気温度・湿度更に空燃比
等によって左右されるため、ある条件の基でノッキング
の発生しない点火時期に設定しても異なった運転条件の
基ではノッキングを起こす恐れがある。

そこで、ノッキングを検知して、ノッキングが発生すれ
ば点火時期を遅らせる制御を行うと、上記のような機械
式のばらつきや運転条件の差によって点火進角特性に誤
差が生じても殆どノッキングが起こらないように点火時
期を合わせることが出来る。

このように、この点火時期制御装置はあらかじめ基準の
点火進角特性をＭＢＴに近ずけるため進み側に設定して
おき、ノッキング発生に応じて適時遅角制御を行うこと
により最適の点火時期に制御出来るものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ノッキング検出系が異常になった場合に
問題がある。即ち、ノッキング検出系に異常が発生すれ
ばノッキング情報が得られず、適正な遅角制御が行われ
なくなり、内燃機関はノッキングによる大きな振動を発
生するのみならず、その破壊にもつながる大きな問題で
ある。

これに対処するためにはノッキング検出系に異常状態が
発生すればノッキングが発生しない点火時期に制御した
り、あるいは警報を発生させる等することが望ましい。

この発明は上述のような点に鑑みてなされたもので、ノ
ッキング検出の為の振動加速度検出系の異常を検出する
ことが可能な内燃機関の点火時期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点火時期制御装置は、点火コ
イルの給電を断続するスイッチ手段と、このスイッチ手
段を内燃機関の回転に同期して開閉させる点火信号を発
生する点火信号発生手段と、内燃機関の振動加速度を検
出する共振型加速度センサと、この共振型加速度センサ
の出力に基ずいて得られるノッキング信号に応じて上記
点火信号による上記スイッチ手段の開閉時期を制御する
制御手段と、上記共振型加速度センサの出力側とアース
間にスイッチを介して接続された容量負荷と、上記スイ
ッチの閉成に応じた上記共振型加速度センサの出力の変
動により異常状態を検出する異常状態検出手段とを備え
たものである。

［作用コ この発明においては、共振型加速度センサの出力側とア
ース間にスイッチを介して容量負荷を接続する。そして
、スイッチを閉成し、共振型加速度センサの出力に変動
があれば、振動加速度検出系の断線・短絡等異常状態で
あると判断する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、第１
図において、（１）は内燃機関に取り付けられ、内燃機
関の振動加速度を検出する加速度センサであって、ここ
では内燃機関の振動から特定周波数成分を選択的に出力
する圧電素子を用いた共振型である。（２）はバッファ
アンプ、（３）はバッファアンプ（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アナ
ログゲート、（４）は妨害ノイズの発生時期に対応して
アナログゲート（３）の開閉を指示するゲートタイミン
グ制御器、（５）はノッキング以外の内燃機関の機械振
動ノイズのレベルを検出するノイズレベル検出器、（６
）はアナログゲート（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
発生する比較器、（７）は比較器（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積
分器、（８）は積分器（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移相器、（９）はあらかじめ
設定した点火進角特性に応じた点火信号を発生する回転
信号発生器、（］０）は回転信号発生器（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
制御を行う波形整形回路、（１１）は移相器（８）の出
力信号により点火コイル（１２）の給電を断続するスイ
ッチ手段としてのスイッチング回路である。

尚、（３）、（４）、（６）〜８は制御手段を構成し、
（９）、（１０）は点火信号発生手段を構成する。

（２１）は容量負荷としてのコンデンサであって、スイ
ッチ（２２）を介して加速度センサ（１）の出力側とア
ース間に接続される。後述されるように、スイッチ（２
２）をオンしたとき加速度センサ（１）の出力レベルに
変動がなければノックセンサ系（振動加速度検出系）は
異常無きも、変動があればノックセンサ系に異常有りと
判断する。

（２３）は比較器であって、その一方の入力端子がノイ
ズレベル検出器（５）の出力側に接続され、その他方の
入力端子が基準電圧源（２４）に接続され、その出力端
子がスイッチ（２５）を介して積分器（７）の入力側に
接続される。尚、比較器（２３）はノイズレベル検出器
（５）の出力と基準電圧源（２４）の基準電圧を比較し
、ノイズレベル検出器（５）の出力が基準電圧より大き
い場合には非動作となってスイッチ（２５）をオフさせ
、逆の場合は動作してスイッチ（２５）をオンさせる。

（２３）〜（２５）は異常状態検出手段としての異常状
態検出器（３０）を構成する。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。内燃機関の回転によりあらかじめ設定され
た点火時期特性に対応して回転信号発生器（９）より発
生する回転信号は波形整形回路（１０）によって所望の
閉路角をもつ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）の給電を断続し、その通電電流の遮断時に発
生する点火コイル（１２）の点火電圧によって内燃機関
は点火されて運転される。この内燃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。

今、内燃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）の出力信号は第２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ッションノイズが発生する。この
信号はバッファアンプ（２）を通過することにより第２
図（ｂ）のように機械的ノイズ成分が相当抑圧されるが
、イグニッションノイズ成分は強力なためバッファアン
プ（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ッ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）　（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回
路（４）の出力（第２図（Ｃ））によって点火時期から
ある期間そのゲートを閉じ、イグニッションノイズを遮
断する。

このためアナログゲート（３）の出力には第２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）はアナログゲート（
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績やかな変化
には応動し得る特性を持ち、機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２図（ｄ）の（ロ）
）。

従って、第２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２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２図（ｆ）のように零のままで移
相器による移相角（入出力（第２図＞（ｇ＞（ｈ）の位
相差）も零となる。従って、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、即ち点火コイル
（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、点火時期は基準点火
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３図のように点火時期よりあ
る時間遅れた付近でノッ・りの信号が含まれ、バッファ
アンプ（２）及びアナログゲート（３）を通過後の信号
は第３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となる。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
較器（６）の入力はそれぞれ第３図（ｄ）の（イ）、（
ロ）となるので比較器（６）の出力には第３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３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３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）の出力は位相が波形整形回路（１０）の基準点
火信号の位相よりも遅れ、第３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２図、第３図の状態が繰り返されて最適
の点火時期制御が行われる。

次に加速度センサ（１〉、コンデンサ（２１）及び異常
状態検出器（３０）等の関連動作について説明する。ま
ず、加速度センサ〈１〉としては、例えば円板形基本形
状の外周部を固定した共振型とする。これは容量が出力
側に接続されても出力信号の変化が少ない、第４図及び
第５図はこのことを表したもので、第４図はコンデンサ
（２１）の代わりにシールド線長（３００ｐ　Ｆ　／　
ｍ　）を１ｍ、５ｍと変えたときの加振周波数に対する
加速度センサ（１）の出力電圧の変化を示しており、こ
れより接続する容量が変わっても出力電圧は一定である
ことが分かる。また、第５図は同様のシールド線長を１
ｍ、５ｍと変えたときのエンジン回転数に対する加速度
センサ（１）の出力電圧の変化を示しており−この場合
も接続する容量が変わっても出力電圧はほぼ一定である
ことが分かる。

さて、異常状態判定時に加速度センサ（１）の出力側に
スイッチ（２２）を介してコンデンサ（２１）を接続す
る。今、第６図（ａ）のようにノックセンサ系が正常な
場合、加速度センサ（１）の出力信号は変化しないので
、ノイズレベル検出器（５）の出力（比較基準電圧、以
下ＢＧＬという）も変化せず、しかもＢＧＬが基準電圧
源（２４）の基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいので、比較
器（２３）は非動作で、スイッチ（２５）はオフである
。

次に第６図（ｂ）のように加速度センサ（１）とバッフ
ァアンプ（２）の間で異常状態例えば断線が生じた場合
を考える。バッファアンプ（２）以降（加速度センサ（
１）以外）は制御回路（図示せず）に内蔵されるので、
コンデンサ（２１）はバッファアンプ（２）の入力側に
接続されるものであり、断線はコンデンサ（２１）が接
続された点よりも加速度センサ（１）側で生じるのが一
般的である。例えば車体ハーネスでの断線である。

そして、この断線が生じると、ノイズレベル検出器（５
）からのＢＧＬが低下し、基準電圧源Ｖｒｅｆよりも低
くなるので比較器（２３）が動作し、スイッチ（２５）
がオンする。すると異常状態検出器（３０）は異常検出
信号を発生して積分器（７）の出力を所定値に保持し、
移相器（８）による遅角量を所定値に制御し、点火時期
を所定角度だけ遅らせる。

ところで、上述のごとく原理上正常時のＢＧＬに対して
低いレベルに基準電圧Ｖｒｅｆを設定した訳であるが、
これに対し、異常状態時のＢＧＬは第６図（ｃ）の破線
のようになり、エンジンの作動周期に伴い僅かながらバ
ッファアンプ（２）に侵入する各種電気ノイズにより、
高回転側程そのレベルは上昇の傾向にある。つまり、固
定値である基準電圧Ｖ　ｒｅｆでは全回転域において適
正な値に設定しにくいレベルである。従って、基準電圧
Ｖｒｅｆは、エンジン運転領域での正常時のＢＧＬの最
小値より小さく、異常状態時のＢＧＬの最大値より大き
い中間の値に設定する必要がある。これは負荷に対する
特性としても、各種制御の作動領域から基本的に言える
。

第７図はこの発明の他の実施例を示すブロック図であり
、本実施例ではあらかじめ基準電圧を運転領域に対応の
マツプで準備し、更に加速度センサ（１）の出力に基ず
＜ＢＧＬより学習して補正し、そのエンジンに適正な基
準を設定する。学習が可能な状態かどうかはコンデンサ
（２１）を接続した場合に加速度センサ（１）の出力が
変化ない、又は高負荷領域でノック制御が作動する等よ
り、ノックセンサ系が正常であることが判断出来、学習
可能条件下であることは限定出来る。

そこで、第１図の基準電圧源（２４）の代わりにバッフ
ァ（３３）、増幅器（３４）、基準電圧マツプ（３５）
及び判定値演算器（３６）を用いて異常状態検出手段と
しての異常状態検出器（３０Ａ）を構成し、バッファ（
３３）の入力側をノイズレベル検出器（５）に接続し、
バッファ（３３）の出力側を増幅器（３４）を介して判
定値演算器（３６）の一方の入力側に接続し、基準電圧
マツプ（３５）を判定値演算器（３６）の他方の入力側
に接続し、判定値演算器（３６）の出力側を比較器（２
３）の他方の入力端子に接続する。

そして、ノイズレベル検出器（５）の出力即ちＢＧＬを
バッファ（３３）及び増幅器（３４）を介して判定値演
算器（３６）に入力する。この判定値演算器（３６）は
、学習条件下（図示しない各種センサ出力から、エンジ
ンの運転状態が一定領域内に連続して存在すると判断さ
れた場合）で、基準電圧マツプ（３５）からの領域対応
のマツプ値をベース値とし、ＢＧＬからその補正量を演
算し補正値を求め、マツプ値と補正値とから実際に用い
る判定基準値を設定し、真の基準電圧として比較器（２
３）に出力する。この求める補正値は、エンジンの特性
、エンジン制御システム構成及びその特性から、あらか
じめ確認される第６図（ｃ）の特性のように示される正
常時のＢＧＬと異常状態時のＢＧＬの基本関係に基ずい
て、各領域で設定出来るものであり、補正値の範囲とし
てもあらかじめ限定し得るものである。よって、補正値
が所定値以上のときこれ自体が異常と判断して異常状態
制御に移行するのも良い。

尚、判定値演算器（３６）の出力は、第８図に示すよう
な特性を一例とする。又、異常状態制御は、一般にノッ
ク制御領域に対して行い、エンジン保護を行うので、ス
イッチ（２５）の動作は、第９図のように、軽負荷時は
解放として異常状態検出信号を積分器（７）に送らず、
重負荷時は平成して異常状態検出信号を積分器（７）に
送るようにする。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、点火コイルの給電を断
続するスイッチ手段と、このスイッチ手段を内燃機間の
回転に同期して開閉させる点火信号を発生する点火信号
発生手段と、内燃機関の振動加速度を検出する共振型加
速度センサと、この共振型加速度センサの出力に基ずい
て得られるノッキング信号に応じて上記点火信号による
上記スイッチ手段の開閉時期を制御する制御手段と、上
記共振型加速度センサの出力側とアース間にスイッチを
介して接続された容量負荷と、上記スイッチの閉成に応
じた上記共振型加速度センサの出力の変動により異常状
態を検出する異常状態検出手段とを備えたので、加速度
センサの出力側に誘導するノイズを抑制して正確にその
異常を検出することが出来、従ってこの異常検出信号に
より、内燃機関の点火時期の進み過ぎを遅角させたり警
報を行うことも可能とし得る内燃機間の点火時期制御装
置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
及び第３図は第１図の動作説明に供するなめの波形図、
第４図及び第５図はこの発明の要部の特性図、第６図は
この発明を説明するための図、第７図はこの発明の他の
実施例を示すブロック図、第８図及び第９図は第７図の
動作説明に供するための図である。 図において、（１）は共振型加速度センサ、（３）はア
ナログゲート、（４）はゲートタイミング制御器、（６
）は比較器、（７）は積分器、（８）は移相器、〈９）
は回転信号発生器、（１ｏ）は波形整形回路、（１１）
はスイッチング回路、（１２）は点火コイル、（２１）
はコンデンサ、（２２）はスイッチ、（３０）、（３０
Ａ＞は異常状態検出器である６ 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 点火コイルの給電を断続するスイッチ手段と、このスイ
   ッチ手段を内燃機関の回転に同期して開閉させる点火信
   号を発生する点火信号発生手段と、 内燃機関の振動加速度を検出する共振型加速度センサと
   、 この共振型加速度センサの出力に基ずいて得られるノッ
   キング信号に応じて上記点火信号による上記スイッチ手
   段の開閉時期を制御する制御手段と、 上記共振型加速度センサの出力側とアース間にスイッチ
   を介して接続された容量負荷と、 上記スイッチの閉成に応じた上記共振型加速度センサの
   出力の変動により異常状態を検出する異常状態検出手段
   と を備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置
   。