JPH0650105B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関のノッキングを制御する内燃機関
の点火時期制御装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の点火時期設定は機関の運転状態に対し最も効
率がよくなるようにされるのが望ましく、一般には、機
関がノッキングしない範囲でできる限りＭＢＴ（Minimu
m advance for Best Torque）に近づくように進めた点
火時期に設定するのが望ましい。

しかし、点火時期の進み過ぎはノッキングの過大な発生
となり、運転効率の低下となるだけでなく機関の破壊に
もつながる問題である。

このため、予め基準の点火進角特性をＭＢＴに近づける
ため進み側に設定しておき、ノッキング発生に応じて適
宜遅角制御を行うことにより最適の点火時期に制御する
点火時期制御装置が必要となる。

以下に、第４図に示す従来の内燃機関の点火時期制御装
置について述べる。

この第４図の１は機関に取り付けられ機関の振動加速度
を検出するノックセンサである加速度センサ、２は加速
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
い周波数の信号成分を通過させる周波数フィルタ、３は
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、１
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、１
１は移相器８の出力信号により点火コイル１２の給電を
断続するスイッチング回路である。

ここで加速度センサ１〜比較器６はノック検出部２１を
構成している。

第５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５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、たとえば
イグニッションノイズなどが含まれる。第５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の取付
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６図、第７図は第１図の各部の動作波形を示し同一符
号は同一部分の波形を示すもので第６図は機関のノッキ
ングが発生していないモードを、第７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４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１
１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６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。

この信号は周波数フィルタ２を通過することにより、第
６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、アナログゲート３は位相器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６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６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緩かな変化には応動し得
る特性をもち、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６図(d) のロ）。

したがって、第６図(d) に示すよにアナログゲート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の６の
出力は第６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６図(f) のように零
のままで移相器８により移相角（入出力第６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７図(a) のように点火時期よりある時間遅れた
付近でノックの信号が含まれ、周波数フィルタ２および
アナログゲート３を通過後の信号は第７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
の立上りは急峻なため、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７図(d) のイ，ロとな
るので比較器６の出力には第７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７図(f) のように積
分電圧を発生する。そして、位相器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７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７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６
図，第７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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記ノック検出部２１が複数備えられたシス
テムにおいて、機関の１つの燃焼気筒で発生のノッキン
グに対応して２つ以上のノック検出部でノック信号が検
出されると、検出量が実際のノッキングレベルに対応せ
ず、それ以上の過大な制御が行われてしまうことがあ
る。

以下この点につき図を用いて説明する。第８図はノック
検出部を２個にしたシステムを示し、２２はノック検出
部Ｉ、２３はノック検出部II、２４はこれらノック検出
部Ｉ２２とノック検出部II２３の各々の出力の論理和信
号を出力するＯＲ回路である。このＯＲ回路２４の出力
は前述のとおり積分器７に入力される。

第９図及び第１０図は第８図の動作を説明するための波
形図で、イはノック検出部Ｉ２２の出力、ロはノック検
出部II２３の出力、ハはＯＲ回路２４の出力である。

前述の通り比較器６出力を基に点火時期の遅角制御を行
い、機関は所望の安定な運転状態になされるのである。
従って機関に発生のノッキングレベルと比較器６の出力
とは所定の一定の関係にあることが必要で、これらの関
係が運転状態により様々に変化するのであれば、この種
の帰環制御は不安定なものになる。

第９図はノック検出部Ｉ２２，II２３の２系統からシス
テムが構成された場合の、これら各々の検出出力とＯＲ
回路２４の出力（第４図の比較器６の出力に相当）の関
係を示し、上記の機関に発生のノッキングレベルと実際
の制御量となるＯＲ回路２４出力との間に必要な相関関
係について説明するためのものである。

第９図Ａはノック検出部Ｉ２２でノック信号（そのパル
ス幅Ｐ_Ｗ）が検出され、他方のノック検出部II２３では
全くノック信号が検出されない場合を示す。この場合Ｏ
Ｒ回路２４の出力（第９図Ａのハ）はノック検出部Ｉ２
２の出力（第９図Ａのイ）と同位相の信号となり、機関
に発生のノッキングレべルに対応したノック信号として
検出のノック検出部Ｉ２２の出力（第９図Ａのイ）がそ
のまま実際の制御量としてＯＲ回路２４の出力（第９図
Ａのハ）として積分器に入力される。

第９図Ｂは第９図Ａでのノック検出部Ｉ２２とノック検
出部II２３の関係が入替わり、ノック検出部II２３で検
出のノック信号（第９図Ｂのロ）がＯＲ回路２４の出力
（第９図Ｂのハ）として積分器に入力されるものであ
る。

第９図Ｃはノック検出部Ｉ２２及びII２３の各々におい
て、ノッキングレベルに対応のノック信号（これらのパ
ルス幅は各々Ｐ_w）が検出され、しかもこれらの位相が
同じ場合、即ち同一のノック信号がノック検出部Ｉ２２
及びII２３から各々出力された場合である。この場合の
実際の制御量であるＯＲ回路２４の出力（第９図Ｃの
ハ）はノック検出部Ｉ２２，及びII２３で検出のノッキ
ングレベルに対応のノック信号（第９図Ｃのイ及びロ）
と同じ信号となり、制御信号として積分器に入力され
る。

以上のように実際の制御量であるＯＲ回路２４の出力
が、機関に発生のノッキングレベルに対応したノック信
号（そのパルス幅はＰ_ｗ）として検出されたノック検出
部Ｉ２２あるいはノック検出部II２３の出力と同じ時間
幅Ｐ_ｗのパルス信号であれば、適正な角度だけ点火時期
が制御されるのである。

しかし、一般に機関に発生のノック信号は数ＫＨｚから
１０ＫＨｚに存在していて、機械構造体での信号として
は高周波に属する成分である。このため、機関本体に取
付けられる加速度センサの位置によりその検出出力は微
妙に変化するので、加速度センサを複数個使用した場合
の各検出信号間にはレベル差、あるいは位相差、さらに
周波数成分の差が生じ易い。従って、加速度センサを複
数個用いた場合、単純に検出の各ノック信号を合成して
も第９図に示したような適正な制御信号を得られない。

これの一例を第１０図に示す。第１０図はある気筒で発
生したノッキングをノック検出部Ｉ２２とノック検出部
II２３との両方が検出した場合を示す。ここで、ノック
検出部Ｉ２２の方がノック検出部II２３よりもノッキン
グを発生した気筒に近いところに設置されていたとする
と、ノック検出部Ｉ２２がノック検出部II２３よりも早
くノッキングを検出する。このため、各々のノック信号
のパルス幅は機関に発生のノッキングレベルに対応のＰ
_ｗとなっているものの、ノック検出部Ｉ２２の出力（第
１０図のイ）に対しノック検出部II２３の出力（第１０
図のロ）は時間Ｔ_Dだけ遅れた位相関係になる。従っ
て、これら第１０図のイと第１０図のロとの論理和信号
であるＯＲ回路２４の出力は第１０図のハとなり、その
パルス幅Ｐ_OはＴ_Dだけ長くなるので、積分器に入力され
る制御量は適正値（パルス幅Ｐ_W）より多くなり、制御
過大となる。

第１１図は、一方のバンクで発生したノッキングをノッ
ク検出部Ｉ２２及びノック検出部II２３の両方で検出し
た場合であって、それぞれが検出したノック信号の位相
が１８０度異なる場合を示している。ここで、ノック信
号の位相が１８０度異なる場合の一例としては、例え
ば、ノック検出部Ｉ２２とノック検出部II２３の設置方
向を逆向きにして機関に設置した場合などがある。

このようなパルスで各々の位相が１８０度異なるノック
検出部Ｉ２２の出力（第１１のイ）とノック検出部II２
３の出力（第１１図のロ）を論理和したＯＲ回路２４の
出力（第１１図のハ）は検出のノック信号（第１１図の
イ及びロ，パルス幅Ｐ_Ｗ）と同じパルス幅であるもの
の、その数が２倍になるので、検出量が２倍になったの
と等価であり、正しく検出したノック信号の２倍の制御
量となってしまうという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の内燃機関の点火時期制御装置は、内燃機関の
ノッキング情報を検出するためにＶ字形の各燃焼気筒バ
ンクにそれぞれ装着された第１および第２のノックセン
サと、第１および第２のノックセンサの各出力から内燃
機関に発生するノッキングに対応したノック信号を選別
する第１および第２の弁別回路とを備え、第１あるいは
第２の弁別回路にノック信号を検出した場合、ノック信
号を検出した弁別回路のノック信号出力により他方の弁
別回路の検出出力を所定期間停止させるようにしたもの
である。

〔作用〕

１回のノッキング発生に対応してノック信号は１つの弁
別回路からしか出力されないため、検出されたノック信
号は正しく制御量として反映され、制御が過大になるよ
うなことはない。

〔実施例〕

以下図により実施例について説明する。第１図はこの発
明の構成を示す図で、３２は第１の燃焼気筒３５に取り
付けられた第１の加速度センサ、３３は第２の燃焼気筒
３６に取り付けられた第２の加速度センサであり、４
１，４２は各々周波数フィルタ２、アナログゲート３、
ノイズレベル検出器５、比較器６から成るノック信号弁
別回路である。その他の符号は第４図，第８図に示した
ものと同様のため説明を省略する。

次に第２図により加速度センサ３２，３３の取付け位置
について説明する。

第２図は機関の一部断面とこれに取付けられた加速度セ
ンサを示すもので、この実施例に示す機関はその燃焼気
筒の各中心軸が互いに所定角を有しＶ字形に成されたも
のである。ここで、３１は機関本体３２，３３は機関本
体３１に取付けられた第１及び第２の加速度センサ、３
５は図の左側に示す第１のバンク側を代表する気筒であ
る第１の燃焼気筒、３６は図の右側に示す第２のバンク
側を代表する気筒である第２の燃焼気筒である。

加速度センサ３２は図にの左側バンクに、加速度センサ
３３は右側バンクに取り付けられている。これらの加速
度センサは各々取り付けられているバンクで発生するノ
ッキングだけでなく、他方のバンクで発生するノッキン
グをも検出する。

これに対応するため、本実施例では、早くノック信号を
検出した側から他方のノック検出部の出力を所定期間停
止させるようにしている。なお、この処理を実現させる
手段としては種々のものが考えられるが、これらは特に
考慮を必要とするほどのものではないので、ここではそ
の説明を省略する。

このため、第１の燃焼気筒３５でノッキングが発生する
と第１の加速度センサ３２によりノック情報信号が検出
されるが、第２の加速度センサ３３ではノック情報信号
は検出されない。一方、第２の燃焼気筒３６でノッキン
グが発生すると第２の加速度センサ３３によりノック情
報信号が検出されるが、第１の加速度センサ３２では検
出されない。

第３図は、以上の検出動作により、検出されたノック検
出部の出力を示すもので、ニ及びホは各々加速度センサ
３２及び３３の出力に基づき検出されたノック信号、ヘ
は上記ノック信号ニ及びホの論理和信号として得られた
制御信号で、この制御信号へは第１図のＯＲ回路２４の
出力である。

第３図Ａは燃焼気筒３５でノッキングが発生した場合
で、加速度センサ３２の出力に基づきノック信号ニだけ
が検出されていて、このノック信号ニと同等の制御信号
へが実際の制御信号として出力される。

一方、第３図Ｂは燃焼気筒３６でノッキングが発生した
場合で、加速度センサ３３の出力に基づきノック信号ホ
だけが検出されていて、このノック信号ホと同等の制御
信号ニが実際の制御信号として出力される。

このように、燃焼気筒３５及び３６のいずれでノッキン
グが発生しても、加速度センサ３２、又は加速度センサ
３３の一方だけにノック情報信号が検出されるので、前
述の第１０図，第１１図に示したように制御量が過大に
なることはない。

この実施例では、各燃焼気筒の軸が互に所定角をもって
Ｖ字形に成された機関について説明したが、最も一般的
な各燃焼気筒の軸が直線上に配された直列気筒の機関に
ついても同等に適用できるが、このような直列気筒では
各センサ出力間で１回のノッキングに対し重複してノッ
ク検出する傾向は、Ｖ字形機関よりは少ない。

〔発明の効果〕

以上説明のように、本発明によれば内燃機関のノッキン
グ情報を検出するためにＶ字形の各燃焼気筒バンクにそ
れぞれ装着された第１および第２のノックセンサと、第
１および第２のノックセンサの各出力から内燃機関に発
生するノッキングに対応したノック信号を選別する第１
および第２の弁別回路とを備え、第１あるいは第２の弁
別回路にノック信号を検出した場合、ノック信号を検出
した弁別回路のノック信号出力により他方の弁別回路の
検出出力を所定機関停止させるようにしたので１回のノ
ッキングに対してはノック信号は１つの弁別回路からし
か出力されない。この結果、簡単な構成により、機関で
発生のノッキングに対応の適正な制御量を安定に検出で
きるようになり、点火時期の適正な制御が行え、所望の
ノッキング抑制が行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の加速度センサの配置を示す図、第３図は本発明の出
力波形図、第４図は従来装置の構成を示すブロック図、
第５図は加速度センサの出力特性図、第６図，第７図は
動作波形図、第８図は本発明の課題を説明するためのブ
ロック図、第９図，第１０図，第１１図は従来装置の出
力波形図である。 図中、１，３２，３３は加速度センサ、２は周波数フィ
ルタ、３はアナログゲート、４はゲートタイミング制御
器、５はノイズレベル検出機、６は比較器、７は積分
器、８は移相器、９は回転信号発生器、１０は波形整形
回路、１１はスイッチ回路、１２は点火コイル、２１は
ノック検出部、２４はＯＲ回路、３１は機関本体、３
５，３６は燃焼気筒、４１，４２は弁別回路を示す。 図中、同一符号は同一部分又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼気筒の各中心軸が互いに所定角を有し
   Ｖ字形に成された内燃機関のノッキング情報を検出する
   ために各燃焼気筒バンクにそれぞれ装着された第１のノ
   ックセンサおよび第２のノックセンサ、この第１および
   第２のノックセンサの各出力から前記内燃機関に発生す
   るノッキングに対応したノック信号を選別する第１およ
   び第２の弁別回路、前記内燃機関の運転状態に対応した
   基準点火時期信号を発生する点火信号発生器、前記弁別
   回路の出力信号に対応して前記基準点火時期信号の位相
   を変位させる移相器、この移相器の出力に対応して点火
   コイルの通電を断続するスイッチ回路を備え、前記第１
   あるいは第２の弁別回路にノック信号を検出した場合、
   ノック信号を検出した弁別回路のノック信号出力により
   他方の弁別回路の検出出力を所定期間停止させるように
   したことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。