JPH0697028B2 - 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） 本発明は内燃機関の点火時期制御装置に関し、より具体
的にはその気筒内圧力を検出して該圧力のみに基づいて
点火時期の制御を行うと共にノッキング発生時にはノッ
キング制御に移行する如く構成した点火時期制御装置に
関する。

（従来の技術） 内燃機関にあってはその気筒内圧力最大角（以下「θpm
axという」をATDC15度付近に置いた場合出力が最大にな
ることは従来より良く知られているところであり、従っ
て、気筒内圧力を検出して圧力最大角θpmaxがその付近
に集中する様点火時期を制御する装置は、比較的以前よ
り提案されており、例えば特公昭46−3527号公報に開示
されている。

他方、点火時期について云えば、燃費乃至運転効率から
いわゆるMBT付近で点火するのが最良であるため、従来
の点火制御にあっては機関回転数等種々の運転条件を検
出して該MBT点を検索して点火時期を決定していた。し
かしながら、該MBT付近はノッキング発生の危険性があ
るため、ノッキングを検出するために気筒内圧力を検出
することも良く行なわれており、その一例として特開昭
56−20765号公報を挙げることが出来る。

そして、特開昭59−39974号公報記載の技術のように、
内燃機関の気筒内圧力を検出してその圧力最大角を求め
ると共に、ノッキングをも検出しつつ点火時期を制御す
る技術も提案されている。

この特開昭59−39974号公報記載の技術にあっては、気
筒内圧力検出器14で検出された圧力値を、低周波バンド
パスフィルタ110を介してサンプルホールド回路133に入
力し、続いてA/Dコンバータ135に入力してクランク角12
よりのタイミング信号でディジタル値に変換し、CPU132
に変換値の入力し、そこで圧力最大角を検出している。
他方、それと平行して気筒内圧力検出器14の出力からノ
ッキングをも弁別すべく、その出力を前記低周波バンド
パスフィルタ110と並列に設けられた高周波バンドパス
フィルタ120に入力し、その出力をノック判定レベル作
成回路136で積分して判定レベル信号を作成し、次段の
比較器137に送って前記フィルタ120の出力と比較し、比
較結果を前記CPU132に送出してノッキング発生の有無を
判定している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の特開昭59−39974号公報記載の従
来技術にあっても気筒内圧力信号から圧力最大角及びノ
ッキング発生を単一の回路で一度に検出することは行わ
れておらず、従って両者共に検出するとすれば各別の回
路構成を必要としコスト高になる等の欠点があった。

従って、本発明の目的は従来技術の前記した欠点を解消
し、気筒内圧力信号から、周波数弁別回路或いは専用の
検出回路を用いることなく、圧力最大角θpmax及びノッ
キング発生を検出可能とする内燃機関の点火時期制御装
置を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は第１図に示す如
く、内燃機関の気筒内圧力に配設されその気筒内圧力を
検出する圧力センサ10、前記圧力センサに接続され、ノ
ッキング周波数帯域以下の周波数成分を通過させるフイ
ルタ12、前記フイルタの出力を入力し、圧力センサ出力
値の増減を検出してピーク値毎にパルスを発生するパル
ス発生手段14、前記内燃機関の回転部近傍に配設され、
ピストンのクランク角度位置を検出して信号を発生する
クランク角信号発生手段16、前記クランク角信号発生手
段及びパルス発生手段の出力を入力し、最初のパルスが
発生したクランク角位置から気筒内圧力最大角を求める
と共に、発生したパルス数を計数し、係数値が所定値を
超えるとき、ノッキング発生と判定する圧力最大角・ノ
ッキング検出手段18、前記クランク角信号発生手段及び
圧力最大角・ノッキング検出手段の出力を入力し、前記
内燃機関の点火時期を設定する点火時期設定手段20、及
び前記点火時期設定手段の出力を入力して機関燃焼室混
合気に点火する点火手段22、とを備え、前記点火時期設
定手段は、ノッキング発生と判定されるときは点火時期
を遅角せしめ、ノッキング発生と判定されないときは、
求められた気筒内圧力最大角が所定クランク角度範囲内
に収束する如く点火時期を設定するように構成したもの
である。

（作用） 上記構成により、圧力センサ波形に応じ、該出力波形の
ピーク値において、又ノッキング周波数が重畳した場合
においてもパルスを出力せしめ、該パルスの個数により
ノッキング発生の有無を検出してノッキング制御に備え
ると共に、ノッキングが発生しない場合には圧力最大角
を唯一のパラメータとして点火時期を設定するものであ
る。よって、単一の出力波形のみで最適な点火時期制御
及びノッキングの判別を可能にした。

（実施例） 以下、添付図面に即して本発明の実施例を説明する。

第２図に示す如く、符号10は圧電型の圧力センサを示
し、該センサは気筒内圧力の燃焼室30を臨む位置に配設
される。該センサの出力は、電荷−電圧変換増幅器（図
示せず）を介してローパス・フィルタ32に入力される。
該フィルタのカットオフ周波数は予想されるノッキング
周波数よりも高く設定し、ノイズのみ除去せしめて該高
周波成分を含むセンサ出力は通過せしめる如く構成す
る。

該ローパス・フィルタの次段には、前記パルス発生手段
14が接続される。該手段は本実施例の場合、微分回路34
及びその後段に接続される比較回路36並びにパルスダウ
ンエッジ検出回路38よりなる。微分回路34は、抵抗34
a、コンデンサ34b、抵抗34c、コンデンサ34d及び演算増
幅器34eより構成される。この微分回路は第３図に示す
如く、センサ出力波形のピーク位置でゼロクロスする如
く位相を90度ずらすためのものであるので、該波形にノ
ッキングを示す高周波が重畳した場合にも該高周波が前
記ピーク位置レベルを越える限りその位置で微分回路出
力はゼロクロスする。比較回路36は、抵抗36a及び演算
増幅器36bより構成され、前記微分回路出力を入力して
基準電圧（０〔Ｖ〕）を越えている場合パルスを出力す
るので、前記微分回路がピーク位置で及び高周波重畳の
場合該高周波がそのレベルを越えるごとにゼロクロス波
形を出力する結果、それに応じて１個又は２個以上のパ
ルスを出力することになる。又、パルスダウンエッジ検
出回路38は、抵抗38a、コンデンサ38b、抵抗38c、イン
バータ38d及びNORゲート38eより構成され、前記比較回
路出力パルスの立ち下がりエッジ・タイミングを把え、
後段の処理回路が処理し易い様所定時間幅のパルスを出
力する。

該パルスダウンエッジ検出回路の次段には、制御ユニッ
ト40が接続される。該ユニットは前記パルス計数手段、
点火時期設定手段及び記圧力最大角・ノッキング検出手
段及び点火時期設定手段に該当するものであり、実施例
の場合マイクロ・コンピュータであって、入出力インタ
フェース40a、CPU40b、メモリ40c及びクロック40dより
構成される。更に、該CPUには、パルスを計数するパル
ス・カウンタ及び前記クロック38d出力パルスを計数し
て時間を計測するタイマ・カウンタ並びにフラグ・レジ
スタが内蔵されている（図示せず）。

符号16は前記クランク角信号発生手段を示し、実施例の
場合クランク角センサよりなる。該センサは、所定クラ
ンク角度、例えばTDCにおいて信号を発生し、前記制御
ユニット40に送出する。

尚、符号22は前記点火手段たる点火装置を示し、該装置
は燃焼室30の頂部に配設された点火フラグ22aを介して
混合気に点火する。

次に、第３図タイミング・チャート及び第４図フロー・
チャートを参照しつつ本装置の動作を説明する。

第３図（ａ）に示す如く、ノッキングが発生しない場
合、フィルタを経てパルス発生回路に入力されるセンサ
出力に対し、そのピーク位置でパルスが１個出力され
る。又、高周波が重畳した場合には同図（ｂ）に示す如
く、複数個のパルスが発生する。

従って、第４個の示す如く、先ずステップ50において基
準信号たるTDC信号の到着を確認して、ステップ52にお
いてタイマ・カウンタ及びパルス・カウンタをスタート
させる。このTDC信号を待機するのは、第１には後刻発
生する圧力ピーク値発生時点までの経過時間を計測する
定点とするためであり、第２には検索対象領域を必要最
小限に止めて不必要なノイズを検出しないようにするた
めである。又、このパルス・カウントは、ノッキング検
出を考慮してATDC所定角度、例えば30度までの範囲に発
生したパルスについて行う。

尚、該パルスのカウントは、第５図に示す如く、発生パ
ルスを数え上げても良く、或いは一定周期tkで順次パル
ス・レベルをフィルタリングしつつ数えても良い。
（ａ）の場合はノッキングに、（ｂ）の場合はノイズに
起因して複数パルスが生じたものであるが、フィルタリ
ングする方がノイズに起因するパルスを計数から除外出
来る点で望ましい。尚、該周期tkはノッキング周波数等
を勘案して、例えば125μｓとする。

続いて、ステップ54において最初のパルス発生を確認
し、ステップ56でタイマ・カウンタを停止する。ノッキ
ングが発生しない場合には通例パルスは１個であり、ピ
ーク位置で発生するパルスに限られるので、この時点ま
での経過時間を計測して、前記制御ユニットのメモリ40
c内にロードしておく。尚、高周波成分が混入した場
合、高周波成分パルスがピーク位置パルスに先行して生
じて高周波成分パルスを第１パルスと判断して時間計測
を停止する事態もあり得ようが、その際には後述の如く
ノッキング制御に移行するので最大圧力角θpmax値は最
早不要となる故、何等支障ない。

続いて、ステップ58において上死点後30度地点への到達
を確認し、ステップ60でパルス計数を中止する。

次いで、ステップ62において、計数パルス数が所定数以
上か否か判断する。該所定数は原則として２個とする
が、ノイズ信号誤検出等を考慮して２個乃至それ以上と
しても良い。

所定数以上の場合には、ノッキングと判断して直ちに点
火時期を所定量遅角し、（ステップ64）、出力パルス数
が該所定数を下廻るまで継続する。

ステップ62で判断した結果、所定数未満の場合にはノッ
キングなしと判断し、ステップ66で最大圧力角θpmaxを
演算する。即ち、TDCよりピーク値発生位置までの経過
時間が記憶されているので、該経過時間を読み出し、そ
の時点の機関回転数を勘案した時間角度変換定数（ｋ）
を読み出し値に乗算して算出する。該変換定数は、ｋ＝
（（回転数rpm×360度）/60秒）で求められる。

ノッキング回避直後は、ノッキングが発生し易い状態に
あるため、この状態の時はステップ68において圧力最大
角θpmaxに基づく点火時期の進角を所定時間（点火数）
中止する（ステップ70）様に前記CPU40bのフラグ・レジ
スタのフラグを立てることで完全にノッキングを終息せ
しめる。

最後に、ステップ72において、該圧力最大角θpmaxに基
づいて今回の点火時期を設定して点火装置に指令する。

第６図は、本装置の別の実施例を示す。前記第１実施例
と相違する点は、パルス発生手段が微分回路ではなく、
ピークホールド回路34′より構成されていることのみで
ある。比較回路36には、一方ではピークホールド回路出
力が入力されると共に他方ではローパス・フィルタ出力
が直接入力されるので、両入力間に微差を与えてピーク
位置でパルスを発生させる。ノッキング周波数は圧力周
波数より10倍程度高いので、抵抗34′ｆ及びコンデンサ
34′ｇで決定される充電時定数を、第７図（ｂ）に示す
如く、ノッキング周波数に対して鈍化せしめておき、動
作レベルがノッキング周波数のピークを下廻るようにし
ておくのが望ましい。尚、信号線34′ｈはリセット用で
ある。

（発明の効果） 本発明は上記の如く、圧力センサ出力をノッキング周波
数帯域以下の周波成分を通過させるフィルタを介してパ
ルス発生回路に入力し、発生パルスの個数から燃焼状態
及び圧力最大角を識別するよう構成したので、単一の圧
力センサ検出回路出力をもって機関の点火時期を最適制
御出来ると共にノッキング判別も可能なものである。従
って、装置構成としても極めて簡単化出来る利点を備え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明に係
る装置の実施例を示すブロック図、第３図はその動作を
示すタイミング・チャート、第４図は同様に動作を示す
フロー・チャート、第５図はパルス・カウントの説明
図、第６図は装置の第２実施例を示すブロック図及び第
７図はその動作を示すタイミング・チャートである。 10……気筒内圧力検出手段（圧力センサ）、12……フィ
ルタ（ローパス・フィルタ32）、パルス発生手段14（微
分、比較、パルスダウンエッジ検出回路）、16……クラ
ンク角信号発生手段（クランク角センサ）、20……点火
時期設定手段（制御ユニット）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】a.内燃機関の気筒に配設され、その気筒内
   圧力を検出する圧力センサ、 b.前記圧力センサに接続され、ノッキング周波数帯域以
   下の周波数成分を通過させるフイルタ、 c.前記フイルタの出力を入力し、圧力センサ出力値の増
   減を検出してピーク値毎にパルスを発生するパルス発生
   手段、 d.前記内燃機関の回転部近傍に配設され、ピストンのク
   ランク角度位置を検出して信号を発生するクランク角信
   号発生手段、 e.前記クランク角信号発生手段及びパルス発生手段の出
   力を入力し、最初のパルスが発生したクランク角度位置
   から気筒内圧力最大角を求めると共に、発生したパルス
   数を計数し、計数値が所定値を超えるとき、ノッキング
   発生と判定する圧力最大角・ノッキング検出手段、 f.前記クランク角信号発生手段及び圧力最大角・ノッキ
   ング検出手段の出力を入力し、前記内燃機関の点火時期
   を設定する点火時期設定手段、 及び g.前記点火時期設定手段の出力を入力して機関燃焼室混
   合気に点火する点火手段、 とを備え、前記点火時期設定手段は、ノッキング発生と
   判定されるときは点火時期を遅角せしめ、ノッキング発
   生と判定されないときは、求められた気筒内圧力最大角
   が所定クランク角度範囲内に収束する如く点火時期を設
   定することを特徴する内燃機関の点火時期制御装置。